CN105944551B - 双pH喷淋脱硫塔双向整流导液装置 - Google Patents
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Abstract
本发明设计一种双pH喷淋脱硫塔双向整流导液装置，主要用于脱硫工艺中双pH分区喷淋脱硫塔洗涤液的导液，以及脱硫塔内上升烟气的整流。该装置设置在脱硫塔内的高、低pH喷淋装置之间，包括壁流引流环和托液盘；壁流引流环由上、下分配弧环和振动分液环组合而成，上、下分配弧环形状相当且背向对称设置，凹面朝外，两环外缘分别安装在脱硫塔内壁上，两环外缘相抵且连接，并在内缘的内圈连接所述振动分液环；托液盘设置在壁流引流环的正下方，并通过支撑架安装在脱硫塔内，托液盘上部敞口，底部经浆液管道连接至高pH浆液池；托液盘中贯穿盘体设有多组升气均流管。该装置具有结构独特，均流效果好、烟气洗涤有效液气比高、脱硫效率高、吸收塔阻力小特点。
Description
技术领域：
本发明提供一种多功能双向整流积液pH值分区装置，具体为一种双pH喷淋脱硫塔双向整流导液装置，属资源环境烟气净化技术领域。
背景技术：
随着火电厂大气污染物控制进入超低排放阶段，火电烟气二氧化硫排放浓度控制要求从国家标准GB13223-2011的200mg/m3将至 35mg/m3以下。目前，应用的常规石灰石—石膏脱硫工艺采用单塔喷淋单pH值控制，脱硫效率一般为95%，依靠单纯的放大保守设计，已经难以满足新的排放控制要求，而且存在建设及运行不经济，工况适应性差等问题。
根据对脱硫机理的深入研究及分析，当脱硫塔内浆液pH值控制在低区间时，可提高液相反应速率，加速吸收剂——石灰石的溶解、促进副产物石膏氧化和结晶，利于洗涤后二氧化硫的稳定固化和成盐转化，促进脱硫。当pH值控制在高区间时可以提高浆液对烟气中二氧化硫的洗涤吸收速率。传统的单塔单pH值控制只能在高低pH之间找一个相对折中的控制范围，无法彻底解决此矛盾。目前，国内使用的单塔双循环脱硫塔采用圆锥底收集碗与浆液导流板，烟气通流阻断冲击效应明显，气流过渡不够顺畅、分布均匀性差，导致烟气通流阻力大，烟风系统能耗大幅增加。因此需要开发一种能够高、低pH值分区控制同时兼顾，均化流场以降低烟气通流阻力的技术和装备，实现进一步脱硫低能耗提效，适应新的环保排放要求。
发明内容：
本发明开发一种设计独特的组合装置，主要用于脱硫工艺中双pH分区喷淋脱硫塔洗涤液的导液，以及脱硫塔内上升烟气的整流。
本发明的具体技术方案如下：
一种双pH喷淋脱硫塔双向整流导液装置，该装置设置在脱硫塔内的高、低pH喷淋装置之间，包括壁流引流环和托液盘；
所述壁流引流环由上、下分配弧环和振动分液环组合而成，上、下分配弧环形状相当且背向对称设置，凹面朝外，两环外缘分别安装在脱硫塔内壁上，两环外缘相抵且连接，并在内缘的内圈连接所述振动分液环；
所述托液盘设置在壁流引流环的正下方，并通过支撑架安装在脱硫塔内，托液盘上部敞口，底部经浆液管道连接至高pH浆液池；
托液盘中贯穿盘体设有多组升气均流管，对应每组升气均流管上方各设有一个防淋帽。
本发明的进一步设计在于：
上、下分配弧环径向投影内口半径较0.618R小0.1～0.5m，外口半径与脱硫塔相适配，上、下分配弧环的弧度角为1°～30°，弧半径为0.3 R～0.6R；托液盘上口与壁流引流环的上、下分配弧环连接处的间距为0.382R±0.5m；托液盘内口径较0.618 R大0.1m～0.5m；振动分液环外口径与上、下分配弧环内口径相当，内口径较托液盘的口径小0.1～1.5m；其中R为脱硫塔半径。
振动分液环向脱硫塔下方带有锥度，与水平方向呈1°～30°角；厚度为0.02～0.3mm；宽度为5～300mm。
上、下分配弧环之间经由限位板定位连接；托液盘表面采用流线型设计；振动分液环内圈呈齿状。
上、下分配弧环与托液盘采用耐腐蚀耐磨合金、玻璃钢材质或采用碳钢衬镀防腐耐磨涂层。防淋帽呈伞形，略大于升气均流管口径。
为了实现壁流引流环的浆液振动分散，振动分液环采用弹性合金或非金属耐腐耐磨薄片材质；如薄金属钛合金、双相合金钢、PC、PET、PFA等有一定弹性材料制成。
托液盘上开有圆孔，圆孔上密封安装内径适配的升气均流管，在升气均流管的另一端安装防淋帽，各升气均流管上端高出托液盘口0.1～0.5m，升气均流管的口径50～800mm，托液盘开孔率为30%～85%。
本发明相比现有技术具有以下有益效果：
1、本发明将脱硫塔分为高低pH两个区域，且可以保证烟气通流，均化烟气流场，促进下层来的烟气中雾滴及颗粒物碰撞团聚，收集汇聚高pH洗涤浆液使之与低pH洗涤区域浆液有效隔离。用于将高pH值洗液与低pH值洗液分开回收，具有结构独特，均流效果好、烟气洗涤有效液气比高、吸收塔阻力小等特点。
2、双pH分区设置，将吸收塔分为SO2高pH洗涤区和低pH洗涤区，本装置可实现同一吸收塔内相比更低烟风通流阻力的高、低pH值分区调控的功能。
3、研究验证表明，对于SO2低pH洗涤区，洗涤吸收大量SO2的同时，通过低pH值调控，可促进吸收剂石灰石迅速彻底溶解，提高了吸收剂溶解及参与化学反应的速率，并更利于副产物石膏氧化和结晶析出；对于SO2高pH洗涤区，通过高pH值调控，进一步实现SO2提效；相比常规单塔喷淋单pH控制技术双pH控制可以在更低液气比条件下可实现更高的脱硫效率，脱硫效率高达99%以上，提高吸收剂利用率接近100%。
4、同时，本发明的采用将大大提高吸收塔对输入条件（煤种、吸收剂、工况）的适应性，提高脱硫效率的同时，均化了吸收塔内流场，降低了烟气通流阻力。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为壁流引流环的局部放大图。
图1中：1-脱硫塔；2-高pH喷淋装置；21-搅拌器；22-高pH浆液池；23-氧化喷枪；24-高pH循环泵；3-低pH洗涤区；31-搅拌器；32-低pH浆液池；33-氧化喷枪；34-低pH循环泵；4-壁流引流环；41-上分配弧环；42-下分配弧环；43-限位板；44-振动分液环；5-托液盘；51-高pH浆液引出管路；52-支撑架；53-升气均流管；54-防淋帽；6-一级除雾器；7-二级除雾器。
图3为现有的单塔双循环脱硫塔圆锥。
图3中：1-脱硫塔；2-高pH喷淋装置；21-搅拌器；22-高pH浆液池；23-氧化喷枪；24-高pH循环泵；3-低pH洗涤区；31-搅拌器；32-低pH浆液池；33-氧化喷枪；34-低pH循环泵；4-塔壁导流环；5-圆锥形托盘；51-高pH浆液引出管路；52-支撑架；6-一级除雾器；7-二级除雾器。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的阐述：
实施例一：
双pH喷淋脱硫塔双向整流导液装置的具体结构如下：
本发明单塔双pH脱硫系统：包括布置在脱硫塔1内的高pH喷淋装置2和低pH喷淋装置3，连接管路以及高pH浆液悬浮氧化器、低pH浆液悬浮氧化器、高pH浆液池22和低pH浆液池32。
高pH喷淋装置2和低pH喷淋装置3均设有多层喷淋头；高、低pH浆液悬浮氧化器包括搅拌器、氧化喷枪、滤网及容器等。
双pH脱硫系统特点是将烟气分区洗涤，布置在下层的第一级为低pH洗涤区、pH控制范围4-5.4；布置在上层的第二级为高pH洗涤区，pH控制范围5.4-6.5。
如图1所示，本发明双pH喷淋脱硫塔双向整流导液装置设置在脱硫塔内的高、低pH喷淋装置之间，包括壁流引流环4和托液盘5；壁流引流环4由上分配弧环41、下分配弧环42和振动分液环44组合而成，上、下分配弧环形状相当且背向对称设置，凹面朝外，两环外缘分别安装在脱硫塔内壁上，两环外缘相抵且连接，并在内缘的内圈连接所述振动分液环44，上、下分配弧环之间经由限位板43定位连接。
托液盘5设置在壁流引流环的正下方，并通过支撑架52安装在脱硫塔内，托液盘5上部敞口，底部经高pH浆液引出管道51连接至高pH浆液池22；
托液盘5中贯穿盘体设有多组升气均流管53，对应每组升气均流管53上方各设有一个防淋帽54。托液盘5表面采用流线型设计，防淋帽5呈伞形，略大于升气均流管53口径。托液盘5具体采用上开有圆孔，圆孔上密封安装内径适配的升气均流管，在升气均流管的另一端安装防淋帽54，各升气均流管53上端高出托液盘口0.1～0.5m，升气均流管的口径50～800mm，托液盘5开孔率为30～85%。
如图2所示，上、下分配弧环径向投影内口半径较0.618R小0.1～0.5m，外口半径与脱硫塔相适配，上、下分配弧环的弧度角为10°（1°～30°均可），弧半径为0.3 R～0.6R；托液盘上口与壁流引流环的上、下分配弧环连接处的间距为0.382R±0.5m；托液盘内口径较0.618 R大0.1m～0.5m；振动分液环44外口径与上、下分配弧环内口径相当，内口径较托液盘的口径小0.1～1.5m；其中R为脱硫塔半径。
振动分液环44向脱硫塔下方带有锥度，与水平方向呈15°（1°～30°）角；厚度为0.02～0.3mm；宽度为5～300mm（该宽度为锥形的母线），振动分液环内圈呈齿状，用于撕裂液滴。
上、下分配弧环与托液盘采用耐腐蚀耐磨合金、玻璃钢材质或采用碳钢衬镀防腐耐磨涂层。
为了实现壁流引流环的浆液振动分散，振动分液环采用弹性合金或非金属耐腐耐磨薄片材质；如薄金属钛合金、双相合金钢、PC、PET、PFA等材料制成。
本发明双pH喷淋脱硫塔双向整流导液装置各部分的具体功能如下：
1、壁流引流环用于将上层喷淋挂壁的浆液引离吸收塔塔壁，导入到托液盘，同时将挂壁液膜分配到振动分液环上，由振动分液环通过振动将挂壁汇流的浆液再次撕割破裂分散成为液滴用于烟气洗涤，以提高脱硫有效液气比。
2、振动分液环为连接在上、下两弧环接合连接处的内侧开条状齿口的合金薄层，内端在气流和喷淋液滴的击打下产生震动，将沿壁流而下的浆液撕裂成分散的液滴。振动分液环的材料可以采用合金、碳钢覆盖防腐耐磨涂层、也可以采用耐腐耐磨非金属材质（如玻璃钢），振动源为气流、液流或下落浆液的冲击引起。壁流引流环的独特流线结构设计使得与其接触碰撞的浆液产生类似“荷叶”效应的效果，迅速聚集成液珠滚离表面，而蒸发水汽凝结聚集还为其表面提供了自清洁功能，解决了现有技术的浆液粘污结垢问题，实现了该结构的自清洁功能。
3、托液盘：呈钵盂体流线结构，上部敞口，用于收集高pH洗涤区下来的浆液，底部连接浆液管道，将收集的高pH浆液导出吸收塔外的高pH浆池，从而与吸收塔内低pH浆池的有效隔离，实现双pH值控制分区功能。托液盘的流线设计有利于将从下而上的烟气圆滑过渡与分流，最大限度减少烟气通流的阻力。同时流线型设计表面光洁，有“荷叶”效应的功能，烟气携带的浆液液滴碰撞其表面迅速聚集成液珠滚落，不沾污，并且还可以利用饱和湿烟气凝结析出的冷凝水滴对烟气携带可能碰撞粘附的浆液及细颗粒进行清洗，实现自清洁功能。
4、托液盘的容积为上层喷淋浆液0～100S停留时间容积，托液盘底部设置高pH浆液引出管路，管径需要与托液盘容积匹配避免托液盘浆液溢流。托液盘中贯穿盘体设有多组升气均流管，利于烟气从管中通流，并对应每组升气均流管上方各设有一个防淋帽，减小烟气上升的阻力。
5、采用本发明，带升气均流管的钵型积液盘和壁流引流环组合结构使得吸收塔断面的阻隔效应影响更低，增加了塔内烟气通流面积，流场及浓度场优化效果更好，通流阻力更小。
试验案例一：
某处理烟气量5万m3/h脱硫试验装置，吸收塔喷淋层数配置相同，进行了以下几种情形的试验比较；
情形一：空塔，3层喷淋，单pH值控制；
情形二：采用发明双向整流积液pH值分区装置（带升气均流管），实现pH值分区，装置上方高pH喷淋设一层，下方低pH喷淋设置两层。
情形三：采用图3所示为现有传统单塔双循环脱硫塔圆锥底收集碗与浆液导流板结构（采用圆锥形托盘，塔壁导流环为板式结构），其余试验条件与情形2类似。
试验测试结果如下表：
| 比较 | 入口烟气量,m3/h | 入口SO2浓度，mg/m3 | 吸收塔阻力，Pa | 喷淋开启层数 | 脱硫效率，% | pH值 | 出口SO2浓度，mg/m3 | 断面流场速度偏差，% |
| 情形一 | 41122 | 2500 | 556 | 3 | 95.12 | 4.91 | 122.00 | 18.7 |
| 情形二 | 411102 | 2634 | 631 | 3 | 99.35 | 低pH4.60、高pH5.79 | 17.12 | 2.73 |
| 情形三 | 40975 | 2623 | 835 | 3 | 98.23 | 低pH4.59、高pH5.85 | 46.43 | 7.91 |
由上表可见，本发明设计的整流导液装置具有烟气洗涤有效液气比高、脱硫效率高、吸收塔阻力小、改善吸收塔断面流场、降低克服烟风通流阻力能耗的特点。
Claims (10)
1.一种双pH喷淋脱硫塔双向整流导液装置，该装置设置在脱硫塔内的高、低pH喷淋装置之间，其特征在于：包括壁流引流环和托液盘；
所述壁流引流环由上、下分配弧环和振动分液环组合而成，上、下分配弧环形状相当且背向对称设置，凹面朝外，两环外缘分别安装在脱硫塔内壁上，两环外缘相抵且连接，并在内缘的内圈连接所述振动分液环；
所述托液盘设置在壁流引流环的正下方，并通过支撑架安装在脱硫塔内，托液盘上部敞口，底部经浆液管道连接至高pH浆液池；
托液盘中贯穿盘体设有多组升气均流管，对应每组升气均流管上方各设有一个防淋帽。
2.根据权利要求1所述双pH喷淋脱硫塔双向整流导液装置，其特征在于：上、下分配弧环径向投影内口半径较0.618R小0.1～0.5m，外口半径与脱硫塔相适配，上、下分配弧环的弧度角为1°～30°，弧半径为0.3 R～0.6R；托液盘上口与壁流引流环的上、下分配弧环连接处的间距为0.382R±0.5m；托液盘内口径较0.618 R大0.1m～0.5m；振动分液环外口径与上、下分配弧环内口径相当，内口径较托液盘的口径小0.1～1.5m；其中R为脱硫塔半径。
3.根据权利要求2所述双pH喷淋脱硫塔双向整流导液装置，其特征在于：振动分液环向脱硫塔下方带有锥度，与水平方向呈1°～30°角；厚度为0.02～0.3mm；宽度为5～300mm。
4.根据权利要求1所述双pH喷淋脱硫塔双向整流导液装置，其特征在于：上、下分配弧环之间经由限位板定位连接。
5.根据权利要求1-4任一所述双pH喷淋脱硫塔双向整流导液装置，其特征在于：托液盘表面采用流线型设计。
6.根据权利要求5所述双pH喷淋脱硫塔双向整流导液装置，其特征在于：振动分液环内圈呈齿状。
7.根据权利要求5所述双pH喷淋脱硫塔双向整流导液装置，其特征在于：托液盘上开有圆孔，圆孔上密封安装内径适配的升气均流管，在升气均流管的另一端安装防淋帽，各升气均流管上端高出托液盘口0.1～0.5m，下端与托液盘身平齐，升气均流管的口径50～800mm，托液盘开孔率为30-85%。
8.根据权利要求6所述双pH喷淋脱硫塔双向整流导液装置，其特征在于：防淋帽呈伞形，略大于升气均流管口径。
9.根据权利要求1所述双pH喷淋脱硫塔双向整流导液装置，其特征在于：上、下分配弧环与托液盘采用耐腐蚀耐磨合金、玻璃钢材质或采用碳钢衬镀防腐耐磨涂层。
10.根据权利要求1所述双pH喷淋脱硫塔双向整流导液装置，其特征在于：振动分液环采用薄金属钛合金、双相合金钢、PC、PET或PFA有一定弹性材料制成。
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