CN1064859C - 气液接触器和湿式烟道气脱硫系统 - Google Patents

气液接触器和湿式烟道气脱硫系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用来有效地让气体与淤浆溶液进行接触的气液接触器，和使用该接触器的湿式烟道气脱硫系统。引入该系统的接触器包括：用来装淤浆溶液的罐，安装在罐底上方且可以水平旋转的一套搅拌棒，多根用来将气体供向搅拌棒附近的气体供入管，对着搅拌棒旋转所经过的区域或对着其附近的喷嘴，和多根用来将液体供入喷嘴的液体供料管。

Description

气液接触器和湿式烟道气脱硫系统
本发明涉及一种能有效地让气体与淤浆溶液发生接触的气液接触器，还涉及使用该接触器的湿式烟道气脱硫系统。
在目前的湿式烟道气脱硫系统当中，罐内氧化型占主导地位。该类型如此称谓的原因是：空气导入吸收塔的罐中，在这里它与已从烟道气中吸收二氧化硫的淤浆溶液(属于钙化合物如石灰石)发生接触并进行氧化反应，免去氧化塔。使用这一类型的系统，空气和淤浆溶液的接触效率多高是节约空气和动力消耗，加速处理，减少罐尺寸以及其它改进的关键。将空气供入罐中与淤浆溶液接触的装置，即气液接触器，它仅包含一排安装在罐内实施鼓泡的空气供入管。与压力型的氧化塔等相比较，这一装置在性能上并不完全令人满意。对于这一点，本申请人最近开发和投入使用一种所谓旋臂型(arm rotating type)的气液接触器，其中在罐内回转的搅拌棒后方供入空气，以及还有一种使用接触器的湿烟道气脱硫系统。
图3以示意图方式示出了采用旋臂型气液接触器的湿石灰-石膏脱硫系统的布置方式。该接触器包括：在吸收塔1的罐2内由中空旋转轴3悬挂的搅拌棒4，以便由马达(未画)驱动进行水平运转；从中空旋转轴3分出的空气供入管5，其中开口端5a延伸到搅拌棒4的下方；和将中空旋转轴3的上端联通到空气源(未画)的联轴器6。中空旋转轴3被带动运转的同时空气被强迫进入中空轴，从而空气C能够供入在回转搅拌棒4的后面所形成的气相区域。由搅拌棒4的旋转所产生的旋涡力会扯碎气相区域的尾部，从而产生许多大小基本均匀的细小气泡。这一现象促进了在空气与罐2中已吸收二氧化硫的吸收性淤浆溶液之间的有效接触，直到淤浆被全部氧化得到副产物形式的石膏。
在所画出的系统中，未处理的烟道气A被导入吸收塔1的烟道气入口1a，与通过循环泵7从集管8喷出的吸收性淤浆溶液进行接触，被脱除二氧化硫，然后作为处理过的烟道气B从烟道气出口1b排出。从集管8喷出的吸收性淤浆溶液向下流动，同时从烟道气中吸收二氧化硫，经填料填充段9，进入罐2。在罐内部，淤浆溶液通过搅拌棒4进行搅拌，通过与从扯碎现象产生的无数气泡进行接触而被氧化，然后通过中和反应转化成石膏。在这一处理过程中发生的主要反应由以下反应式(1)～(3)表示：
(在吸收塔中)
                               ①
(在罐中)
                      ②
       ③
因此，在罐内部悬浮了石膏和少量石灰石(作为吸收剂)。它们由淤浆泵10从罐中抽出并导入增稠器，然后，所得浓缩溶液D由另一淤浆泵11a供入到固-液分离器12，在这里将它过滤，取出低水含量的滤饼，作为石膏E。同时，来自增稠器11的上层清液F和从固液分离器12排出的滤液都送至滤液罐13，向其中加入石灰石G，然后，以吸收性淤浆溶液形式的混合物由淤浆泵14送回到罐2中。
为了在操作过程中保持高的脱硫速度和石膏纯度，由传感器鉴测未处理烟道气中的二氧化硫浓度，罐中的PH和其它参数，然后根据所鉴测到的信息，通过控制器(未画出)适当地调节石灰石和吸收性淤浆溶液等的供料速度。空气供入管5的开口端5a向下延伸，通常在搅拌棒4下侧以下约200mm。延伸的端部能允许溅沫(它可以在操作过程中进入管内)下流，从而在长时间的操作过程中能防止污垢沉积在空气供入管5的内壁上。
在上述结构的气-液接触器中，必要的是，搅拌棒4离罐2底部的高度H2应高于淤浆溶液中固体(它在停止搅拌棒4或循环泵7时会在罐2中下沉)的沉积高度Ht(后一高度在本文中称作“淤浆沉积高度”)。在因烟道气纯化系统出故障而突然停机的情况下，搅拌棒4会埋在固体沉积物中，它们也许无法克服沉积物的阻力重新启动，如果通过提供额外的动力以在紧急情况保持搅拌棒4运转或者通过为棒4增大驱动扭矩来预防这一可能性，那么成本是惊人的。
现有技术的气液接触器的建造需要那些比正常所需更大的罐，维修起来很麻烦。由扯碎现象产生的气泡在从搅拌棒4附近上升到液面的同时与淤浆溶液进行接触。这意味着，有效氧化体积代表在搅拌棒4的旋转位置和液面之间的区域；搅拌棒4下面的罐底部实际上对气液接触或氧化反应不起任何作用。为了维修吸收塔1，罐2中的淤浆溶液有时必须在搅拌下由淤浆泵排出。当液面下降至淤浆沉积高度时，搅拦棒4不再产生搅拌作用，而是空转，最后不得不用手刮掉固体在罐2底部的沉积物。
这些问题对于现有技术正显得越来越严重，因为目前燃料中硫合量趋向于变高，势必在烟道气中留下越来越高的二氧化硫浓度。为了由简单实用的过滤处理或类似的处理从烟道气获得高纯度的石膏，同时保持高脱硫速度，对于烟道气脱硫系统来说，通常将罐2中固体浓度固定在约30％(重量)的高水平是必要的。例如，当从搅拌棒4测量的淤浆溶液的液面高度H1被设定在约4米以便确保有效氧化体积时，搅拌棒4离罐底的高度H2必须是约2米，或者大大高于淤浆沉积高度Ht(Ht=0．3×H，或者在此情况下为约1．8米)，它们加起来得液体液面高度H约6米，需要足够深和大的罐2来全部容纳它们。当为了维修该系统时必须排出淤浆溶液时，约2米的深度无法搅拌，必须手工刮除至少0．6米厚的底部固体层。该罐大到约10米的直径，这可是一项艰苦的劳动，明显增加了维修的费用和时间。
本发明为其目的提供了一种包括搅拌棒的气液接触器，该搅拌棒甚至在被罐底固体沉积物覆盖时，仍能通过部分地驱散沉积物而被启动，和提供一种采用该气液接触器的湿式烟道气脱硫系统。
为了实现这一目的，根据本发明的气液接触器包括：用来装淤浆溶液的罐，装在罐底上方的可水平旋转的一套搅拌棒，多根用于将气体供入搅拌棒附近的气体供入管，对着搅拌棒旋转所经过的区域或对着其附件的气体供入管，
本发明实施方案中的接触器具有喷嘴单元，其形式为多个喷嘴沿搅拌棒旋转所经过的环形区域安装，它们的锐孔对着该区域的多个点。
根据本发明的湿式烟道气脱硫系统是罐内氧化型，它包括吸收塔，罐(它设置在吸收塔的底部且提供了钙化合物的吸收性淤浆溶液)，用来将吸收性淤浆溶液从该罐泵入吸收塔上部的烟道气入口以便让它与烟道气进行接触的循环泵，一套安装在罐底部可以水平旋转的搅拌棒，多根用来将氧化用的空气供入搅拌棒附近的空气供入管，对着搅拌棒旋转所经过的区域或对着其附近的喷嘴单元，和几根用来将液体供入喷嘴单元的液体供入管。
本发明一个实施方案中的系统具有喷嘴单元，其形式为多个喷嘴沿搅拌棒旋转所经过的环形区域配置，它们的锐孔对着该区域的多个点。
在本发明系统的另一实施方案中，喷嘴和循环泵的出口通过液体供入管相联通，循环泵的抽吸侧在高于淤浆沉积高度的位置与罐相连，提供控制阀以便将由循环泵排出的溶液有选择地压入烟道气入口或液体供入管。
根据本发明，甚至在停机过程中当搅拌棒被埋入自淤浆沉积在罐底上的固体物中时，通过在高压下向液体供料管供入液体(例如水)从而从棒附近驱散淤浆固体物从而能够使搅拌棒简单地再启动。具体地说，通过液体供料管压入喷嘴的液体然后喷向搅拌棒旋转所经过的区域或区域附近，从该区域搅拌开和移动开固体沉积物的程度取决于所使用的喷射流速和压力。搅拌棒所面临的旋转阻力基本上减少了，甚至在它们由简单地按正常操作所需据矩估算的马达驱动时搅拌棒仍不难重新启动。
因此，除了降低设备成本之外，该系统还具有下优点：
(a)搅拌棒的高度(H2)被降低了，使罐的尺寸变浅变小。
(b)当该罐待排空进行维修时，淤浆溶液在被搅拌棒搅拌的同时由淤浆泵排出，直到液面下降接近罐底为止。结果，最大程度减少了残余淤浆量，有可能大大节约人力工时和缩短维修工作时间。
尤其当多个喷嘴沿着搅拌棒旋转经过的环形区域配置时，它们的孔对着环形区域的多个点，少量流动液体能有效地减少旋转阻力并使得短时间内重新启动。
同样，当喷嘴和脱硫系统中循环泵的输出侧联通，循环泵的抽吸侧在高于淤浆沉积高度的位置与罐联通，和提供控制阀迫使由循环泵输出的溶液有选择地进入烟道气导入口或液体供料管时，有可能仅通过开通控制阀引起循环泵将来自罐的上层清液流体经过喷嘴喷出；不再需要提供用来重新启动搅拌棒的额外泵。这节约了设备成本。
图1作为本发明实例的，说明了采用气液接触器的湿式烟道气脱硫系统的示意图。
图2是体现本发明的湿式烟道气脱硫系统的搅拌棒和附件的安装方式的透视图；和
图3是现有技术的典型的湿式烟道气脱硫系统的示意图。
根据本发明的气液接触器和湿式烟道气脱硫系统将参考示出其实例的图1和2进行叙述。与在图3中所示现有技术的湿烟道气脱硫系统中使用的那些部件相同的部件是由相同编号或符号表示，省略了说明。如图1所示的湿式烟道气脱硫系统的这一实例包括：固定在罐2内搅拌棒4上方的环形集管21，自环形集管21向下突出的喷嘴22，将环形集管21联通到循环泵7输出侧的输出侧支管23，将循环泵7抽吸侧在高于淤浆沉积高度Ht的水平高度联通到罐2的抽吸侧支管24，循环泵7的输出侧主管7a，和电磁阀25，26，27，28，分别用在输出侧主管7a。输出侧支管23，抽吸侧主管7b和抽吸侧支管24。根据本发明，这里环形集管21和输出侧支管23用作液体供料管，而电磁阀25，26用作控制阀。
环形集管21例如由罐2的周围内壁或底部经支杆或支柱(示画出)支承。如图2所标明的，它处在与中空转轴3同轴的位置，与搅拌棒4尖端进行旋转运动所经过的环形区域平行。喷嘴22在多点处(在图2的设计是4个四等分的点)自环形集管21以一定角度朝下或朝上对着环形区域。输出侧支管23从输出侧主管7a分出，延伸通过罐2的环壁，并联通到如图2所示的环形集管21。
对于整个系统，电磁阀25，26，27，28例如由整个系统的控制单元或类似装置所控制。在正常操作中，电磁阀25，28一般保持开通状态而电磁阀26关闭。当发现有必要从罐中排出固体沉积物时，电磁阀转换成再起动状态，关闭阀25，28和开通阀26，27。
设计好控制单元，使得当在经过有意操作或者因(例如)脱硫系统引起的某种故障，突然停止搅拌棒4让固体物在罐2内沉积所给定时间之后，想要重新启动脱硫系统时，它能开通准确的阀门以重新启动并能操纵循环泵。为了重新启动，控制单元能自动控制电磁阀处于重新启动状态并操纵循环泵7，而且能在预定时间的重新启动操作之后启动驱动搅拌棒4的马达。然后，只有当马达的电流值低的于允许极限时，电磁阀转换成正常状态，恢复整个系统的操作。当在启动驱动搅拌棒的马达时电流值超过允许极限(即扭矩过载)时，控制单元重复停机操作程序，然后再启动马达。当马达的电流值在重复预定次数的操作程序过后没有下降，它会给出信号、指示或声音，告诉无法再启动。
在所述实例中，搅拌棒4离罐2底部的高度H2被固定低于淤浆沉积高度Ht，可以降低液面高度H和降低罐2尺寸(深度)。例如，尽管与现有技术系统一样液面离搅拌棒4的高度H1是4米，但搅拌棒4离罐底的高度H2是约0．5米，从而将液面总高度降低至仅仅约4．5米，在这种情况下，如果在操作过程中罐2内淤浆浓度是30wt％，那么淤浆沉积高度Ht是0．3×4．5米，或大约1．35米。
现解释如上所构造的湿式烟道气脱硫系统的操作。在正常操作中，电磁阀25，26，28处在正常状态，开通输出侧主管7a和抽吸侧主管7b，同时关闭输出侧支管23。结果，循环泵与图3中所示现有技术系统的对应部件作用方式一样。系统按关于现有系统所描述的方式操作，将烟道气脱硫和附带产生石膏。
当一旦因一些故障或任何其它原因导致突然停机，让固体在罐2内沉积足够长的时间再启动整个系统时，电磁阀因受控制单元的作用而自动开通处于再启动状态，循环泵7被驱动。然后，上层清液由循环泵7通过抽吸侧支管24从罐2抽出，并经输出侧支管23和环形集管21送至喷嘴22，再喷向搅拌棒4旋转的区域(主要是周围范围)。由于循环泵7是大宗设备，其额定输出流量为约1000m3／h和额定压力为10米(扬程)，在足够高的流量和压力下进行喷射，至少搅拌开沉积时间短的固体物。因此，它能将固体沉物从搅拌棒4的旋转区域(尤其周围范围)完全驱散开。沉积固体对搅拌棒的阻力几乎减至零，整个系统在控制单元的控制下轻便地启动搅拌棒4恢复操作。
喷嘴22的安装(其中它们的孔对准搅拌棒4的前端部分的旋转通路)有助于驱散开比靠近旋转中心的固体更多的远离旋转中心的固体。以这种方式，喷嘴有效地降低了所沉积固体的旋转阻力(暂时)。
甚至在极不常见的情况下，即当用喷嘴22喷射不能充分驱散因(例如)停机时间太长而变硬的固体时，控制单元会重复再启动操作程序，一直到它最终通知无法起动，能让脱硫系统的操作人员快速判断需要采取什么步骤。通过按以上所注明的调节控制单元，也可能手工开通电磁阀至再启动位置和驱动循环泵。在单元自动控制失败的情况下，操作者能适当地调控，让喷嘴22喷射上层清液并实施再启动。
对于如上述所的体现本发明的系统，搅拌棒4的高度H2设置在淤浆沉积高度Ht以下，还有，在正常的突然停机之后系统在不需要任何特殊工作的情况下再启动。为了那一目的所增加的仅有的几件硬件是十分廉价的和小型的装置如喷嘴、管道系统和电磁阀。即不需要附加的动力供给设备，又不需要供搅拌棒4使用的较高功率的马达。
除了设备成本保持较低，该系统拥有以下突出的优点：
(a)由于搅拌棒4的高度H2可低至约0．5米，罐2的深度和吸收塔1的总体高度显著地降低了。在上述实例的情况下，液面高度H为约4．5米，或比现有技术的液面高度低1．5米。
(b)当为了维修从罐中排出淤浆溶液时，淤浆泵能连续出料，同时搅拌棒搅拌溶液，直到液面下降几乎到罐底为止。这最大程度减少残留淤浆体积，从而减少了维修所需工时数和缩短了工作持续时间。在上述实例的情况下，淤浆泵排出淤浆溶液，降低液面高度至0．5米，因此，残留固体层只有0．15米厚，或者至少小于普通罐内的厚度。
本发明并不局限于上述实例，却可以表现各种各样。例如，该配置可以免去循环泵(它作为将液体供入喷嘴的泵)；而是只提供将液体供入喷嘴的管道系统，这样使用者可适当地将外部的泵联通于管道并将工业用水或类似物泵入系统。棒搅拌4的高度H2甚至可以固定在低于0．5米的值。然而，为了避免从空气供入管5发出的气流对罐2底上的衬层(防止生锈或其它腐蚀的保护性涂层)的磨损，希望在空气供入管5的开口端5a和罐2底部之间的距离是大约200mm。当空气供入管5延伸超过搅拌棒4的那段长度是200mm时，棒的高度H2希望是400mm或更高。
应该明白，本发明的气液接触器并不限于它用作罐内氧化型湿式烟道气脱硫系统的吸收塔(如上所述)的一部分；当然，它同样适用于涉及到在淤浆溶液和气体之间需要有效接触的方法的其它领域和其它系统。

Claims (5)

1．气液接触器，包括用来装淤浆溶液的罐，固定在罐底上方可水平旋转的至少一根搅拌棒，至少一根用来将气体供给搅拌棒附近的气体供入管，对着搅拌棒旋转所经过的区域或对着其附近的至少一个喷嘴，和至少一根用来将液体供入所述喷嘴的液体供料管。
2．根据权利要求1所要求的接触器，其中所述喷嘴包括多个沿该搅拌棒旋转所经过的环形区域配置的喷嘴，其孔瞄准该区域的多个点。
3．罐内氧化型湿式烟道气脱硫系统，它包括吸收塔，在吸收塔底提供的并装有钙化合物的吸收性淤浆溶液的罐，用来将吸收性淤浆溶液从罐中泵入吸收塔上部内烟道气入口让它与烟道气进行接触的循环泵，安装在罐底部分的且可以水平旋转的至少一根搅拌棒，用来将氧化用空气供给搅拌棒附近的至少一根空气供入管，对着搅拌棒旋转所经过的区域或对着其附近的至少一个喷嘴，和用来将液体供入所述喷嘴的至少一根液体供料管。
4．根据权利要求3所要求的系统，其中所述喷嘴包括多个沿该搅拌棒旋转所经过的环形区域配置的喷嘴，其孔瞄准该区域中的多个点。
5．根据权利要求3或4所要求的系统，其中所述喷嘴和该循环泵的输出侧通过该液体供入管相联通，该循环泵的抽吸侧在高于吸收性淤浆内固体组分的沉积高度的位置联通到该罐，和提供控制阀，将由该循环泵输出的溶液有选择地压入该烟道气入口或该液体供料管。
CN951181416A 1994-11-08 1995-10-31 气液接触器和湿式烟道气脱硫系统 Expired - Fee Related CN1064859C (zh)

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