CN106693656A - 一种分区湿式脱硫、除尘高效一体化超低排放装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分区湿式脱硫、除尘高效一体化超低排放装置，具体公开了一种可有效提高脱硫塔脱硫除尘效率，从而达到超低排放的一种组合装置。在脱硫塔内从下往上依次包括新型烟气均布装置（1）；对喷淋后浆液进行再收集，无动力增加气液接触、提高脱硫效率、减少出口雾滴、防止烟气逃逸的浆液循环再利用装置（2）；具有高覆盖率的喷淋层（3）；对湿烟气携带雾滴和烟尘有高效去除作用的高效除雾装置（4）以及对小颗粒及小水雾具有高效去除作用的加湿增效装置（5）。同时本发明对浆液循环再利用装置的设计参数确定、安装位置等进行了说明。本发明的优点是：1）可有效降低投资、运行成本；2）可极大提高浆液利用率；3）可提高脱硫、除尘效率，满足超低排放要求；4）维护检修简单、运行稳定可靠。

Description

一种分区湿式脱硫、除尘高效一体化超低排放装置
技术领域
本发明涉及一种分区湿式脱硫、除尘高效一体化超低排放装置技术，尤其是一种能有效提高烟气脱硫、除尘效率，达到超低排放标准的组合装置技术。
背景技术
2014年9月12日，国家发改委、国家环保部、国家能源局联合发文“关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》的通知”中要求，稳步推进东部地区现役30万千瓦及以上公用燃煤发电机组和有条件的30万千瓦以下公用燃煤发电机组实施大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值的环保改造。燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值(即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米(招标单位大多数采用不高于5、35、50毫克/立方米标准)。
针对燃煤锅炉超低排放，国内相关专利多不胜数，在对烟气脱硫、脱氮达到超低排放要求的技术已比较成熟，往往通过工艺调整和设施改造可满足超低排放要求；烟气脱氮常采用低氮燃烧技术、SCR脱硝技术，通过工艺控制和设备调整，可达到超低排放要求。
烟气脱硫常通过三个方向来提高脱硫效率，一是调整工艺参数，如液气比、塔内烟气流速、吸收区高度、PH、烟气均匀分布，二是增加脱硫设备，如托盘技术、双回路吸收塔、串联吸收塔等，三是添加助剂，如脱硫剂、以及石灰石粉活性激发剂等。这些处理方式都能有效提高脱硫塔脱硫效率，达到超低排放要求，但也往往以高液气比、高电耗、高投资、高运行成本为代价来达成目的。
对烟尘的处置达到超低排放要求的技术也很多，主要有“电除尘+吸收塔除尘+湿式电除尘”、“低低温电除尘+高效除尘吸收塔+湿式电除尘”、“布袋除尘/电除尘+吸收塔除尘+管束式除尘器”；“电除尘+吸收塔除尘+湿式电除尘”、“低低温电除尘+高效除尘吸收塔+湿式电除尘”的除尘效果较好，可满足超低排放要求，但湿式静电除尘器的占地大、投资成本，运行电耗、烟气阻力、检修技术、维护成本高，以及存在运行中极板及金属部件易腐蚀和需废水处置等问题，许多电力企业在具体实施湿式电除尘器中遇到了很多的困难；而“布袋除尘/电除尘+吸收塔除尘+管束式除尘器”工艺中重点推广的管束式除尘器，是个别企业的市场行为，推出应用的时间很短，未经过长时间的检验，最重要的浆液雾滴排放指标并未经过科学的检测和鉴定。从管束式除尘器的内部结构分析，管束式除尘器内部有多个旋流板和文丘里，结构复杂，结垢的风险一点也不亚于常规屋脊式除雾器。通过万州电厂的失败应用证明了管束式除尘器在超低排放中的应用还不成熟，主要原因是旋流除雾效率与二次烟气携液量互为矛盾，除雾效果差；束在一起的“管式机械旋流除尘器”，对脱硫塔截面的气流分布均匀性要求非常高；管束式除尘器对机组负荷变化的适应性差。
可见目前针对燃煤锅炉烟气超低排放的工艺中，脱氮工艺和设备已较为成熟稳定；脱硫工艺和设备成熟、可靠，但还需逐步降低投资、运行成本、提高整个系统效率；除尘工艺和设备还处于待验证或需改进阶段，尤其是运行的稳定可靠性和投资、成本、维护检修等方面还需多加研究和考虑。
发明内容
针对目前燃煤烟气超低排放脱硫工艺需提效，除尘需稳定、可靠、有效等需求，本发明提供了一种分区湿式脱硫、除尘高效一体化超低排放装置技术。
本发明的技术方案为：燃煤烟气经前段预处理后（进口烟尘浓度＜30mg/Nm3，NOX浓度已满足超低排放要求）进入脱硫塔，经过新型烟气均布装置（1）对烟气进行均流和增强传质，再经过浆液循环再利用装置（2）进一步扰流和均布，同时减少烟气的逃逸，在高覆盖率喷淋装置（3）作用下使其充分、完全反应，反应后的气流再经由高效除雾装置（4）和加湿增效装置（5）进一步脱除粉尘和水雾，从而达到超低排放标准排入大气。
本发明中所述的新型烟气均布装置（1），使烟气经过时形成局部扰流，使从上喷下的浆液和烟气混合的浆滴液膜酸性表面被撕裂，重新分配而增强了气液的传质，同时烟气经过会产生压力降，形同均流层，均布烟气的同时避免烟气快速通过吸收区域，提高吸收反应效率。
本发明中所述的浆液循环再利用装置（2），在保证塔内气液两相流场均匀的情况下将脱硫塔塔壁及附近塔体内浆液进行收集，利用浆液循环再利用装置表面的特殊结构形成液膜，与上升的烟气进行再次的气液接触，可覆盖喷淋层覆盖的薄弱区域，进一步除去烟气中的SO2、烟尘，防止烟气逃逸。
本发明中所述的浆液循环再利用装置（2），在不经过浆液循环泵等动力设备运行的情况下，有效的二次利用浆液进行脱硫除尘，提高脱硫、除尘效率；收集的浆液下落时，因液滴粒径较大，不会被上升的烟气携带出脱硫塔，降低除雾器负荷，减少雾滴排放；同时减少壁流损失和壁流引起的塔壁腐蚀。
本发明中所述的高覆盖率喷淋装置（3），配套高效喷嘴的高效喷淋层，使浆液在脱硫塔平面的覆盖率、浆液表面积大大高出传统喷嘴的浆液覆盖率。
本发明中所述的高效除雾装置（4），由高效组合式除雾器组成，在考虑常规除雾器可靠、稳定等优点的基础上进行改进。粗级除雾装置可起到粗级除雾和烟气均布作用，在气流均布的情况下可有效提高除雾效率；而后布置的多级细除雾装置通过由粗级到细级除雾片的分别排列，使除雾达到分级处理，烟气经过粗级除雾器后，烟气中携带的浆液尘及水大部分去除。
本发明中所述的加湿增效装置（5）布置在最后一级除雾装置前，通过喷雾装置产生雾化水，加湿雾化水与烟气中微小颗粒及水雾进行碰撞，小颗粒和水雾滴粒径增大，再去与细除雾器发生碰撞而分离，排出洁净烟气。通过对含尘烟气的加湿，降低其温度，有利于粉尘的补集，同时形成大颗粒尘雾，大大提高了最后一级除雾装置的效率，从而达到超低排放标准。
作为本发明的进一步改进，所述浆液循环再利用装置安装于脱硫塔喷淋层下方内壁一圈，纵向截面为三角形，纵向截面的宽度l为200～250mm，纵向截面的角度Θ为45～60°。其上表面为凹槽形状，凹槽形式为方形或三角形，凹槽深度为1～2cm，宽度为40～60cm，沟壑比例为0.5。
作为本发明的进一步改进，所述浆液循环再利用装置的安装位置通过对低吸收区浆液最佳收集率来确定，最佳收集率定为7～8%。
作为本发明的进一步改进，所述浆液循环再利用装置纵向截面宽度和距上层喷淋层的距离h应满足关系式：l=detah*(H-h)/H 。
作为本发明的进一步改进，所述浆液循环再利用装置的纵向截面角度需结合“计算机流体动态模型”（CFD）软件进行模拟计算确定。
作为本发明的进一步改进，所述浆液循环再利用装置的表面形状应结合雷诺数和液膜速度在重力作用下随流动距离增加的变化进行设计。
本发明的有益效果是：1）可有效降低液气比、降低吸收液喷淋量，而减少设备投资和运行成本；2）可极大提高浆液的利用率，大大减少从塔壁逃逸而未参加反应的吸收浆液；3）可有效提高脱硫效率，特别是针对低浓度的情况下，通过减少从塔壁逃逸的SO2，可使出口浓度达到35mg/Nm3以下，满足超低排放要求；4）可有效提高除尘效率，尤其是使烟尘进口浓度<30mg/Nm3情况下，出口可稳定达到10mg/Nm3以下，满足超低排放要求；5）相较湿电除尘、管束式除尘器而言，高效除雾装置和加湿增效装置布置占地省、维护检修简单、运行稳定可靠。
附图说明
图1是一种脱硫塔高效低成本超低排放组合装置结构示意图
图2是浆液循环再利用装置断面结构示意图
图3是浆液循环再利用装置表面凹槽结构示意图
图4是浆液循环再利用装置与喷淋层距离Rh值确定示意图
图5是浆液循环再利用装置的纵向截面宽度确定示意图
图6是浆液循环再利用装置的纵向截面角度CFD模拟图
图中标记为：1-新型烟气均布装置；2-浆液循环再利用装置；3-高覆盖率喷淋装置；4-高效除雾装置；5-加湿增效装置。
具体实施方式
以下结合附图对发明进行进一步说明：
如图1所示，首先新型烟气均布装置（1）对烟气进行均流和增强传质，再经过浆液循环再利用装置（2）进一步扰流和均布，同时减少烟气的逃逸，在高覆盖率喷淋装置（3）作用下使其充分、完全反应，反应后的气流再经由高效除雾装置（4）和加湿增效装置（5）进一步脱除粉尘和水雾，从而达到超低排放标准排入大气。
工作时，经前段预处理后（进口烟尘浓度<30mg/Nm3，NOX浓度已满足超低排放要求）的燃煤烟气进入脱硫塔，经过新型烟气均布装置（1）时，烟气局部产生扰流，使从上喷下的浆液和烟气混合的浆滴液膜酸性表面被撕裂，重新分配而增强了气液的传质，同时烟气经过会产生压力降，形同均流层，使烟气均匀分布。分布均匀的混合气液再经过浆液循环再利用装置（2），在其作用下脱硫塔塔壁及附近塔体内浆液被再次收集，利用浆液循环再利用装置（2）表面的特殊结构形成液膜，与上升的混合烟气进行再次的气液接触，可覆盖喷淋层覆盖的薄弱区域，进一步除去烟气中的SO2、烟尘，防止烟气逃逸。多次混合和传质后的气液再经由高覆盖率喷淋装置的作用下发生完全而充分的吸收反应，使SO2的浓度达到超低排放标准。
经过充分吸收反应后的含尘烟气先经过粗级除雾装置，在其作用下烟气起到粗级除雾和均布的效果，烟气中携带的浆液尘及水大部分去除。而后再通过细级除雾器，再经过布置在细级除雾装置前的加湿增效装置（5），由于加湿雾化水与烟气中微小颗粒及水雾进行碰撞，小颗粒和水雾滴粒径增大，再去与细级除雾器发生碰撞而分离，排出洁净烟气。由于含尘烟气的加湿，降低了烟气温度，有利于粉尘的补集，同时形成大颗粒尘雾，大大提高了最后一级除雾装置的效率，从而达到粉尘的超低排放标准。
本发明中所述的浆液循环再利用装置1的设计参数如下：
浆液循环再利用装置1与喷淋层距离Rh值确定
在塔径为7m的脱硫塔内，假设本实施例喷嘴密度为1m2/个，则每一层有喷嘴38个，离塔壁最近一圈有喷嘴17个。最外圈喷嘴距壁面0.8m时估算得到喷淋层下方Rh处浆液收集的比例见表1，由图1和表1中的数据可见，收集率在7～8%时，Rh取值为1.4m和1.5m，在本次实施中取值1.5m，收集率为8%；
表1
Rh(m) mb/m
0.9 0.009778
1 0.023283
1.2 0.04901
1.3 0.060216
1.4 0.070291
1.5 0.079334
1.6 0.087461
浆液循环再利用装置1的纵向截面宽度l确定
假设本实施例喷淋层间距H为1.7～2.2m，浆液循环再利用装置1的纵向截面宽度l及其距上层喷淋层的距离h需满足关系式：l=detah*(H-h)/H。计算结果和示意图见表2和图2。可见，浆液循环再利用装置1距上层喷淋层的距离为1.5m时，纵向截面宽度l为200mm；
表2
L(m) h(m)
0.44 0.9
0.4 1
0.36 1.1
0.32 1.2
0.28 1.3
0.24 1.4
0.2 1.5
0.16 1.6
浆液循环再利用装置1的纵向截面角度确定
由图3可见，经“计算机流体动态模型”（CFD）软件进行模拟计算，在界面宽度为200mm，角度为60°时，压降为0.86pa，低于45°时的压降，所以确定界面角度为60°。
浆液循环再利用装置1的表面参数确定
利用浆液循环再利用装置1的特殊结构将塔壁周围低利用率浆液进行收集后，在浆液循环再利用装置特殊表面5形成液膜，利用Reynolds 数小于20000时，液膜速度在重力作用下随流动距离增加而增加。与此相反，当Reynolds数大于20000时，液膜速度因为阻力会随距离增加而减小的原理，为使液膜流动充分发展，将表面凹槽的沟壑比例设计为0.5，高度>1cm，沟壑宽度>40cm。
通过计算后确定浆液循环再利用装置1设置在喷淋层下方1.5m左右的位置，宽度为200mm，可以收集8%左右的低效率区浆液，其流量约为200m3/h，由竖壁沟流流动理论计算可得：液膜厚度为1.4mm，平均流速为1.8m/s。可有效进行二次利用，促进SO2和烟尘的脱除。
与浆液循环再利用装置1进行接触后的烟气进入高效除尘器，通过粗级除雾器除去大颗粒雾滴后进入细级脊除雾器进行微小雾滴和烟尘的去除，最终使从脱硫塔出口排放的烟气达到超低排放标准。

Claims (13)

1.一种分区湿式脱硫、除尘高效一体化超低排放装置技术，在脱硫塔内从下往上依次包括依次包括新型烟气均布装置（1）；对喷淋后浆液进行再收集，无动力增加气液接触、提高脱硫效率、减少出口雾滴、防止烟气逃逸的浆液循环再利用装置（2）；具有高覆盖率的喷淋层（3）；对湿烟气携带雾滴和烟尘有高效去除作用的高效除雾装置（4）以及对小颗粒及小水雾具有高效去除作用的加湿增效装置（5）。
2.其特征在于：新型烟气均布装置（1）采用模块化装配，安装维护简便。
3.根据权利要求1所述的一种分区湿式脱硫、除尘高效一体化超低排放装置，其特征在于：新型烟气均布装置（1）模块内部采用气液分布装置，扰流作用更强，不易堵塞，同时强化烟气在脱硫塔内的分布，提高气液接触效果。
4.根据权利要求1所述的一种分区湿式脱硫、除尘高效一体化超低排放装置，其特征在于：所述组合装置在脱硫塔内主要烟气吸收段均设有浆液循环再利用装置（2），表面形状为凹槽，凹槽形式为方形或三角形。
5.该装置具有浆液再利用、无动力增加气液有效接触、保证塔内气流分布更均匀的作用。
6.根据权利要求1所述的一种分区湿式脱硫、除尘高效一体化超低排放装置，其特征在于：所述浆液循环再利用装置安装于喷淋装置下方内壁一圈，其纵向截面形式为三角形。
7.根据权利要求1所述的一种分区湿式脱硫、除尘高效一体化超低排放装置，其特征在于：高覆盖率喷淋层装置（3）的喷嘴为高效喷嘴。
8.根据权利要求1所述的一种分区湿式脱硫、除尘高效一体化超低排放装置，其特征在于：高效除雾装置（4）采用的布置形式为高效组合布置形式。
9.根据权利要求1所述的一种分区湿式脱硫、除尘高效一体化超低排放装置，其特征在于：高效除雾装置（4）中的第一级采用粗级除雾，起到去除大直径液滴的作用，同时使进入除雾器的烟气更加均匀，后面布置有细级除雾器，提高对细小液滴的捕作、收集。
10.根据权利要求1所述的一种分区湿式脱硫、除尘高效一体化超低排放装置，其特征在于：高效除雾装置（4）中细级除雾装置前设立有加湿增效装置（5），通过加湿雾化水滴与烟气中微小颗粒及水雾进行碰撞，从而有利于对细小液滴进一步捕作效果，达到超低排放标准。
11.根据权利要求1所述的一种分区湿式脱硫、除尘高效一体化超低排放装置，其特征在于：所述浆液循环再利用装置其纵向截面的宽度1为200～250mm。
12.根据权利要求1所述的一种分区湿式脱硫、除尘高效一体化超低排放装置，其特征在于：所述浆液循环再利用装置其纵向截面的角度Θ为45～60°。
13.根据权利要求1所述的一种分区湿式脱硫、除尘高效一体化超低排放装置，其特征在于：所述浆液循环再利用装置其上方的凹槽深度为1～2cm，宽度为40～60cm，沟壑比例为0.5。
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