CN107789972B - 一种两段式烟气脱硫塔及其梯阶均流集液装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种两段式烟气脱硫塔及其梯阶均流集液装置，所述梯阶均流集液装置包括：沿着烟气脱硫塔的径向方向设置的大梁，用于将烟气脱硫塔的横截面分为若干扇形区域；每块扇形区域内设有若干根小次梁，同一扇形区域内的小次梁间隔并列设置，且小次梁的顶部高程从该扇形区域的内侧向外侧呈梯级下降；同一区域内的相邻两根小次梁之间通过积液板相连，且在积液板上开有用于均布气流的筛孔和倾斜设置的斜喷孔；最外侧的积液板上开有落液槽，该落料槽用于与设置在脱硫塔塔壁上的回流口连通。本发明的均流集液装置占有吸收塔高度空间小，使第二吸收段循环泵扬程大幅降低，从而使两段式烟气脱硫塔可以只设置一个吸收塔浆池。

Description

一种两段式烟气脱硫塔及其梯阶均流集液装置

技术领域

本发明涉及一种两段式烟气脱硫塔及其梯阶均流集液装置，属于烟气脱硫领域。

背景技术

目前，国际和国内烟气脱硫工艺80%以上采用石灰石—石膏湿法脱硫工艺，烟气石灰石—石膏湿法脱硫工艺一般采用空塔喷淋吸收塔，脱硫效率一般在95%左右。但随着经济发展，环保要求不断提高，要求到2020年我国燃煤电厂烟气中污染物排放限值达到燃气轮机组的排放要求，即所谓的“超洁净排放”，要求排放烟气中NOx浓度≤50mg/Nm³，SO₂浓度≤35mg/Nm³，烟尘浓度≤10mg/Nm³。根据这一新的要求，许多燃煤电厂实际脱硫效率要达到99%以上，采用过去的在吸收塔中增加喷淋层和托盘的做法已经无法满足这一新要求。

为了获得更高的脱硫效率，出现了双塔双循环工艺和单塔双循环工艺。其中双塔双循环工艺就是将两个吸收塔串联，此工艺烟道复杂，烟气阻力大，占地面积大，投资运行费用高。现用的单塔双循环工艺虽然吸收在一个塔内完成，但还是需要两个浆池。这是因为现有单塔双循环是通过“集液碗”将一个吸收塔分隔成上下吸收区，“集液碗”的高度大约在10m左右，通过“集液碗”收集上吸收区浆液引出吸收塔，由于“集液碗”高度较高，如果采用一个浆池，上吸收区喷淋层距浆池液面太高，循环泵扬程要求很高，浪费能量，为解决以上问题，采用在原吸收塔的浆池外再设置一个塔外浆池，使塔外浆池液位远高于吸收塔内浆池液位，以此来降低上吸收区循环泵扬程。这样结果是增加了占地，投资费用高，运行控制复杂，运行费用高。另外，“集液碗”的结构不利于吸收塔内烟气流场均匀，影响脱硫效率。

对于入口烟气SO₂含量高，出口需要达到35mg以下的烟气SO₂吸收系统，需要喷淋的浆液量很大，也即液气比要求大。在一个吸收塔中，当液气比达到一定值时，加大液气比对脱硫效率的作用越来越小，当超过一定限值时，加大液气比不仅不能提高脱硫效率，反而会使脱硫效率下降。申请人通过长期研究发现，主要原因是对于空塔喷淋的脱硫吸收塔影响吸收效率的一个重要因素是喷淋层喷出的浆液粒子的总表面积，也即气液接触面积。一般来说，增加喷淋层，增大喷淋量能增大气液接触面积，但是，由于喷淋层之间存在相互干扰，喷出的浆液粒子会相互碰撞凝并，使液体总表面积下降，浆液粒子表面积与喷淋浆液的量将不成正比，当喷淋量达到一定值时，浆液粒子总表面积不升反降，从而出现脱硫效率下降。因此，在多层喷淋层之间设置集液装置，将上面几层的喷淋浆液接出吸收塔，就避免了上面喷淋层对下面喷淋层的影响从而提高整体脱硫效率。烟气脱硫项目，尤其是大型火力发电厂烟气脱硫项目，一般处理烟气量较大，吸收塔直径比较大，喷淋浆液量也较大，开发一种好的集液装置一直是本领域技术人员长期努力的方向。

CN201510575631.0公开了一种用于烟气净化的高效脱硫除尘系统，该系统中设置了积液分配器用于将上层喷淋层浆液收集起来通过管道从塔外进入浆池，减少上层喷淋浆液对下层喷淋浆液对脱硫除尘的影响。但是烟气穿过此装置时，大部分气体通过挡水均流帽与支撑部件之间的缝隙进入上层喷淋层，与积液分配器上方的浆液基本上无接触，因此积液分配器装置只是单纯的收集上层喷淋层浆液，对于气液两相的传质无明显的强化效果。

因此，开发能均布气流降低高度的集液装置进而优化单塔双区吸收系统很有必要。

发明内容

本发明旨在提供一种两段式烟气脱硫塔及其梯阶均流集液装置，该均流集液装置可以使得上一层喷淋层的浆液均匀淋洒在集液板上并被气流托住，使穿过集液板的筛孔和斜喷孔的气体与位于集液板上表面的液体在集液板上充分接触后从脱硫塔中心逐级向塔周方向流动，最终落入落液槽内，再通过落液槽外的浆液回流管流回吸收塔浆池。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种梯阶均流集液装置，其包括：

沿着烟气脱硫塔的径向方向设置的大梁，用于将烟气脱硫塔的横截面分为若干扇形区域；

每块扇形区域内设有若干根小次梁，同一扇形区域内的小次梁间隔并列设置，且小次梁的顶部高程从该扇形区域的内侧向外侧呈梯级下降；

同一区域内的相邻两根小次梁之间通过积液板相连，且在积液板上开有用于均布气流的筛孔和倾斜设置的斜喷孔；最外侧的积液板上开有落液槽，该落料槽用于与设置在脱硫塔塔壁上的回流口连通。

本发明的梯阶均流集液装置既能均匀分布气流，又能将第二吸收段喷淋浆液收集接出塔外。

由此，当烟气穿过本发明的梯级均流集液装置时，气体与液体在集液板上剧烈湍动充分接触，强化气液两相传质、具有很好的脱硫除尘效果，可谓一箭三雕。

本发明的梯阶均流集液装置布置在两段式烟气脱硫塔的第一吸收段和第二吸收段之间，工作时，烟气通过第一吸收段后进入梯阶均流集液装置，第二吸收段喷淋的浆液均匀淋洒在集液板上，被气流托住，使穿过集液板的筛孔和斜喷孔的气体与位于集液板上表面的液体在集液板上充分接触后从脱硫塔中心逐级向塔周方向流动，最终落入落液槽内，再通过落液槽外的浆液回流管流回吸收塔浆池。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

为了进一步提高气液两相传质效率，保证脱硫除尘效果，所述积液板的外边沿设有溢流堰，该积液板的溢流堰、该积液板、以及位于内侧的积液板外边沿的溢流堰之间形成溢流区，使同一梯级的积液板上的液层高度整体相等。

相邻两块集液板中，靠近内侧的集液板的溢流堰的顶部高程高于靠近外侧的集液板的溢流堰的顶部高程。由此，所述的集流板上开有许多筛孔，同时开有朝向液流方向的斜喷孔，在上级集液板至下级集液板的边沿设有溢流堰，溢流堰的高度由上而下不等。更优选地，同一扇形区域内的任意相邻两个溢流堰之间的高度差相等。

为了保证烟气只能从筛孔和斜喷孔进入上层区域，从而保证脱硫效果，所述落液槽通过密封板与下部空间的气相隔离。

优选地，所述落液槽的形状为弓形或环形。常规设计一般为弓形，但是脱硫吸收塔直径大，要考虑最低阶层所有塔板能够直接溢流至落叶槽，也考虑落液槽的面积尽可能的小，申请人经过长期研究优选考虑选择环形，可以降低阻力和增加气液接触的面积，及有利于烟气的均匀性。

脱硫塔内浆液为15%左右含固量的石膏浆液，开孔太小容易堵，如果开孔太大，申请人经过研究发现会产生烟气流量局部不均匀的现象，不利于脱硫除尘。斜喷孔的缝长选择同理。缝高选择，缝高太小，只能推动低层液体，上层液体可能产生倒流，缝高太大，气流对液体的冲击力变小，不利于筛板上浆液的流动。所述筛孔的孔径为20mm-50mm，优选为30mm-40mm；所述斜喷孔的缝长为12mm-40mm，优选为20mm-30mm；所述斜喷孔的缝高为1 mm-10 mm，优选为3mm-5mm。

申请人经过长期研究发现，积液板上的开孔率的大小，决定筛板上浆液层的高度、阻力的大小，如果开孔率太小，筛板上浆液层变高、阻力增大，优选地，所述积液板上的开孔率为25%-50%，优选为30%-40%。

本发明的梯阶均流集液装置由径向大梁将吸收塔截面均分为几个部分，所述集液板布置在径向大梁之间，由生根于径向大梁上的小次梁支撑。集液板分若干级由中间向四周逐级下降，至塔壁处的集液板上开有落液槽。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种两段式烟气脱硫塔，其包括塔体，设置在塔体下部的烟气入口和塔体顶部的烟气出口，设置在塔体底部内的吸收塔浆池；所述塔体内自下而上依次设有第一吸收段、均流集液装置、第二吸收段和除雾器；所述均流集液装置为所述的梯阶均流集液装置，所述均流集液装置覆盖整个塔体横断面，使穿过集液板的筛孔和斜喷孔的气体与位于集液板上表面的液体在集液板上充分接触；所述均流集液装置的外沿设有开设在塔体的内壁上的回流口，所述回流口通过浆液回流管与吸收塔浆池连通。

由此，烟气通过第一吸收段后进入梯阶均流集液装置，第二吸收段喷淋的浆液均匀淋洒在集液板上，被气流托住，使穿过集液板的筛孔和斜喷孔的气体与位于集液板上表面的液体在集液板上充分接触后从脱硫塔中心逐级向塔周方向流动，最终落入落液槽内，再通过落液槽外的浆液回流管流回吸收塔浆池。

所述梯阶均流集液装置高度为0.5m-1.2m，优选为0.6-1.0m。由于本发明的梯阶均流集液装置高度相对较小，只有0.8m左右，而“集液碗”需要约10m高，因此，可以大大降低第二吸收段循环泵的扬程，使两吸收段用一个吸收塔浆池成为可能。同时，当气体穿过本发明的梯级均流集液装置时，气体与液体在集液板上剧烈湍动充分接触，强化气液两相传质、具有很好的脱硫除尘效果，可谓一箭三雕。因此，本梯阶均流集液装置兼有收集浆液、均布气流、吸收SO₂和粉尘的功能。

优选地，所述第一吸收段包括至少一层喷淋层，所述吸收塔浆池通过第一吸收段循环泵与相应的第一吸收段的喷淋层连通；所述第二吸收段包括至少一层喷淋层，所述吸收塔浆池通过第二吸收段循环泵相应的第二吸收段的喷淋层连通。由此，吸收塔浆池中浆液通过第一吸收段循环泵和第二吸收段循环泵泵送至第一吸收段喷淋层和第二吸收段的喷淋层进行浆液喷淋，浆液在喷淋层中被雾化成小粒径液滴，与上升烟气逆向接触，脱除其中的SO₂，第一吸收段的喷淋浆液直接回到吸收塔浆池，第二吸收段的浆液通过上述梯阶均流集液装置收集后经回流管回到吸收塔浆池。

籍由上述结构，烟气从烟气进口进入吸收塔，从下往上通过第一吸收段，本吸收段设多层喷淋层，喷淋层与多台第一吸收段循环泵一一对应，可以根据入口烟气中SO₂含量的高低调整喷淋层的开启层数。烟气与第一吸收段喷淋层喷出的浆液逆向接触，其中大部分SO₂和粉尘被吸收，烟气往上穿过梯阶均流集液装置，浆液则向下落入吸收塔浆池中，烟气在穿过梯阶均流集液装置过程中，被再次均布且部分SO₂和粉尘被吸收然后进入第二吸收段，本吸收段设多层喷淋层，喷淋层与多台第二吸收段循环泵一一对应，可以根据入口烟气中SO₂含量的高低调整喷淋层的开启层数。烟气与第二吸收段喷淋层喷出的浆液逆向接触，又一次进行SO₂吸收，从而达到超洁净排放的要求，烟气继续往上进入除雾器，下落的浆液则被梯阶均流集液装置收集，经落液槽再通过浆液回流管回流至吸收塔浆池中。烟气再往上通过除雾器除去烟气中的雾滴后从烟气出口排入烟囱。

本发明的吸收塔浆池中的浆液通过循环泵泵送至第一吸收段和第二吸收段的喷淋层，浆液在喷淋层中被雾化成小粒径液滴，与上升烟气逆向接触，脱除其中的SO₂，然后回到吸收塔浆池。所述梯阶均流集液装置主要用于收集第二吸收段的喷淋浆液，通过塔外回流管回到吸收塔浆池。同时又兼具均布烟气流，促进SO₂吸收的作用。由于其占有吸收塔高度空间小，使第二吸收段循环泵扬程大幅降低，从而使两段式烟气脱硫塔可以只设置一个吸收塔浆池。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的梯阶均流集液装置大大降低了第二吸收段循环泵的扬程，使两吸收段用一个吸收塔浆池成为可能。同时，当气体穿过本发明的梯级均流集液装置时，气体与液体在集液板上剧烈湍动充分接触，强化气液两相传质、具有很好的脱硫除尘效果，可谓一箭三雕。

相对CN201510575631.0而言，本发明的梯阶均流集液装置强化气液两相传质、具有很好的脱硫除尘效果，每阶梯上筛板的开孔率、开孔的大小、筛板的围堰高度等都要精确设计，保证了穿过每一级筛板的烟气流量相等，保证在机组不同的负荷下和开启不同数量循环泵的情况下，不会产生严重的漏液现象、在从上往下每一层阶梯液体流量增加的情况，要保证塔内烟气的均匀性，因此需精确设计使每一层阶梯的阻力相等。

附图说明

图1是本发明一种两段烟气脱硫塔的实施例结构原理图；

图2是本发明一种梯阶均流集液装置的实施例结构原理图；

图3是本发明一种梯阶均流集液装置实施例的纵剖面图。

在图中：

1、烟气进口；2、第一吸收段；3、梯阶均流集液装置；5、除雾器；6、烟气出口；8、第一吸收段循环泵；9、第二吸收段循环泵10、吸收塔浆池；11、径向大梁；12、溢流堰；13、小次梁；14、落液槽15、回流口；16、筛孔；17、斜喷孔；18、集液板。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

一种两段烟气脱硫塔的梯阶均流集液装置，属于两段式烟气脱硫塔的一个部件，如图2、图3所示，所述梯阶均流集液装置3布置在第一吸收段2和第二吸收段4之间，烟气通过第一吸收段2后进入梯阶均流集液装置3，梯阶均流集液装置3覆盖整个吸收塔横断面，为中间高四周低梯阶下降的集液板18。

如图3所示，集液板18由梁支撑。支撑梁分两类，一类为支撑于塔壁上的径向大梁11，径向大梁均高于集液板18，将吸收塔截面均分为几个区域，另一类为支撑于径向大梁11上的小次梁13，小次梁13的位置比径向大梁11低，并且由内向外梯级下降。集液板18支撑于小次梁13上，也由内向外梯级下降。集液板18开有筛孔16以均布气流，还开有斜喷孔17，以提高液流速度，降低液层厚度。集液板18的筛孔16和斜喷孔17孔径和开孔率通过计算获得，防止漏液。

靠近塔壁的集液板18上开有落液槽14，落液槽14与塔外浆液回流管7连接。在每梯级集液板18边沿设有高度不等的溢流堰12，以控制各梯级集液板18上液层高度基本相等，从而使通过各集液板18的气流均匀。第二吸收段4喷淋的浆液均匀淋洒在集液板18上，被气流托住，从塔中心逐级向塔周方向流动，最终落入落液槽14，再通过落液槽14外的浆液回流管7流回吸收塔浆池10。

由于此梯阶均流集液装置3高度相对较小，只有0.8m左右，而“集液碗”需要约10m高，因此，可以大大降低第二吸收段循环泵9的扬程，使两吸收段用一个吸收塔浆池10成为可能。同时，当气体穿过本发明的梯级均流集液装置3时，气体与液体在集液板18上剧烈湍动充分接触，强化气液两相传质、具有很好的脱硫除尘效果，可谓一箭三雕。因此，本梯阶均流集液装置3兼有收集浆液、均布气流、吸收SO₂和粉尘的功能。

一种两段式烟气脱硫塔，如图1所示，包括烟气进口1、烟气出口6、烟气进口1和烟气出口6之间依次布置的第一吸收段2、梯阶均流集液装置3、第二吸收段4、除雾器5，在烟气进口1下方设吸收塔浆池10，吸收塔浆池中浆液通过第一吸收段循环泵8和第二吸收段循环泵9泵送至第一吸收段2和第二吸收段4喷淋层进行浆液喷淋浆液在喷淋层中被雾化成小粒径液滴，与上升烟气逆向接触，脱除其中的SO₂，第一吸收段2的喷淋浆液直接回到吸收塔浆池10，第二吸收段2的浆液通过上述梯阶均流集液装置3收集后经回流管7回到吸收塔浆池10。

如图1所示，第一吸收段2设3-4层喷淋层，第二段吸收段4设2-3层喷淋层，空塔喷淋型式。烟气从烟气进口1进入吸收塔，从下往上通过第一吸收段2，本吸收段设多层喷淋层，喷淋层与多台第一吸收段循环泵8一一对应，可以根据入口烟气中SO₂含量的高低调整喷淋层的开启层数。烟气与第一吸收段2喷淋层喷出的浆液逆向接触，其中大部分SO₂和粉尘被吸收，烟气往上穿过梯阶均流集液装置3，浆液则向下落入吸收塔浆池10中，烟气在穿过梯阶均流集液装置3过程中，被再次均布且部分SO₂和粉尘被吸收然后进入第二吸收段4，本吸收段设多层喷淋层，喷淋层与多台第二吸收段循环泵9一一对应，可以根据入口烟气中SO₂含量的高低调整喷淋层的开启层数。烟气与第二吸收段4喷淋层喷出的浆液逆向接触，又一次进行SO₂吸收，从而达到超洁净排放的要求，烟气继续往上进入除雾器，下落的浆液则被梯阶均流集液装置3收集，经落液槽14再通过浆液回流管7回流至吸收塔浆池10中。烟气再往上通过除雾器5除去烟气中的雾滴后从烟气出口6排入烟囱。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (12)

1.一种梯阶均流集液装置，其特征在于包括：

沿着烟气脱硫塔的径向方向设置的大梁（11），用于将烟气脱硫塔的横截面分为若干扇形区域；

每块扇形区域内设有若干根小次梁（13），同一扇形区域内的小次梁（13）间隔并列设置，且小次梁（13）的顶部高程从该扇形区域的内侧向外侧呈梯级下降；

同一区域内的相邻两根小次梁（13）之间通过积液板（18）相连，且在积液板（18）上开有用于均布气流的筛孔（16）和倾斜设置的斜喷孔（17）；最外侧的积液板（18）上开有落液槽（14），该落液槽（14）用于与设置在脱硫塔塔壁上的回流口（15）连通；所述落液槽（14）通过密封板与下部空间的气相隔离；

所述积液板（18）的外边沿设有溢流堰（12），该积液板（18）的溢流堰（12）、该积液板（18）、以及位于内侧的积液板（18）外边沿的溢流堰之间形成溢流区，使同一梯级的积液板（18）上的液层高度整体相等；

相邻两块积液板（18）中，靠近内侧的积液板（18）的溢流堰（12）的顶部高程高于靠近外侧的积液板（18）的溢流堰（12）的顶部高程。

2.权利要求1所述的梯阶均流集液装置，其特征在于，所述落液槽（14）的形状为弓形或环形。

3.权利要求1所述的梯阶均流集液装置，其特征在于，所述筛孔（16）的孔径为20mm-50mm；所述斜喷孔（17）的缝长为12mm-40mm；所述斜喷孔（17）的缝高为1 mm-10 mm。

4.权利要求3所述的梯阶均流集液装置，其特征在于，所述筛孔（16）的孔径为30mm-40mm。

5.权利要求3所述的梯阶均流集液装置，其特征在于，所述斜喷孔（17）的缝长为20mm-30mm。

6.权利要求3所述的梯阶均流集液装置，其特征在于，所述斜喷孔（17）的缝高为3mm-5mm。

7.权利要求1所述的梯阶均流集液装置，其特征在于，所述积液板（18）上的开孔率为25%-50%。

8.权利要求7所述的梯阶均流集液装置，其特征在于，所述积液板（18）上的开孔率为30%-40%。

9.一种两段式烟气脱硫塔，包括塔体，设置在塔体下部的烟气入口（1）和塔体顶部的烟气出口（6），设置在塔体底部内的吸收塔浆池（10）；所述塔体内自下而上依次设有第一吸收段（2）、均流集液装置（3）、第二吸收段（4）和除雾器（5）；其特征在于，所述均流集液装置（3）为权利要求1-8中任一项所述的梯阶均流集液装置，所述均流集液装置（3）覆盖整个塔体横断面，使穿过集液板（18）的筛孔（16）和斜喷孔（17）的气体与位于集液板（18）上表面的液体在集液板（18）上充分接触；所述均流集液装置（3）的外沿设有开设在塔体的内壁上的回流口（15），所述回流口（15）通过浆液回流管（7）与吸收塔浆池（10）连通。

10.根据权利要求9所述的两段式烟气脱硫塔，其特征在于，所述均流集液装置（3）高度为0.5m-1.2m。

11.根据权利要求10所述的两段式烟气脱硫塔，其特征在于，所述均流集液装置（3）高度为0.6-1.0m。

12.根据权利要求9所述的两段式烟气脱硫塔，其特征在于，所述第一吸收段（2）包括至少一层喷淋层，所述吸收塔浆池（10）通过第一吸收段循环泵（8）与相应的第一吸收段（2）的喷淋层连通；

所述第二吸收段（4）包括至少一层喷淋层，所述吸收塔浆池（10）通过第二吸收段循环泵（9）相应的第二吸收段（4）的喷淋层连通。