一种烟气除尘脱硫塔及除尘脱硫方法
技术领域
本发明属于工业废气净化领域,涉及一种烟气除尘脱硫塔及除尘脱硫方法。
背景技术
锅炉烟气及工厂排放的烟气中含有二氧化硫及粉尘,二氧化硫及粉尘均是大气污染物的主要组成粉尘,二氧化硫是形成酸雨的主要原因,粒径较小的粉尘是形成的雾霾罪魁祸首之一。
湿法脱硫具有脱硫率高、装置运行可靠、操作简单等优点,因而世界各国现有的烟气脱硫技术主要以湿法脱硫为主。传统的湿法脱硫技术主要有石灰石-石膏法、双碱法脱硫、钠碱法脱硫、氨法脱硫法等。上述烟气脱硫技术主要采用逆流喷淋,碱性浆液从脱硫塔上方进行喷淋,在重力作用下自由沉降与烟气逆流接触实现脱硫反应。
烟气中粉尘的粒径较小,大部分在0.1~200µm之间,目前烟气除尘技术主要是布袋式除尘技术、静电除尘技术、湿式除尘技术。由于烟气中含有水分,粉尘在布袋式除尘器的滤袋上吸湿黏结,堵塞滤袋的孔隙,因而需频繁对滤袋进行清理或更换,布袋式除尘器的应用受到极大的限制;静电除尘器的主要缺点是造价偏高,安装、维护、管理要求严格,需要高压变电及整流控制设备,电耗较高,且占地面积较大;湿式除尘技术主要通过喷淋水除去烟气中携带的粉尘,粒径较小的液滴与粉尘结合后仍然会随烟气排出烟囱。
2015年12月11日环境保护部、国家发展改革委员会、国家能源局联合发布《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》(环发[2015]164号),方案中规定到2020年全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超洁净排放,即在基准氧含量6%条件下,烟气粉尘≯10mg/Nm3, SO2≯35mg/Nm3。现有的湿法脱硫装置难以满足排放标准的要求。
随着湿式脱硫技术在我国的大规模推广应用,湿式脱硫技术的一个明显且难以克服的缺点逐渐显露出来,该缺点就是排放烟气在烟囱口会产生“白烟”现象,甚至会形成数公里的“白烟长龙”,给人带来强烈的视觉冲击,有时地面还会出现“尘雨”现象。另外,大量水汽从烟囱直接排放于大气中,造成水资源的浪费。“白烟”的主要成分为水蒸气,主要来源有两个方面:一是烟气脱硫装置的除雾器效率低,除雾后的烟气中仍携带小水滴(即过饱和水);二是高温烟气排放后温度降低,导致烟气所携带的饱和水量降低,水蒸气析出凝结成小水滴形成“白烟”。所以,如何能够消除“白烟”现象是目前亟待解决的一个问题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种烟气除尘脱硫塔及除尘脱硫方法,本发明的烟气除尘脱硫塔在预处理单元实现烟气的急冷、脱硫及除尘,在深度处理单元实现烟气的深度脱硫、除尘和除雾,满足国家超洁净排放的要求,彻底脱除烟气中携带的过饱和水,大幅减小烟气排放后的“白烟”现象,本发明方法流程短、设备少、占地面积少,具有广阔的应用前景。
本发明的烟气除尘脱硫塔,包括预处理单元、深度处理单元及塔底持液槽区,预处理单元与深度处理单元通过烟气管道连通,三者构成“丩形”双塔结构;预处理单元由上至下依次为急冷喷淋区、一级喷淋区、文丘里格栅洗涤区;深度处理单元由下至上依次为中部持液槽区、二级喷淋区、上部持液槽区、三级喷淋区、除雾区和烟气排放区。
本发明的烟气除尘脱硫塔,所述的预处理单元与深度处理单元塔径比为0.2~1,优选为0.4~1。
所述的急冷喷淋区顶部与烟气管线相连;急冷喷淋区轴向上设置若干个开口向上或向下的大口径雾化喷嘴,各大口径雾化喷嘴与喷淋管线I相连,大口径雾化喷嘴的入口接头管径与急冷喷淋区的塔径比例为0.005~0.1,优选为0.01~0.06;所述的大口径雾化喷嘴喷淋角度为60~150°,优选角度为120~150°;喷淋的水雾呈实心圆锥形,圆锥形底面直径大于急冷喷淋区的塔径;优选至少包含一对开口相对(一个开口向下,另一个开口向上)的大口径雾化喷嘴,更优选为2~3对;每对开口相对的大口径雾化喷嘴喷淋出的两个圆锥形面互相撞击形成覆盖整个塔径的平面,该平面对烟气实现全面的有效拦截,实现烟气的急冷降温,并脱除烟气中携带的粉尘和二氧化硫。每根喷淋管线I可以连接1个大口径雾化喷嘴或开口方向相反的2个大口径雾化喷嘴;所述的大口径雾化喷嘴的入口接头管径一般可以为DN50~200。
所述的一级喷淋区设置一层或多层喷淋管线II,设置多层喷淋管线II时,喷淋管线II之间的距离为0.5~5m,优选距离为1~2.5m;所述的喷淋管线II连接循环浆液管线II,喷淋管线II上设置有多个雾化喷嘴;所述的一级喷淋区用于将循环浆液雾化,雾化后的小液滴与烟气并流接触,脱除烟气中携带的粉尘和二氧化硫。
所述的文丘里格栅洗涤区设置有一层或多层文丘里格栅,采用多层文丘里格栅时上下相邻的两层文丘里格栅交错设置;所述的文丘里格栅用以增强循环浆液对烟气中粉尘和SO2的洗涤效果,增加对粉尘和SO2的脱除率。
所述的塔底持液槽区靠近塔壁一侧分别连接碱性溶液管线I、塔底溢流管线和液位计I;所述的碱性溶液管线I上设置流量调节阀,用于向塔底浆液中加注碱性溶液调节其pH值;所述的塔底溢流管线用于在塔底浆液的液位超过设定值时自动排放塔底浆液,避免塔底浆液堵塞烟气管道;所述的塔底持液槽区底部连接塔底浆液抽出管线,塔底浆液抽出管线与塔底循环泵相连,实现了塔底浆液在急冷喷淋区与一级喷淋区的循环喷淋。
所述的中部持液槽区设置若干升气管I,来自预处理单元的烟气经烟气管道进入深度处理单元,通过升气管I进入二级喷淋区;所述的中部持液槽区设置一个或多个溢流管I,溢流管I高度低于升气管I高度,中部持液槽内的循环液通过溢流管I进入塔底持液槽区;所述的中部持液槽底部连接有中部循环液抽出管线,中部循环液抽出管线与中部循环泵相连,实现了中部循环液在二级喷淋区的循环喷淋。
所述的中部持液槽区靠近塔壁一侧连接有新鲜水管线I和碱性溶液管线II;所述的新鲜水管线I上设置流量调节阀,根据塔底液位计I反馈的信号调节新鲜水的流量,用于控制塔底持液槽区的液位;所述的碱性溶液管线II上设置有流量调节阀,根据中部循环液抽出管线上设置的pH计反馈的信号调节向中部持液槽区加注的碱性溶液的流量。
所述的二级喷淋区设置一层或多层喷淋管线III,设置多层喷淋管线III时,喷淋管线III之间的距离为0.5~5m,优选距离为1~2.5m;所述的喷淋管线III连接中部循环液管线,喷淋管线III上设置有多个雾化喷嘴;所述的二级喷淋区用于将循环液雾化,雾化后的小液滴与烟气逆流接触,对烟气中进行深度除尘和脱硫。
所述的上部持液槽区设置若干升气管II,烟气通过升气管II进入三级喷淋区;上部持液槽区设置一个或多个溢流管II,溢流管II高度低于升气管II高度,上部持液槽内的循环冷却液通过溢流管II进二级喷淋区;上部持液槽底部连接有上部循环冷却液抽出管线,上部循环冷却液抽出管线连接冷却液循环泵,实现了循环冷却液在三级喷淋区的循环喷淋。
所述的上部持液槽区靠近塔壁一侧连接有新鲜水管线II和碱性溶液管线III;所述的新鲜水管线II上设置流量调节阀,根据液位计II反馈的信号调节新鲜水的流量,用于控制上部持液槽的液位;所述的碱性溶液管线III上设置有流量调节阀,根据上部循环冷却液抽出管线上设置的pH计反馈的信号调节向上部持液槽区加注的碱性溶液的流量。
所述的三级喷淋区设置一层或多层喷淋管线IV,设置多层喷淋管线IV时,喷淋管线IV之间的距离为0.5~5m,优选距离为1~2.5m;所述的喷淋管线IV连接循环浆液管线IV,喷淋管线IV上设置有多个雾化喷嘴;所述的三级喷淋区用于将来自上部持液槽的循环冷却液雾化,雾化后的循环冷却液液滴与烟气逆流接触,对烟气中进行降温冷却及深度除尘、脱硫。
所述的三级喷淋区与除雾区优选通过倒锥体形变径相连,所述的除雾区与三级喷淋区的塔径比为1.2~3。
所述的除雾区设置有除雾器,除雾器包括若干个并列的除雾组件,每个除雾组件均包括升气管和外筒,外筒设置在升气管的外侧,优选与升气管在同一轴线上;升气管固定在除雾区塔盘上,升气管的顶部设置封盖板;升气管的圆周上均匀设置若干整流通道,整流通道沿升气管外壁的切线方向水平嵌入,整流通道靠近外筒一侧的侧壁I与升气管管壁相切,另一侧壁II与升气管管壁相交,各整流通道旋转方向相同;整流通道顶部与封盖板齐平,底部与升气管管壁相交。
所述的除雾器中,整流通道一般设置1~12个,优选4-8个。整流通道的壁厚优选与升气管的壁厚相同。
所述的除雾器中,整流通道的长度l为侧壁II的长度,宽度w为整流通道两侧壁间的最大水平距离,高度h为整流通道顶部和底部间的最大垂直距离;其中长度l为宽度w的2~5倍,优选为3~4倍;整流通道的截面形状为矩形、椭圆形、圆形、梯形或半圆形等中的一种或几种组合,优选为矩形、椭圆形或圆形中的一种或几种组合。整流通道的尺寸根据实际的工况或设计需求,由本领域技术人员予以确定,如所述整流通道的高度h一般为20~600mm,优选为100~300mm;整流通道的宽度w一般为10~200mm,优选为20~100mm。整流通道的总截面积为升气管横截面积的0.2~0.9倍,优选为升气管横截面积的0.3~0.6倍。
所述的除雾器中,整流通道的侧壁II末端可以与升气管内壁齐平或伸入到升气管内部一定距离m,m为长度l的0.1~0.9倍,优选为0.3~0.6倍。当整流通道的侧壁II末端与升气管内壁齐平时,整流通道底部末端也与升气管内壁齐平;当整流通道的侧壁II伸入到升气管内部一定距离m时,整流通道底部末端与侧壁末端齐平。
所述的除雾器中,整流通道底部距离塔盘有一定距离A,距离A为20~200mm,优选为40~80mm。
所述的除雾器中,升气管下端与塔盘平齐或低于塔盘一段距离,二者密闭连接;升气管的直径及塔盘的开孔率可以根据实际的工况或设计需求,由本领域技术人员予以确定。
所述的除雾器中,整流通道、封盖板与升气管可以焊接在一起或整体成型。
所述的除雾器中,外筒优选为圆筒,外筒直径D为升气管直径d的1.5-6倍,优选为2-3倍。外筒的上沿高出升气管的上沿一定距离P,距离P为整流通道高度h的1~8倍,优选为2~5倍。外筒的下沿距离塔盘有一定距离B,且低于整流通道的下沿,外筒下沿距塔盘的距离B为5~100mm,优选为20~50mm。外筒的总高度H为整流通道高度的2.5~10倍,优选为3~5倍。外筒的形状还可以为锥筒、倒锥筒或变径圆筒等中的一种或几种组合。
所述的除雾器中,外筒的内表面设置凹槽和/或凸起。凸起或凹槽与外筒的轴线平行,或者可以与轴线成一定夹角。所述的凹槽或凸起的截面还可以为矩形、三角形或圆形等适宜形状。
所述的除雾器中,所述的外筒的内表面优选设置如图4所示的截面形状的凹槽,该凹槽的截面由一条圆弧和一条直线段构成;其中圆弧与外筒内表面圆周的交点分别做圆弧和圆周的切线,切线之间的夹角为α,α为5°~70°,优选为10°~40°;圆弧与直线段交点处所做的圆弧的切线与直线段的夹角为β,β为30°~110°,优选为45°~90°。凹槽的深度Z,即圆弧与直线段交点至外筒内表面圆周上的最短距离为外筒壁厚的0.1~0.7倍,优选为0.3~0.5倍;圆弧与外筒内表面圆周的交点和直线段与外筒内表面圆周的交点间的弧长X为外筒内表面圆周的1/80~1/6。
所述的除雾器各组件的连接处保证密封,不产生漏气现象。
所述的除雾器,工作时,夹带液滴的气体自塔盘下部空间进入升气管,气相夹带液相上升,遇到封盖板后气相流动方向发生改变,即由上升方向改为水平或近似水平方向,而部分小液滴由于惯性作用与封盖板发生碰撞,并附着在封盖板上,附着的液滴逐渐变大,当液滴大到其自身产生的重力超过气体的上升力与液体表面张力的合力时,液滴就从封盖板表面上被分离下来,完成了第一次气液分离;夹带液滴的气体沿水平或近似水平方向进入整流通道,由于整流通道有一定的长度,且整流通道总截面积小于升气管横截面积,原本速度方向比较分散的夹带液滴的气体,在进入整流通道后,速度方向改为沿着整流通道的方向,速度方向比较规则和集中,且由于流通面积减小,使夹带液滴的气体进入整流通道后速度增加。夹带液滴的气体的速度方向改变时,部分液滴与整流通道内壁发生碰撞,并附着在整流通道内壁上,进而被不断流经整流通道的气体吹出整流通道并下落,完成第二次气液分离。同时,在整流通道内,由于夹带液滴的气体速度方向改变,部分小液滴在惯性力作用下发生相互碰撞,小液滴聚集成为大液滴,且夹带液滴的气体流经整流通道时速度增加,加剧了液滴的运动,提高了小液滴相互碰撞的几率,使小液滴更容易聚集成为大液滴,并随气体一起以较大的速度流出整流通道。从整流通道流出的夹带液滴的气体具有较大的速度,速度方向比较集中,且夹带的液滴比较大,继续与外筒内壁发生碰撞,再次改变气体的流动方向,即夹带液滴的气体由沿着整流通道方向改为沿着外筒内壁的圆周方向流动。由于夹带液滴的气体速度较大,且沿着开设有凹槽的外筒内壁旋转向上流动,因此会产生比较明显的刮面效应。所述的刮面效应,是指夹带液滴的高速气体沿外筒内壁旋转向上流动时,液滴在惯性力的作用下不断被甩向外沿,液滴进入凹槽并沿凹槽内的圆弧段运动,由于夹角α为5°~70°,能够使液滴继续沿着凹槽的圆弧面做平滑地运动,液滴间接触聚集变大,直至遇到直线段受到阻碍,聚集变大的液滴与直线段壁面强烈撞击,并附着在外筒内壁凹槽的直线段上,液滴继续聚集并变大,进而沿外筒内壁顺流而下;而气体则继续保持高速沿外筒内壁旋转向上流动,第三次实现了气液分离,而且降低了雾沫夹带。通过上述整流、加速及刮面效应,使流体在流动过程中实现液滴与气体的分离。
所述的除雾区与烟气排放区优选通过锥体形变径相连,所述的除雾区与烟气排放区的塔径比为1.2~5。
所述的烟气排放区一般为常规的烟气湿法脱硫工艺中的烟囱结构,烟囱顶部设置烟气出口,用于排放净化的烟气。
本发明的同时提供一种烟气除尘脱硫方法,该方法采用了上述的烟气除尘脱硫塔。
本发明的烟气除尘脱硫方法,包括如下内容:烟气从预处理单元的顶部进入烟气除尘脱硫塔,与急冷喷淋区的循环浆液接触进行急冷降温并脱除烟气中携带的部分粉尘和二氧化硫,穿过急冷喷淋区的烟气进入一级喷淋区,在一级喷淋区与循环浆液混合后一起通过文丘里格栅洗涤区,烟气中的粉尘和二氧化硫等组分被循环浆液吸收,烟气温度降低至50~70℃;循环浆液与烟气完成气液分离,循环浆液进入塔底持液槽区,烟气经中部持液槽的升气管进入二级喷淋区,与二级喷淋区的循环液逆流接触进行深度除尘脱硫,经过二级喷淋区的烟气通过上部持液槽的升气管进入三级喷淋区,在三级喷淋区与雾化后的循环冷却液逆流接触,烟气温度降低至30~55℃,优选温度为40~53℃,经除雾区脱除烟气中携带的小水滴,从烟气排放区顶部排放。
本发明方法中,所述的烟气为燃煤锅炉烟气、燃煤电厂烟气、催化裂化催化剂再生烟气、工艺加热炉烟气、焦化烟气或钢铁烧结烟气等。烟气中SO2浓度为50~5000mg/Nm3,优选200~2000 mg/Nm3,粉尘浓度为30~600mg/Nm3,优选100~400 mg/Nm3。
本发明方法中,所述的烟气除尘脱硫塔的操作条件为:操作温度为60~300℃,操作压力为0.1~500kPa,烟气处理量为1000~1000000Nm3/h。
本发明方法中,所述的急冷喷淋区、一级喷淋区、二级喷淋区内的液气比都为2~50L/Nm3,优选为5~25L/Nm3;所述的三级喷淋区的液气比为0.5~15 L/Nm3,优选为1.5~7.5L/Nm3。
本发明方法中,所述的碱性溶液选自氢氧化钠溶液、氢氧化钙溶液、氢氧化镁溶液、碳酸钠溶液、亚硫酸钠溶液、柠檬酸钠溶液、石灰石浆液、氨水或海水等中的一种或几种。
本发明方法中,所述的循环浆液来自塔底持液槽区,经塔底循环泵加压后,一部分进入急冷喷淋区对烟气进行急冷降温,另一部分进入一级喷淋区对烟气进行除尘脱硫,其余经循环浆液外排管线输送至后续单元进行处理;
本发明方法中,所述的塔底持液槽区内循环浆液的液位高度由新鲜水管线I上的调节阀进行控制。
本发明方法中,所述的塔底持液槽区的循环浆液的pH值控制在6~11,优选pH值的控制范围为7~8,pH在线检测仪位于塔底循环泵入口管线上,通过调节碱性溶液管线I上的调节阀来控制循环浆液的pH值。
本发明方法中,所述的塔底循环浆液外排流量根据塔底循环浆液中的悬浮物浓度进行调节,塔底循环浆液中的悬浮物浓度控制为0.1~1.5g/L,优选浓度为0.2~1.0g/L,悬浮物浓度测量仪位于塔底循环泵入口管线上,通过调节循环浆液外排流量来控制循环浆液的悬浮物浓度。
本发明方法中,所述的中部持液槽内的循环液,经中部循环泵加压后进入二级喷淋区,经雾化喷嘴雾化与烟气逆流接触对烟气进行深度除尘、脱硫。
本发明方法中,所述的中部持液槽区的循环液的pH值控制在6~8,优选pH值的控制范围为6.5~7.5,pH在线检测仪位于中部循环泵入口管线上,通过调节碱性溶液管线II上的调节阀来控制中部循环液的pH值。
本发明方法中,所述的上部持液槽内的循环冷却液,经冷却液循环泵加压后部分外排,其余循环冷却液进入冷却器冷却至0~40℃,优选温度为10~20℃,循环冷却液进入三级喷淋区,经雾化喷嘴雾化与烟气逆流接触对烟气进行降温及深度除尘、脱硫。
本发明方法中,所述的上部持液槽区液位高度由新鲜水管线II上的调节阀进行控制。所述的上部持液槽区pH值控制在6~8,优选pH值的控制范围为6.5~7.5,pH在线检测仪位于冷却液循环泵入口管线上,通过调节碱性溶液管线III上的调节阀来控制循环冷却液的pH值。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
1、本发明在急冷喷淋区采用大口径雾化喷嘴,其中开口相对的雾化喷嘴的喷出两个圆锥形面互相撞击形成覆盖整个塔径的平面,该平面对烟气进行全面的有效拦截,实现烟气的急冷降温,并脱除烟气中携带的粉尘和二氧化硫,进一步减轻了后续工作区的负担,显著提高了烟气的除尘、脱硫效率。
2、本发明的除雾器有效脱除气体中夹带的粒径较小的液滴,除雾效率高;气体流动均匀,流动阻力小,压降低;结构简单,制作方便,不易堵塞和结垢,无需反冲洗;节水效果好,从夹带液滴的气体中脱除的水分可以回收再利用,降低了耗水量。
3、本发明设置三个持液槽,对烟气进行三级喷淋洗涤,同时在上部持液槽采用冷却液洗涤,降低了烟气温度,烟气中所携带的饱和水汽含量大幅降低,因而烟气排放后所析出的水雾量大幅降低,消除了湿法脱硫的“白烟长龙”现象,烟气排放口的“白烟”现象显著减少。
4、本发明在除雾区与三级喷淋区之间设置倒锥体形变径,有利于降低除雾区气速,强化烟气除雾效果;烟气排放区与除雾区设置锥体形变径,有利于提高烟气的流速,烟气的气速越大,烟气离开烟气排放区后的抬升高度越高,越有利于烟气的扩散,因而烟羽越短。
5、本发明的烟气除尘脱硫塔为“丩形”结构,在一个塔内实现了烟气除尘、脱硫及深度除雾的三重功能,各功能区域协同配合,相互促进,大幅降低了设备的占地面积,显著减少了装置建设、改造所需的费用。
附图说明
图1为本发明烟气除尘脱硫塔结构示意图。
图2为本发明工艺流程示意图。
图3为本发明烟气除尘脱硫塔的除雾器结构示意图。
图4为本发明的除雾器中一种整流通道及带凹槽外筒的截面示意图。
图5为本发明的除雾器中另一种整流通道及带凸起外筒的截面示意图。
图6为本发明的除雾器中截面为圆弧和直线段构成的凹槽示意图。
图中:1-预处理单元;2-塔底持液槽区;3-深度处理单元;4-急冷喷淋区;5-一级喷淋区;6-文丘里格栅洗涤区;7-中部持液槽区;8-二级喷淋区;9-上部持液槽区;10-三级喷淋区;11-倒锥体形变径;12-除雾区;13-锥体形变径;14-烟气排放区;15-大口径雾化喷嘴;16-喷淋管线I;17-喷淋管线II;18-雾化喷嘴;19-文丘里格栅;20-中部持液槽;21-溢流管I;22-升气管I;23-喷淋管线III;24-上部持液槽;25-溢流管II;26-升气管II;27-喷淋管线IV;28-除雾器;29-冷却器;30-冷却液循环泵;31-中部循环泵;32-塔底循环泵;其中,1-1-烟气管线;2-1液位计I;2-2塔底溢流管线;2-3塔底浆液抽出管线;2-4碱性溶液管线I;2-5循环浆液主管线;2-6循环浆液外排管线;4-1循环浆液管线I;5-1循环浆液管线II;7-1新鲜水管线I;7-2碱性溶液管线II;7-3中部循环液抽出管线;8-1中部循环液管线;9-1新鲜水管线II;9-2碱性溶液管线III;9-3液位计II;9-4上部循环冷却液抽出管线;9-5上部循环冷却液外排管线;10-1上部循环冷却液管线;28-1-除雾区塔盘;28-2-升气管;28-3-整流通道;28-4-外筒;28-5-封盖板;28-6-凹槽;28-7-凸起。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
本发明的烟气除尘脱硫塔,包括预处理单元1、深度处理单元3及塔底持液槽区2,预处理单元1与深度处理单元3通过烟气管道连通,三者构成“丩形”双塔结构;所述的预处理单元1由上至下依次为急冷喷淋区4、一级喷淋区5、文丘里格栅洗涤区6;所述的深度处理单元3由下至上依次为中部持液槽区7、二级喷淋区8、上部持液槽区9、三级喷淋区10、除雾区12、烟气排放区14。
本发明的烟气除尘脱硫塔,所述的预处理单元1与深度处理单元3塔径比为0.2~1,优选比例为0.4~1。
所述的急冷喷淋区4顶部与烟气管线1-1相连;所述的急冷喷淋区4轴向上设置若干个开口向上或向下的大口径雾化喷嘴15,各大口径雾化喷嘴15与喷淋管线I 16相连,大口径雾化喷嘴15的入口接头管径与急冷喷淋区4的塔径比例为0.005~0.1,优选为0.01~0.06;所述的大口径雾化喷嘴15喷淋角度为60~150°,优选角度为120~150°;喷淋的水雾呈实心圆锥形,圆锥形底面直径大于急冷喷淋区4的塔径;优选至少包含一对开口相对(一个开口向下,另一个开口向上)的大口径雾化喷嘴15,更优选为2~3对;每对开口相对的大口径雾化喷嘴15喷淋出的两个圆锥形面互相撞击形成覆盖整个塔径的平面,该平面对烟气实现有效拦截,实现烟气的急冷降温,并脱除烟气中携带的粉尘和二氧化硫。每根喷淋管线I 16可以连接1个大口径雾化喷嘴15或开口方向相反的2个大口径雾化喷嘴15;所述的大口径雾化喷嘴15的入口接头管径一般可以为DN50~200。
所述的一级喷淋区5设置一层或多层喷淋管线II 17,设置多层喷淋管线II 17时,喷淋管线II 17之间的距离为0.5~5m,优选距离为1~2.5m;所述的喷淋管线II 17连接循环浆液管线II 5-1,喷淋管线II 17上设置有多个雾化喷嘴18;所述的一级喷淋区5用于将循环浆液雾化,雾化后的小液滴与烟气并流接触,脱除烟气中携带的粉尘和二氧化硫。
所述的文丘里格栅洗涤区6设置有一层或多层文丘里格栅19,采用多层文丘里格栅19时上下相邻的两层文丘里格栅19交错设置;所述的文丘里格栅19用以增强循环浆液对粉尘和SO2的洗涤效果,增加对粉尘和SO2的脱除率。
所述的塔底持液槽区2靠近塔壁一侧分别连接碱性溶液管线I 2-4、塔底溢流管线2-2和液位计I 2-1;所述的碱性溶液管线I 2-4上设置流量调节阀,用于向塔底浆液中加注碱性溶液调节其pH值;所述的塔底溢流管线2-2用于在塔底浆液的液位超过设定值时自动排放塔底浆液,避免塔底浆液堵塞烟气管道;所述的塔底持液槽区2底部连接塔底浆液抽出管线2-3,塔底浆液抽出管线2-3与塔底循环泵32相连,实现了塔底浆液在急冷喷淋区4与一级喷淋区5的循环喷淋。
所述的中部持液槽区7设置若干升气管I22,来自预处理单元1的烟气经烟气管道进入深度处理单元2,通过升气管I 22进入二级喷淋区8;所述的中部持液槽区7设置一个或多个溢流管I 21,溢流管I 21高度低于升气管I 22高度,中部持液槽20内的循环液通过溢流管I 21进入塔底持液槽区2;所述的中部持液槽20底部连接有中部循环液抽出管线7-3,中部循环液抽出管线7-3与中部循环泵31相连,实现了中部循环液在二级喷淋区8的循环喷淋。
所述的中部持液槽区7靠近塔壁一侧连接有新鲜水管线I 7-1和碱性溶液管线II7-2;所述的新鲜水管线I 7-1上设置流量调节阀,根据塔底液位计I 2-1反馈的信号调节新鲜水的流量,用于控制塔底持液槽区2的液位;所述的碱性溶液管线II 7-2上设置有流量调节阀,根据中部循环液抽出管线7-3上设置的pH计反馈的信号调节向中部持液槽区7加注的碱性溶液的流量。
所述的二级喷淋区8设置一层或多层喷淋管线III 23,设置多层喷淋管线III 23时,喷淋管线III 23之间的距离为0.5~5m,优选距离为1~2.5m;所述的喷淋管线III 23连接中部循环液管线,喷淋管线III 23上设置有多个雾化喷嘴18;所述的二级喷淋区8用于将循环液雾化,雾化后的小液滴与烟气逆流接触,对烟气中进行深度除尘和脱硫。
所述的上部持液槽区9设置若干升气管II26,烟气通过升气管II 26进入三级喷淋区10;所述的上部持液槽区9设置一个或多个溢流管II 25,溢流管II 25高度低于升气管II26高度,上部持液槽24内的循环液通过溢流管II 25进二级喷淋区8;所述的上部持液槽24底部连接有上部循环冷却液抽出管线9-4,上部循环冷却液抽出管线9-4连接冷却液循环泵30,实现了循环冷却液在三级喷淋区10的循环喷淋。
所述的上部持液槽区9靠近塔壁一侧连接有新鲜水管线II 9-1和碱性溶液管线III 9-2;所述的新鲜水管线II 9-1上设置流量调节阀,根据液位计II 9-3反馈的信号调节新鲜水的流量,用于控制上部持液槽24的液位;所述的碱性溶液管线III 9-2上设置有流量调节阀,根据上部循环冷却液抽出管线9-4上设置的pH计反馈的信号调节向上部持液槽区9加注的碱性溶液的流量。
所述的三级喷淋区10设置一层或多层喷淋管线IV 27,设置多层喷淋管线IV 27时,喷淋管线IV 27之间的距离为0.5~5m,优选距离为1~2.5m;所述的喷淋管线IV 27连接上部循环冷却液管线10-1,喷淋管线IV 27上设置有多个雾化喷嘴18;所述的三级喷淋区10用于将来自上部持液槽24的循环冷却液雾化,雾化后的循环冷却液液滴与烟气逆流接触,对烟气中进行降温冷却及深度除尘、脱硫。
所述的三级喷淋区10与除雾区12优选通过倒锥体形变径11相连,所述的除雾区12与三级喷淋区10的塔径比为1.2~3。
所述的除雾区12设置有除雾器28,除雾器28包括若干个并列的除雾组件,每个除雾组件均包括升气管28-2和外筒28-4,外筒28-4设置在升气管28-2的外侧,优选与升气管28-2在同一轴线上;升气管28-2固定在除雾区12塔盘28-1上,升气管28-2的顶部设置封盖板28-5;升气管28-2的圆周上均匀设置若干整流通道28-3,整流通道28-3沿升气管28-2外壁的切线方向水平嵌入,整流通道28-3靠近外筒28-4一侧的侧壁I与升气管28-2管壁相切,另一侧壁II与升气管28-2管壁相交,各整流通道28-3旋转方向相同;整流通道28-3顶部与封盖板28-5齐平,底部与升气管28-2管壁相交。
所述的除雾器28中,整流通道28-3一般设置1~12个,优选4-8个。整流通道28-3的壁厚优选与升气管28-2的壁厚相同。
所述的除雾器28中,整流通道28-3的长度l为侧壁II的长度,宽度w为整流通道28-3两侧壁间的最大水平距离,高度h为整流通道28-3顶部和底部间的最大垂直距离;其中长度l为宽度w的2~5倍,优选为3~4倍;整流通道28-3的截面形状为矩形、椭圆形、圆形、梯形或半圆形等中的一种或几种组合,优选为矩形、椭圆形或圆形中的一种或几种组合。整流通道28-3的尺寸根据实际的工况或设计需求,由本领域技术人员予以确定,如所述整流通道28-3的高度h一般为20~600mm,优选为100~300mm;整流通道28-3的宽度w一般为10~200mm,优选为20~100mm。整流通道28-3的总截面积为升气管28-2横截面积的0.2~0.9倍,优选为升气管28-2横截面积的0.3~0.6倍。
所述的除雾器28中,所述的整流通道28-3的侧壁II末端可以与升气管28-2内壁齐平或伸入到升气管28-2内部一定距离m,m为长度l的0.1~0.9倍,优选为0.3~0.6倍。当整流通道28-3的侧壁II末端与升气管28-2内壁齐平时,整流通道28-3底部末端也与升气管28-2内壁齐平;当整流通道28-3的侧壁II伸入到升气管28-2内部一定距离m时,整流通道28-3底部末端与侧壁末端齐平。
所述的除雾器28中,整流通道28-3底部距离塔盘28-1有一定距离A,距离A为20~200mm,优选为40~80mm。
所述的除雾器28中,升气管28-2下端与塔盘28-1平齐或低于塔盘28-1一段距离,二者密闭连接;升气管28-2的直径及塔盘28-1的开孔率可以根据实际的工况或设计需求,由本领域技术人员予以确定。
所述的除雾器28中,所述的整流通道28-3、封盖板28-5与升气管28-2可以焊接在一起或整体成型。
所述的除雾器28中,所述的外筒28-4优选为圆筒,外筒28-4直径D为升气管28-2直径d的1.5-6倍,优选为2-3倍。外筒28-4的上沿高出升气管28-2的上沿一定距离P,距离P为整流通道28-3高度h的1~8倍,优选为2~5倍。外筒28-4的下沿距离塔盘28-1有一定距离B,且低于整流通道28-3的下沿,外筒28-4下沿距塔盘28-1的距离B为5~100mm,优选为20~50mm。外筒28-4的总高度H为整流通道28-3高度的2.5~10倍,优选为3~5倍。外筒28-4的形状还可以为锥筒、倒锥筒或变径圆筒等中的一种或几种组合。
所述的除雾器28中,所述的外筒28-4的内表面设置凹槽28-6和/或凸起28-7。凸起28-7或凹槽28-6与外筒28-4的轴线平行,或者可以与轴线成一定夹角。所述的凹槽28-6或凸起28-7的截面还可以为矩形、三角形或圆形等适宜形状。
所述的除雾器28中,所述的外筒28-4的内表面优选设置如图6所示的截面形状的凹槽28-6,该凹槽28-6的截面由一条圆弧和一条直线段构成;其中圆弧与外筒28-4内表面圆周的交点分别做圆弧和圆周的切线,切线之间的夹角为α,α为5°~70°,优选为10°~40°;圆弧与直线段交点处所做的圆弧的切线与直线段的夹角为β,β为30°~110°,优选为45°~90°。凹槽28-6的深度Z,即圆弧与直线段交点至外筒28-4内表面圆周上的最短距离为外筒28-4壁厚的0.1~0.7倍,优选为0.3~0.5倍;圆弧与外筒28-4内表面圆周的交点和直线段与外筒28-4内表面圆周的交点间的弧长X为外筒28-4内表面圆周的1/80~1/6。
所述的除雾器28各组件的连接处保证密封,不产生漏气现象。
所述的除雾器28,工作时,夹带液滴的气体自塔盘28-1下部空间进入升气管28-2,气相夹带液相上升,遇到封盖板28-5后气相流动方向发生改变,即由上升方向改为水平或近似水平方向,而部分小液滴由于惯性作用与封盖板28-5发生碰撞,并附着在封盖板28-5上,附着的液滴逐渐变大,当液滴大到其自身产生的重力超过气体的上升力与液体表面张力的合力时,液滴就从封盖板28-5表面上被分离下来,完成了第一次气液分离;夹带液滴的气体沿水平或近似水平方向进入整流通道28-3,由于整流通道28-3有一定的长度,且整流通道28-3总截面积小于升气管28-2横截面积,原本速度方向比较分散的夹带液滴的气体,在进入整流通道28-3后,速度方向改为沿着整流通道28-3的方向,速度方向比较规则和集中,且由于流通面积减小,使夹带液滴的气体进入整流通道28-3后速度增加。夹带液滴的气体的速度方向改变时,部分液滴与整流通道28-3内壁发生碰撞,并附着在整流通道28-3内壁上,进而被不断流经整流通道28-3的气体吹出整流通道28-3并下落,完成第二次气液分离。同时,在整流通道28-3内,由于夹带液滴的气体速度方向改变,部分小液滴在惯性力作用下发生相互碰撞,小液滴聚集成为大液滴,且夹带液滴的气体流经整流通道28-3时速度增加,加剧了液滴的运动,提高了小液滴相互碰撞的几率,使小液滴更容易聚集成为大液滴,并随气体一起以较大的速度流出整流通道28-3。从整流通道28-3流出的夹带液滴的气体具有较大的速度,速度方向比较集中,且夹带的液滴比较大,继续与外筒28-4内壁发生碰撞,再次改变气体的流动方向,即夹带液滴的气体由沿着整流通道28-3方向改为沿着外筒28-4内壁的圆周方向流动。由于夹带液滴的气体速度较大,且沿着开设有凹槽28-6的外筒28-4内壁旋转向上流动,因此会产生比较明显的刮面效应。所述的刮面效应,是指夹带液滴的高速气体沿外筒28-4内壁旋转向上流动时,液滴在惯性力的作用下不断被甩向外沿,液滴进入凹槽28-6并沿凹槽28-6内的圆弧段运动,由于夹角α为5°~70°,能够使液滴继续沿着凹槽28-6的圆弧面做平滑地运动,液滴间接触聚集变大,直至遇到直线段受到阻碍,聚集变大的液滴与直线段壁面强烈撞击,并附着在外筒28-4内壁凹槽28-6的直线段上,液滴继续聚集并变大,进而沿外筒28-4内壁顺流而下;而气体则继续保持高速沿外筒28-4内壁旋转向上流动,第三次实现了气液分离,而且降低了雾沫夹带。通过上述整流、加速及刮面效应,使流体在流动过程中实现液滴与气体的分离。
实施例
一种烟气除尘脱硫塔,包括预处理单元1、深度处理单元3及塔底持液槽区2,预处理单元1与深度处理单元3通过烟气管道连通,三者构成“丩形”结构。预处理单元1由上至下依次为急冷喷淋区4、一级喷淋区5、文丘里格栅洗涤区6;深度处理单元3由下至上依次为中部持液槽区7、二级喷淋区8、上部持液槽区9、三级喷淋区10、除雾区12、烟气排放区14。
急冷喷淋区4顶部与烟气管线1-1相连,急冷喷淋区4设置两层喷淋管线I 16,喷淋管线I 16之间的距离为2m,喷淋管线I 16设置有一个垂直向上和一个垂直向下的大口径雾化喷嘴15,大口径雾化喷嘴15的入口接头管径为DN80,喷淋角度为150°。
一级喷淋区5设置两层喷淋管线II 17,喷淋管线II 17之间的距离为2m,喷淋管线II 17循环浆液管线II 5-1连接,喷淋管线II 17上设置有若干个雾化喷嘴18。文丘里格栅洗涤区6设置有两层文丘里格栅19,两层文丘里格栅19交错设置。
塔底持液槽区2靠近塔壁一侧分别连接碱性溶液管线I 2-4、塔底溢流管线2-2和液位计I 2-1,碱性溶液管线I 2-4上设置流量调节阀,塔底持液槽区2底部连接塔底浆液抽出管线2-3。
中部持液槽区7设置若干升气管I 22及两个溢流管I 21,溢流管I 21高度低于升气管I 22高度,中部持液槽20底部连接有中部循环液抽出管线7-3;中部持液槽区7靠近塔壁一侧连接有新鲜水管线I 7-1和碱性溶液管线II 7-2,新鲜水管线I 7-1、碱性溶液管线II 7-2上分布设置流量调节阀。
二级喷淋区8设置两层喷淋管线III 23,喷淋管线III 23之间的距离为2m,喷淋管线III 23连接中部循环液管线8-1,喷淋管线III 23上设置有多个雾化喷嘴18。
上部持液槽区9设置若干升气管II 26及两个溢流管II 25,溢流管II 25高度低于升气管II 26高度,上部持液槽24底部连接有上部循环冷却液抽出管线9-4,上部持液槽区9靠近塔壁一侧连接有新鲜水管线II 9-1和碱性溶液管线III 9-2,新鲜水管线II 9-1、碱性溶液管线III 9-2上设置流量调节阀。
三级喷淋区10设置两层喷淋管线IV 27,喷淋管线IV 27之间的距离为2m,喷淋管线IV 27连接上部循环冷却液管线10-1,喷淋管线IV 27上设置有多个雾化喷嘴18。
三级喷淋区10与除雾区12优选通过倒锥体形变径11相连,除雾区内设置若干如图3~6所示的除雾器,除雾区与烟气排放区优选通过锥体形变径相连。烟气排放区顶部设置烟气出口,用于排放净化的烟气。
一种烟气除尘脱硫及除雾方法,包括如下内容:
烟气从预处理单元1的顶部进入烟气除尘脱硫塔,与急冷喷淋区4的循环浆液接触进行急冷降温并脱除烟气中携带的部分粉尘和二氧化硫,穿过急冷喷淋区的烟气进入一级喷淋区5,在一级喷淋区5与循环浆液混合后一起通过文丘里格栅洗涤区6,烟气中的粉尘和二氧化硫等组分被循环浆液吸收,烟气温度降低至50~70℃;循环浆液与烟气完成气液分离,循环浆液进入塔底持液槽区2,烟气经中部持液槽7的升气管22进入二级喷淋区8,与二级喷淋区8的循环液逆流接触进行深度除尘脱硫,经过二级喷淋区8的烟气通过上部持液槽9的升气管26进入三级喷淋区10,在三级喷淋区10与雾化后的循环冷却液逆流接触,烟气温度降低至30~55℃,优选温度为40~53℃,经除雾区脱除烟气中携带的小水滴,从烟气排放区14顶部排放。
某企业烟气量为200000Nm3/h,烟气温度为180℃,压力为5kPa,其中SO2浓度为1000mg/Nm3、粉尘浓度为200mg/Nm3,采用本发明所述的烟气除尘脱硫塔,预处理单元塔径为3m,二级喷淋区塔径为6.8m,除雾区塔径为8.2m,烟气排放区塔径为3m,急冷喷淋区及一级喷淋区循环浆液流量为1000m3/h,二级喷淋区循环液流量为800m3/h,三级喷淋区循环冷却液流量为300m3/h,净化后的烟气温度为50℃,其中SO2浓度为15mg/Nm3、粉尘含量为10mg/Nm3,水汽含量为83g/m3,“白烟”现象明显消除。