CN108905580B - 一种配置屋脊式托盘的湿法脱硫塔 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配置屋脊式托盘的湿法脱硫塔，包括脱硫塔本体(3)，脱硫塔本体(3)内设有屋脊式托盘(2)，屋脊式托盘(2)呈波浪板式结构，屋脊式托盘(2)含有沿X轴方向依次排列的多个纵排单元(11)，纵排单元(11)呈长条形，纵排单元(11)含有依次连接的多个孔板(12)，每两个相邻的纵排单元(11)组成一个屋脊式结构的纵排单元对(16)，相邻的两个纵排单元对(16)之间存在间隙。该配置屋脊式托盘的湿法脱硫塔含有屋脊式托盘，落于孔板上的浆液沿平板表面流下，并与上行烟气形成非逆流式的交叉流动，液膜破碎成较小的液滴，可大幅增加气液接触面积，因此可显著增强浆液的脱硫和洗尘效果。

Description

一种配置屋脊式托盘的湿法脱硫塔
技术领域
本发明涉及燃煤电厂环保和节能减排设备领域，具体的是一种配置屋脊式托盘的湿法脱硫塔。
背景技术
我国大中型燃煤电厂普遍采用石灰石-石膏湿法脱硫系统进行脱硫，喷淋浆液与来流烟气在脱硫吸收塔内逆向流动，烟气中的SO2被浆液滴吸收，实现烟气SO2排放达标。我国针对燃煤电厂大气污染物SO2的排放标准非常严格，为保证脱硫效果，电厂普遍采用单塔增大液气比或增设二级脱硫塔的措施，但相应而来的是脱硫系统能耗增加，厂用电率提高。因而，开发高效、低能耗的脱硫提效技术是十分必要的。并且，脱硫提效技术通常是基于增强气液混合、传质的机制，故还能同时提高喷淋浆液对烟气中粉尘的洗涤除尘效果，达到脱硫、除尘双提效的效果。
为增强脱硫效果、降低脱硫能耗，行业内提出了一些增强气液混合和传质效果的技术。典型的一种型式是在脱硫塔内增加一层或多层平板式的托盘(如中国专利CN204601981U，公开日期2015年9月2日，公开的《一种配置多层托盘的脱硫塔》)，该类托盘的基本结构为开有多个通孔(一般为圆孔)的平板。脱硫塔内喷淋的浆液落至平板上后，形成一定高度的持液层，浆液从通孔中下落，烟气则自下而上流过通孔。该技术可提高气液之间的传质效率，在液气比不变的情况下获得增大脱硫效率的效果。但其缺点在于，穿孔而上的烟气与穿孔而下的浆液完全逆流，烟气对持液层形成鼓泡式的托举作用，导致浆液下行不畅，在托盘上形成过厚的持液层，并带来如下不利后果：
1、较厚的持液层不容易破碎，与烟气接触的比表面积较低，传质效果差。
2、持液层增厚导致烟气流经托盘的压降增大，电厂引风机电耗增加。
3、持液层过厚可能导致托盘负荷超载，发生结构破坏。
发明内容
为了解决现有脱硫塔脱硫效率低的问题，本发明提供了一种配置屋脊式托盘的湿法脱硫塔，该配置屋脊式托盘的湿法脱硫塔含有屋脊式托盘，托盘的孔板为倾斜式布置，落于孔板上的浆液沿平板表面流下，流经托盘开孔时由于流动的惯性而形成液膜，并与上行烟气形成非逆流式的交叉流动，液膜破碎成较小的液滴，可大幅增加气液接触面积。在同样的水平投影面积下，倾斜式托盘的开孔面积更大，相应地，气液接触面积大幅增加，液膜面积也更大，液膜更薄从而更易破碎，因此可显著增强浆液的脱硫和洗尘效果，而烟气流速也相应降低，流动阻力更小，故而能耗反而更低。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种配置屋脊式托盘的湿法脱硫塔，包括脱硫塔本体，脱硫塔本体内设有屋脊式托盘，屋脊式托盘呈波浪板式结构，在以X、Y、Z轴为坐标轴的空间直角坐标系中，屋脊式托盘含有沿X轴方向依次排列的多个纵排单元，纵排单元呈长条形，纵排单元的长度方向与Y轴方向相同，纵排单元含有沿Y轴方向依次连接的多个孔板，孔板上设有沿Z轴方向贯通的开孔，沿Y轴方向，相邻的两个孔板之间设有隔板，沿X轴方向，每两个相邻的纵排单元组成一个屋脊式结构的纵排单元对，相邻的两个纵排单元对之间存在间隙。
孔板呈长方形结构，位于同一个纵排单元上的所有孔板均位于同一平面内，屋脊式托盘的边缘与脱硫塔本体的内表面连接。
孔板含有两个长侧边和两个短侧边，孔板的短侧边平行于Y轴，隔板为长条形，隔板位于相邻的两个孔板的长侧边之间，隔板固定于纵排单元的上表面。
每两个相邻的纵排单元之间设有横梁，横梁为长条形，横梁的长度方向与Y轴方向相同，纵排单元的上端与横梁的下端连接固定，隔板的上端与横梁的侧面连接固定。
开孔在孔板上呈均匀的行列排布，孔板与X、Y轴所在的平面之间的夹角为15°～75°，孔板的开孔率为10％～75％。
开孔为椭圆形，开孔在X、Y轴所在平面上的投影为标准的圆形，该圆形的直径为60mm～80mm，沿X轴方向，相邻的两个开孔之间的距离为80mm～100mm，沿Y轴方向，相邻的两个开孔之间的距离为150mm～200mm。
脱硫塔本体的下部外设有烟气入口，脱硫塔本体的下部内设有浆液池，脱硫塔本体的上部外设有烟气出口，脱硫塔本体内设有至少一个除雾器、至少一个喷淋层和至少一个屋脊式托盘，除雾器位于喷淋层的上方，屋脊式托盘位于喷淋层的下方。
脱硫塔本体内设有一个除雾器、两个喷淋层和三个屋脊式托盘，除雾器、第一个喷淋层、第一个屋脊式托盘、第二个喷淋层、第二个屋脊式托盘和第三个屋脊式托盘从上向下依次设置。
沿Z轴方向，第一个屋脊式托盘的波峰与第二个屋脊式托盘的波峰相对应，第一个屋脊式托盘的波谷与第二个屋脊式托盘的波谷相对应，第二个屋脊式托盘的波峰与第三个屋脊式托盘的波谷相对应，第二个屋脊式托盘的波谷与第三个屋脊式托盘的波峰相对应。
本发明的有益效果是：该配置屋脊式托盘的湿法脱硫塔含有屋脊式托盘，托盘的孔板为倾斜式布置，落于孔板上的浆液沿平板表面流下，流经托盘开孔时由于流动的惯性而形成液膜，并与上行烟气形成非逆流式的交叉流动，液膜破碎成较小的液滴，可大幅增加气液接触面积。在同样的水平投影面积下，倾斜式托盘的开孔面积更大，相应地，气液接触面积大幅增加，液膜面积也更大，液膜更薄从而更易破碎，因此可显著增强浆液的脱硫和洗尘效果，而烟气流速也相应降低，流动阻力更小，故而能耗反而更低。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明所述配置屋脊式托盘的湿法脱硫塔的总体示意图。
图2是屋脊式托盘的立体示意图。
图3是屋脊式托盘的俯视图。
图4是屋脊式结构的示意图。
图5是开孔为椭圆形的孔板。
图6是开孔为矩形的孔板。
图7是开孔为不规则形状的孔板。
图8是水平式托盘在浆液流量较小时的工作状态示意图。
图9是水平式托盘在浆液流量较大时的工作状态示意图。
图10是屋脊式托盘的工作原理示意图。
图11是两层屋脊式托盘顺排布置示意图。
图12是两层屋脊式托盘错排布置示意图。
1、烟气出口；2、屋脊式托盘；3、脱硫塔本体；4、浆液池；5、烟气入口；6、喷淋层；7、除雾器；
11、纵排单元；12、孔板；13、隔板；14、开孔；15、横梁；16、纵排单元对；
21、水平式托盘；22、烟气；23、液膜破碎；24、浆液；25、浆液滴；26、烟气鼓泡；27、持液层；28、液膜。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种配置屋脊式托盘的湿法脱硫塔，包括筒状结构的脱硫塔本体3，脱硫塔本体3内设有屋脊式托盘2，屋脊式托盘2呈波浪板式结构，在以X、Y、Z轴为坐标轴的空间直角坐标系中，屋脊式托盘2含有沿X轴方向依次排列的多个纵排单元11，纵排单元11呈长条形，每个纵排单元11的长度方向均与Y轴方向相同，纵排单元11含有沿Y轴方向依次连接的多个孔板12，孔板12上设有沿Z轴方向贯通的开孔14，沿Y轴方向，相邻的两个孔板12之间设有隔板13，沿X轴方向，每两个相邻的纵排单元11组成一个屋脊式结构的纵排单元对16，相邻的两个纵排单元对16之间存在间隙，如图1至图3所示。
其中，X、Y轴所在的平面为水平面，Z轴沿竖直方向设置。屋脊式结构的纵排单元对16如图4所示，两个互为镜像的纵排单元11的上端对应连接下端相互远离，从而形成了如图4所示的屋脊式结构的纵排单元对16。屋脊式结构的纵排单元对16可以使落于孔板12上的浆液沿孔板12表面流下，流经托盘开孔14时由于流动的惯性而形成液膜，并与上行烟气形成非逆流式的交叉流动，液膜破碎成较小的液滴，可大幅增加气液接触面积。
在本实施例中，孔板12呈长方形结构，位于同一个纵排单元11上的所有孔板12均位于同一平面内，屋脊式托盘2的边缘与脱硫塔本体3的内表面连接，脱硫塔本体3为圆筒形，其横截面为圆形，如图2和图3所示，屋脊式托盘2与脱硫塔本体3的内表面相匹配。孔板12含有两个长侧边和两个短侧边，孔板12的短侧边平行于Y轴，隔板13为长条形，隔板13位于相邻的两个孔板12的长侧边之间，隔板13固定于纵排单元11的上表面，隔板13将两个孔板12隔开，隔板13的长度与孔板12的长度相同。
在本实施例中，每两个相邻的纵排单元11之间设有横梁15，横梁15为长条形，横梁15的长度方向与Y轴方向相同，纵排单元11的上端与横梁15的下端连接固定，隔板13的上端与横梁15的侧面连接固定。
在本实施例中，开孔14在孔板12上呈均匀的行列排布，孔板12与X、Y轴所在的平面之间的夹角为15°～75°，优选孔板12与X、Y轴所在的平面之间的夹角为45°，孔板12的开孔率(等于孔板上通孔的面积之和与孔板总表面积之比)为10％～75％。开孔12的形状可以是圆形、椭圆形、矩形或多边形等，如图5至图7所示。
在本实施例中，优选开孔14为椭圆形，开孔14在X、Y轴所在平面上的投影为标准的圆形，该圆形的直径为60mm～80mm，沿X轴方向，相邻的两个开孔14之间的距离为80mm～100mm，沿Y轴方向，相邻的两个开孔14之间的距离为150mm～200mm，如图2和图3所示。
整个托盘可以看做由多个纵排单元11构成的波浪板。每个纵排单元11由多个共平面的孔板12、孔板12之间的隔板13构成。隔板13将纵排单元11中的相邻两个孔板12隔开，隔板13具有两方面的作用，一是分隔和均布浆液，使浆液流量在不同孔板12上都是基本相同的，二是起结构连接和加强筋的作用，使整个托盘结实而稳固。构成“∧”(屋脊式结构)的相邻两个纵排单元11由横梁15进行连接形成一个纵排单元对16。相邻两个纵排单元对16之间留有一定间距，形成溢流缝，防止浆液流量偏大时在相邻两个纵排单元对16之间的谷底处形成大量积液。
脱硫塔本体3的下部外设有烟气入口5，脱硫塔本体3的下部内设有浆液池4，脱硫塔本体3的上部外设有烟气出口1，脱硫塔本体3内设有至少一个除雾器7、至少一个喷淋层6和至少一个屋脊式托盘2，当脱硫塔本体3内仅设有一个除雾器7、一个喷淋层6和一个屋脊式托盘2时，除雾器7位于喷淋层6的上方，屋脊式托盘2位于喷淋层6的下方。
在本实施例中，脱硫塔本体3内设有一个除雾器7、两个喷淋层6和三个屋脊式托盘2，如图1所示，除雾器7、第一个喷淋层6、第一个屋脊式托盘2、第二个喷淋层6、第二个屋脊式托盘2和第三个屋脊式托盘2从上向下依次设置。沿Z轴方向，第一个屋脊式托盘2的波峰与第二个屋脊式托盘2的波峰相对应，第一个屋脊式托盘2的波谷与第二个屋脊式托盘2的波谷相对应，如图1和图11所示，第二个屋脊式托盘2的波峰与第三个屋脊式托盘2的波谷相对应，第二个屋脊式托盘2的波谷与第三个屋脊式托盘2的波峰相对应，如图1和图12所示。
所述配置屋脊式托盘的湿法脱硫塔的工作过程如下：
喷淋层6喷出的浆液滴25在重力作用下下落至屋脊式托盘2的孔板12上。由于孔板12为倾斜式，孔板12上的浆液24将继续在重力作用下沿孔板12上表面向下流动，在流经孔板上的开孔14时，浆液24在惯性和表面张力的作用下，形成贴着开孔表面流动的液膜28。此时烟气22则从孔板12之下向上穿过开孔14，与液膜28形成交叉流动(二者的流向相互之间近似呈直角)。烟气22的流动使得液膜破碎23成液滴，表面积增加，使得气液的混合和传质效果得到较大程度增强，如图10所示。
与水平放置的孔板(水平式托盘21)相比，在相同的水平投影面积下，屋脊式托盘2的孔板12的开孔面积是水平式托盘的1/cosα倍，屋脊式托盘的气液接触面积更大(以α＝45°为例，屋脊式托盘开孔总面积是水平式托盘的1.41倍)。与此同时，烟气22穿过开孔14的流速是水平式托盘cosα倍，屋脊式托盘流速更低(以α＝45°为例，屋脊式托盘烟气流过开孔的流速是水平式托盘的0.71倍)，可延长气液接触时间，降低烟气压头损失。
屋脊式托盘较水平式托盘的优势还体现在，水平式托盘上的浆液仅在重力的静态作用下通过开孔流下，而屋脊式托盘上的浆液在倾斜孔板的上表面的流动中(遇到开孔之前)是逐渐加速的，这使得浆液流过开孔时容易形成薄的液膜。对于水平式托盘来说，喷淋层喷出的浆液流量较小时，托盘上的浆液将沿开孔的圆周边缘下落，不能沿开孔表面形成液膜，气液接触面积小。而当浆液的流量较大时，又由于烟气和浆液反方向逆流形成的托举作用，导致浆液下落不畅，在托盘上形成厚的持液层27，虽然较低流量时气液接触效果有所增强，但烟气流动阻力也显著增加。如图8和图9所示，其中含有烟气鼓泡26和浆液滴25。
下面介绍所述配置屋脊式托盘的湿法脱硫塔的具体使用方式：
例1：
60万千瓦机组的湿法脱硫塔，其脱硫塔本体3的内径为16m，共有4层喷淋层6，相邻两个喷淋层6的高度差为2m。在最下层喷淋层6之下2m处设置1层屋脊式托盘2，屋脊式托盘2共有16个纵排单元11，孔板12的宽W和孔板间距X均为1.414m，孔板12与水平面(X、Y轴所在的平面)的夹角α＝45°。孔板12的开孔14为椭圆形，短轴a为70mm，长轴b为99mm，水平投影为直径70mm的圆。开孔14呈错排排列，开孔14的横向间距c为140mm，开孔14的纵向间距(也即排与排的间距)d为140mm。相应地，孔板12的开孔率为28％。
例2：在例1的基础上，将孔板12的开孔14的形状更改为矩形，宽a为60mm，长b为120mm。开孔14呈错排排列，开孔14的横向间距c为90mm，开孔14的纵向间距(也即排与排的间距)d为180mm。相应地，孔板12的开孔率为44％。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (5)

1.一种配置屋脊式托盘的湿法脱硫塔，其特征在于，所述配置屋脊式托盘的湿法脱硫塔包括脱硫塔本体(3)；
脱硫塔本体(3)内设有一个除雾器(7)、两个喷淋层(6)和三个屋脊式托盘(2)，除雾器(7)、第一个喷淋层(6)、第一个屋脊式托盘(2)、第二个喷淋层(6)、第二个屋脊式托盘(2)和第三个屋脊式托盘(2)从上向下依次设置；
屋脊式托盘(2)呈波浪板式结构，在以X、Y、Z轴为坐标轴的空间直角坐标系中，屋脊式托盘(2)含有沿X轴方向依次排列的多个纵排单元(11)，纵排单元(11)呈长条形，纵排单元(11)的长度方向与Y轴方向相同，纵排单元(11)含有沿Y轴方向依次连接的多个孔板(12)，孔板(12)上设有沿Z轴方向贯通的开孔(14)，沿Y轴方向，相邻的两个孔板(12)之间设有隔板(13)，沿X轴方向，每两个相邻的纵排单元(11)组成一个屋脊式结构的纵排单元对(16)，相邻的两个纵排单元对(16)之间存在间隙；
孔板(12)呈长方形结构，位于同一个纵排单元(11)上的所有孔板(12)均位于同一平面内，屋脊式托盘(2)的边缘与脱硫塔本体(3)的内表面连接；
脱硫塔本体(3)的下部外设有烟气入口(5)，脱硫塔本体(3)的下部内设有浆液池(4)，脱硫塔本体(3)的上部外设有烟气出口(1)；
沿Z轴方向，第一个屋脊式托盘(2)的波峰与第二个屋脊式托盘(2)的波峰相对应，第一个屋脊式托盘(2)的波谷与第二个屋脊式托盘(2)的波谷相对应，第二个屋脊式托盘(2)的波峰与第三个屋脊式托盘(2)的波谷相对应，第二个屋脊式托盘(2)的波谷与第三个屋脊式托盘(2)的波峰相对应。
2.根据权利要求1所述的配置屋脊式托盘的湿法脱硫塔，其特征在于，孔板(12)含有两个长侧边和两个短侧边，孔板(12)的短侧边平行于Y轴，隔板(13)为长条形，隔板(13)位于相邻的两个孔板(12)的长侧边之间，隔板(13)固定于纵排单元(11)的上表面。
3.根据权利要求2所述的配置屋脊式托盘的湿法脱硫塔，其特征在于，每两个相邻的纵排单元(11)之间设有横梁(15)，横梁(15)为长条形，横梁(15)的长度方向与Y轴方向相同，纵排单元(11)的上端与横梁(15)的下端连接固定，隔板(13)的上端与横梁(15)的侧面连接固定。
4.根据权利要求1所述的配置屋脊式托盘的湿法脱硫塔，其特征在于，开孔(14)在孔板(12)上呈均匀的行列排布，孔板(12)与X、Y轴所在的平面之间的夹角为15°～75°，孔板(12)的开孔率为10％～75％。
5.根据权利要求1所述的配置屋脊式托盘的湿法脱硫塔，其特征在于，开孔(14)为椭圆形，开孔(14)在X、Y轴所在平面上的投影为标准的圆形，该圆形的直径为60mm～80mm，沿X轴方向，相邻的两个开孔(14)之间的距离为80mm～100mm，沿Y轴方向，相邻的两个开孔(14)之间的距离为150mm～200mm。
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