CN1094069C - 湿法清洗处理方法 - Google Patents

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Abstract

由于使用了改进的分离器，所以能更有效地使用水成石灰浆来清洗燃烧废气中的硫的氧化物(SO2)，在一个单循环、逆流石灰湿法清洗塔的优选实施例中(最好有一个高度小于6米的喷射接触区)，在运行中废气的整体流速大于4.5米/秒，废气的竖直流被除去相当大数量的液滴，并改变气流的方向以便由一个排放良好的水平气流除雾器有效地除雾。分离器是一个单程装置，它上面的各个叶片的排列有利于减少液滴对清洗塔上部壁面(如，塔顶)上的碰撞，并允许定期清洗、使用一台立式、水平轴、转动换热器并且所需空间和烟道也大大减小。

Description

湿法清洗处理方法
                      发明领域
本发明涉及从气流中分离液滴的效率和可靠性方面的改进，在优先采用的形式中，能从燃烧废气中去除硫的氧化物(SOx)。本发明特别适用于石灰基湿法清洗系统，该系统采用逆流接触开式喷射塔来从废气中吸收氧化硫(SOx)，特别是涉及开式喷射塔，为了提高接触效率，这些塔都在很高表面气流速度下工作。
                      背景技术
许多工业方法依靠使高速下的气流接触液滴，然后分离气体和液体。其中有各种各样的清洗工艺，如，那些用于从燃烧废气中去除氧化硫(SOx)的工艺。
含有硫的材料(如石油和煤等燃料)的燃烧产生多种硫的氧化物，把它们作为一族称为SOx。法规要求减少SOx的排放。一种处理燃烧废气来清除氧化硫(SOx)的有效方法是石灰基湿法清洗。石灰基湿法清洗技术发展得比较完善，也很有效。然而，却需要很大的设备，成本也成比例增加。人们所希望的是，能允许使用高气流速度，其多种原因在未审的共同转让的美国专利申请S.N.08/257,160中作了解释，这是由G.E.Bresowar，J.Klingspor和E.Bakke于1994年6月9日申请的(代理人的案卷号是1930-P0004)。
可是，在逆流气—液接触器中，如开式喷射塔，使用高气流速度有使清除夹带的液滴更加困难的趋势，并使保持除雾装置清洁和液滴碰撞清洗器的壁、顶和其它装置相关的问题更加恶化。在这种工艺中，废雾清除器往往堵塞，因为废液中硫酸钙已达到超饱和。结垢的壁、顶和其它装置会增大穿过设备的压力降，并会周期性地导致大的沉积块的破裂，从而损坏其它重要的处理装置，如喷射头、喷嘴、加强肋等等。另外，散落的固体块可能进入液体或浆液处理系统中，使喷嘴堵塞，所以，综合性地降低了系统的可靠性。最好利用一种能从快速运动的气流中(如，燃烧废气)去除夹带的液滴(如，清洗浆)的改进装置。
为了有效应用，吸取液体分离器(Liquid entrainment separator)必须使液滴碰撞到一个或多个表面上，使液体滴出气体。这些表面必须易于排污并易于清洗。它对液体的再生雾沫也必须不起多大作用。在许多情况下，最好使用一个立式除雾器，但是，如果气流必须通过与通道壁接触来从竖直方向改变方向时，它们并不实用。它将带来结垢及维修等问题。
最好要改进依靠气—液接触法从废气中清除夹带液滴的湿法清洗和其它技术，这可以通过提高流量、降低压力降和降低液体中携带的固体的结块和结垢的趋势，而提高清除夹带液滴的效率来实现。
采用碳酸钙和SOx反应的单循环开式塔系统在结构和操作上是最简单的。这些系统通常较令人满意，因为它们运行的压力降小且结垢或堵塞的机会较小。然而，在某些场合，它们的简单而可靠的优点被它们大的体积抵消掉，该体积与所用碳酸钙浆的活性有关。例如，因为它们不采用任何塔盘或包封来增加废气和清洗液之间的接触，塔的高度通常很高，并使用多层喷嘴来保证良好的接触。另外，清洗液从气体中吸取SOx的能力取决于液体的有效碱度，但是碳酸钙的溶解度随液体的碱度降低，进一步地，为了在高负载条件下更好地吸收SOx，塔设计得很高。
最好要改进采用碳酸钙来处理含有SOx的燃烧废气的单循环开式塔湿法清洗，这可以通过提高废气经过塔向上流动的线流率、降低塔的高度来降低它自身需要的空间，从而，为使用立式旋转气—气换热器带来附加的好处。
采用湿法清洗燃烧废气来清除SOx的技术为许多不同的结构提供了气—液接触。其中，最突出的是开式逆流喷射塔和采用包封或塔盘的塔。在这些设计的绝大多数中，气体竖直向上流动，液体在重力影响下，竖直向下流动。已经有人建议使用不同的反应物，但是优选的反应物是价格低廉且储存和运输都不要什么特殊处理的反应物。碳酸钙(市场上可以买到多种；包括石灰石)是可选择的一种材料，因为它满足这些标准，并且，在经适当处理后它还生成易于掩埋处理或作为石膏出售的工艺副产品。
Rader和Bakke在“Incorporating Full-Scale Experience Into AdvancedLimestone Wet FGD Designs”一文中已经讨论了采用石灰石的单循环逆流喷射塔的设计和操作。该论文是1991年9月12日在Washington.D.C.的91年IGCI论坛(IGCI Forum＇91)上发表的。开式喷射塔(也就是，没有填料、塔盘或其它实现气—液接触的装置的塔)是作为一个简单的设计实施，它对废气脱硫(FGD)有较高的可靠性。作者没有展开讨论分离器，但确实示明了一个两级除雾器并介绍了上部和下部清洗。
Jones，McIntush，Lundeen，Rhudy和Bowen在“Mist Elimination SystemDesign and Specification for FGD systems”中详细介绍了现有的和可投入商业运行的除雾器。该论文于1993年8月23日在波士顿(Boston，MA)举行的1993SO2控制研讨会上发表的。作者在一个特殊实验装置中通过广泛实验证实，在一喷射区中高的、竖直向上的气流速度(也就是，大于约4.5米/秒)由于“穿透”现象而难于有效地除雾。当除雾器由于排污不够而实际上充满液体时会发生“穿透”现象。不同的除雾器设计由于具体设计的随意性会在不同的气流速度下经历这种“穿透”现象。然而，一般来说，还没有除雾器能满足竖直向上的气流超过4.5米/秒的，而且，所有的除雾器都有经受“穿透”的危险。
人们希望能提供象Rader和Bakke所介绍的那样在气流速度高于4.5米/秒时还能有效的除雾器。竖直气流、石灰基FGD装置的一个主要提供商，它具有证明适用于喷射区气流速度大于4.5米/秒的除雾器设计。该设计典型的实例是位于荷兰的N.V.Provinciale Zeeuwse Energie-Maatschappij＇sBorsselle电厂的12号机组的除雾器，来自Battelle＇s Stack Gas EmissionsControl Coordination Center Group的Rosenberg和Koch等人在1989年7月10日的报告中对其作了相当令人满意的描述。该设计是基于沿竖直流喷射区周向向上排列的水平气流除雾器。从喷射区来的被夹带浆液必须向上传送，然后做一个径向向外转动而经过除雾器。除雾器运动的表面速度比塔的喷射区的速度低得多，实际上，小于喷射区气流速度的20％。另外，除雾器的上部利用不足，而最靠近喷射区的下部处理着大部分废气和夹带浆液。Borsselle所用的那种装置制造和维修的费用昂贵。若把Borsselle设计制造得短一些而来降低费用，可以并应当预料到，由于来自喷射区而未转向除雾器中的竖直方向液滴的碰撞会产生严重的顶部沉积。所以，尽管在石灰基FGD装置中以4.5-6.0米/秒的气流速度运行水平气流除雾器是易于认可和广泛采用的，但Borsselle的设计不能这样运行，因为有产生顶部沉积的危险。
在石灰基FGD装置中并不希望产生浆滴碰撞除雾器的上游和下游的表面。碰撞后的液滴并不散裂成小的液滴，也就是不能在自重作用下冲洗掉或脱落，而是随着溶解的钙离子因吸收氧化硫而成为硫酸盐沉积下来，就形成结垢。这些石膏沉积结垢不断积聚，以一定的速率增长，直到机械力或它们纯粹的重量使它们脱裂。这是最不希望的现象，它会对喷射塔的内件或其它装置带来严重的破坏。
现有技术并没有直接提出实现下述改进所需要的要点，即从以大于4.5米/秒的速度运动的FGD清洗器气流中清除夹带的液滴而不造成上述类型的问题。
在Rader和Bakke所介绍的那种单循环、逆流、开式清洗塔中，基于碳酸钙的清洗液向下流动，同时，含有SOx的废气向上流动。他们总结了以前的参数范围的数值，其中包括吸收器气体速度(给出了最小为6英尺/秒，最大为15英尺/秒，也就是说，大约2到小于4.5米/秒)，这表明吸收器气体速度对液—气比率(L/G)只有微弱的影响，L/G比率在投资和运行花费上都是一个重要的因素。在这些塔中，喷射接触区的高度并没有给出，但是典型的值大约为6-15米的量级，这些数据在设计制造一个可望可靠地清除燃烧废气中至少95％SOx的高效系统时要作为重要因素考虑。
氧化硫SOx，主要是二氧化硫SO2，吸收到下行清洗浆中，收集在一个反应罐中，在此形成亚硫酸钙和硫酸钙。最好，反应罐具有氧化剂，从而促使生成硫酸盐。一旦硫酸盐的晶体长到一定的大小，就将它们从反应罐内的浆液中分离出来。这些清洗塔运行比较经济，但是它们的大小和该装置的最终成本可能是一个限制这种清洗塔在现有电厂使用的因素。
典型地，是在经热清洗后和通过一烟囱排放之前，利用进口废气的热量再加热脱过硫的废气。除非已经过这种处理，否则，烟缕很明显，并且残余的有害成分将不会象希望的那样上升和散开。对于现有技术上通常是很高的清洗塔，常常在水平位置使用一绕垂直轴转动的气—气换热器。该装置位于方便的位置，配上烟道以便气流流入或流出。水平取向需要相当多数量的烟道来互联再热器和清洗塔，另外，由于气体的腐蚀性，使得烟道制造和安装起来相当昂贵。
在由K.R.Hegemann等写的题为“THE BISCHOFF FLUE GASDESULFURIZATION PROCESS”(比肖夫法废气去硫工艺，发表于1988年10月25-28日由EPA和EPRI举办的First Combined FGD and Dry SO2Control Symposium研讨会上)讨论了一种水平取向的带有垂直轴的前述类型转动再热器的清洗塔。可以看出这种取向的再热器需要相当多数量的昂贵的互联烟道，其与清洗塔的很大的高度相一致。
Hegemann等的论文还描述了一种水力旋流器回路，它从湿法清洗器中分离出石膏浆而形成一个粗固体流和一个细固体流，让这个细固体流返回到清洗器中。在美国专利No.5,215,672中Rogers等介绍了一个类似于Hegemann等人描述的处理工艺，其中，它利用水力旋流器当作主要脱水装置。在这种情况下，在从富含石膏的粗固体流中分离出细固体流以后，水作为富含细固体流的一部分进行处理，其中至少有一部分被除去。然而，这两种方法都没有表明如何利用这种类型的水力旋流器来减小塔高，怎样使再热器定位而占据较小的空间，且需要较少的互连烟道。
现有技术没有直接提出就减少SOx的单循环、开式塔、逆流石灰基湿法清洗器方面来改进塔的大小和再热器所占空间所需的重要意见。
                      发明概述
本发明的一个目的是改进气—液接触设备中安装在水平气流除雾器上游的分离器的设计和位置。
本发明的另一个目的是改进单循环、开式塔、逆流石灰基湿法清洗器中的分离器的设计和位置，从而允许有效地清除高速竖直向上流动的气体中的被夹带液滴。
本发明还有一个目的就是改进单循环、开式塔、逆流石灰基湿法清洗器中的分离器的设计和位置，从而允许有效地清除高速竖直向上流动的气体中的夹带液滴，并改变气流的方向使之偏离清洗塔的顶部。
本发明的另一个具体目的是通过增加其中通过的气流速度来增加单循环、开式塔、逆流石灰基湿法清洗塔的容量和性能，而不会遇到因除雾、在清洗塔壁面(特别是顶部)的过度结垢、分离器堵塞、和除雾器堵塞或液滴穿透而导致大的压降问题。
本发明还有一个具体目的就是通过增加从中通过的气流速度、把气流方向转向一个终端水平气流除雾器并为进入终端除雾器中的气流建立一个相对均匀的速度场，从而增加单循环、开式塔、逆流石灰基湿法清洗塔的容量和性能。
本发明的再一个具体目的是降低用于清除废气中SOx的单循环、开式塔、逆流石灰基湿法清洗塔的尺寸和空间要求，并从整体上改进处理效率。
本发明优选实施例的又一个目的是通过减小塔中喷射接触区所需的高度、减小现有废气再热所需的互连烟道的数量，并从总体上提高处理效率，来改进单循环、开式塔、逆流湿法清洗塔的运行。
上面所述以及其它目的通过本发明得以实现，它为湿法清洗，具体说是清洗来自如煤和固体废物之类的含硫燃料的燃烧废气提供了改进的方法和装置。
根据本发明，提供一种用于减小废气中SO2浓度的改进型湿法清洗处理方法，其中，需要清洗的废气竖直向上穿过一开口式喷射塔，水成浆液向下穿过与废气成逆流并与废气接触，在接触之后该浆液收集到一反应罐(120)中，浆液从反应罐中被抽出并被反复循环以进一步接触，而与浆液接触之后的废气被排出，其中，在与浆液接触但是在被排出之前，废气穿过位于一竖直清洗区之上且横跨其中的一单程夹带分离器(130)，该单程夹带分离器(130)相对于水平面成一角度(γ)，该角度在10°-45°的范围内，以便有效地减少或凝结夹带在废气中的大量液滴，并把废气流方向从竖直方向偏转，所述夹带分离器包括各个分立的单程分离器叶片(132)，各个叶片定向为与竖直方向成一角度(δ)，该角度在35°-55°的范围内。
一方面，本发明为降低在废气中SOx的浓度提供了一种改进的湿法清洗处理方法，它包括：引导废气通过一清洗塔向上流动；引入细粉碳酸钙、硫酸钙、亚硫酸钙和其它非反应固体的水成浆的喷射液滴，而在一竖直的清洗区上接触废气，浆液穿过塔与废气流动逆流向下流动，并在接触以后作为液体收集起来；使废气通过位于竖直清洗区之上且与气流成一定角度而横跨其中的一单程分离器，其作用是减少气体中所夹带的液滴数量并改变废气流动的方向。最好，分离器能有效地把液滴的数量减少至少40％，并从塔的竖直轴线把废气流动方向转向至少45°。然后，废气通过一个分离器下游的排污良好的水平气流除雾器。在单循环、开式塔、逆流石灰基湿法清洗塔的优选实施例中，竖直清洗区中的总气体流速大于4.5米/秒。
最好，分离器在清洗塔中和水平线构成一个在约10°到约45°范围内的角度，并且产生一个小于约0.15英寸水柱的低压力降，但仍能除去至少40％的液滴，同时一相当大部分的剩余液滴聚成较大尺寸的部分，这就能容易地被下游的水平气流除雾器除去。
在优先采用的形式中，分离器使用单程分离器叶片通过碰撞来收集液滴，并把气流转向到最适于后面除雾的方向。在多个组件的每一个中各个叶片保持相互平行，各个叶片与竖直方向构成一个约45°到约55°的角。通常，各个叶片是平行四边形的，其短边在约15到约23厘米之间，其长边在约60到约150厘米之间。另外，通常各个叶片之间的间隔是叶片短边长度的约40-约70％。由各个叶片组成的多个组件之间最好彼此取向成一个约120-约150°的角而形成一个“人”字形。叶片最好通过从顶部、底部在其上喷洗涤水来定期清洗。
另一方面，本发明为减少废气中SOx的浓度提供了一个改进的湿法清洗方法，它包括：(a)通过把含有SOx的废气通过一个入口引入一立式、绕水平轴转动的换热器的一下部，而从废气中传导热量，该换热器上有一个下部和一个上部，其上各有气体入口和出口；还有一个换热转子，其具有一周围换热表面和一个转动水平轴，它允许转子的换热表面在上部和下部之间在一个竖向平面内移动；(b)引导废气通过带有一个不足6米高喷射接触区的一清洗塔中向上流动；(c)引入细碎碳酸钙、亚硫酸钙、硫酸钙和其它非反应固体的水成喷射浆，让它通过塔与废气流逆流向下流动，而清洗含有SOx的废气，形成清洗过的废气；(d)除极小部分夹带的雾外除去废气中所有的雾；(e)从塔顶引导废气流经过上述换热器的顶部，而从含有SOx的废气中把热量传导给清洗过的废气中。
再一方面，本发明为减小废气中SOx的浓度提供了一个改进的湿法清洗装置，它包括：(a)一个换热器，它有一个下部和一个上部，两者上面都有气体进口和出口；一个换热器转子，它有一周围换热表面和一个水平的转动轴，它允许转子的换热表面在上部和下部之间在一竖直平面内移动；(b)一个清洗塔，它包括一个气体入口烟道、一个气体出口烟道和一个竖直清洗区，喷射接触区的高度小于6米；(c)一个位于所述清洗区之中的喷射装置阵列，用于引入细碎碳酸钙、亚硫酸钙、硫酸钙和其它非反应固体的水成喷射浆，其与废气逆向通过塔向下降落；(d)一套单个或多个分离器和/或除雾器，其消除废气所夹带的几乎全部的雾；和(e)各烟道，它引导含有SOx的废气流入上述转动换热器底部上的入口和流出该位置上出口，和从塔顶部把废气引导进上述换热器顶部的入口开把它从该处的出口引出去，从含有SOx的废气中把热量传导给清洗过的废气。
                    附图的简单说明
参考下面的详细介绍，特别是参考下面的附图，就能更好地理解本发明以及它的优点，附图中：
图1是本发明处理过程的一优选实施例的示意图，它采用了一个单循环、开式塔、逆流石灰基湿法清洗塔；
图2是图1所示喷射塔中的分离器的透视图；
图3是本发明的分离器的另一个优选实施例的透视图；
图4是本发明的方法和装置的一个优选实施例的示意图，它采用了一个单循环、开式塔、逆流石灰基湿法清洗塔和一个立式、水平轴转动换热器。
                 优选实施方式的详细描述
下面集中介绍图1所示的本发明的优选实施例，它是一种单循环、开式塔、逆流石灰基湿法清洗作业，用于从燃烧废气中清除氧化硫，主要是二氧化硫(SO2)。然而，从下面的介绍中可以明显看出，本发明的技术可应用到其它气—液处理和其它类型的清洗器中。
图1优选的处理流程显示出，一种废气，如来自燃煤的工业或民用锅炉的废气，它通过入口烟道20进入湿法清洗塔100。气流经过塔的垂直清洗区110向上流动，与一包含细末石灰石的水成喷射浆逆向流动，该浆从成排的喷嘴112和112＇中喷出。喷雾在塔内碎成液滴。根据本发明，总体气体流速大于4.5米/秒，最好为5-6米/秒。这种气体流速是单循环、开式塔湿法清洗塔所需要的，因为它们便于用较少相对数量的水成浆即低的L/G比率，来处理废气。
石灰石是碳酸钙的优选形式，但如果需要的话，也可以用其它形式来代替。除了石灰石，碳酸钙的其它形式包括蚝壳、文石、方解石、白垩、大理石、泥灰和凝灰石。它们可以开采或制造。在本文中，碳酸钙和石灰石两个术语可互换。石灰石最好是细碎的，最好加权中值颗粒尺寸(weightmedian particle size)小于8μm。
废气中的氧化硫被吸收到浆液的水相，并和所含的钙反应，主要生成亚硫酸钙，它可以进一步氧化形成硫酸钙。该反应一定程度上发生在正在下落的液滴中，但是主要进行于收集浆液的反应罐120中。
经清洗的废气经过本发明的分离器130，在这里有相当大部分的夹带液滴被除去，并改变废气的流向。总体废气流从竖直方向变为近似水平方向。这有许多优点，其中包括减少了浆液对清洗塔的塔顶102的碰撞。另外，重要的是，它对经过立式除雾器140的基本沿水平方向的流体除雾，从而允许高的废气流动速度而具有高的除雾效率。竖直清洗区110的高废气流动速度还能更好地流化清洗浆中的液滴，使每个液滴在给定塔高的条件下和废气有更长的接触时间。经过清洗和除雾的废气由烟道150排出。
在改进的FGD工艺所需的高气流速度下，除非中采取了本发明的措施，否则将会遇到现有结构的塔顶102和除雾器的结垢问题。无论夹带的浆液是允许聚集和不冲走或是排离表面，都会产生结垢。夹带的液浆中的硫酸钙很快就会变得超饱和，从而沉积成石膏垢而长成严重的垢块。严重的时候，结垢会增加清洗塔中的压力降，导致大块脱裂，而落到喷射塔中，它们可能会破坏喷头、喷嘴或支撑件，还可能落到反应罐120中，在这里这种沉淀物会被循环泵送到喷头112和112＇处，而造成喷嘴114的堵塞。
在分离器内采用效率更高的除雾器可作为一种有效的解决办法。然而，由于前面所述的原因，当气流的竖直速度在约4.5-6.0米/秒时，除雾器基本上不起作用。若没有本发明，由于在顶部102会产生沉积，高的气流速度实际上是行不通的。
可以断言，不采用本发明，仅用清水清洗顶部102和暴露表面可能足以防止结垢。然而，尽管这种方法实际上是可行的，但是本发明还有其它优点是简单地清洗暴露表面所不能达到的。采用本发明除了没有必要清洗暴露的表面之外，还能达到其它的优点。
本发明将单程分离器130置于竖直清洗区110之上并横跨其中。分离器130的这种设计和位置能有效地减少湿性液滴的数量，还能使废气流的方向转到一种取向，该取向更有效地利用高效水平气流除雾器。该分离器130如图2所示，它取向为和清洗塔100的水平面成一个角度γ。该角度最好在约10°到约45°之间，例如，约20°。
图2是分离器130优先采用的形式，它利用单程分离器叶片132通过碰撞来收集液滴，并改变气流方向，该方向更适合于后面的除雾，并最好避开与清洗塔的上壁102的直接碰撞。各个叶片132是固定在构架133上而形成组件134、134＇等。如图所示，各组件由许多叶片组成，但是每个组件上叶片的实际数量可根据每个组件所需重量而变化，该重量能使一个或二个维修人员能按要求轻易地安装或拆下一个组件。通常是一个组件由3-6个叶片组成。这些组件彼此邻近排列从而形成一个整体分离器阵列。构架133的下边确定了组件134等的下表面135、各个叶片132和竖直方向成一个角度δ。通常，这种类型的叶片是矩形条，其短边为约15到23厘米，其长边为约60到150厘米。各个叶片之间的间距通常是各个叶片短边长度的约40-70％。δ角最好在约35°-45°之间，实际值要取决于废气流流动方向所需的角度。
组件134等安装和定向成能便于良好排污的形式。各个组件按图示人字形排列。组件134等最好呈一个角度θ，通常θ角在约120°到约150°之间，更好在约125°到约145°之间(最好为约140°)。分离器的结构由构件136支撑，它穿过各组件的整个长度。还可以使用其它形式的支撑结构。尽管图中所示为矩形截面，清洗塔通常具有圆形截面，而塔壁旁边的组件也必须采用合适的形式。
分离器130的结构允许利用带有喷嘴138的固定喷枪137对叶片采用直接接触清洗，喷嘴能从上、下直接向叶片喷射清洗水。通常清洗工作是通过分别和依次操作清洗头来完成的。然而，也可以利用其它的清洗程序。例如，同时操作两个清洗头可能更加方便。洗涤水必须要有充分好的品质而且要充沛以减低分离器表面饱和溶解盐的水平。通常，操作一个清洗头时的清洗流量大约为每平方米的面积约16至约60升/分钟。一般说，分离器上部的清洗在同一范围内，但是没有底部那么频繁。最好能定期清洗分离器的顶部和底部，也就是要经常清洗以防止石膏沉积的积聚。组件134等的人字形排布不仅提供了良好的排污，利用高品质的清洗水和频繁地清洗还能做到基本上无垢运行。然而，清洗频度和水还可以根据FGD处理过程的需要而变化。
本发明的一个特点是分离器所需的分离效率没有必要和现有技术的多程分离器那么高，这是因为把气流从竖直方向改变为水平方向的能力使它能使用高效率、水平气流除雾器140。所以，即使分离效率比湿法清洗塔所可能想达到的低，分离器也会产生很低的压力损失，例如，低于0.15英寸水柱，把小于100μm的液滴量减小或聚集达到40％，且在下述方面还有其他优点，洁性、排污、易于维修、耐久性、塔的上部壁面和顶部表面的气流导向，以及向高效、水平气流除雾器140相对均匀的气流引导。除雾器140最好是折流板型，例如，上面Jones等人的论文中所示的“之”字形折流板型。
图3显示了另一个实施例，它显示了一由叶片332组成的单个组件334，叶片332按斜角方式布置在一个由一框架333支撑的平板上。叶片相对于框架成一个角度a(例如，约为15-40°之间，最好约为20°)，并相对于竖直方向形成一个与图2的实施例相近似的角度。
重要的是必须指出图3所示的叶片组件并不是人字形的组件，而是在支承件136之间扁平凸伸。通过由角a和α所提供的排污通道在捕获的液滴上的重力作用下而有助于排污。
下面集中介绍图4所示的优选实施例，它描述了一个用于从燃烧废气中清除氧化硫，特别是SO2的单循环、开式塔、逆流石灰基湿法清洗作业。然而，从下面的说明中就可以明显地看出，本发明与其它类型的清洗塔相比具有若干优点。
图4所示的处理流程显示了对清洗后的废气流的处理，如在静电除尘器或网状过滤器中清洗，从而在相当程度上消除携带的固体。清洗过的废气然后经过烟道421进入一个带一下部432和一上部433的换热器431。在下部和上部都有气体入口(434，437)和气体出口(435，436)。较热的气体(例如，大约从420-175℃)加热一个内部换热器转子438(图中用虚线表示)，它有一个周围热交换表面。转子438围绕一水平转动轴439转动，从而允许转子的热交换表面在上部和下部之间在一竖直平面内移动。这样，从进来的废气中所吸取的热量，用于再热经清洗过的废气，这些废气经过入口437进入上部433，经过出口436排出，而后经过烟道422排到烟囱(图中没有显下)。
含SOx的废气一从下部的出口435排出，就被送到湿法清洗塔400，在这里废气向上流动，其方向和一含有细粉石灰石的水成浆的喷射逆流。该射束由竖直清洗部410中的成排的喷嘴喷出。气体从清洗区410一直流入气体出口烟道420。塔的结构能引导废气流经过竖直清洗区向上流动。从竖直清洗区410中落下的清洗浆收集在反应罐430中。清洗区410中的喷射接触区411的总高度小于6米。
石灰石是碳酸钙的优选形式，但也可以用其它形式来代替。除石灰石之外，碳酸钙的其它形式还包括：蚝壳、文石、方解石、白垩、大理石、泥灰和凝灰石。它们可以开采或制造。在本文中，碳酸钙和石灰石两个术语可互换。
石灰石最好通过研磨来粉碎，从而达到加权平均直径为10μ，最好为8μ或更小，其中重量百分比为99％以上的颗粒小于44μ。对利用石灰浆逆流的开式塔湿法清洗，这是极细的，在现有技术中，更普通的颗粒大小是加权平均直径为15μ或更小，其中重量百分比为90％以上的颗粒小于44μ。和现有技术进一步比较，值得注意的是本发明的最佳的研磨规格是生产加权平均直径小于6μ的颗粒，而99.5％重量百分比的颗粒小于44μ。这种规格的磨粉有多种优点，特别是当反应罐中的浆液经过水力旋流器处理而去除石膏和浓缩碳酸钙时，还需要更细的粉粒，如下面所述。
竖直清洗区410在其里面包含一个喷射装置阵列。该阵列用于引入细碎碳化钙、硫酸钙、亚硫酸钙和非反应固体的水成浆而沿塔向下与废气流逆向流动。图中显示出一组喷嘴，它包括三排喷嘴412、412＇和412″。
最好，喷嘴设置成各排之间的间距不小于2米，并且相邻喷嘴之间的射流方向交替向上和向下。通过减小喷嘴之间的间距、减小每时每刻所用层数(最好到两层)并增加通过垂直清洗区的向上流动的气体速率，有可能将喷射接触区的塔高保持到6米以下，最好在4到6米之间(从入口烟道的顶面到倾斜的分离器底面，图中用H表示)。
这种喷嘴的最好排列方式在未审的专利申请US No.08/257,160，由发明人于1994年6月9日申请(代理人的著录号为No.1930-P0004)，现引入其内容作为参考。
反应罐430位于喷射装置阵列的下面，从而在喷射接触区411内和废气接触一段时间以后，它可以收集浆液。反应罐430的大小可以允许溶解的SO2和溶解的氧反应生成硫酸盐，然后，硫酸盐和溶解的钙离子反应生成石膏晶体，其加权平均直径至少2倍于、最好是5到10倍于作为供料加入的碳酸钙颗粒大小。
利用碳酸钙和石膏之间颗粒尺寸的差异、和下面将要详细介绍的用于分离石膏和浓缩碳酸钙的装置，碳酸钙的固体浓度可以比现有技术的逆流设计中所能获得的浓度增加约20-50％。还有一个优点是浆液中碳对硫的当量比较现有技术高，通常是至少为1.3，最好为约1.4或更大一些。
废气中氧化硫被吸收到竖直清洗区410里浆液的液相中，和呈氢氧离子方式的所含的碱性物反应生成亚硫酸氢盐，它在清洗区410中可以局部氧化并在反应罐430中几乎完全氧化而生成硫酸盐。碳性主要来自于碳酸钙的溶解，这发生于清洗部410和反应罐430中。最好采用如现有技术中的氧气喷雾来保证充分反应，尽管从清洗区410内的废气本身中也能得一些氧气。在下落的液滴中也能发生一定程度的反应，但主要还是在盛装浆液的反应罐430中进行。本发明的一个新的和改进的特征是在反应罐中的滞留时间从通常为15小时的工业运行值减少到6小时左右。在反应罐中滞留时间的减小在处理便捷、设备大小和副产品石膏的质量方面有多个优点。
反应罐430中浆液的PH值最好在约5.0到6.3之间，最佳值为约5.8到6.3之间。PH值愈大表明浆液的碱性愈大，也就是液体具有愈高的吸收SOx的能力。其优点在于，因为碳酸钙是以细碎的颗粒供给，并且循环时仍为细碎颗粒形式，所以能得到较高的碱性。在现有技术中，通常采用低的PH值来增加碳酸钙的反应速率，但是，由于有效碱性的减弱，通常会减少清洗部410中SOx的吸收。小的颗粒大小提高了甚至比所需的PH值还低的有效碱性，所以，在很大程度上减小了低的PH值对浆液清洗能力的影响。
和反应罐430以及位于竖直清洗区410内的喷射装置阵列相连的是喷射浆提供装置，它至少包括一个泵422和连接管道424，它用于从反应罐430处回收浆液并将浆液送到位于清洗区的喷射装置阵列。
经清洗的废气基本上没有夹带的液滴，并经过分离器440改变气流方向，并流向后面的除雾器450。废气的整体从竖直变成几乎水平。经清洗和除雾的废气可以经过烟道460到上部入口437的通道排放到换热器431中。
本发明的清洗塔最好包括一个单程分离器440，它能有效地减少雾滴的数量，并把废气的流向变向成高效地使用水平流除雾器。上面已对这种类型的分离器作了介绍。
管线470中的空气加强了用于把从亚硫酸钙氧化成硫酸钙的供氧。反应罐最好通过现有装置来搅动，图中没有显示这种装置。
和反应罐430连在一起的是一个水力旋流器480，利用它来除去反应罐430中的一部分浆液，用来浓缩碳酸钙颗粒而循环再用，以及为了排出石膏。水力旋流器480从反应罐中取出浆液，让它进入富含小颗粒碳酸钙的一循环流482和含有大部分较大颗粒碳酸钙的另一流484。最好从循环溢流中即从循环流482中提供一个排放口，图中以排放管道485表示。
最好，循环流484中钙和硫的当量比在约1.2到2.0之间，最佳范围是约1.3-1.4。循环流中悬浮固体的浓度按重量计算通常为约1-10％之间，最广泛采用的是约2-6％之间。由水力旋流器482从石灰石中分离出大部分硫酸钙，不仅可以增加前述当量比和碱性，还可以减少浆液中固体的含量。
上面介绍目的在于教导本领域普通技术人员如何实施该发明，而不是详细介绍那些对该领域技术人员通过阅读上面的介绍就能一目了然的各种修改和变化。然而，所有这些各种明显的修改和变化将包含在由下面的权利要求书所确定的本发明范畴之间。权利要求书意在覆盖已要求权利的部件和步骤，除在文中具体指明相反的之外，不管它们以什么样的排列方式和顺序，只要能满足本文所提出的目的。

Claims (9)

1、一种用于减小废气中SO2浓度的改进型湿法清洗处理方法，其中，需要清洗的废气竖直向上穿过一开口式喷射塔，水成浆液向下穿过与废气成逆流并与废气接触，在接触之后该浆液收集到一反应罐(120)中，浆液从反应罐中被抽出并被反复循环以进一步接触，而与浆液接触之后的废气被排出，其特征在于，
在与浆液接触但是在被排出之前，废气穿过位于一竖直清洗区之上且横跨其中的一单程夹带分离器(130)，该单程夹带分离器(130)相对于水平面成一角度(γ)，该角度在10°-45°的范围内，以便有效地减少或凝结夹带在废气中的大量液滴，并把废气流方向从竖直方向偏转，所述夹带分离器包括各个分立的单程分离器叶片(132)，各个叶片定向为与竖直方向成一角度(δ)，该角度在35°-55°的范围内。
2、如权利要求1所述的方法，其中，分离器能把液滴的数量减少至少40％。并把废气流的方向从该塔的竖直轴偏转至少45°
3、如权利要求1所述的方法，其中，废气经过分离器下游的一个排污良好的水平气流除雾器(140)。
4、如权利要求1所述的方法，其中，竖直的整体气流速度大于4.5米/秒。
5、如权利要求1所述的方法，其中，分离器产生一个小于37.36Pa(0.15英寸水柱)的压力降，并除掉或者凝聚至少40％的平均直径小于100μm的液滴。
6、如权利要求1所述的方法，其中，分离器使用单程分离器叶片通过碰撞来收集液滴，并将气流转向到一最适合后面除雾的方向，多个组件(134，134’…)的每个之中各个叶片相互平行。
7、如权利要求1所述的方法，其中，各个叶片之间的间距为各叶片短边尺寸的40-70％。
8、如权利要求1所述的方法，其中，分离器包括多个由各个叶片组成的组件，这些组件相互之间成120°-150°的角度(θ)而形成一个人字形。
9、如权利要求1所述的方法，其中，叶片是通过从上部和下部直接向它喷清洗水来定期清洗的。
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