CN110975584A - 一种新型的烟气净化塔 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型的烟气净化塔，包括至少两级净化室，从下到上分别为干燥净化室、主净化室，两级净化室都为上下窄中间宽的瓮状体结构，且主净化室的下端伸入至干燥净化室内并与之连通，连通结合处中心位置设置有导流筒。干燥净化室较宽部形成拱肩，所述拱肩位置处设置烟气进口接管，主净化室以及干燥净化室内腔设置吸收剂浆液喷淋装置。本发明净化塔内的烟气从下往上运动，蒸干净化室与主净化室内烟气喷入的的脱硫浆液中的水滴经历了蒸发、凝结的不断自循环过程，在这种自循环过程中与烟气发生复杂的传热与传质作用，实现烟气的净化，该发明具有结构简单、烟气净化效率高、无废水产生、运行维护成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业烟气净化技术领域，尤其涉及一种烟气净化塔。
背景技术
随着国家排放标准的不断提高，目前锅炉烟气脱硫设施的建造与运行成本都大幅度提高。国内烟气脱硫采用最多的为石灰石/石膏湿法脱硫工艺，该工艺利用喷淋洗涤的原理对烟气进行净化，喷淋液采用机械雾化的形式，喷淋量与喷淋液的雾化粒度直接影响脱硫效果。在环保标准提高后，脱硫喷淋液从最初使用的三层喷淋层增加到现在常用的五层或以上，脱硫浆液循环功耗也大大的增加，脱硫系统电耗占厂用电率达到了1.5％左右，为电厂的用电大户。石灰石/石膏湿法脱硫工艺产生的脱硫废水处理工艺一般都需对废水进行加药软化、絮凝沉淀、蒸发结晶等多个工艺流程，系统复杂投资大，运行成本高，而且故障率高，一直存在较多问题。
另一种应用较多的脱硫工艺为半干法脱硫工艺，该工艺需和布袋除尘器结合使用以实现脱硫剂的循环提高吸收剂的利用率，使得烟气系统的阻力增加较多，并且需较频繁的更换滤袋，运行维护成本较高。
燃用高炉煤气的发电机组的烟气中的SO2成分只有50-200mg/m3的较低水平，烟气脱硫采用工艺简单的SDA或SDS系统较简单的干法脱硫工艺，以小苏打或熟石灰作为吸收剂。这些脱硫工艺都一定程度上提高了排放烟气的含尘量，需在增加脱硫设施的基础上，再增加布袋除尘器，使得系统更复杂，投资与运行维护费用都增长较大。
因此有必要提供一种新型的利用吸收浆液蒸发/结露自循环的烟气净化塔，该技术通过合理组织塔内的流场与温度场，实现吸收浆液在塔内自循环，具有较强的脱硫与除尘的烟气净化能力。
发明内容
本发明的目的在于针对现有烟气净化存在的因多级喷淋需提供吸收液循环动力造成的系统复杂、投资运行成本高、功耗高的问题，提出一种新型的烟气净化塔。
为实现本发明的目的，本发明采取以下技术方案：一种新型的烟气净化塔，包括至少两级净化室，从下到上分别为干燥净化室、主净化室，两级净化室为上下窄中间宽的瓮状回转体结构，且主净化室的下端伸入至干燥净化室内并与之连通，连通处中心位置设置有导流筒。干燥净化室较宽部形成拱肩，所述拱肩位置处设置烟气进口接管，主净化室内腔以及干燥净化室内腔分别设置有第一、第二吸收剂浆液喷射装置，向净化塔内喷射浆液，其中主净化室内喷射的浆液量占总需浆液量的多半(50～60％)，干燥净化室内喷射的浆液量占总需浆液量的少半(40～50％)。
优选的，所述的烟气进口接管为2-4个，且按斜插入方式插进干燥净化室内，俯冲角度范围为30-50°插入，使烟气进口接管在干燥净化室内的出口下沿与较宽部齐平。
优选的，所述的吸收剂浆液喷淋装置包括浆液分配管网与管网上布置的第一喷嘴。
优选的，所述的第一喷射装置设置在主净化室连通部的中上方，其上的第一喷嘴均匀的布置在一个圆面内，喷射的浆液总覆盖圆面面积约为所处截面的面积的1/6～1/5。第一喷嘴采用雾化喷嘴，雾化的粒径范围为300-500um。
优选的，所述的导流筒中部为圆管，上、下两端为喇叭状变径管。
优选的，设置在干燥净化室内的第二喷射装置装设在干燥净化室内的导流管下端的喇叭口内，喷射装置包括分配管网及布置在其上的第二喷嘴，喷嘴采用高性能雾化喷嘴，雾化中位粒径为200-300um。
优选的，所述的烟气净化塔还包括排渣管，设置于干燥净化室的底部，通过排渣管向外排渣。
优选的，所述的烟气净化塔还包括喷淋水洗室，喷淋水洗室为圆筒结构，下端与主净化室结合处向内倒角收缩300～500mm插入主净化室内并与之连通，上端为整个净化塔烟气出口，所述的喷淋水洗室内布置有水洗喷淋装置，水洗喷淋装置上方设置有除雾器，除雾器可采用常规的波纹板式除雾器，设置2-3层。
与现有技术相比，本发明工作原理及有益效果是：
本发明提供的烟气净化塔，包括至少两级净化室，从下到上分别为干燥净化室、主净化室，两级净化室均设计为上下窄中间宽的瓮状回转体结构，且主净化室的下端伸入至干燥净化室内并与之连通，结合处形成烟气折流角，两级净化室连通处设置了两端带扩散喇叭口的导流筒，能有效引导烟气流向。主净化室内的脱硫浆液喷射仅能覆盖干燥净化室与主净化室内中心较小区域，对净化室中心区域的烟气快速冷却，这样在净化室内形成中心温度低、周界温度高，整个塔体的下方净化室温度高、上方净化室温度低的温度场，塔体内温度的差别导致产生中心烟气下坠、周界上浮的对流场，烟气流过净化室受流道约束形成的流场与由温度场驱动产生的对流流场叠加并进一步强化，该流场的特点是：1)烟气整体从下向上运动，依次流经各净化室，最终从出口排出；2)在干燥净化室与主净化室两个净化室腹部形成周界烟气上浮、中心烟气下坠的旋转强度较强的回流区域。当烟气做回旋运动移动到中心位置时，被喷入的浆液快速冷却，烟气中的水蒸气快速结露析出，析出的雾滴粒径小、数量多，与烟气之间的传质、传热系数大大的提高，具有较强烟气净化能力：吸附烟气中的烟尘、溶解烟气中的SO2等酸性气体与其反应并使之固化。旋转烟气从中心区域回流至周界温度较高的区域，与该区域内的烟气混合，带入的液滴又被加热蒸发，粒径变小、部分细小液滴被完全蒸干，液滴蒸发的过程中固体颗粒物表面液膜变薄，减少了烟气中的酸性气体与固体吸收剂颗粒反应的阻力，当液滴被彻底蒸干时，其内的微细固体颗粒团聚在一起、颗粒变大，有利于固体颗粒被最终捕捉下来，从排渣管排出。3)在干燥净化室内，烟气从干燥净化室上拱肩部以30～50°俯冲角切向进入，并与一假想圆相切，携带高雾化喷入的吸收剂以及上部主净化室落下的液滴旋转向下，当烟气俯冲至下壁时，折流向上，在腹部产生回旋流。烟气旋流俯冲向下运动，在中心形成压力较低的区域，并且脱硫新鲜浆液在导流筒下端喇叭扩散管喷入对烟气冷却，有利于诱导上方主净化室内少量烟气携带液滴通过导流筒进入干燥净化室，因干燥净化室内烟气的温度在120℃以上，烟气携带的液滴在移动中很快被蒸干，蒸干后液滴中的固体残渣团聚在一起，粒径增大。部分粒径较大的固体颗粒在离心力的作用下沉降在净化室下部并最后从排渣管排出，其余小颗粒固体颗粒(大部分为新喷入的未成长起来的吸收剂颗粒)协同水蒸气一起随烟气进入上方主净化室。塔内回旋流的存在使得喷入的含有吸收剂的液滴经历蒸发、凝结的循环过程，加强了烟气与液滴的传质与传热性能，并延长了吸收剂在净化室内的停留时间，保证了较高的除尘与脱硫的烟气净化能力。烟气离开干燥净化室时，烟气被冷却到约90～100℃，烟气的含湿量达到了较高水平。4)烟气从下方干燥净化室进入主净化室内时，烟气自身的含湿度已经上升到较高水平，在主净化室中心区域喷入新鲜脱硫浆液后，因回流区域的存在，直接导致在中心区域凝结析出的雾滴数量更大，对烟气的净化能力更强，烟气经过该室后，基本达到排放的标准。喷入的液滴以及上方落下的液滴大部分被蒸发随烟气进入上部喷淋水洗室，同时因主净化室内烟气温度已有所降低，对水滴的蒸发能力下降，仍有小部分水滴进入到下方干燥净化室(主要为成长起来的粒径较大固体颗粒的带水液滴)。5)在喷淋水洗室内，该净化室烟气温度已降低到60-70℃左右的较低水平，烟气的含湿量已达到更高水平，且烟尘及SO2已相当稀薄。该室的主要功能是让烟气中的水蒸气析出结露，溶解烟气中残余的SO2等酸性气体、吸收残留的固体颗粒，对烟气进行深度净化处理。因SO2等酸性气体的量已很小，一旦溶于水中便不易逃逸，所以采用工业水能满足要求，另外采用工业水能有效的降低烟气携带的水滴中固体颗粒物含量，降低烟气最终含尘量，达到更理想的烟气净化效果。考虑到这些因素，该室仍采用传统的筒体结构，工业水以全覆盖方式喷淋洗涤，喷入的水滴大部分水滴进入到下方主净化室内，小部分随烟气排出净化室，又被除雾器捕捉返回到喷淋水洗室并滴落到下方主净化室。
根据上述原理描述，本烟气净化塔总体烟气从下往上运动，在干燥净化室与主净化室内，形成较强的回流区域，回流区域的存在以及温度的差异，在干燥净化室与主净化室内因烟气中的水蒸气在经历了凝结、蒸发的不断循环过程。喷入的吸收剂浆液在在干燥净化室与主净化室内蒸发升腾并在干燥室净化室内彻底蒸干，在最上部水蒸气凝结下沉，如此完成溶剂循环。烟气中的吸收剂以及烟尘等固体颗粒与水结合又被蒸干，随烟气上移的过程中不断团聚长大，结合水滴下坠——极限的情况上移到最上方的除雾器被捕捉下来然后下坠——最终随水滴落入到最下方的干燥净化室被捕捉下来，如此完成吸收剂的循环利用并最终转化成残渣排出净化塔。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案以及本发明的有益效果，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例的烟气净化塔的结构示意图之一。
图2为图1中A-A的剖视图。
图3为塔内烟气循环流场示意图。
图4为实施例二的结构示意图。
附图标号说明：
1-排渣管、-干燥净化室、3-主净化室、4-喷淋水洗室、5-烟气进口接管、6-导流筒、7-导流筒吸收剂浆液喷射装置、8-主净化室吸收剂浆液喷射装置、9-水洗喷淋装置、10-除雾器。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
参见图1，图2，图3，一种新型的烟气净化塔，用于烟气中SO2浓度不低于500mg/m3的烟气净化，整个塔体从下至上依次为干燥净化室2、主净化室3与喷淋水洗室4，净化室为上下窄中间宽的瓮状回转体结构，并依次连通组成净化塔主体结构。
干燥净化室2具有瓮状回转体空腔结构，下部向下收缩成小口径截面与排渣管1连接，向外排渣。其上拱肩上对称的设有2至4个(图示为2个)烟气进口接管5，烟气进口接管以30～50°的俯冲角插入到干燥净化室内，其出口与一假想圆相切，并沿该假想圆圆周均匀布置，烟气进口接管在干燥净化室内的出口下沿与上拱最下点齐平。
主净化室3同样具有瓮状回转体空腔结构，下端插入干燥净化室内300～500mm并与之连通，其内设有第一吸收剂浆液喷射装置8，吸收剂浆液喷射装置包括浆液分配管网与第一喷嘴，第一喷嘴采用中位粒径为300～500um的高性能雾化喷嘴。喷嘴的出口高度与主净化室上下锥结合面齐平，喷嘴均匀的安装在一个圆内，其喷射的浆液总覆盖圆面面积约所处截面面积的1/6～1/5。
干燥净化室与主净化室结合处中心空间设有导流筒6，导流筒主体为圆管，两端为扩散变径管(喇叭口状)并分别伸入干燥净化室与主净化室内。在干燥净化室一侧的扩散变径管内布置有第二吸收剂浆液喷射装置7，第二吸收剂浆液喷射装置包括浆液分配管网与第二喷嘴，第二喷嘴采用中位粒径为200～300um的高性能雾化的窄喷射角喷嘴，喷嘴对扩散变径管全覆盖喷雾。
喷淋水洗室为圆筒结构，下端与主净化室结合处向内倒角收缩300～500mm并插入主净化室内并与之连通，上端为整个塔体烟气出口。喷淋水洗室内布置有水洗喷淋装置9，采用工业水进行喷射，水洗喷淋装置9上方设置有除雾器10。水洗喷淋装置9包括工业水分配管网与第三喷嘴，第三喷嘴采用中位粒径为200～300um的高性能雾化喷嘴。喷嘴的出口高度为喷淋水洗室间位置，全覆盖喷雾。除雾器10可采用波纹板式除雾器，设置2～3层。
实施例二
参见图4，与实施例一不同的是，该实施方案要求的脱硫效率较低，需要喷入吸收剂量少，同时为了提高烟气最后的排烟温度，取消了实施例一中的喷淋水洗室及其内的水洗喷淋装置与除雾器，改为烟气出口，吸收剂新鲜浆液在干燥净化室与主净化室之间的导流筒下端扩散管内全部喷入，主净化室内浆液替换为喷入工业水。
本发明生产线工作过程如下：
烟气从干燥净化室的上拱肩上俯冲切向进入，从喷淋水洗室出口流出。通过合理设计净化室形状并采取合适的引导措施，在塔体内形成如图3所示流场：整体净化塔烟气自下向上运动最终从出口排出，干燥净化室与主净化室的腹部形成周界烟气上浮、中心下坠的旋转强度较强的回流区域。在干燥净化室与主净化室内，烟气中的水蒸气在中心区域凝结成雾滴，在周界区域雾滴又被加热蒸发，实现单个净化室内的吸收剂浆液循环。净化塔作为一个整体，吸收浆液在干燥净化室内与主净化室被蒸发并在干燥净化室被彻底蒸干成固体残渣颗粒，大颗粒沉降下来排出塔外，小颗粒与产生的水蒸气随烟气上升，在喷淋水洗室内凝结下来，滴入到下方净化室，如此循环实现塔内净化室之间浆液与吸收剂循环。烟气中的水蒸汽凝结时，产生的液滴粒径小、数量大，与烟气之间的传热、传质系数高，对烟气净化能力强。液滴被蒸干时，原本松散的固体颗粒被团聚在一起长大，有利于从烟气中移除。整体的，干燥净化室的平均温度维持在90～100℃，处于干燥状态，主净化室平均温度维持在70～80℃，处于干湿交替状态，喷淋水洗室则完全处于水洗状态。本发明的烟气净化塔吸收了现有脱硫工艺脱硫烟气净化工艺的优点，克服了它们存在的缺点或不足，无需外界提供吸收液或吸收剂循环动力，使得本发明的烟气净化塔具有系统简单、烟气净化效率高、无废水产生、运行维护成本低等优点。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种新型的烟气净化塔，其特征在于，包括至少两级净化室，从下到上分别为干燥净化室、主净化室，两级净化室都为上下窄中间宽的瓮状回转体结构，且主净化室的下端伸入至干燥净化室内并与之连通，连通处中心位置设置有导流筒，干燥净化室较宽部形成拱肩，所述拱肩位置处设置烟气进口接管，主净化室内腔以及干燥净化室内腔分别设置有第一、第二吸收剂浆液喷射装置，向净化塔内喷射浆液，其中主净化室内喷射的浆液量占总需浆液量的多半(50～60％)，干燥净化室内喷射的浆液量占总需浆液量的少半(40～50％)。
2.根据权利要求1所述的新型的烟气净化塔，其特征在于，所述烟气进口接管为2-4个，且按斜插入方式插进干燥净化室内，俯冲角度范围为30-50°插入，使烟气进口接管在干燥净化室内的出口下沿与较宽部齐平。
3.根据权利要求2所述的新型的烟气净化塔，其特征在于，第一吸收剂浆液喷射装置设置在主净化室的中上方，喷射装置包括浆液分配管网与管网上布置的第一喷嘴，第一喷嘴均匀的布置在一个圆面内，浆液喷射覆盖圆面面积约为所处截面面积的1/6～1/5。
4.根据权利要求3所述的新型的烟气净化塔，其特征在于，所述第一喷嘴采用雾化喷嘴，雾化的粒径范围为300-500um。
5.根据权利要求4所述的新型的烟气净化塔，其特征在于，所述连通部中心垂直设置导流筒，通过导流筒对净化室内的烟气进行导向输送。
6.根据权利要求5所述的新型的烟气净化塔，其特征在于，所述导流筒中部为圆管，上、下两端为喇叭状变径圆管。
7.根据权利要求1所述的新型的烟气净化塔，其特征在于，干燥净化室内的第二吸收剂浆液喷射装置设置在其内的导流筒下端喇叭口内，喷射装置包括浆液分配管网与管网上布置的第二喷嘴，第二喷嘴采用雾化喷嘴，雾化的粒径范围为200-300um。
8.根据权利要求1-7任一所述的新型的烟气净化塔，其特征在于，所述烟气净化塔还包括排渣管，设置于干燥净化室的底部，通过排渣管向外排渣。
9.根据权利要求8所述的新型的烟气净化塔，其特征在于，所述烟气净化塔还包括喷淋水洗室，喷淋水洗室为圆筒结构，下端与主净化室结合处向内倒角收缩300～500mm并插入主净化室内并与之连通，上端为整个塔体烟气出口，所述的喷淋水洗室内布置有水洗喷淋装置。
10.根据权利要求9所述的新型的烟气净化塔，其特征在于，所述水洗喷淋装置上方设置有除雾器，除雾器采用2-3层波纹板式除雾器。
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