CN1116131A - 带有用于烟道气湿法脱硫的气体多层筛板的方法和装置 - Google Patents

Abstract

公开了用于烟道气湿法脱硫以除去热电站和锅炉所排放的烟道气中所含二氧化硫(SO₂)的一种方法和一种装置。该吸收器包括一个降液管，它能使从泡沫层吸收二氧化硫的吸收液在升至高于适当高度时溢流，然后因在泡沫层和降液管之间产生的液压差而流下，及一个升液管，它从气体分散板向下延伸到适当长度，能使吸收液升至喷至其下降程度的气体分散板之上，因此吸收液无需额外能量就能高速进行其自身循环。为提高对锅炉负载变化的适应性，在溢流堰上端以规则间隔形成许多V形凹口。

Description

带有用于烟道气湿法脱硫的 气体多层筛板的方法和装置

本发明涉及湿法脱硫以除去来自热电站和工业锅炉的烟道气中所含二氧化硫的方法和装置。更具体地说，本发明涉及带有用于烟道气湿法脱硫的气体多层筛板的方法和装置，它通过按其结构特征进行自身循环而不使用额外能量来使吸收液循环而改进反应条件，并通过改进该装置内的气—液接触效率而使烟道气的处理操作令人满意。

通常有两种类型的烟道气脱硫方法，一种是向烟道气喷洒含收剂液体的液体分散型方法，另一种是直接将烟道气喷入吸收液中的气体分散型方法。

在目前商业应用中的烟道气脱硫方法当中，具有一个喷淋塔及一个盘式塔和一个喷射鼓泡反应器。

这些装置所要求的是SO₂脱除效率高。操作能耗低且适应锅炉操作条件的变化而不降低处理效率。

当盘式塔用作烟道气中所含SO_x的吸收器时，通常为钙化合物和淤浆的吸收液由塔上部供入，而含SO_x的烟道气通过从中部或下部吹入而流经多级气—液接触分散板。

在上述吸收器中，为除去SO₂，多级气体分散板必须以使气—液接触呈逆流形式的方式安装。

然而，此种气体分散板存在一个问题，因为它通过几级起阻碍作用，从而使吸收器的压力大大受损，而且它耗费大量能量来泵送必须输送到塔上部的吸收液。

它还存在一个问题，因为必须使L/G比率(吸收液与气体量的比率)高，以提高脱硫效率，而且用于提供大量吸收液的泵送耗费大量能量，以及为获得有效的气—液接触面积，吸收器尺寸变大，且在其中形成污垢。

在喷淋塔中，废气也是从上部或下部吹入，而含吸收剂的液体从上部经许多喷嘴喷洒。

此种喷淋法与盘式塔法相比，压力损失较小。

然而，它也存在一个问题，因为吸收剂必须输送到上部且经喷嘴在高压下喷洒，这要求泵耗费大量能量。

烟道气的脱硫方法(US 4099925)从氧化用空气经液体上升管的喷射获得反应吸收液所要求的驱动力。

因此，为使分散板上的泡沫层的高度在导入烟道气量变化时保持恒定，必须改变氧化用空气喷射量。

此外，将一个溢流堰固定在给定高度，因此当分散板上的泡沫层高度随导入烟道气量按锅炉操作条件变化变小而变低时，吸收液循环量和其循环力显著降低，或不能溢过溢流堰。因此，吸收液的循环量和循环力降低，从而降低吸收器的效率。

在气—液接触反应装置(US 4239515)中，适应性也根据锅炉负载的波动而降低，因为溢流堰的高度固定不变。当锅垢上升时，每一气体导入管需要一个液体降落管，因此反应装置每单位面积的液体降落管数量对气体导入管的比率变高。因此该装置的直径变大。

为使气体分散方法在气—液接触装置中高度有效，必须使该装置的效率即使在导入气体的量和压力根据锅炉操作条件变化而变化时保持恒定，且为了降低能耗，必须使不必要的能量损失降至最小。

本发明设法解决以上那些问题，提供了一种带有用于烟道湿法脱硫的气体多层筛板的方法和装置，使能耗及该装置的结垢降至最小，但对锅炉负载变化的适应性优异，且脱硫功能优异。

为达到上述目的，本发明装置的特征在于它被其上具有许多气孔的单级气体分散板分成气体分散板上的泡沫层和其下的液层，而在导入烟道气时吸收SO₂的吸收液通过形成高于给定高度的泡沫层而调至适当高度，而且它还装有一个使吸收液穿过在其上端控空的带有许多V形凹口溢流堰下流的降液管和一个通过安装在气体分散板之下适当长度而使吸收液从喷洒至其下降程度的液体层升至气体分散板上侧的升液管。

特别地，气体层由单极气体分散板之下的导入气的压力形成，而包含细泡的泡沫层当气体高速喷过均匀钻有气孔的气体分散板时在气体分散板上形成。

当根据所形成的泡沫层的气体分散板上的高势能吸收液溢到横过安装于适当高度且装有大量V形凹口的溢流堰的降液管时，在降液管和泡沫层之间产生水位差，该水位差作为使泡沫层和液层之间的吸收液连续循环的驱动力，因此气体分散板上泡沫层和气体分散板下液层之间的吸收液经升液管和降液管高速循环。

甚至在气层因由锅炉负载降低所引起的导入气体量下降而未完全形成时，没有气体喷出的气孔也起与气体分散板上升液管相同的作用，因而达到了吸收液的平稳循环。因此，SO₂的脱除效率并未降低。

此外，大量V形凹口在溢流堰上以规则形状和规则间隔形成，因而气体分散板上侧和下侧的液体循环可正确地相应于导入气体量的变化。

V形凹口具有如下优点：即使泡沫层高度因操作条件变化而降低，当吸收液横过溢流堰时也无需置入阻挡层，而且通过使吸收液总是在最佳条件下循环而使能耗降至最小。

此外，通过将氧化空气注入液层，液层中含足量溶解氧和石灰石淤浆的吸收液迅速升至泡沫层，在这里通过在泡沫和液层之间快速循环而经升液管吸收SO₂，将吸入泡沫层的SO₂直接氧化成H₂SO₄，并通过同时与H₂SO₄和石灰石反应而产生石膏。

因为这一反应快速而连续进行，所以硫酸在吸收液中具有可忽略不计的SO₂分压，并将SO₂分压保持在尽量低的范围，因此甚至在低pH下也能获得高效脱除。

现在，通过参照附图来详细说明本发明的实施方案。

图1是说明烟道气处理工艺的简图。

图2是本发明一个实施方案的局部剖切透视图。

图3是说明本发明的一个实施方案在操作中的剖面图；

(A)说明它处于暂停状态，

(B)说明它处于运转状态，

(C)沿(A)的A—A线作出的剖面图。

图4是本发明另一实施方案的剖面图；

(A)是水平剖面图，

(B)是垂直剖面图。

图5是本发明又一个实施方案的剖面图。

图6是本发明还一个实施方案的剖面图。

图1是说明烟道气常规处理工艺的简图。

它包括一个加压供入烟道气的加压扇10，一个除去供入的烟道气中的所含的灰尘和杂质如HCL和HF的预冷却器20及吸收烟道气中所含二氧化硫并通过与供入的石灰石淤浆反应产生石膏晶体的吸收器30，一个提供石灰石淤浆以便连续平稳地在吸收器30中进行反应的石灰石淤浆供给部件40，一个氧化空气供给部件50和一个使吸收器100中产生的石膏晶体脱水的脱水系统60。

在本发明中，在上述烟道气处理装置中为主要单元的吸收器得到重新改进。

图2是本发明的一个实施方案的局部剖切透视图。它说明吸收器100的主要部件。

在吸收器100中，其上钻有许多气孔111的气体分散板110，将烟道气由外部导入气体分散板110的烟道气导入管160和位于气体分散板110的边缘适当高度处的吸收液溢流堰152在吸收器100里面的中上部形成整体件，喷洒吸收液的吸收液上升管141以规则间隔装于气体分散板之下，以便与其表面相连通。

为使吸收液即使在泡沫层高度变化时也能平稳地调节，在吸收液溢流堰152的上端以规则间隔构成许多V形凹口。

将吸收液溢流堰152安装在延伸到气体分散板110之下。通过将吸收液溢流堰152的末端延伸到低于吸收液上升管141使吸收液均匀平稳地循环。

将排放处理过的气体的气体排出管连于其上端的一侧。在其下端安装氧化空气注入管170和喷嘴171，用来供入O₂以将吸收的SO₂氧化成H₂SO₄。此外，安装用于排放吸收器100产生的石膏的石膏排出管181和用于供入新的石灰石淤浆以补偿在反应过程中消耗的石灰石淤浆的淤浆供给管180。

以上述方式构成的本发明的一个实施方案的操作效果根据图3来说明。

在图3中，(A)是说明操作暂停的剖面图。

当烟道气在此条件下经烟道气导入管160导入气体分散板110之下时，气层210如图3(B)所示在气体分散板110之下形成，且高速气体经气孔111喷入。

在由气体喷射形成的泡沫层120中，烟道气与吸收液接触，因此，含于烟道气中的二氧化硫被吸收到吸收液中，在气体分散板110之上因形成泡沫层120而增大势能的吸收液在随产生的大量泡沫上升的同时横过溢流堰152，流到气体分散110是下的液层130。

换句话说，当降液管150中的液压高于整个泡沫层120的液压时，经升液管141上升的新的吸收液200的量与因两者之间的差异而横过溢堰152的量一样多。此时，在溢流堰152上端形成的那些V形凹口根据操作条件适当控制吸收液的循环。

在进行上述操作的同时，含于烟道气中的二氧化硫被大量吸入泡沫层中的吸收液中，并通过与溶解氧和由液层130供入的石灰石淤浆反应而大体发生如下化学反应。

如果这些化学反应用反应式表示，则可进行如下反应： ，并因此形成石膏晶体。

在所述反应过程中以副产物产生的石膏，对多应用来说是有用物质。

图4是本发明的另一实施方案。它是一个装置，其中重排了降液管150。

钻有许多气孔的气体分散板110紧紧固定于吸收箱100之中，其直径与吸收箱内径相同，吸收液降液管151安装在气体分散板100的中间，以使之上下延伸。此时，吸收液降液管151的下端必须安装得长于吸收液上升管141，否则本发明不能正常操作。

图5是本发明的又一实施方案。吸收液上升管140在吸收器100中的气体分散板110的一侧上形成。而吸收液降液管150在其另一侧形成。(B)为说明吸收液降液管150安装在气体分散板110周围的横截面图。

图6为本发明的又一实施方案。

吸收液降液管150安装在气体分散板110周围，而吸收液上升管140安装在中心的气体导入管160周围。在吸收液上升管140的侧壁安装有许多烟道气诱导通道162。

上一装置具有通过从径向方式形成吸收液的循环路径而提高吸收性的优点。

现在更详细地来说明本发明的所有实施方案。

当含SO_x的烟道气径多个烟道气导入管160导入气体分散板110上的液体维持在给定的高度的吸收箱100中时，立即在钻有大量气孔111的气体分散板110的下端形成气层，气体经气孔111喷到气体分散板110之上。

此时，在气体分散板110上的泡沫层120中产生细小气泡。试验证明，为了使吸收器单位面积的气—液接触效果达到最大，气孔111的尺寸和数目以及孔中气体速度应调整到使气体喷射孔111的雷诺数达到大于5,000并小于50,000。

气体分散板110上泡沫层120中的吸收液—流过溢流堰152就消除泡沫，并因气泡层和吸收液降液管150之间的液压差异而经降液管151高速循环到下面的液层130中。

与此同时，为使气层压力保持平衡，其量与横过吸收液降液管152的量一样的新鲜吸收液经吸收液上升管140从液层130升至气体分散板110上的泡沫层中。在经气孔111喷射的气体连续形成气泡的同时，气—液接触得以完成，而吸收液连续地高速循环。

因此，从泡沫层120吸收SO₂气体的吸收液高速向下流到下面的液层130中，而恢复了吸收能力的新鲜吸收液供入气体分散板110上的气泡层中，因此SO₂的连续吸收成为可能。

泡沫层120和液层130中的吸收液可高速连续循环而无需额外的循环泵，因此无需使用泵来循环吸收液。

本发明装置中L/G比率大至40—60l/Nm³，这就可以使该装置最小。泡沫层和液层中的吸收液循环速度高，泡沫层和液层中吸收液的pH差异很小，因此吸收剂的使用率增加。

为了使氧化反应速率变高，希望使吸收液的pH尽可能低。由此来看，吸入吸收液中的SO₂通过从该装置下部注入氧化空气而氧化成H₂SO₄，因此吸收液的pH保持较低，且吸收液中SO₂的分压也保持尽可能的低。这样，可使脱硫效率即使在低pH(如pH3)下也能达到高于90％。

根据本发明的实施方案，SO₂脱除效率在本装置中pH达到高于3.8时几乎保持恒定。

因此，不仅该装置单位面积的气—液接触效率因使用其上钻有许多气孔的单级气体分散板而变高，而且L/G比率即使不用循环泵也很大，因此该装置可达到最小。

此外，包括气体分散板的内部装置可使用廉价材料如PVC。

在构成该装置内部结构中重要的是气孔的尺寸，气孔的总面积，气体分散板的有效面积，升液管的总截面积，降液管的总截面积的吸收器的截面积。

业已查明，为了防止吸收液漏入气孔并保持气泡层的稳定性和有效的气—液接触，装置必须在如下条件下构成：

气体在气孔的表面速度为5—40m/s

气孔直径为5—30mm

Ao/Aa     0.05—0.3

Aa/At     0.5—0.8

Ar/Aa    0.05—0.2

Ad/At    0.05—0.2

其中：

Ao为气孔的总面积，

Aa为气体分散板的有效面积，即除气体导入管的总面积和升液管所占面积之外的气体分散板的面积，

Ar是升液管的总截面积；

Ad是降液管的截面积，

At是吸收器的截面积。

作为试验结果，从一个试验得到了如下结果，该试验是使用图3所示单极筛板型湿烟道气脱硫装置使已在预冷却器中进行预处理的烟道气脱硫。

用于上述试验的装置为直径60cm，高300cm的湿烟道气脱硫装置，

其中Ao/Aa＝0.1     Aa/At＝0.7

    Ar/Aa＝0.1     Ad/At＝0.1

通过如下方式使脱硫效率达到大于95％；以1,500Nm³/小时的气体流速供入SO₂浓度为1,000ppm的烟道气并以10Nm³/小时的流速连续供入淤浆如石灰石和氧化空气，以使吸收液的pH保持在3到4。业已查明，脱硫效率在反应液的pH在泡沫层中达到大于约3.8的条件下几乎保持恒定。

作为通过改变导入气体的量到1,500Nm³/小时、1,150Nm³/小时和750Nm³/小时以测定对负载变化的适应性而进行的试验结果，气体压力损失分别达到250mmAq、230mmAq和210mmAq使脱硫效率达到95％。气体压力损失在位于上述泡沫层之上的液体高度未被人为调整的条件下因导入气体量降低而自然减少。

此外，以副产物形式产生的石膏的纯度平均达到大于97％，而石灰石利用率大于99％。

如前所述，用本发明的烟道气脱硫方法和装置处理烟道气的优点是保持了灵敏度很好这一状态，因为根本无需额外能量来循环吸收液，因而能量损失小于迄今所采纳的方法，而且能量效率令人满意，还因为筛板之上的泡沫层提供吸收液，用该吸收液来完成二氧化硫的吸收，而在筛板之下的液层提供足量的溶解氧(O₂)和碱(CaCO₃)。

换句话说，由于引入带有许多挖空的V形凹口的溢流堰，对操作条件变化的适应性极佳，二氧化硫的吸收率因吸收液的完整循环而达到最大，而且因吸收液的整体循环产生的充足氧化条件而不在装置中形成锅垢。

此外，如果将该装置制成尺寸为现有装置的70％—80％，它将显示同样或更高的吸收率。特别地，可增加吸收器单位面积的气孔数目。因为可增加气体导入管的直径和导入气体的速度，所以可相应地使该装置的尺寸达到最小。

Claims (8)

1.一种带有用于烟道气湿法脱硫的气体多层筛板的方法，其特征在于，吸收器被其上钻有许多气孔的单极气体分散板分成上部泡沫层和下部液层，气层由导入气体压力在所述气体分散板之下形成，吸收液因所述气层压力经吸收液上升管升至所述泡沫层，所述泡沫层由气体经所述气孔喷射至气体分散板上的所述吸收液而形成，所述泡沫层中的所述吸收液溢过带有许多在适当高度挖空的V形凹口的溢流堰并由所述泡沫层和吸收液降液管之间形成的水压差完成自身循环，无需额外的能量，由此使吸收含于烟道气中的二氧化硫的吸收反应连续而又令人满意地进行。

2.按权利要求1所要求的带有用于烟道气湿法脱硫的气体多层筛板的方法，其中，构成所述气体分散板以通过调节钻于所述气体分散板中的气孔直径和数目而使取决于处理气体量的雷诺数达到大于5,000且小于50,000。

3.按权利要求1所要求的带有用于烟道气湿法脱硫的气体多层筛板的方法，其中，所有孔的面积对所述气体分散板的有效面积的比率为0.05—0.3，所述气体分散的有效面积对该装置的截面积的比率一般为0.5—0.8，吸收液上升管的截面积总和对所述气体分散板的有效面积的比率一般为0.05—0.2，吸收液降液管的截面积总和对所述气体分散板的有效面积的比率一般为0.05—0.2，而烟道气导入管的截面积总和对该装置的比率一般为0.05—0.12。

4.一种带有用于烟道气湿法脱硫的气体多层筛板的装置，它包括：

一个在吸收器上钻有许多气孔的气体分散板；

由所述气体分散板形成的上部泡沫层和下部液层；

一个吸收液上升管，它能使所述吸收液上升和循环，其上端的高度达到所述气体分散板的表面，而其下端延伸到总是浸入所述液层的所述吸收液中；和

一个吸收液降液管，它能使所述气体分散板上的所述吸收液溢流形成泡沫层，其上端的高度适当高于所述气体分散板的表面，而其下端延伸到浸入所述液层的所述吸收液中。

5.按权利要求4所要求的带有用于烟道气湿法脱硫的气体多层筛板的装置，其中所述气体分散板紧紧固定于所述吸收器中，其直径与所述吸收器内径相同，在所述气体分散板中安装吸收液降液管以使之上下延伸，但所述吸收液降液管的下端安装得长于吸收液上升管。

6.按权利要求4所要求的带有用于烟道气湿法脱硫的气体多层筛板的装置，其中所述吸收液上升管靠近所述气体分散板的一侧形成，而所述吸收液降液管在所述气体分散装置另一侧形成。

7.按权利要求4所要求的带有用于烟道气湿法脱硫的气体多层筛板的装置，其中所述吸收液降液管安装在所述气体分散板周围，而所述吸收液上升管安装在中心的烟道气导入管周围，但许多烟道气诱导通道在所述吸收液上升管的侧壁中形成。

8.按权利要求4所要求的带有用于烟道气湿法脱硫的气体多层筛板的装置，其中所述用于吸收液溢流的溢流堰在所述的气体分散板周围适当高度上整体形成，在所述溢流堰的上端形成许多V形凹口，因此尽管气层高度发生变化，吸收液仍平稳地溢流。

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