CN112827344A - 一种喷射抽气脱硫塔浆液氧化装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种喷射抽气脱硫塔浆液氧化装置与方法；包括脱硫塔，及其下部的浆液池；沿浆液池的圆周，切向布置有多个射流氧化装置；射流氧化装置先抽取浆液池内的浆液，并在其内与空气进行混合与氧化，以切圆方向将高压混合流体喷射进中和区内，浆液中沿着内切圆方向形成均匀的旋流场发生再氧化，从而可以取代搅拌器和大型氧化风机的作用。本方法及其装置不仅解决了传统氧化装置氧化风管堵塞、氧化流场不均、浆液温度高的问题，还提高了氧化效率，具有占用空间小，能耗低以及系统简单等特点。

Description

一种喷射抽气脱硫塔浆液氧化装置与方法
技术领域
本发明涉及湿法烟气脱硫装置中的氧化工艺，尤其涉及一种喷射抽气脱硫塔浆液氧化装置与方法。
背景技术
随着火力发电厂的快速发展，导致了SOx的排放量不断增加。SOx的过量排放不仅会危及人体健康，还会形成酸雨。酸雨会对生态环境造成破坏，造成巨大的经济损失。冶金、造纸、水泥、船舶、陶瓷等行业也存在巨大的烟气脱硫压力。
湿式石灰石/石膏法烟气脱硫系统是使用得最广泛的脱硫系统。
其中氧化系统是湿式石灰石/石膏法烟气脱硫系统中最主要的耗能系统之一，对现有的氧化系统进行优化，具有十分重要的节能意义。
在湿式石灰石/石膏法烟气脱硫系统中氧化工艺过程主要有有自然氧化工艺和强制氧化工艺两种。
传统的自然氧化工艺中，只有一部分浆液中的HSO3 2-被烟气中剩余的氧气在吸收区氧化成SO4 2-，氧化率低，不能使石膏晶体迅速增长，导致石膏依附在脱硫设备内造成设备结垢，增加除雾器、泵吸入口以及喷头的人工清洗次数，增加因为结垢积累脱落引起吸收塔内衬和内部构件破坏的可能性，同时还提高了系统维护费用。除此之外，塔内自然氧化的产物亚硫酸盐含量高，处于融融状难以脱水，固化处理困难，处理费用高。
在强制氧化工艺中，必须设置大型强制氧化风机，氧化风机压缩提供的氧化空气温度较高，通过向反应罐浆液中鼓入高温氧化空气时影响浆液温度及脱硫效率。
在强制氧化工艺中，目前使用较多的有管网喷气式以及搅拌器和空气枪组合式强制氧化装置。这些方法均存在以下缺点：
(1)均需使用氧化风机提供氧化空气，能耗大；
(2)氧化空气经过氧化风机升温后进入脱硫塔，会升高浆液温度，降低浆液的脱硫反应速率，许多装置被迫设置浆液冷却器；
(3)在氧化风管等管道中，容易发生结构堵塞；
(4)需要设计专门的配水系统进行冲洗，管网复杂，维修费用以及初投资均有所增加；
(5)需要配备搅拌器。为了使浆液保持流动状态，启动后，即使吸收塔停运，也要保证搅拌器的持续运行，导致了搅拌器易磨损，增加了维修费用；
(6)鼓入足量空气和防止气泡被循环泵吸入的矛盾不好协调，当循环泵吸入气泡体积超过3％时，使得液气比降低，加剧泵的气蚀；当调节氧化空气流量以减少循环泵吸入空气时，则氧化率下降，使得脱硫效率下降，严重时，还会使得石膏脱浆液困难。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种喷射抽气脱硫塔浆液氧化装置与方法。
本发明充分发挥强制氧化和自然氧化二种工艺的优点，提供一种集二者优点又克服其缺点的节能高效脱硫浆液氧化工艺。
本发明可实现在湿式石灰石/石膏法烟气脱硫系统中对亚硫酸钙进行充分、迅速的氧化，省去大型氧化风机以及搅拌器的使用，使得脱硫系统得到大大的简化，解决了脱硫浆液被高温氧化风加热需要再次浆液冷却的矛盾，实现节能与高效氧化的双重目的。
本发明通过下述技术路线实现：
一种喷射抽气脱硫塔浆液氧化装置，包括脱硫塔，及其下部的浆液池；沿浆液池的圆周，切向布置有多个射流氧化装置；
射流氧化装置先抽取浆液池内的浆液，并在其内与空气进行射流混合与氧化，氧化后的浆液，再返喷射至浆液池的底部，产生旋流场；在旋流场的作用下对浆液进行搅拌和再氧化。
所述射流氧化装置包括，文丘里射流氧化喷管2、射浆泵1和空气管3；
所述文丘里射流氧化喷管2包括，文丘里喷嘴a、吸入段b、混合段c、扩散段d、排浆口e；
所述扩散段d嵌于浆液池的底部，沿着浆液池圆周同一水平面或者交错分布，切圆方式均匀布置；
所述空气管3与吸入段b连通；
所述射浆泵1通过浆液管路抽取浆液池上部浆液，增压后的上部浆液，作为工作介质送入文丘里喷嘴a，形成高速射流流体，与此同时，在高速射流流体的作用下，空气管3中的空气被卷吸进入混合段c中，在混合段c进行动量掺混，使得空气同浆液在混合段c形成均匀流场，并充分混合与氧化；充分氧化后的浆液连同空气再进入扩散管d中进行减速增压后，沿着切圆方向喷射进浆液池的底部区域，射流紊流中的涡流将动量以及空气传递给周围的浆液，如此循环，形成混合着空气的连续不断的涡流，使得浆液连续不断的被搅拌，并发生氧化反应。
所述扩散段d的扩散角为3°～8°。
所述空气管3的上端管口高于浆液池液面1m以上。
所述喷射抽气脱硫塔浆液氧化装置，还包括冲洗水系统；
该冲洗水系统由三路冲洗水构成：其中，
第一路冲洗水直接与空气管3连通；
第二路冲洗水与射浆泵1的浆液管路连通；
第三路冲洗水与设置在扩散段d上的反冲洗口f连通；
冲洗过程中，若仅对浆液管路、射浆泵1以及文丘里射流氧化喷管2进行清洗，则打开第一路冲洗水，或者同时打开第一和第二路冲洗水进行清洗；
第三路冲洗水为反向冲洗水，用于文丘里射流氧化喷管2堵塞时，反向冲洗使用；
文丘里喷嘴a的入口处设有一排浆口e，用于将其内残留浆液排出，防止发生沉积结晶腐蚀。
所述文丘里喷嘴a、混合段c、扩散段d为碳化硅或者合金材质。
所述文丘里喷嘴a内表面，采用陶瓷或者合金内衬。
所述空气管3的顶部设有一端罩5，用于防止灰尘或者雨水进入空气管3内部。
一种喷射抽气脱硫塔浆液氧化方法，其包括如下步骤：
射浆泵1通过浆液管路抽取浆液池上部浆液；
增压后的上部浆液，作为工作介质送入文丘里喷嘴a，并形成高速射流流体，与此同时，在高速射流流体的作用下，空气管3中的空气被卷吸进入混合段c中与浆液进行动量掺混，使得空气和浆液在混合段c形成均匀的流场，充分氧化后进入扩散管d中进行减速增压后，沿着切圆方向喷射进浆液池的底部区域，射流紊流中的涡流将动量以及空气传递给周围的浆液，如此循环，形成混合着空气的连续不断的涡流，使得浆液池中的浆液连续不断的被搅拌，进而充分氧化。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
1、节能：同传统的氧化工艺相比，降低了氧化装置需要设置大型氧化风机而产生的能耗。本发明采用文丘里射流氧化喷管取代氧化风机以及搅拌器，文丘里射流氧化喷管由于没有运动部件，设备简单，不需要消耗机械功。在本发明中，只有射浆泵需要耗功，并且大大少于氧化风机所需的耗功量。由于本发明不需要设置搅拌器，也减少了搅拌器所需的能耗。
2、防堵：传统氧化系统在氧化区底部的断面上布置若干根氧化空气主管，通过固定管网将氧化空气鼓入氧化区，容易导致氧化空气喷嘴结垢堵塞。
本发明文丘里射流氧化喷管，均布置在脱硫塔塔体外，同时结合使用多路高压水系统进行定时冲洗。在文丘里射流氧化喷管中设置有排浆口e，可以有效避免冲洗死角，使得管路以及管件不易结垢堵塞。
3、氧化风温低，解决了传统脱硫塔氧化风温度高需要浆液再冷却的难题：传统脱硫塔氧化工艺中，大型氧化风机对空气进行加压的过程中由于叶片运动的耗散效应不可避免的将热量传递给空气，使得氧化空气的温度升高，影响浆液的氧化效率和脱硫效率，还会增加需要降温的额外费用。
本发明利用文丘里射流氧化喷管，结合空气管，卷吸环境中温度较低的空气进行混合，可以有效解决氧化风温度高对脱硫效率以及氧化效果的影响。
4、气液混合均匀，提高了对浆液的氧化效率：在文丘里射流氧化喷管中，浆液和空气在混合段c进行剧烈的紊流掺混，提高了空气对浆液的氧化程度。当气-浆液两相流沿着切圆方向喷出扩散段d后，形成射流紊流喷入浆液中和区中，形成连续不断的涡流，在塔内形成剧烈扰动的旋流区，进行强烈的混合的氧化传质过程，有效的提高了浆液的氧化效率。
5、氧化与搅拌合一，取消搅拌器：将数个文丘里射流氧化喷管，沿着脱硫塔塔体外切圆进行布置，运行时，浆液-空气两相流从扩散段d中形成射流紊流喷射如浆液中和区中，射流紊流中的涡流将动能扩散至周围的浆液中，形成连续不断的涡流，并且沿着内切圆方向形成剧烈的旋流区，使得浆液发生连续不断的稳定运动，可以有效的防止浆液沉积结晶。取代了易磨损的搅拌器，减少了系统的初投资费用以及大量的运行维护费用。
6、取消氧化风管和喷嘴：文丘里射流氧化喷管喷射进脱硫塔内的射流紊流中夹带着大量氧化空气，并随着塔内的内切圆旋流流动将氧化空气均匀剧烈的同浆液进行反应，取代了在浆液池布置大量的氧化风管及喷嘴，使得本发明的系统得到极大的简化，减少了系统的维修费用。
附图说明
图1为本发明喷射抽气脱硫塔浆液氧化装置示意图。
图2为本发明沿浆液池内圆周面，文丘里射流氧化喷管2沿切圆方向喷布置示意图。
图3为本发明文丘里射流氧化喷管2结构示意图。
图中：a为文丘里喷嘴、b为吸入段、c为混合段、d为扩散段、e为排浆口、f为反冲洗口。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
如图1-3所示。本发明公开了一种喷射抽气脱硫塔浆液氧化装置，包括脱硫塔，及其下部的浆液池；沿浆液池的圆周，布置有多个射流氧化装置；
射流氧化装置先抽取浆液池内的浆液，并在其内与空气进行氧化，氧化后的浆液，再返喷射至浆液池的底部，在切圆射流作用下产生旋流场；在旋流场的作用下对浆液进行搅拌和充分氧化。
所述射流氧化装置包括，文丘里射流氧化喷管2、射浆泵1和空气管3；
所述文丘里射流氧化喷管2包括，文丘里喷嘴a、吸入段b、混合段c、扩散段d、排浆口e；
所述扩散段d嵌于浆液池的底部，沿着浆液池圆周同一水平面或者交错分布，切圆方式均匀布置；
所述空气管3与吸入段b连通；
所述射浆泵1通过浆液管路抽取浆液池上部浆液，增压后的上部浆液，作为工作介质送入文丘里喷嘴a，形成高速射流流体，与此同时，在高速射流流体的作用下，空气管3中的空气被卷吸进入混合段c中，在混合段c进行动量掺混，使得空气同浆液在混合段c形成均匀流场，并充分氧化，充分氧化后的浆液连同空气再进入扩散管d中进行减速增压后，沿着切圆方向喷射进浆液池的底部区域，射流紊流中的涡流将动量以及空气传递给周围的浆液，如此循环，形成混合着空气的连续不断的涡流，使得浆液连续不断的被搅拌，并发生氧化反应。
所述扩散段d的扩散角为3°～8°，以减少扩散损失。
所述混合段c(喉部)的长度为其直径的6～10倍，确保浆液与空气混合成一股动量均匀的两相流，减少能量损失。
为保证文丘里射流氧化喷管2运行稳定，需要确保文丘里喷嘴a、混合段c以及扩散段d的偏心度不大于0.4mm。
所述空气管3的上端管口高于浆液池液面1m以上，以避免当脱硫系统停止运行时，发生喷浆的现象。
所述喷射抽气脱硫塔浆液氧化装置，还包括冲洗水系统；
该冲洗水系统由三路冲洗水构成：其中，
第一路冲洗水直接与空气管3连通；
第二路冲洗水与射浆泵1的浆液管路连通；
第三路冲洗水与设置在扩散段d上的反冲洗口f连通；
上述三路冲洗水均设有阀门，根据具体情况，可以是电磁阀或者手动阀门。
冲洗过程中，若仅对浆液管路、射浆泵1以及文丘里射流氧化喷管2进行清洗，则打开第一路冲洗水，或者同时打开第一和第二路冲洗水进行清洗；
第三路冲洗水为反向冲洗水，用于文丘里射流氧化喷管2堵塞时，反向冲洗使用；
文丘里喷嘴a的入口处设有一排浆口e，当发生堵塞，用于将其内残留浆液排出，防止发生沉积结晶腐蚀。
所述文丘里喷嘴a、混合段c、扩散段d为碳化硅等耐磨耐腐蚀材质，可以有效的延长射流氧化器2的使用寿命。
所述文丘里喷嘴a内表面，具有一陶瓷或者合金内衬。
所述空气管3的顶部设有一端罩5，用于防止灰尘或者雨水进入空气管3内部。
本发明浆液氧化过程如下：
射浆泵1通过浆液管路抽取浆液池上部浆液；
增压后的上部浆液，作为工作介质送入文丘里喷嘴a，并形成高速射流流体，与此同时，在高速射流流体的作用下，空气管3中的空气被卷吸进入混合段c中与浆液进行动量掺混，使得空气和浆液在混合段c形成均匀的流场，充分氧化后进入扩散管d中进行减速增压后，沿着切圆方向喷射进浆液池的底部区域，射流紊流中的涡流将动量以及空气传递给周围的浆液，如此循环，形成混合着空气的连续不断的涡流，使得浆液池中的浆液连续不断的被搅拌，进而充分氧化。
本发明不仅适合圆柱形脱硫塔，也适应矩形或其它截面形状的脱硫塔。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种喷射抽气脱硫塔浆液氧化装置，包括脱硫塔，及其下部的浆液池；其特征在于：沿浆液池的圆周，切向布置有多个射流氧化装置；
射流氧化装置先抽取浆液池内的浆液，并在其内与空气进行射流混合与氧化，氧化后的浆液，再返喷射至浆液池的底部，产生旋流场；在旋流场的作用下对浆液进行搅拌和再氧化。
2.根据权利要求1所述喷射抽气脱硫塔浆液氧化装置，其特征在于：所述射流氧化装置包括，文丘里射流氧化喷管(2)、射浆泵(1)和空气管(3)；
所述文丘里射流氧化喷管(2)包括，文丘里喷嘴a、吸入段b、混合段c、扩散段d、排浆口e；
所述扩散段d嵌于浆液池的底部，沿着浆液池圆周同一水平面或者交错分布，切圆方式均匀布置；
所述空气管(3)与吸入段b连通；
所述射浆泵(1)通过浆液管路抽取浆液池上部浆液，增压后的上部浆液，作为工作介质送入文丘里喷嘴a，形成射流流体，与此同时，在射流流体的作用下，空气管(3)中的空气被卷吸进入混合段c中，在混合段c进行动量掺混，使得空气同浆液在混合段c形成均匀流场，并充分混合与氧化；充分氧化后的浆液连同空气再进入扩散管d中进行减速增压后，沿着切圆方向喷射进浆液池的底部区域，射流紊流中的涡流将动量以及空气传递给周围的浆液，如此循环，形成混合着空气的连续不断的涡流，使得浆液连续不断的被搅拌，并发生氧化反应。
3.根据权利要求2所述喷射抽气脱硫塔浆液氧化装置，其特征在于：所述扩散段d的扩散角为3°～8°。
4.根据权利要求3所述喷射抽气脱硫塔浆液氧化装置，其特征在于：所述空气管(3)的上端管口高于浆液池液面1m以上。
5.根据权利要求4所述喷射抽气脱硫塔浆液氧化装置，其特征在于：所述喷射抽气脱硫塔浆液氧化装置，还包括冲洗水系统；
该冲洗水系统由三路冲洗水构成，其中，
第一路冲洗水直接与空气管(3)连通；
第二路冲洗水与射浆泵(1)的浆液管路连通；
第三路冲洗水与设置在扩散段d上的反冲洗口f连通；
冲洗过程中，若仅对浆液管路、射浆泵(1)以及文丘里射流氧化喷管(2)进行清洗，则打开第一路冲洗水，或者同时打开第一和第二路冲洗水进行清洗；
第三路冲洗水为反向冲洗水，用于文丘里射流氧化喷管(2)堵塞时，反向冲洗使用；
文丘里喷嘴a的入口处设有一排浆口e，用于将其内残留浆液排出，防止发生沉积结晶腐蚀。
6.根据权利要求5所述喷射抽气脱硫塔浆液氧化装置，其特征在于：所述文丘里喷嘴a、混合段c、扩散段d为碳化硅或者合金材质。
7.根据权利要求6所述喷射抽气脱硫塔浆液氧化装置，其特征在于：所述文丘里喷嘴a内表面，采用陶瓷或者合金内衬。
8.根据权利要求7所述喷射抽气脱硫塔浆液氧化装置，其特征在于：所述空气管(3)的顶部设有一端罩(5)，用于防止灰尘或者雨水进入空气管(3)内部。
9.一种喷射抽气脱硫塔浆液氧化方法，其特征在于采用权利要求1至8中任一项所述喷射抽气脱硫塔浆液氧化装置实现，其包括如下步骤：
射浆泵(1)通过浆液管路抽取浆液池上部浆液；
增压后的上部浆液，作为工作介质送入文丘里喷嘴a，并形成射流流体，与此同时，在射流流体的作用下，空气管(3)中的空气被卷吸进入混合段c中与浆液进行动量掺混，使得空气和浆液在混合段c形成均匀的流场，充分氧化后进入扩散管d中进行减速增压后，沿着切圆方向喷射进浆液池的底部区域，射流紊流中的涡流将动量以及空气传递给周围的浆液，如此循环，形成混合着空气的连续不断的涡流，使得浆液池中的浆液连续不断的被搅拌，进而充分氧化。
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