CN112892174B - 一种锥型塔盘及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锥型塔盘及其应用。所述锥型塔盘包括：锥形圆盘、在所述锥形圆盘上设置的若干个通孔、设置在所述通孔中的螺旋状引导叶片、设置在所述锥形圆盘直径最大处的支撑柱；其中，各通孔的外壁与锥形圆盘上表面、锥形圆盘下表面之间形成空腔，且各通孔的外壁上靠近锥形圆盘上表面处设置第一孔，所述支撑柱中设置与所述空腔连通的通道，该通道与浆液流出管道连通；所述支撑柱用于支撑固定所述锥形圆盘。本发明减小了对烟气上升流动造成的阻力，通过中空式持液塔盘进一步促进烟气中的气态重金属与硫化物向塔盘壳体表面或颗粒物表面凝结，降低烟气温度，进而提升对燃煤烟气的除尘效率。

Description

一种锥型塔盘及其应用
技术领域
本发明属于燃煤烟气处理技术领域，更具体地，涉及一种锥型塔盘及其应用。
背景技术
我国的能源构成以煤炭为主，丰富的资源与较好的调峰性能，使得在未来一段时间内燃煤发电依旧为我国的主力电源。燃煤过程中产生的烟气含有多种有毒有害物质，因此需要对烟气进行净化处理。烟气脱硫技术按照过程与产物可以分为湿法、半干法、干法三类，其中湿法脱硫技术由于其反应速度快、效率高、脱硫添加剂利用率高、成本低廉、高效协同脱除硫化物与重金属等优势被广泛应用。
随着环保意识的提高，我国对燃煤电厂硫化物与重金属的排放标准也不断提高，现有的湿法脱硫系统已经逐渐无法满足相关的要求。为了进一步地发展和完善湿法脱硫技术，提高烟气的净化效率，需要对系统进行改进，主要方向为：改善气液接触条件，增加传质接触面积；开发更为高效的液相脱硫反应催化剂；开发新型防腐、防垢材料及其在脱硫装置中的内衬技术；针对吸收塔的内构件结构进行设计开发与优化。
针对内构件的开发例如：(1)专利CN108339381A公开了一种用于脱硫塔的双孔径高效脱硫塔盘，该发明提出在脱硫塔盘上均布两种孔径的开孔，将其置于入口和最下层喷淋层之间，为穿流型多孔筛板，该发明可以有效提高脱硫效率，降低运行费用，但是该方法未考虑烟气与喷淋液的接触与反应时间，脱硫效率的提升有限；(2)专利CN111298630A公开了一种高度渐变的S形条形泡罩脱硫塔盘装置，该发明提出将多个U形支撑件固定安装于吸收塔内，U形支撑件设有U型槽开设有用于与浆液流出管道联通的出口，塔盘由多个截面呈横向S形的条形板体并列排布而成，沿塔盘内壁向塔盘中心方向上依次布置的各条形板，S形高度逐渐增大，该发明可以有效提高塔盘脱硫除尘整体效率，减少颗粒态重金属的排除，但是该方法并未考虑塔盘对烟气上升造成的阻力，由此将导致下方烟气动力系统功耗过大，运行成本增加；(3)专利CN105920999A公开了一种旋转泡罩塔盘，该发明包括底盘、转动轴以及泡罩，所述底盘连接有烟气管道，底盘下方设置有第一端盖，烟气管道出口有第二端盖，转动轴贯穿第一端盖、第二端盖并与泡罩连接固定，泡罩侧翼设置有若干个导向叶片，第一端盖上设置若干第一、第二通风槽，第一通风槽与第二通风槽交叉间隔排布，该发明改善了塔内气流分布不均匀的问题，组织脱硫塔内气液的混合，从而提高脱硫效率，但该方法中的泡罩的上升下降驱动力为气流负荷，增加了流动阻力，另一方面，气体经过泡罩后转变了流动方向，且由于泡罩旋转作用使得气体垂直方向的分速度降低，难以与下方液体充分接触发生相应的化学反应，同时结构较为复杂，安装实施成本高昂，不适合大规模应用。
因此，上述塔盘还是存在结构复杂、效率低或成本高等的问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种锥型塔盘及其应用，其目的在于通过引导式结构的设计与优化，减小现有脱硫工程中塔盘对烟气上升流动造成的阻力，同时通过中空式持液塔盘的设计进一步促进烟气中的气态重金属与硫化物向塔盘壳体表面或颗粒物表面凝结，进而提升对燃煤烟气的除尘效率。由此解决存在结构复杂、效率低或成本高的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种锥型塔盘，包括：锥形圆盘、在所述锥形圆盘上设置的若干个通孔、设置在所述通孔中的螺旋状引导叶片、设置在所述锥形圆盘直径最大处的支撑柱；
其中，各通孔的侧壁与锥形圆盘上表面、锥形圆盘下表面之间形成空腔，且各通孔的外壁上靠近锥形圆盘上表面处设置第一孔，所述支撑柱中设置与所述空腔连通的通道，该通道与浆液流出管道连通；所述支撑柱用于支撑固定所述锥形圆盘。
优选地，所述若干个通孔的中心在锥形圆盘上沿若干个同心圆排列分布，这些同心圆直径逐渐增大，位于同心圆中任意一个圆形上的通孔中的螺旋状引导叶片的旋向相同，所述第一孔为与所述螺旋状引导叶片相接触的两个长方形孔。
优选地，所述螺旋状引导叶片的旋转角度为200-450度。
优选地，由直径最大的同心圆上的一个通孔与直径逐渐减小的至少4个同心圆上的通孔的连线构成引导弧线，沿着所述引导弧线的方向，在两条相邻的引导弧线之间设置月牙状凸起，该月牙状凸起与通孔的外壁相切。
优选地，所述引导弧线的总数量与直径最大的同心圆上通孔数量相同，所述引导弧线按照2～4种不同的长度交替设置，其中，长度最长的引导弧线由直径最大的同心圆上的一个通孔与直径逐渐减小各同心圆上的通孔连接，直至连接到锥形圆盘中心的通孔，长度最长的引导弧线的数量与锥形圆盘上直径最小的同心圆上通孔数量相等，其余长度的引导弧线的数量为该引导弧线能够连接到的直径最小的同心圆上的通孔数量M减去该同心圆的相邻内圈同心圆上的通孔数量N。
优选地，所述引导弧线的半径为锥形圆盘半径的0.6～1.5倍，优选地，所述引导弧线的半径为锥形圆盘半径的0.8倍。
优选地，所述月牙状凸起起始于所述锥形圆盘直径最大处，终止于直径逐渐减小的至少第4圈同心圆的通孔处。
优选地，锥形圆盘上表面倾斜角度为10-15度，优选地，锥形圆盘上通孔的开孔率为20-60％。
优选地，所述支撑柱为均匀设置在锥形圆盘直径最大处的至少4个弧状支撑柱，所述通道为长方形通道。
按照本发明的另一方面，提供了一种上文所述的锥型塔盘的应用，用于脱硫塔，所述锥型塔盘水平设置于脱硫塔内，并置于喷淋层下方，优选地，所述锥型塔盘与喷淋层交替设置在脱硫塔内。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少能够取得下列有益效果。
1、本发明中塔盘内的液体通过两种方式与吸收塔内气体进行气液接触，一种方式为上方喷淋层喷下的液体进入若干个通孔中，沿螺旋状引导叶片向下流动；另一种方式为外部浆液通过与浆液流出管道连通的通道进入形成于各通孔的外壁与锥形圆盘上表面、锥形圆盘下表面之间的空腔，然后液体液面上升到第一孔后，液体通过第一孔从空腔进入通孔，沿螺旋状引导叶片向下流动。本发明中采用该两种方式并存，同时利用两种来源的液体与上升的烟气充分接触，发生传热与传质反应，显著提升了吸收塔内吸收效率(脱硫效率)，同时通过空腔的设置(中空式持液塔盘)的设计进一步促进烟气中的气态重金属与硫化物向塔盘壳体表面或颗粒物表面凝结，进而提升对燃煤烟气的除尘效率，有效减少气态与颗粒态重金属的排出。
2、本发明将塔盘内部设为中空(即存在空腔)，塔盘外部均匀设置至少4个支撑柱，其中4个内部为中空，构成进液管道，塔外通过4个进液管道向内连续不断地注入液体，流动的液体充满塔盘内部，烟气流经塔盘时能够有效地降低温度；圆柱通孔内设置的螺旋状引导叶片，引导烟气与液体的流动方向，同时相较于无叶片通孔，增加了烟气经过塔盘装置的时间，进一步地降低烟气的温度；烟气温度的降低有助于气态重金属向颗粒态迁移，在塔内更容易被捕集，有效强化了湿法烟气脱硫塔针对燃煤烟气的除尘效率。
3、本发明将塔盘的表面设计为锥形倾斜表面，锥形圆盘的表面倾斜角度在10-15度，同时在塔盘的底部沿引导弧线设置月牙状凸起，两个相邻的月牙状凸起之间形成了引导槽，烟气受底部斜面与引导槽的影响，贴壁呈流线型向斜上方流动，在经过通孔时，部分烟气进入通孔向上方流动，接触到扭曲引导叶片后，按照叶片的引导方向流线型螺旋向上，以上结构的设计，有效地减小了烟气向上流动的阻力，降低了塔内风机运行的功耗。
4、本发明中的塔盘置于喷淋层下方，喷淋液可对塔盘顶部进行冲洗后从塔盘外部均匀设置的支撑柱间隔处流向下方液体池；塔盘内液体从出口流出后沿螺旋状引导叶片向下流动到达通孔底部，由于通孔底部与锥形圆盘下表面相连接的部分进行了圆角工艺处理，因此部分液体将沿塔盘底部引导槽流动，把冷凝在塔盘底部的气态重金属和被液滴捕集的颗粒态重金属冲洗至脱硫塔底部的废液池，能够有效地减少颗粒附着或沉积在塔盘底面；同时塔盘与喷淋层的组合可以在塔内多层叠加布置，进一步提升烟气的净化效率。
5、本发明中塔盘上环状开设的通孔，从中心向外沿塔盘底部的引导弧线分布，且塔盘同半径上的圆柱通孔内的螺旋状引导叶片的旋向相同，其目的在于对塔内气流进行整流；螺旋状引导叶片的旋转角度在200-450度，这是因为旋转角度的大小对烟气与液体的停留时间及烟气流动阻力有着重要影响，过小的旋转角度不能有效增加烟气与液体经过塔盘装置的时间，造成接触反应不充分，降低烟气除尘效率；过大的旋转角度将增加烟气上升阻力，导致系统功耗提升。
附图说明
图1是本发明实施例提供的锥形塔盘结构示意图；
图2是本发明实施例提供的锥形塔盘的俯视图；
图3是本发明实施例提供的锥形塔盘中示意出引导弧线的仰视图；
图4是本发明实施例提供的锥形塔盘的剖视图；
图5是本发明实施例提供的锥形塔盘中液体流动示意图；
图6是本发明实施例提供的锥形塔盘中月牙状凸起处放大结构示意图；
图7是本发明实施例提供的锥形塔盘中未示意出引导弧线的仰视图；
图8中(A)是本发明实施例提供的锥形塔盘中通孔的A-A面剖视图，图8中(B)是本发明实施例提供的锥形塔盘中通孔侧视图，图8中(C)是本发明实施例提供的锥形塔盘中通孔俯视图；
图9中(A)是本发明实施例提供的锥形塔盘中螺旋状引导叶片的剖视图，图9中(B)是本发明实施例提供的锥形塔盘中螺旋状引导叶片侧视图，图9中(C)是本发明实施例提供的锥形塔盘中螺旋状引导叶片俯视图；
图10中(A)是本发明实施例提供的锥形塔盘中支撑柱的斜视图，图10中(B)是本发明实施例提供的锥形塔盘中支撑柱的正视图，图10中(C)是本发明实施例提供的锥形塔盘中支撑柱的俯视图，图10中(D)是本发明实施例提供的锥形塔盘中支撑柱的侧视图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-锥形圆盘；2-通孔；3-螺旋状引导叶片；4-支撑柱；5-空腔；6-引导弧线；7-月牙状凸起；8-脱硫塔；
101-锥形圆盘上表面；102-锥形圆盘下表面；201-第一孔；202-直径最大的同心圆；203-锥形圆盘中心；204-直径最小的同心圆；401-通道。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明一个实施例提供了一种锥型塔盘，参见图1-10，其包括：锥形圆盘1、在所述锥形圆盘1上设置的若干个通孔2、设置在所述通孔2中的螺旋状引导叶片3、设置在所述锥形圆盘1直径最大处的支撑柱4；其中，各通孔2的外壁与锥形圆盘上表面101、锥形圆盘下表面102之间形成空腔5，且各通孔2的外壁上靠近锥形圆盘上表面101处设置第一孔201，所述支撑柱4中设置与所述空腔5连通的通道401，该通道401与浆液流出管道连通；所述支撑柱4用于支撑固定所述锥形圆盘1。该浆液流出管道是指与外部浆液供给泵连接的管道，通过浆液供给泵将浆液输送进入浆液流出管道，浆液从而进入通道401，然后进入空腔5，在流动到第一孔201处通过该第一孔201流进通孔2，再沿螺旋状引导叶片向下流动。
在一种可行的方式中，所述若干个通孔2的中心在锥形圆盘1上沿若干个同心圆排列分布，这些同心圆直径逐渐增大，位于同心圆中任意一个圆形上的通孔2中的螺旋状引导叶片3的旋向相同，在实际应用过程中，可以根据吸收塔大小，可通过流场分析结果对螺旋状引导叶片3旋向进行调整。所述第一孔201为与所述螺旋状引导叶片3相接触的两个长方形孔。锥形圆盘1优选为非金属材料：PTFE、PEEK、FRP、PPS等，本实施例中，优选采用耐腐蚀、耐高温、具有良好加工性能的PEEK。优选地，该通孔2可以为圆柱形通孔，通孔2与螺旋状引导叶片3一体化成型，本实例中，利用PEEK采用开模注塑方式进行制作。圆柱通孔2底部与锥形圆盘下表面相连接的部分进行圆角工艺处理。
所述螺旋状引导叶片3的旋转角度为200-450度，本实施例中，旋转角度为250度。在实际应用过程中，可根据整个脱硫系统的实际情况来确定。锥形圆盘1的内外顶部进行圆润处理。该旋转角度是指螺旋状引导叶片螺旋向上的扭曲旋转角度，可以理解为螺旋状引导叶片的顶端面相对于底部端面来说旋转过的角度。
在上述实施例中，由直径最大的同心圆202上的一个通孔与直径逐渐减小的至少4个同心圆上的通孔的连线构成引导弧线6，沿着所述引导弧线6的方向，在两条相邻的引导弧线6之间设置月牙状凸起7，该月牙状凸起7与通孔2的外壁相切。
两个相邻的月牙状凸起7之间形成了引导槽，这些引导槽与圆柱通孔可以引导烟气流动，起到整流作用，同时减小烟气向上流动的阻力。本领域技术人员可以理解的是，本发明中，引导弧线6的方向即为引导烟气的方向，该引导弧线是示意性地，其目的是为了便于沿着引导弧线的走向设置月牙状凸起7或引导槽。在实际结构中，塔盘底部为如图7所示的无引导弧线示出的结构。
所述引导弧线6的总数量与直径最大的同心圆上通孔数量相同，所述引导弧线6按照2～4种不同的长度交替设置，其中，长度最长的引导弧线6由直径最大的同心圆202上的一个通孔2与直径逐渐减小各同心圆上的通孔连接，直至连接到锥形圆盘中心203的通孔，长度最长的引导弧线6的数量与锥形圆盘上直径最小的同心圆204上通孔数量相等，其余长度的引导弧线6的数量为该引导弧线6能够连接到的直径最小的同心圆上的通孔数量M减去该同心圆的相邻内圈同心圆上的通孔数量N。
示例性地，参见图3，本实施例中，引导弧线6按照3种长度不同的引导弧线6交替设置，长度最长的引导弧线6的数量为8条。
考虑塔盘结构，单一类型引导弧线会导致引导槽数量较少，且圆柱通孔分布不合理，外圈数量较少，塔盘开孔率减小，增大烟气流动阻力；引导弧线种类较多，会导致部分长度较短，沿引导弧线开设的引导槽在塔盘较外圈合并，烟气在塔盘内圈无引导，整流作用减弱。
所述引导弧线6的半径为锥形圆盘1半径的0.6～1.5倍，优选地，所述引导弧线6的半径为锥形圆盘1半径的0.8倍。过小的半径将导致引导槽曲率半径过小，弯曲程度过大，烟气无法按照引导槽的引导进行流动，同时增大了烟气流动阻力；过大的半径将导致引导槽曲率半径过大，弯曲程度过小，不能起到有效的整流作用。
所述月牙状凸起7起始于所述锥形圆盘1直径最大处，终止于直径逐渐减小的至少第4圈同心圆的通孔处。
锥形圆盘上表面101倾斜角度为10-15度，本实例中，该倾斜角度为13度。优选地，锥形圆盘1上通孔2的开孔率为20-60％。本实例中，开孔率为28％。
所述支撑柱4为均匀设置在锥形圆盘1直径最大处的至少4个弧状支撑柱4，所述通道401为长方形通道。
本发明另一个实施例提供了一种上文所述的锥型塔盘的应用，用于脱硫塔，所述锥型塔盘水平设置于脱硫塔8内，并置于喷淋层下方，优选地，所述锥型塔盘与喷淋层交替设置在脱硫塔8内。
具体地，本发明所述塔盘装置可用于双碱湿法脱硫。钠基脱硫剂的碱性较强，且吸收SO2后生成的产物溶解度也较大，不会造成结晶或结垢等问题，不会在锥形圆盘1内部、第一孔201与螺旋状引导叶片3处造成堵塞。钠基脱硫剂从中空的支撑柱4上的通道401进入空腔5，塔盘内部液面逐渐上升，到达最外圈圆柱通孔2的第一孔201处液体开始流出，然后沿螺旋状引导叶片3向下流动。由于进液速度大于液体流出速度，锥形圆盘1内液面持续上升至顶部第一孔201开始有液体流出。液体经过螺旋状引导叶片3与烟气充分接触反应，最终进入再生池，通过Ca(OH)2进行再生，S以硫酸钙和亚硫酸钙的形式析出，再生的NaOH可再次供给塔盘循环使用。
在上述过程中，钠基脱硫剂不会造成固体沉积等现象，同时可根据烟气量及SO2的含量，通过自动检测PH值，对溶液中NaOH的含量进行调整，保证1.0摩尔NaOH脱除1.0摩尔SO2；烟气受锥形圆盘1底部斜面与引导槽5的影响，贴壁呈流线型向上流动，再经过螺旋状引导叶片3，有效减小了烟气向上的流动阻力，同时对烟气进行整流，使得烟气分布更为均匀；锥形圆盘1内部充满流动的液体，同时螺旋状引导叶片3增加了烟气经过塔盘装置的时间，有效降低了烟气温度，提升脱硫效率至99.8％，烟气中重金属的脱除效率可达85％，综合除尘效率可达92％。塔盘的整体结构设计，减小了烟气向上流动的阻力，充分考虑了烟气净化过程中的重要影响因素，有效降低烟温，增加接触反应时间，兼顾硫与重金属的脱除，有效提高了脱硫与除尘效率。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种锥型塔盘，其特征在于，包括：锥形圆盘(1)、在所述锥形圆盘(1)上设置的若干个通孔(2)、设置在所述通孔(2)中的螺旋状引导叶片(3)、设置在所述锥形圆盘(1)直径最大处的支撑柱(4)；
其中，各通孔(2)的侧壁与锥形圆盘上表面(101)、锥形圆盘下表面(102)之间形成空腔(5)，且各通孔(2)的外壁上靠近锥形圆盘上表面(101)处设置第一孔(201)，所述支撑柱(4)中设置与所述空腔(5)连通的通道(401)，该通道(401)与浆液流出管道连通；所述支撑柱(4)用于支撑固定所述锥形圆盘(1)。
2.根据权利要求1所述的锥型塔盘，其特征在于，所述若干个通孔(2)的中心在锥形圆盘(1)上沿若干个同心圆排列分布，这些同心圆直径逐渐增大，位于同心圆中任意一个圆形上的通孔(2)中的螺旋状引导叶片(3)的旋向相同，所述第一孔(201)为与所述螺旋状引导叶片(3)相接触的两个长方形孔。
3.根据权利要求1所述的锥型塔盘，其特征在于，所述螺旋状引导叶片(3)的旋转角度为200-450度。
4.根据权利要求2所述的锥型塔盘，其特征在于，由直径最大的同心圆(202)上的一个通孔与直径逐渐减小的至少4个同心圆上的通孔的连线构成引导弧线(6)，沿着所述引导弧线(6)的方向，在两条相邻的引导弧线(6)之间设置月牙状凸起(7)，该月牙状凸起(7)与通孔(2)的侧壁相切。
5.根据权利要求4所述的锥型塔盘，其特征在于，所述引导弧线(6)的总数量与直径最大的同心圆上通孔数量相同，所述引导弧线(6)按照2～4种不同的长度交替设置，其中，长度最长的引导弧线(6)由直径最大的同心圆(202)上的一个通孔与直径逐渐减小各同心圆上的通孔连接，直至连接到锥形圆盘中心(203)的通孔，长度最长的引导弧线(6)的数量与锥形圆盘上直径最小的同心圆(204)上通孔数量相等，其余长度的引导弧线(6)的数量为该引导弧线(6)能够连接到的直径最小的同心圆上的通孔数量M减去该同心圆的相邻内圈同心圆上的通孔数量N。
6.根据权利要求4或5所述的锥型塔盘，其特征在于，所述引导弧线(6)的半径为锥形圆盘(1)半径的0.6～1.5倍。
7.根据权利要求6所述的锥型塔盘，其特征在于，所述引导弧线(6)的半径为锥形圆盘(1)半径的0.8倍。
8.根据权利要求4所述的锥型塔盘，其特征在于，所述月牙状凸起(7)起始于所述锥形圆盘(1)直径最大处，终止于直径逐渐减小的至少第4圈同心圆的通孔处。
9.根据权利要求1-5任一项所述的锥型塔盘，其特征在于，锥形圆盘上表面(101)倾斜角度为10-15度，锥形圆盘(1)上通孔(2)的开孔率为20-60％。
10.根据权利要求1所述的锥型塔盘，其特征在于，所述支撑柱(4)为均匀设置在锥形圆盘(1)直径最大处的至少4个弧状支撑柱(4)，所述通道(401)为长方形通道。
11.一种权利要求1-10任一项所述的锥型塔盘的应用，其特征在于，用于脱硫塔，所述锥型塔盘水平设置于脱硫塔(8)内，并置于喷淋层下方，所述锥型塔盘与喷淋层交替设置在脱硫塔(8)内。
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