CN113750773B - 一种烟气脱硫塔 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高脱硫效率且节约能耗的烟气脱硫塔。一种烟气脱硫塔，包括：塔体，上部设有烟气出口，下部设有烟气入口，底部设有浆液池；整流装置，与塔体内壁相接，用于对烟气入口进入的烟气进行导流及整流，包括若干整流叶片和用于固定整流叶片的若干支撑梁，所述整流叶片与所述支撑梁相交；喷淋装置，用于向烟气喷淋浆液；除雾装置，用于捕集烟气中的雾滴；所述整流装置、喷淋装置和除雾装置依次设于塔体内。本发明的烟气脱硫塔内的整流装置结构简单，加工、安装方便，对进入塔内的烟气进行导流及整流作用，消除大涡流，提高了脱硫效率的同时降低系统阻力减少能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种烟气处理装置，特别涉及一种烟气脱硫塔，属于环保设备技术领域。
背景技术
近年来，大气环境污染问题日益突出，危害人类健康，污染物二氧化硫是我国大气污染排放主要控制目标之一。我国的能源结构仍然以煤炭为主，石油天然气及其他能源为辅的形态。燃煤锅炉作为煤炭的第一耗能大户，也是二氧化硫排放的主要来源。随着国家环保政策的出台，燃煤锅炉烟气二氧化硫的控制标准越来越高，尤其是燃煤电厂燃煤锅炉实行超低排放要求情况下(SO2≤35mg/Nm3,NOx≤50mg/Nm3,烟尘≤5mg/Nm3)，二氧化硫控制技术需要不断改进提高。
湿法脱硫技术，尤其是石灰石-石膏法脱硫技术，由于其脱硫效率高、技术稳定可靠、石灰石来源丰富且廉价等原因，是超低排放要求下燃煤锅炉主要的脱硫工艺技术。石灰石-石膏法脱硫技术采用石灰石作为脱硫剂，石灰石经破碎研磨成粉状与水混合制备成吸收浆液。在脱硫塔内，吸收浆液由浆液循环泵泵至喷淋层，经喷嘴雾化成液滴与逆流的烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙进行反应，反应后的浆液落入浆液池，与氧化空气进行反应后形成石膏，最后通过石膏排出泵排出塔外；烟气流经喷淋层及除雾器脱除较大液滴后流出脱硫塔，进入下游设备。脱硫塔在脱除二氧化硫的同时也会脱除部分烟尘及其他污染物。
石灰石-石膏法脱硫技术的关键设备是脱硫塔，脱硫过程的各种物理及化学反应主要都是在脱硫塔内进行的。现在常用的脱硫塔形式基本为空塔、托盘塔及旋回耦合脱硫塔三种。传统的石灰石-石膏脱硫塔一般采用空塔形式，即喷淋层下方与浆液池上方无任何导流或整流构件，烟气从脱硫塔入口进入脱硫塔内后，在下层喷淋层与浆液池中间形成强烈的涡流，并且由于烟气的惯性作用，在脱硫塔入口对面的塔壁侧形成高速气流，靠近脱硫塔入口侧壁面速度相对较低，气流进入喷淋层时的速度分布极不均匀，在塔壁处极易形成“短路”，大量烟气未经喷淋浆液充分洗涤而直接排出塔外，导致脱硫塔脱硫效率低下。
为了解决空塔脱硫效率低的问题，现在最常用的脱硫塔技术就是在塔内增设一层或两层托盘。塔内设置托盘后，在托盘上形成一定厚度的持液层，烟气经过托盘的气流均布作用及持液层的洗涤后，脱硫效率提高。但是，增设托盘后，塔内阻力急剧增加，能耗巨大，并且托盘容易堵塞，增加维护工作量，因此托盘塔在提高脱硫效率的同时，其劣势也非常明显。而且，部分托盘塔实际运行时脱硫效率过高，远高于超低排放标准，造成不必要的能源浪费。
此外，旋汇耦合技术脱硫塔在塔内增加旋流器，虽然对气流均布有一定作用，也延长了气液接触时间，提高了脱硫效率，但是其结构复杂，阻力增大，维护麻烦，对烟气流速有一定要求等不利因素也是该技术难以大量推广应用的主要原因。
申请号为201220352645.8的中国实用新型专利公开了一种烟气脱硫塔的烟气整流装置，包括塔壁和烟道进口，还包括整流板和整流板支架，整流板上设有若干大小和形状不同的孔，整流板支架为框架结构，其外框与整流板匹配，整流板固定在整流板支架上，整流板支架安装在塔内并与水平方向形成夹角α，整体向内倾斜；整流板与水平面的夹角为5°～10°，整流板整体为月牙形。上述烟气整流装置通过施加阻力的方式使烟气流动发生改变，但是由于其只在脱硫塔水平横截面面积一半左右设置整流装置，高速气流除部分通过开孔向上流动外，其它气流绕过整流装置边缘形成高速气流，且无整流装置侧原本较低的气流得不到改善，因此实际整流效果差，气流均匀性差，甚至差于不设置整流装置的空塔。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高脱硫效率且节约能耗的烟气脱硫塔，在塔内设置整流装置，起到均布塔内气流的作用，防止烟气在脱硫塔内形成“短路”，满足达标排放的同时降低系统阻力，解决背景技术中所述的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种烟气脱硫塔，包括：
塔体，上部设有烟气出口，下部设有烟气入口，底部设有浆液池；
整流装置，与塔体内壁相接，用于对烟气入口进入的烟气进行导流及整流，包括若干整流叶片和用于固定整流叶片的若干支撑梁，所述整流叶片与所述支撑梁相交；
喷淋装置，用于向烟气喷淋浆液；
除雾装置，用于捕集烟气中的雾滴；
所述整流装置、喷淋装置和除雾装置依次设于塔体内。
作为优选，所述烟气入口设于喷淋装置与浆液池之间，所述整流装置设于喷淋装置与烟气入口之间。
作为优选，所述整流装置与塔体径向平面呈夹角设置，所述夹角的角度为10°～45°。
作为优选，所述整流叶片均匀间隔设置。
作为优选，所述整流叶片为直板形叶片、折板形叶片和弧形叶片中的一种或多种，所述整流叶片由不锈钢或玻璃钢材料制成。
作为优选，所述相邻整流叶片的间距与整流叶片的高度之比范围为1：1～1：4。
作为优选，所述相邻整流叶片的间距与整流叶片的高度之比范围为2：3～1：2。
作为优选，所述整流叶片的高度不大于3m，相邻整流叶片的间距不大于2.5m。
作为优选，所述整流叶片的高度不大于2m，相邻整流叶片的间距不大于1.5m。
作为优选，所述支撑梁与塔体内壁固定连接，所述整流叶片通过支撑梁固定于塔体内。
作为优选，所述支撑梁为工字钢、扁钢、圆钢和槽钢中的一种或多种，所述支撑梁由不锈钢材料制成。
作为优选，所述喷淋装置包括若干喷淋层，所述喷淋层层数为2～6层。
作为优选，所述除雾装置为屋脊式除雾器或管束式除雾器。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的烟气脱硫塔内的整流装置结构简单，加工、安装方便，对进入塔内的烟气进行导流及整流作用，消除大涡流，提高了脱硫效率的同时降低系统阻力减少能耗；
(2)本发明相对于传统喷淋塔空塔，脱硫效率和除尘效率提高，相对于托盘塔或者旋汇耦合技术塔，结构简单，维护方便，系统阻力大大降低，节约能耗；
(3)本发明的烟气脱硫塔可用于对于传统空塔喷淋塔实现超低排放而进行的改造，尤其是对于使用中、低硫煤作为燃料的燃煤机组，具有改造量小、改造时间短、成本低的特点，在不改变其他辅机系统的情况下，明显提高脱硫效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例1整流装置的结构示意图；
图3是本发明实施例1整流装置的侧视结构示意图；
图4是本发明实施例2的结构示意图；
图5是本发明实施例2整流装置的侧视结构示意图；
图6是本发明实施例3的结构示意图；
图7是本发明对比例1的结构示意图；
图8是本发明对比例2的结构示意图；
图9是本发明对比例1的气液两相流模拟计算图；
图10是本发明对比例2的气液两相流模拟计算图；
图11是本发明实施例3的气液两相流模拟计算图。
图中：1、烟气入口，2、塔体，3、浆液池，4、整流装置，5、喷淋装置，6、除雾装置，7、烟气出口，41、整流叶片，42、支撑梁。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。下述实施例中的部件或设备如无特别说明，均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
实施例1：
如图1和图2所示的一种烟气脱硫塔，包括：塔体2，上部设有烟气出口7，下部设有烟气入口1，底部设有浆液池3；整流装置4，与塔体2内壁相接，用于对烟气入口1进入的烟气进行导流及整流，包括多个整流叶片41和用于固定整流叶片41的多个支撑梁42，整流叶片41与支撑梁42相交；喷淋装置5，用于向烟气喷淋浆液；除雾装置6，用于捕集烟气中的雾滴。整流装置4、喷淋装置5和除雾装置6依次设于塔体2内。
具体来说，本实施例的烟气脱硫塔，塔内径为15m，如图3所示，整流装置4与塔体径向平面呈夹角α设置，其中α＝18°，整流装置4设置在浆液池3与喷淋装置5之间，并固定于塔体2内。
整流装置4由9片整流叶片41和4根支撑梁42组成。整流叶片41形状为直板形叶片，每根整流叶片41的高度为2m，相邻两整流叶片41的间距为1.5m。支撑梁42采用扁钢结构，支撑梁42穿过整流叶片41，并将整流叶片41焊接于支撑梁42上。整流叶片41和支撑梁42均采用不锈钢材料制作。
喷淋装置5具有4层喷淋层，每层喷淋层间距2.0m。下面三层喷淋层喷嘴中心采用双向喷嘴和壁面处采用单向向下喷嘴形式，最上面喷淋层采用单向向下喷嘴。每层喷淋层喷嘴都是空心锥与实心锥喷嘴组合使用。每层喷淋浆液覆盖率达到260％以上。液气比达到15L/m3，浆液pH值5.2～5.8。
除雾装置6为两层除雾器，除雾器均为屋脊式除雾器。
本实施例中，烟气入口1处的SO2浓度为1800mg/Nm3，经过带整流装置4的烟气脱硫塔脱硫后，烟气出口7处的SO2浓度＜35mg/Nm3，达到超低排放要求。
通过上述技术方案，整流装置4与塔体2内壁相接，覆盖整个塔体内的径向横截面，烟气从烟气入口1进入塔体2内，经过整流装置4的导流和整流作用，烟气以较均匀的速度分布状态垂直进入喷淋装置5下方，与喷淋装置5喷淋下来的浆液进行逆流接触，烟气经过喷淋浆液洗涤，其中的二氧化硫、烟尘及其他化学元素被洗涤后随液滴落入浆液池3，与浆液池3中由外部氧化风机鼓入的空气进行反应，最后生成石膏排出塔体2外；洗涤后的净化烟气经过除雾装置6脱除大部分液滴，然后由烟气出口7排出塔体2外，进入下一级设备。
实施例2：
如图4所示的一种烟气脱硫塔，包括：塔体2，上部设有烟气出口7，下部设有烟气入口1，底部设有浆液池3；整流装置4，与塔体2内壁相接，用于对烟气入口1进入的烟气进行导流及整流，包括多个整流叶片41和用于固定整流叶片41的多个支撑梁42，整流叶片41与支撑梁42相交；喷淋装置5，用于向烟气喷淋浆液；除雾装置6，用于捕集烟气中的雾滴。整流装置4、喷淋装置5和除雾装置6依次设于塔体2内。
本实施例中，塔内径为13m，整流装置4与塔体径向平面呈夹角α设置，其中α＝20°，整流装置4设置在浆液池3与喷淋装置5之间，并焊接固定于塔体2内。如图5所示，整流叶片41为8片直板形叶片和8片弧形叶片的组合物，其中直板形叶片位于支撑梁42上方，弧形叶片位于支撑梁42下方，一片直板形叶片下方对应一片弧形叶片。单个整流叶片41的总体高度为2.5m，整流叶片41均匀间隔设置，相邻两整流叶片41间距为1.4m。支撑梁42由4根工字钢穿过整流叶片41并与整流叶片41焊接为一体。整流叶片41和支撑梁42均由不锈钢材料制作。
喷淋装置5具有5层喷淋层，每层喷淋层间距1.8m。喷淋层的喷嘴采用空心锥及实心锥，单向与双向喷嘴组合形式喷嘴，喷淋浆液覆盖率达280％，液气比达到18L/m3，浆液pH值为5.2～5.8。
除雾装置6为两层除雾器，上层除雾器为屋脊式除雾器，下层除雾器为管束式除雾器。
本实施例在改造以前为空塔喷淋塔，最下层的喷淋层上游截面烟气流速相对标准偏差Cv＝58％，在设置整流装置4进行改造后，此截面速度Cv＝27％。烟气入口处的SO2浓度为2500mg/Nm3，经过带整流装置4的烟气脱硫塔脱硫后，脱硫效率达到99％，满足超低排放要求。
需要说明的是，上述相对标准偏差Cv的计算方法如下：
其中：
所述CV为截面相对标准偏差(％)，所述σ为截面标准偏差，所述为截面平均值。
通过上述技术方案，整流装置4与塔体2内壁相接，覆盖整个塔体内的径向横截面，烟气从烟气入口1进入塔体2内，经过整流装置4的导流和整流作用，烟气以较均匀的速度分布状态垂直进入喷淋装置5下方，与喷淋装置5喷淋下来的浆液进行逆流接触，烟气经过喷淋浆液洗涤，其中的二氧化硫、烟尘及其他化学元素被洗涤后随液滴落入浆液池3，与浆液池3中由外部氧化风机鼓入的空气进行反应，最后生成石膏排出塔体2外；洗涤后的净化烟气经过除雾装置6脱除大部分液滴，然后由烟气出口7排出塔体2外，进入下一级设备。本发明的一种烟气脱硫塔结构简单，安装维护方便，脱硫效率高，系统阻力低，属于低阻高效脱硫塔，符合节能环保的要求。
实施例3：
一种烟气脱硫塔，技术方案同实施例2，其不同之处在于：
如图6所示，整流装置4由15片直板形整流叶片41及支撑梁42构成，整流叶片41高度为1.6m，相邻两整流叶片41间距为1m，整流装置4以与塔体径向平面呈倾斜角度α＝26°焊接于脱硫塔本体2内。
本实施例为对某燃煤电厂600MW机组烟气脱硫塔进行改造，原脱硫塔为空塔，塔身直径为16m，脱硫塔内喷淋装置5采用3+1的喷淋层布置，除雾装置6为两层屋脊式除雾器。
对比例1：
一种烟气脱硫塔，技术方案同实施例3，其不同之处在于：
如图7所示，采用空塔形式，塔体2内不设置整流装置4。
对比例2：
一种烟气脱硫塔，技术方案同实施例3，其不同之处在于：
如图8所示，塔体2内的整流装置采用申请号为201220352645.8的中国实用新型专利所公开的一种烟气脱硫塔的烟气整流装置，以在月牙板上开圆孔及椭圆形孔的方式进行设计，以与塔体径向平面呈倾斜角度α＝8°布置于塔体2内，上述整流装置覆盖约一半的塔体2径向横截面积。
通过CFD模拟，对实施例3、对比例1和对比例2的烟气脱硫塔进行对比计算。分别对上述三种形式的烟气脱硫塔进行气液两相流模拟计算，模拟结果主要对位于最下层喷淋层入口截面速度进行对比。从图9中可以看出，对比例1的最下层喷淋层入口截面速度Cv＝63.9％；从图10可以看出，对比例2的最下层喷淋层入口截面速度Cv＝79.8％，不但对速度均匀分布无促进作用，反而更加剧了速度的不均匀性；最后采用本发明的带整流装置4的烟气脱硫塔，从图11可以看出，最下层喷淋层入口截面速度Cv＝20.3％，大大优于前述两种烟气脱硫塔的表现，甚至优于托盘塔，本发明使烟气在塔内分布均匀，完全满足超低排放要求下气流分布要求。同时，采用本发明的烟气脱硫塔，其系统压降也优于上述两种烟气脱硫塔，分别降低55Pa和125Pa。因此，本发明的烟气脱硫塔具有均布气流及降低系统阻力的良好效果，可以有效提高脱硫效率，能够满足超低排放的要求。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (5)
1.一种烟气脱硫塔，其特征在于：该烟气脱硫塔包括：
塔体（2），上部设有烟气出口（7），下部设有烟气入口（1），底部设有浆液池（3）；
整流装置（4），与塔体（2）内壁相接，用于对烟气入口（1）进入的烟气进行导流及整流，包括若干整流叶片（41）和用于固定整流叶片（41）的若干支撑梁（42），所述整流叶片（41）与所述支撑梁（42）相交；
喷淋装置（5），用于向烟气喷淋浆液；
除雾装置（6），用于捕集烟气中的雾滴；
所述整流装置（4）、喷淋装置（5）和除雾装置（6）依次设于塔体（2）内；
其中，所述烟气入口（1）设于喷淋装置（5）与浆液池（3）之间，所述整流装置（4）设于喷淋装置（5）与烟气入口（1）之间；所述整流装置（4）与塔体（2）径向平面呈夹角设置，所述夹角的角度为10°~45°；所述整流叶片（41）均匀间隔设置；所述整流叶片（41）为直板形叶片、折板形叶片和弧形叶片中的一种或多种，所述整流叶片（41）由不锈钢或玻璃钢材料制成；所述支撑梁（42）为工字钢、扁钢、圆钢和槽钢中的一种或多种，所述支撑梁（42）由不锈钢材料制成。
2.根据权利要求1所述的一种烟气脱硫塔，其特征在于：所述整流叶片（41）的高度不大于3m，相邻整流叶片（41）的间距不大于2.5m。
3.根据权利要求1所述的一种烟气脱硫塔，其特征在于：所述支撑梁（42）与塔体（2）内壁固定连接，所述整流叶片（41）通过支撑梁（42）固定于塔体（2）内。
4.根据权利要求1所述的一种烟气脱硫塔，其特征在于：所述喷淋装置（5）包括若干喷淋层，所述喷淋层层数为2~6层。
5.根据权利要求1所述的一种烟气脱硫塔，其特征在于：所述除雾装置（6）为屋脊式除雾器或管束式除雾器。
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