CN114950091A - 一种湿法脱硫协同除尘装置、系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种湿法脱硫协同除尘装置、系统及方法，包括塔体，塔体内自下而上依次设置循环浆液池、烟气进口、下部喷淋层、顶部喷淋层、除尘型升气帽层、第一除雾器以及第一喷淋装置；其中，下部喷淋层包括雾化喷头组件和除尘装置，除尘装置设置于雾化喷头组件的上方，除尘装置为蜂窝直板型除尘装置或蜂窝斜板型除尘装置；除尘型升气帽层包括底板和导流罩组件，底板上设置有多个通槽，通槽的两侧设置有侧板，每个导流罩为并列的两个倒U型结构，围成两个并列的导流腔，通槽两侧的侧板分别设置于两个导流腔中；第一喷淋装置环绕第一除雾器设置，用于对第一除雾器进行全覆盖、连续性冲洗。

Description

一种湿法脱硫协同除尘装置、系统及方法
技术领域
本发明属于烟气脱硫除尘技术领域，具体涉及一种湿法脱硫协同除尘装置、系统及方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
在当前的湿法脱硫工艺领域里，吸收塔不仅要完成高效率的脱硫任务，还需要实现较高的除尘效率，所谓湿法脱硫工艺的“协同除尘技术”，其实是利用吸收塔喷淋层的喷淋液的除尘效应。其除尘机理与湿法除尘设备中重力喷雾洗涤器相似。一定粒径(范围)的喷淋液滴自喷嘴喷出，与自下而上的含尘烟气逆流接触，较大直径的粉尘颗粒来不及逃避，便被液(雾)滴捕集。捕集机理主要有重力、惯性碰撞、截留、布朗扩散、静电沉降、凝聚和沉降等。
当前吸收塔的协同除尘技术局限在上述利用吸收塔本身安装的机械部件，例如，底部托盘、高位托盘、喷淋区加大、增大液气比、改善喷嘴雾化效果、增加除雾器层数等等方法和手段，这些机械部件主要用于脱硫目的，无法仅仅依靠它们实现高效率的“协同除尘”。尤其是当吸收塔的入口处粉尘颗粒的直径较细小(PM2.5)时，脱硫塔的液气比又相对较低时，细小的灰尘颗粒物具有类似气溶胶能够闪避喷淋雾滴冲击的特点，所以去除较难。
旋风耦合装置在电力行业的湿法脱硫装置中实现了较高的协同除尘效率，但该种装置受到烟气负荷波动的影响较大，在烟气低负荷条件下的除尘效率明显下降，而且其改造工程量相对较大。另外，由于冶金行业的湿法脱硫工艺大多采用石灰来作为脱硫剂，其浆液的pH一般高于采用石灰石的浆液，尤其是投浆的期间里pH值甚至可能达到7～8以上，采用旋风耦合装置较容易引发装置内部堵塞，故该种装置在冶金行业的应用并不十分理想。
也有采用棒栅、分布板、双层托盘等“性能增强装置”的措施来提高协同除尘效果的案例，也是不成功的，这类装置不仅效果差，还引发较大的系统阻力，该技术措施已被大多数企业放弃。
事实上，湿法脱硫塔出口烟气中颗粒物的来源是两个方面的，除了原始烟气带来的固体颗粒物外，还有一部分从吸收塔本身的循环浆液中飞溅出来的石膏浆液雾滴，被热烟气干化而变成的。鉴于前述“协同除尘技术”的诸多缺点，为了确保湿法脱硫出口的湿烟气颗粒物浓度达到环保标准的要求，许多工业企业不得不再次花费巨资，在湿法吸收塔安装专门的湿式电除尘器，通过库仑力强力吸附湿烟气中游离的颗粒物、石膏雾滴和部分SO3气溶胶，实现颗粒物浓度达到环保标准要求。这种湿式电除尘器技术的应用十分普遍，但湿式电除尘器功能十分单一，仅仅用于弥补吸收塔协同除尘能力的不足，对于提高脱硫效率没有什么作用，因此不属于吸收塔协同性质的除尘设备。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种湿法脱硫协同除尘装置、系统及方法。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提供了一种湿法脱硫协同除尘装置，包括塔体，塔体内自下而上依次设置循环浆液池、烟气进口、下部喷淋层、顶部喷淋层、除尘型升气帽层、第一除雾器以及第一喷淋装置；
其中，下部喷淋层包括雾化喷头组件和除尘装置，除尘装置设置于雾化喷头组件的上方，除尘装置为蜂窝直板型除尘装置或蜂窝斜板型除尘装置；
除尘型升气帽层包括底板和导流罩组件，底板上设置有多个通槽，通槽的两侧设置有侧板，每个导流罩为并列的两个倒U型结构，围成两个并列的导流腔，通槽两侧的侧板分别设置于两个导流腔中；
第一喷淋装置环绕第一除雾器设置，用于对第一除雾器进行全覆盖、连续性冲洗。
第二方面，本发明提供一种湿法脱硫协同除尘系统，包括所述湿法脱硫协同除尘装置、工艺水箱和除雾冲洗水泵，其中，
循环浆液池通过循环泵组件分布与下部喷淋层、顶部喷淋层的雾化喷嘴连接；
工艺水箱安装于除尘型升气帽层的下方，且通过管道与底板的最低处连通，工艺水箱的底部通过除雾冲洗水泵与第一喷淋装置的各个雾化喷头连接。
第三方面，本发明提供一种湿法脱硫协同除尘方法，包括如下步骤：
烟气自下方进入塔体内部，在喷淋液的喷淋作用下进行一级脱硫，然后流经除尘装置时，烟气中淋湿的灰尘粘附于除尘装置的内壁上，被除尘装置上方流下的水流冲下，实现一级除尘，烟气与除尘装置上的液膜进行传质，实现二级脱硫；
随后，烟气向上流经顶部喷淋层，进行三级脱硫；
烟气继续向上流经除尘型升气帽层，发生多次急转弯，将烟气中的颗粒物和液滴甩出，进行二级除尘；
对第一除雾器进行全覆盖连续冲洗，在表面形成湿润表面，对流经的烟气中的颗粒物和液滴进行深度捕集，实现三级除尘。
上述本发明的一种或多种实施方式取得的有益效果如下：
本发明的改造方案通过多级除尘装置+除尘型升气帽+全覆盖连续性的除雾器冲洗这样的多重增强措施，大幅度提高协同除尘能力。而且，不仅能解决除尘问题，气液接触面积的增加还能在一定程度上改善脱硫效果。
由于对除雾器全覆盖连续性冲洗时会使用大量的清水，如果这些水直接落入循环浆液池中，由于循环浆液池中颗粒物较多，就无法再对除雾器进行冲洗，且过多清水的掺入会导致循环浆液中碱的浓度下降，降低脱硫效率。所以，本发明中增设的除尘型升气帽的底板可以承接从除雾器上落下的水流，并将水流外送，循环喷淋。采用该种方式可以有效节约水的用量，并有效保证脱硫效率。
本发明中采用静态部件，运行过程中十分稳定可靠。
本发明采用规整性填料，空隙率高，运行过程阻力小；相比湿式电除尘器或者其他种类的除尘工艺来说，节能优势十分明显。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明根据一个或多个实施方式的整体结构示意图；
图2是本发明一个实施方式的除尘装置的剖视图；
图3是本发明另一个实施方式的除尘装置的剖视图；
图4是本发明根据一个或多个实施方式的升气帽的结构示意图。
图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
其中，1-湿法脱硫塔；2-循环浆液池；3-循环泵组件；4-下部喷淋层；5-除尘装置；6-顶部喷淋层；7-除尘型升气帽；8-第一除雾器；9-第二除雾器；10-工艺水箱；11-除雾冲洗水泵；12-底板；13-侧板；14-导流罩。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
针对背景技术中所提到的烟气脱硫过程中难以实现有效除尘、难以实现脱硫协同除尘的问题，本发明提出了一种湿法脱硫协同除尘装置、系统及方法。
第一方面，本发明提供了一种湿法脱硫协同除尘装置，包括塔体，塔体内自下而上依次设置循环浆液池、烟气进口、下部喷淋层、顶部喷淋层、除尘型升气帽层、第一除雾器以及第一喷淋装置；
其中，下部喷淋层包括雾化喷头组件和除尘装置，除尘装置设置于雾化喷头组件的上方，除尘装置为蜂窝直板型除尘装置或蜂窝斜板型除尘装置；
除尘型升气帽层包括底板和导流罩组件，底板上设置有多个通槽，通槽的两侧设置有侧板，每个导流罩为并列的两个倒U型结构，围成两个并列的导流腔，通槽两侧的侧板分别设置于两个导流腔中；
第一喷淋装置环绕第一除雾器设置，用于对第一除雾器进行全覆盖、连续性冲洗。
除尘装置采用蜂窝直板型除尘装置或蜂窝斜板型除尘装置等规整填料的除尘装置，空隙率高，加装在塔内后，吸收塔实际阻力没有明显增加。按照一个或多个实用案例，每层除尘装置增加的烟气阻力在30～100Pa之间。
除尘装置设置于雾化喷头组件的上方，经过喷淋的烟气直接流经除尘装置，此时，烟气中的含湿量较大，烟气中的灰尘更易粘附于除尘装置的板体上。
除尘装置具有亲水性好、接触面积大、空隙率低、阻力小的特点，当它处于循环喷淋液的覆盖下时，其孔道内壁全部变成湿膜表面。基于湿膜除尘理论，由于除尘装置内部的孔道较长，而孔径较小，故而孔长/孔径比值较大，当含尘气体在一定的速度条件下穿越孔道时，在布朗运动状态中的微粒状灰尘，有多次撞击孔道内壁而被捕集的几率。
除尘装置的上方设置有喷淋层，喷淋的循环浆液一方面用于对烟气进行直接喷淋脱硫，另一方面落在除尘装置上，在除尘装置的板体上形成液膜，该液膜不但有利于对烟气中颗粒物的粘附，还有利于与烟气进行传质，促进烟气的脱硫。
除尘装置加装在塔内后，塔内总的气液接触面积有较大幅度的增加，而且除尘装置的孔洞群还在一定程度上能延缓浆液下落，增加气液接触时间，因此该装置对脱硫能力的提高也有较大的促进作用。
采用特定的除尘型升气帽，当烟气流经升气帽时，经过多次急转弯，利于将烟气中的颗粒物和液滴甩出，促进烟气的除尘。升气帽向下甩出的液相流体，将汇集在升气帽的底板上，由除雾器的冲洗水带走。升气帽的材料包括但不限于FRP/合金钢。
而且，该种除尘型升气帽层有利于对第一除雾器进行的全方位、持续冲洗的水进行收集、循环，有利于水的节约。
第一喷淋装置环绕第一除雾器设置，用于对第一除雾器进行全方位连续冲洗，在除雾器表面形成连续水膜，便于对烟气中的细小颗粒物和液滴进行深度捕获，大幅度加强除尘除雾滴的效果。此外，除雾器表面的水膜也可以对烟气进行一定程度的脱硫，进一步提高烟气脱硫效果。
采用多级脱硫和多级除尘，有效实现了烟气脱硫协同除尘，保证了烟气的脱硫和除尘效果。
本文中的“湿法脱硫”，是指设置有湿法脱硫塔的脱硫工艺，例如石灰石/石灰-石膏法脱硫工艺、镁法脱硫工艺、氨法脱硫工艺和钠碱法脱硫工艺等。
“喷淋层”，是指将循环浆液均匀喷洒在吸收塔内部截面上的喷嘴阵列装置，从上方覆盖吸收塔截面，保证脱硫效率；
所谓“除雾器”，是指用于拦截烟气中的颗粒物及浆液雾滴的装置，分为平板式除雾器、屋脊式除雾器以及管式除雾器等种类。
在一些实施例中，下部喷淋层的数量为2-5层，优选为2-4层。
下部喷淋层的数量为多层，可以对烟气进行多次除尘，并延长烟气的脱硫时间，可有效提高烟气的脱硫和除尘效果。
在一些实施例中，除尘型升气帽层的下方设置有冲洗水管。保证升气帽畅通；另外也为塔底浆液池提供补水。
在一些实施例中，所述除尘装置的板材壁厚为0.5-3mm，板材表面设置有耐磨涂层，耐磨涂层的厚度为20-100μm。
除尘装置的材质包括但不限于PP/FRP等耐防腐材料。
除尘装置的结构型式既可以是一个整体，也可以是多个单体组合成一个整体，敷设在喷淋层(除顶部喷淋层外)的上方，接受到上方喷淋层浆液的充分覆盖和冲刷。
蜂窝直板型除尘装置较适合于单向喷淋的吸收塔，而蜂窝斜板型除尘器较适合于双向喷淋的吸收塔。
优选的，除尘装置的高度为50-500mm，孔径为10-50mm。
除尘装置的高度H和孔径B的具体数值由入口烟气的含尘浓度和吸收塔气速决定；当含尘浓度较高时，H值将相应增大，B值相应减小；当吸收塔气速较高时，气液混合效果好，则H值将相应减小，B值相应增大。
在一些实施例中，还包括第二除雾器，第二除雾器为间断性、局部冲洗。
把第一层除雾器变成一种能够保持全覆盖连续冲洗的主力除雾器，后续第二层甚至第三层除雾器仍然维持原来的间断性、局部冲洗，由此解决颗粒物、浆液雾滴的逃逸问题。
运行方式将进行调整，见下描述；
其中，第一层除雾器的冲洗方式将调整为全覆盖连续冲洗，将把除雾器表面变成润湿表面，大幅度提高对烟气中细小颗粒物、浆液雾滴的捕集能力。所有的除雾器冲洗水下水将被升气帽底板拦截，导入吸收塔外专用水箱中，形成独立的冲洗回路，不再以前那样直接落下进入塔底浆液池中。吸收塔的蒸发损失的补水，将通过升气帽底部的冲洗水管，补充进入塔底浆液池中。
其中，第二/三层除雾器及后续的除雾器仍将保持原来的间断性局部冲洗，用于进一步收集和阻挡冲洗水，防止其雾化颗粒被烟气带走。
其中，除雾器冲洗水泵和管道系统，将按照冲洗方式改变后所需要的最大流量来重新设计和安装。
经过上述两个方面的技术改造措施，吸收塔协同除尘能力将得到较大幅度的增强，由此实现低成本投入、低运行消耗，达到相关环保标准对颗粒物浓度的限值要求，替代当前耗电量巨大的湿式电除尘器。
第二方面，本发明提供一种湿法脱硫协同除尘系统，包括所述湿法脱硫协同除尘装置、工艺水箱和除雾冲洗水泵，其中，
循环浆液池通过循环泵组件分布与下部喷淋层、顶部喷淋层的雾化喷嘴连接；
工艺水箱安装于除尘型升气帽层的下方，且通过管道与底板的最低处连通，工艺水箱的底部通过除雾冲洗水泵与第一喷淋装置的各个雾化喷头连接。
在一些实施例中，所述工艺水箱高位布置。如，在保证冲洗水顺利流下的前提下，与除尘型升气帽的高度差小于1m，可以减少冲洗水泵的扬程，以节约电耗。
第三方面，本发明提供一种湿法脱硫协同除尘方法，包括如下步骤：
烟气自下方进入塔体内部，在喷淋液的喷淋作用下进行一级脱硫，然后流经除尘装置时，烟气中淋湿的灰尘粘附于除尘装置的内壁上，被除尘装置上方流下的水流冲下，实现一级除尘，烟气与除尘装置上的液膜进行传质，实现二级脱硫；
随后，烟气向上流经顶部喷淋层，进行三级脱硫；
烟气继续向上流经除尘型升气帽层，发生多次急转弯，将烟气中的颗粒物和液滴甩出，进行二级除尘；
对第一除雾器进行全覆盖连续冲洗，在表面形成湿润表面，对流经的烟气中的颗粒物和液滴进行深度捕集，实现三级除尘。
在一些实施例中，利用除尘型升气帽层对第一除雾器的冲洗水进行收集，并汇集在工艺水箱中，进行循环利用。
在一些实施例中，还包括对第二除雾器进行间断式、局部冲洗的步骤。
优选的，还包括对除尘型升气帽层进行冲洗的步骤。
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种湿法脱硫协同除尘装置，包括塔体，塔体内自下而上依次设置循环浆液池2、烟气进口、3层下部喷淋层4、顶部喷淋层6、除尘型升气帽7层、第一除雾器8以及第一喷淋装置；
其中，每层下部喷淋层包括雾化喷头组件和除尘装置5，除尘装置设置于雾化喷头组件的上方，除尘装置为蜂窝直板型除尘装置或蜂窝斜板型除尘装置，如图2和图3所示；
除尘装置5的板材壁厚为0.5-3mm，板材表面设置有耐磨涂层，耐磨涂层的厚度为20-100μm。除尘装置的材质包括但不限于PP/FRP等耐防腐材料。除尘装置的高度为50-500mm，孔径为10-50mm。
如图4所示，除尘型升气帽7层包括底板12和导流罩14组件，底板12上设置有多个通槽，通槽的两侧设置有侧板13，每个导流罩14为并列的两个倒U型结构，围成两个并列的导流腔，通槽两侧的侧板13分别设置于两个导流腔中；除尘型升气帽7层的下方设置有冲洗水管。保证升气帽畅通；另外也为塔底浆液池提供补水。
第一喷淋装置环绕第一除雾器8设置，用于对第一除雾器8进行全覆盖、连续性冲洗，第二除雾器9为间断性、局部冲洗。如果有特殊需求，还可以设置第三除雾器，甚至设置第四除雾器。
循环浆液池2通过循环泵组件3分布与下部喷淋层4、顶部喷淋层6的雾化喷嘴连接；工艺水箱10安装于除尘型升气帽7层的下方，且通过管道与底板12的最低处连通，工艺水箱10的底部通过除雾冲洗水泵11与第一喷淋装置的各个雾化喷头连接，工艺水箱10进行高位布置。
工艺流程如下：
(一)烟气系统流程：含尘含硫的原烟气进入湿法脱硫塔1，从下向上流动，与多层的中下部喷淋层4、顶部喷淋层6喷出的循环浆液形成逆相接触，同时穿过多级的除尘装置5，经过升气帽、第1层和第2/3层除雾器后，排至吸收塔顶部出口。
其中，原烟气与本发明的吸收塔的入口相接；
其中，净烟气与本发明的吸收塔的出口相接；
原烟气进入吸收塔进口后形成连续性向上流动，与循环浆液形成逆相接触，从吸收塔出口排出，完成脱硫和除尘两项环保治理任务；
(二)喷淋与除尘流程：在吸收塔的喷淋区，浆液循环泵组件3将从湿法吸收塔1底部的循环浆液池2中，抽取循环浆液，然后通过下部喷淋层4和顶部喷淋层6向下喷出，喷出这些浆液将穿过多级的除尘装置5，在除尘装置5的孔道内与向上流动的烟气发生直接逆相接触，从而完成脱硫反应和协同除尘作用，最后再返回循环浆液池2中。
其中，浆液循环泵组件3的入口与循环浆液池2相连，其出口与喷淋层组相连，实现循环浆液的雾化喷洒；
其中，喷淋层与循环泵出口相连，接受循环浆液向下喷出，覆盖除尘装置的孔道的内表面，形成湿膜表面；
(三)除雾冲洗流程：升气帽将除雾器分隔为一个独立区域。其中，每层除雾器的入口均与独立的冲洗系统相连，除雾冲洗水将不再落入吸收塔底部的浆液池中；形成独立的循环系统循环使用，以维持系统水平衡。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种湿法脱硫协同除尘装置，其特征在于：包括塔体，塔体内自下而上依次设置循环浆液池、烟气进口、下部喷淋层、顶部喷淋层、除尘型升气帽层、第一除雾器以及第一喷淋装置；
其中，下部喷淋层包括雾化喷头组件和除尘装置，除尘装置设置于雾化喷头组件的上方，除尘装置为蜂窝直板型除尘装置或蜂窝斜板型除尘装置；
除尘型升气帽层包括底板和导流罩组件，底板上设置有多个通槽，通槽的两侧设置有侧板，每个导流罩为并列的两个倒U型结构，围成两个并列的导流腔，通槽两侧的侧板分别设置于两个导流腔中；
第一喷淋装置环绕第一除雾器设置，用于对第一除雾器进行全覆盖、连续性冲洗。
2.根据权利要求1所述的湿法脱硫协同除尘装置，其特征在于：下部喷淋层的数量为2-5层，优选为2-4层。
3.根据权利要求1所述的湿法脱硫协同除尘装置，其特征在于：除尘型升气帽层的下方设置有冲洗水管。
4.根据权利要求1所述的湿法脱硫协同除尘装置，其特征在于：所述除尘装置的板材壁厚为0.5-3mm，板材表面设置有耐磨涂层，耐磨涂层的厚度为20-100μm。
5.根据权利要求1所述的湿法脱硫协同除尘装置，其特征在于：还包括第二除雾器，第二除雾器为间断性、局部冲洗。
6.一种湿法脱硫协同除尘系统，其特征在于：包括权利要求1-5任一所述湿法脱硫协同除尘装置、工艺水箱和除雾冲洗水泵，其中，
循环浆液池通过循环泵组件分布与下部喷淋层、顶部喷淋层的雾化喷嘴连接；
工艺水箱安装于除尘型升气帽层的下方，且通过管道与底板的最低处连通，工艺水箱的底部通过除雾冲洗水泵与第一喷淋装置的各个雾化喷头连接。
7.利用权利要求1-5任一所述湿法脱硫协同除尘装置，或权利要求6所述湿法脱硫协同除尘系统，进行的湿法脱硫协同除尘方法，其特征在于：包括如下步骤：
烟气自下方进入塔体内部，在喷淋液的喷淋作用下进行一级脱硫，然后流经除尘装置时，烟气中淋湿的灰尘粘附于除尘装置的内壁上，被除尘装置上方流下的水流冲下，实现一级除尘，烟气与除尘装置上的液膜进行传质，实现二级脱硫；
随后，烟气向上流经顶部喷淋层，进行三级脱硫；
烟气继续向上流经除尘型升气帽层，发生多次急转弯，将烟气中的颗粒物和液滴甩出，进行二级除尘；
对第一除雾器进行全覆盖连续冲洗，在表面形成湿润表面，对流经的烟气中的颗粒物和液滴进行深度捕集，实现三级除尘。
8.根据权利要求7所述的湿法脱硫协同除尘方法，其特征在于：利用除尘型升气帽层对第一除雾器的冲洗水进行收集，并汇集在工艺水箱中，进行循环利用。
9.根据权利要求7所述的湿法脱硫协同除尘方法，其特征在于：还包括对第二除雾器进行间断式、局部冲洗的步骤。
10.根据权利要求7所述的湿法脱硫协同除尘方法，其特征在于：还包括对除尘型升气帽层进行冲洗的步骤。
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