CN201208542Y - 具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔 - Google Patents

Abstract

一种具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔，包括喷淋塔筒体，喷淋塔筒体的烟气进口和烟气出口之间自下而上依次设有烟气均流装置、至少二层平行布置的吸收剂浆液喷淋装置、以及烟气除雾器；各层吸收剂浆液喷淋装置均由两个在同一平面内呈交叉布置的分喷淋装置组成，各个分喷淋装置均通过各自对应的浆液循环泵与喷淋塔筒体最底部的吸收剂浆液池相连；烟气均流装置由一排平行间隔布置在喷淋塔筒体横截面上的圆管组成。各层吸收剂浆液喷淋装置下方还可设置截面呈三角形的烟气导流环。其具有较高精度的负荷调节性能，可有效降低设备运行成本，且能够实现塔内烟气导流控制，使烟气流动分布均匀，增大烟气与吸收剂浆液的两相湍流强度，提高脱硫效率。

Description

具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔

技术领域

本实用新型涉及石灰石—石膏湿法烟气脱硫设备，特别是指一种具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔。

背景技术

酸雨问题是当今人类面临的全球性环境问题之一，燃煤产生的硫氧化物SO₂和氮氧化物NO污染是我国酸雨的主要原生物。由于我国的能源结构以煤炭为主，在我国电力工业中，火电一直占总发电量的70％左右，燃煤发电厂是我国大气污染的第一大污染源。对电厂烟气污染进行控制是实现经济、社会、环境协调发展的要求，也是发挥我国煤炭储量优势、实现燃煤电厂自身可持续发展的要求。传统燃煤电站烟气脱硫技术一般分为湿法、半干法和干法脱硫等几种，其中湿法脱硫技术应用得最为广泛。在湿法脱硫技术中，石灰石—石膏湿法烟气脱硫技术最为成熟，运行可靠性最高，其原理是将烟气中的二氧化硫直接与磨细的石灰石悬浮浆液接触，使石灰石浆液与二氧化硫发生反应被吸收，从而达到脱硫的目的。针对石灰石浆液脱硫技术，科研人员经过多年研究，至今已形成了各具特色的喷淋吸收塔、填料吸收塔、双回路吸收塔、复合吸收塔等多种设备。

目前，在工业上应用的石灰石—石膏湿法烟气脱硫设备主要是喷淋吸收塔。为防止设备结垢、堵塞等现象的发生，保证烟气脱硫系统正常运行，喷淋吸收塔的反应区普遍采用空塔喷淋结构，使烟气与浆液逆向接触、烟气中的二氧化硫向吸收剂浆液中扩散传质，其吸收反应速度及效率取决于烟气与浆液的相对速度、接触面积、停留时间等多种因素。为了使烟气与浆液充分接触，喷淋塔中需要安装多层喷淋装置，通常情况为3～4层，每层喷淋装置布置大量喷嘴，以保证喷出的石灰石浆液雾滴具有较大的覆盖率，从而得到较高的脱硫效率。但是，现有的喷淋装置是每层对应一台浆液循环泵，通过浆液循环泵的开闭调节脱硫系统的负荷变化。当燃煤锅炉负荷下降时，脱硫系统也需要相应调整运行负荷，此时只有停运一层或两层喷淋装置来控制浆液喷淋量，这样必然存在脱硫系统的调节不够精细、很难与锅炉负荷变化相匹配的缺陷。

另一方面，喷淋吸收塔内的烟气在塔横截面上的流动速度分布不均也是严重影响脱硫效率的重要因素之一。为了解决此问题，科研人员在喷淋吸收塔的烟气进口上方设计多孔合金托盘，多孔合金托盘是由很多块具有一定厚度的合金板组成的，每块合金板上钻有很多小孔，整体托盘的开孔率为30～40％，沿塔横截面安装在托盘支架上，利用托盘及浆液雾滴对烟气所形成的阻力，促使进入喷淋吸收塔内的烟气流动更加均匀。但是，该托盘的制造工艺繁琐，组装复杂，其支撑结构也较多，设备成本和运行成本偏高，维修维护难度增大。

此外，在烟气与吸收剂浆液雾滴的逆流接触过程中，吸收剂浆液雾滴对烟气的流动具有整流作用。在喷淋塔吸收塔壁上会黏附部分浆液雾滴，造成塔壁附近的浆液雾滴密度减小，对烟气的整流能力降低，加上烟气在塔横截面上的流动速度分布不均，所以通常有一部分烟气没有与吸收剂浆液接触而是沿塔壁向上流动形成烟气走廊，从而造成烟气“短路”。特别是当锅炉负荷下降时，脱硫系统需要处理的烟气量减少，对应的浆液雾滴数量减少，气液两相流的湍流强度较小，使塔横截面上的烟气流动速度分布更加不均，进而严重影响脱硫效率。为了提高脱硫效率，公开号为CN1785482A的中国发明专利申请介绍了一种具有吸收剂浆液再分配装置的喷淋塔，其再分配装置由具有一定厚度的环形板构成，环形板的一端固定在塔壁上，另一端悬空，其主要作用是对黏附在塔壁上的浆液雾滴实现再分配，同时防止烟气“短路”。但考虑到环形板形成的烟气阻力问题，其悬空端距离塔壁的垂直高度必须保持较小的设计值，一般为60～120mm，而这种结构并不具备对塔内烟气流动实现导流控制的功能。

发明内容

本实用新型的目的就是要提供一种具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔。该喷淋塔不仅具有较高精度的负荷调节性能，可有效降低设备运行成本，而且能够实现塔内烟气导流控制，使烟气流动分布均匀，增大烟气与吸收剂浆液的两相湍流强度，提高烟气中二氧化硫的脱除效率。

为实现上述目的，本实用新型所设计的具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔，包括喷淋塔筒体，所述喷淋塔筒体的下部和顶部分别设置有烟气进口和烟气出口，所述喷淋塔筒体的烟气进口和烟气出口之间自下而上依次设有烟气均流装置、至少二层平行布置的吸收剂浆液喷淋装置、以及烟气除雾器。

根据实际工程负荷的需要，吸收剂浆液喷淋装置的具体布置层数可以有所变化，一般为二至三层。所述各层吸收剂浆液喷淋装置均由两个在同一平面内呈交叉布置的分喷淋装置组成，所述各个分喷淋装置均通过各自对应的浆液循环泵与喷淋塔筒体最底部的吸收剂浆液池相连，既可以同时开启运行，也可以单独关闭其中的一个或几个。当燃煤锅炉负荷变化时可以关闭一台或几台浆液循环泵，从而停运一个或几个分喷淋装置，这样可以精确调节吸收剂浆液的喷淋量，在保证高脱硫效率的前提下有效减少系统运行成本。

所述烟气均流装置由一排平行间隔布置在喷淋塔筒体横截面上的圆管组成，圆管之间所形成的狭长间隙为烟气通道，该烟气通道和吸收剂浆液雾滴对烟气所形成的阻力，可以促使上升烟气的流动均匀化。

进一步地，所述各层吸收剂浆液喷淋装置的下方一一对应设置有截面呈三角形的烟气导流环。这种结构可以有效引导沿喷淋塔筒体内壁垂直向上运动的烟气向塔中心流动，同时又能对沿内壁面流动的吸收剂浆液进行再分布，增大气液两相流的湍流强度和气液有效接触面积，起到提高脱硫效率和防止烟气“短路”的作用。

本实用新型的工作原理是这样的：需要脱硫的烟气经过预除尘处理后，被送入喷淋塔筒体中。向上运动的烟气首先穿过布置在烟气进口上方的烟气均流装置，然后穿过布置在喷淋塔筒体中部区域的各个烟气导流环和各层吸收剂浆液喷淋装置，通过烟气导流环迫使各层次的烟气向喷淋塔筒体中心处聚集，以消除喷淋塔筒体边缘处的烟气死角，使烟气流场进一步均匀分布；另一方面通过吸收剂浆液喷淋装置交叉喷射石灰石浆液，在石灰石液滴的强烈整流作用下，使烟气流场更加均匀优化，同时强化烟气与石灰石液滴之间的气液传质，使烟气中的二氧化硫与石灰石液滴发生快速充分的化学反应。最后，吸收了二氧化硫的石灰石液滴在喷淋塔筒体底部区域与空气发生充分的氧化反应，所生成的副产品硫酸钙晶体浆液从底部排浆口输出，经过脱硫反应的烟气则穿越布置在喷淋塔筒体上部区域的除雾器，脱除烟气中所携带的液滴，所得洁净烟气从顶部烟气出口引出。

本实用新型与现有技术相比具有以下突出效果：

其一，喷淋塔筒体内设置多层吸收剂浆液喷淋装置，各层吸收剂浆液喷淋装置均由两个在同一平面内呈交叉布置的分喷淋装置组成，一方面可以使喷嘴布置得更加致密，使吸收剂浆液雾滴的覆盖率达200～300％，在保证脱硫效率的前提下可以适当减少喷淋装置的层数，降低喷淋塔的高度，减少设备成本。另一方面各个分喷淋装置均具有独立的浆液循环泵，如针对三层吸收剂浆液喷淋装置就对应有六台浆液循环泵供应吸收剂浆液，这样当燃煤锅炉负荷变化时，可以停运一台或几台浆液循环泵来精确调节吸收剂浆液的喷淋量，在保证高脱硫效率的前提下尽量减少脱硫系统的运行成本。

其二，喷淋塔筒体内烟气进口上方设置烟气均流装置，烟气均流装置由一排平行间隔布置的圆管组成，圆管之间形成狭长的烟气通道，其截面形状为缩放形，这种形状可以有效增大烟气的紊流性能，结合吸收剂浆液雾滴对烟气所形成的阻力，可以使烟气的流动更趋均匀化。同时，该烟气均流装置结构简单、制造成本低、安装容易，不仅对烟气的均流作用较好，能有效降低液气比L/G，而且可以作为吸收剂浆液喷淋装置的检修平台，一物多用，操作方便。

其三，喷淋塔筒体内吸收剂浆液喷淋装置下方设置烟气导流环，其截面呈三角形，这种形状与各层交叉布置的分喷淋装置相结合，既可以促使烟气向塔中心流动，又可以对吸收剂浆液进行再分布，还可以大幅减少烟气流动阻力，增大气液两相湍流强度和气液有效接触面积，在较低气液比L/G的情况下获得较高的脱硫效率。

附图说明

图1为一种具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔的主视结构示意图；

图2为图1的左视结构示意图；

图3为图1中的吸收剂浆液喷淋装置的放大结构示意图；

图4为图1中的烟气均流装置的放大结构示意图；

图5为图1中的烟气导流环的放大结构示意图；

图6为图5的A—A剖视放大结构示意图；

图7为图1所示脱硫喷淋塔的塔内流场分布模拟计算效果图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型的脱硫喷淋塔作进一步的详细描述：

如图1～6所示，本实用新型的具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔，包括一个喷淋塔筒体3，喷淋塔筒体3的下部和顶部分别设置有烟气进口7和烟气出口1，喷淋塔筒体3的烟气进口7和烟气出口1之间自下而上依次设有烟气均流装置6、三层平行布置的吸收剂浆液喷淋装置4、以及烟气除雾器2，各层吸收剂浆液喷淋装置4的下方还一一对应地设置有截面呈三角形的烟气导流环5。

上述各层吸收剂浆液喷淋装置4均由两个在同一平面内呈交叉布置的分喷淋装置40组成。各个分喷淋装置40主要由一根布置在喷淋塔筒体3外侧的主管41和若干根布置在喷淋塔筒体3内部的支管42组成。主管41通过与其对应的独立浆液循环泵9与喷淋塔筒体3最底部的吸收剂浆液池8相连，支管42则与主管41垂直相连，支管42上分布有一系列的喷嘴43，用以向下喷射吸收剂浆液。两个交叉布置的分喷淋装置40的支管42在喷淋塔筒体3内部的横截面上相互平行交叉排列，使相邻支管42之间形成有1.5～2m的间距。这样布置一方面可以确保吸收剂浆液雾滴的覆盖率达到200～300％，使烟气与吸收剂浆液雾滴充分逆流混合；另一方面可以灵活控制各个分喷淋装置40的开启或关闭，以使其适应燃煤锅炉的负荷变化，精确调节吸收剂浆液的喷淋量，在保证高脱硫效率的前提下有效减少运行成本。

上述截面呈三角形的烟气导流环5由上、下两块倾斜布置的钢板与喷淋塔筒体3的内壁合围而成，安装在与其对应的吸收剂浆液喷淋装置4下方1.0～1.2m处。烟气导流环5可以采用一般钢材外加防腐处理，也可以使用耐受吸收剂浆液冲刷及腐蚀的其它材料制作而成。烟气导流环5的上斜面钢板与喷淋塔筒体3内壁的夹角α＝70～75°，烟气导流环5的下斜面钢板与喷淋塔筒体3内壁的夹角β＝60～65°，烟气导流环5的顶尖角到喷淋塔筒体3内壁的高度h＝1.0～1.2m。三角形截面设计可以大幅减少烟气导流环5所产生的烟气阻力，适当延长其顶尖悬空端距离喷淋塔筒体3内壁的垂直高度，使其对塔内烟气流动具备一定的导流控制功能。烟气导流环5与吸收剂浆液喷淋装置4相结合，可以达到理想的脱硫效率和良好的节能效果。

上述烟气均流装置6由一排平行间隔布置在喷淋塔筒体3横截面上的不锈钢圆管61组成。相邻不锈钢圆管61之间形成缩放状的间隙δ，即烟气通道，该烟气通道的面积占喷淋塔筒体3横截面面积的30～40％。这样设计可以增大烟气紊流，促使烟气流场更加均匀，提高气液有效接触面积，强化气液传质系数，使烟气中的二氧化硫更好地被吸收剂浆液雾滴所吸收，达到较高的脱硫效果。

如图7示出了本实用新型的具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔的塔内气液两相流速度场分布模拟计算效果图。从该图中可以看出：烟气进入喷淋塔后，在烟气均布装置和浆液雾滴的双重作用下，烟气流场分布非常均匀，有利于增大气液两相有效接触面积；同时，在烟气导流环的作用下，沿塔内壁向上流动的烟气速度整体分布较为合理，没有形成烟气短路，而且此装置将沿塔内壁向下流动的浆液实现二次分配，进一步增大气液两相的有效接触面积。因此，本实用新型的脱硫喷淋塔比普通脱硫塔的脱硫效果明显较好。

上述脱硫喷淋塔的工作过程如下：经过预除尘处理的锅炉尾部烟气由烟气进口7进入喷淋塔筒体3，通过烟气均流装置6使烟气流场均匀，并以4～5m/s的速度向上流动，依次与三层吸收剂浆液喷淋装置4所喷出的吸收剂浆液雾滴逆向接触，形成气液两相强烈的湍流流动，在吸收剂浆液雾滴对烟气的整流作用下，喷淋塔筒体3横截面上烟气的流动进一步均匀化。与此同时，三个烟气导流环5不断地将沿喷淋塔筒体3内壁向上流动的烟气引导向塔中心，并对黏附在喷淋塔筒体3内壁上的浆液雾滴进行再分布处理，增大气液两相流的湍流强度和气液有效接触面积，防止烟气出现“短路”，以进一步提高脱硫效率。

在锅炉额定负荷时，三层吸收剂浆液喷淋装置4所喷出吸收剂浆液雾滴的覆盖率约200～300％，烟气导流环5将引导烟气向塔中心流动，形成高湍流强度的多相流动，强化烟气与吸收剂浆液雾滴之间的传质。在锅炉负荷下降时，喷淋塔需处理的烟气量也随之减小，通过开启或关闭吸收剂浆液喷淋装置4的分喷淋装置40，可以准确配合烟气量来调整吸收剂浆液雾滴的喷射量。当处理烟气量为设计量的50％时，可以将各层吸收剂浆液喷淋装置4的一个分喷淋装置40关闭，此时各层吸收剂浆液喷淋装置4只有另一个分喷淋装置40正常运行，这种情况下吸收剂浆液雾滴的覆盖率只有100～150％，但烟气导流环5能够加强烟气的湍流强度，增大烟气与浆液雾滴的有效接触面积和有效接触时间，在较低气液比的情况下得到较高的脱硫效率。

最后，吸收了二氧化硫的吸收剂浆液在喷淋塔筒体底部区域与空气发生氧化反应，所生成的副产品硫酸钙晶体浆液从底部排浆口输出，经过脱硫反应的烟气则穿越布置在喷淋塔筒体3上部的除雾器2，脱除所携带的液滴，所得洁净烟气从烟气出口1排出。

Claims (6)

1.一种具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔，包括喷淋塔筒体(3)，所述喷淋塔筒体(3)的下部和顶部分别设置有烟气进口(7)和烟气出口(1)，所述喷淋塔筒体(3)的烟气进口(7)和烟气出口(1)之间自下而上依次设有烟气均流装置(6)、至少二层平行布置的吸收剂浆液喷淋装置(4)、以及烟气除雾器(2)，其特征在于：所述各层吸收剂浆液喷淋装置(4)均由两个在同一平面内呈交叉布置的分喷淋装置(40)组成，所述各个分喷淋装置(40)均通过各自对应的浆液循环泵(9)与喷淋塔筒体(3)最底部的吸收剂浆液池(8)相连；所述烟气均流装置(6)由一排平行间隔布置在喷淋塔筒体(3)横截面上的圆管(61)组成。

2.根据权利要求1所述的具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔，其特征在于：所述各层吸收剂浆液喷淋装置(4)的下方一一对应设置有截面呈三角形的烟气导流环(5)。

3.根据权利要求2所述的具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔，其特征在于：所述烟气导流环(5)设置在与其对应的吸收剂浆液喷淋装置(4)下方1.0～1.2m处，所述烟气导流环(5)的上斜面与喷淋塔筒体(3)内壁的夹角α＝70～75°，所述烟气导流环(5)的下斜面与喷淋塔筒体(3)内壁的夹角β＝60～65°，所述烟气导流环(5)的顶尖角到喷淋塔筒体(3)内壁的高度h＝1.0～1.2m。

4.根据权利要求1或2或3所述的具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔，其特征在于：所述分喷淋装置(40)具有一根主管(41)和若干根支管(42)，所述主管(41)通过与其对应的浆液循环泵(9)与喷淋塔筒体(3)最底部的吸收剂浆液池(8)相连，所述支管(42)与主管(41)垂直相连，所述支管(42)上分布有若干个喷嘴(43)；所述两个交叉布置的分喷淋装置(40)的支管(42)相互平行交叉排列，相邻支管(42)之间形成有1.5～2m的间距。

5.根据权利要求1或2或3所述的具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔，其特征在于：所述烟气均流装置(6)的一排圆管(61)之间形成的烟气流通间隙占喷淋塔筒体(3)横截面面积的30～40％。

6.根据权利要求4所述的具有负荷调节和烟气均流功能的脱硫喷淋塔，其特征在于：所述烟气均流装置(6)的一排圆管(61)之间形成的烟气流通间隙占喷淋塔筒体(3)横截面总面积的30～40％。

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