CN2069748U - 一种烟气除尘及脱硫双功能净化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种烟气除尘及脱硫双功能净 化装置。本实用新型由立式旋风分离器和安装于其 上的沸腾床组成，沸腾床6是圆筒形，在筒体中部设 有带小孔9的孔板8，在孔板8圆周内侧设有溢流挡 板15，在溢流挡板15与筒体之间有环形溢流槽16， 在孔板8上设有带孔的进水管10，它把干式除尘和 脱硫有机地复合为一体，除尘效率可达96％-99％， 脱硫效率可达60％-80％，可满足中、小容量锅炉烟 气除尘的要求，又有相当高的脱硫效率，且运行费用 及投资低、工艺简单、运行可靠，可节约能源及水资 源。

Description

本实用新型涉及作为一般物理或化学装置的分离装置领域，特别涉及除尘器及流化床装置。

长期以来，国内外均把烟气除尘和烟气脱硫分割开来进行，烟气除尘主要是加装除尘器；烟气脱硫主要是加装脱硫装置。除尘器主要有四种：电除尘器、袋式除尘器、水膜除尘器和旋风除尘器。电除尘器主要用于大容量锅炉、窑炉和工业炉，其除尘效率高但投资大，检修维护工作量大，运行费高；袋式除尘器由于布袋寿命短，粘灰堵塞等问题尚未很好解决，维修工作量大，费用也高；旋风除尘器和水膜除尘器多用于中、小容量锅炉、窑炉及工业炉，其投资小，检修工作量小，费用较低，但其除尘效率较低，特别是现有技术的旋风除尘器的结构尺寸不是最佳化，有的尺寸甚至不合理，因而除尘效率低。烟气脱硫装置主要有四种：湿式石灰石脱硫装置、干式石灰石脱硫装置、旋转喷雾脱硫装置和低温冷冻脱硫装置。这四种脱硫装置虽在国外已大量采用，但在我国还处于引进消化阶段。根据国内引进项目提供的数据，这几种脱硫装置投资很大。显然，这些装置在我国大量的中、小容量锅炉、窑炉和工业炉上难以广泛使用。

本实用新型的目的在于：提供一种能取代目前中、小型炉窑所用的旋风除尘器或水膜除尘器但同时能脱硫的装置，使该装置适合中国国情，设计合理，投资少、收效高，能源消耗少和维修工作量少

本实用新型的目的是这样达到的：从根本上改变分别进行烟气除尘和烟气脱硫的技术范畴，把烟气除尘和脱硫有机地结合在一起，采用具有最佳优化结构尺寸的旋风除尘器和新型沸腾床，在一台装置上同时实现烟气的除尘和脱硫。

以下结合附图对本实用新型进行详细说明：

附图1是本实用新型净化装置的主视示意图；附图2是旋风除尘器的底视示意图。

煤在燃烧过程中除释放大量热能外，还会产生大量烟气，烟气是固相和气相物质的混合物。作为固相物质的烟尘和作为气相物质的二氧化硫、氮氧化合物都是烟气中有害的物质，排到大气中就造成大气污染源之一。我国在当前和今后相当长时期内，一次能源还是以煤为主。我国各种燃煤的锅炉、窑炉、工业炉数量之多，烟气中有害物质排放量之大，在世界各国中也是少见的，减少烟气排放量对我国环境保护具有重要意义。

减少烟气中有害物质排放量，即烟气净化主要包括烟气除尘和烟气脱硫（二氧化硫），我国目前烟气净化基本上只是除尘。但是，我国大气二氧化硫污染已十分严重，不少地方已出现酸雨。因此，在继续提高烟气除尘效率，减少烟尘排放的同时，进行烟气脱硫以便减少二氧化硫排放量，已成为一个十分重要和迫切的任务。

从附图1和2可见，本实用新型净化装置由立式旋风分离器1和沸腾床6组成，下部为旋风分离器1，沸腾床6装于旋风分离器1的上部出口管。旋风分离器1由旋风子4、芯子管2以烟气入口3组成。旋风子4的壳体呈圆筒形，下部烟尘出口部呈倒圆台形。芯子管2处于旋风子4上部，其中有一部分在旋风子外；另一部分在旋风子内。在旋风子4上部旁侧有烟气进口3，该进口结构是切向进气具有梯形进口断面，同时具有半蜗壳形进气室13（见附图2），其中倒梯形断面二底之比为2.1：1；旋风分离器旋风子1的高与旋风子直径之比为4.2：1；旋风子1内径与芯子管2的外径之比为1.76：1；芯子管2插入旋风子1中的深度比进气室倒梯形进口的梯形高多30毫米，从而使旋风分离器的结构尺寸合理化和最佳化，使含尘烟气达到自模化，离心倾向增加，切向速度与轴向速度配合合理，从而可以克服现有技术存在的如下缺点：含尘烟气自模化差：有上下灰环存在以及烟气不能达到最佳转圈等，因此分离效率明显增加。这种优化的高效旋风分离器的除尘效率可达90％以上，分割粒径小于5.5微米。如此高效除尘可减少进入上部沸腾床的烟气含灰浓度，使90％以上的粉尘作为干式除尘而除去，有利于粉煤灰的综合利用。

在芯子管2上端设有中高旁低的帽式盖5，经过旋风除尘器除尘后的烟气从该盖5旁侧流出进入沸腾床6，旋风子上端与沸腾床下部连接，芯子管2连同其帽式盖5处于沸腾床下部中央。

沸腾床6是圆筒形，这种圆形截面有利于水和烟气沿孔板8分布均匀，孔板8设于沸腾床圆筒形部分，孔板的分布有单层布置，也可采用多层布置，附图1是作为二层孔板的例子。单层布置的沸腾床阻力较小，但及除尘及除硫净化效率稍低；多层布置的沸腾床阻力损失较大，但除尘脱硫效率高，因此，可根据实际需要进行设计。在孔板8上部设有带孔的入水管10，该管在沸腾床6内部的部分具有许多喷射水的水孔，以使水喷到孔板8这之上。在孔板8上有许多小孔9，小孔9的开孔总面积为整个孔板8面积的5％，这种设计是为了使烟气的穿孔速度达到55～60米／秒的临界值，并使水在孔板8上形成一层水层，该水层与烟气交互作用形成沸腾床。孔板8圆周与沸腾床筒体相接，在孔板8圆周内侧有溢流挡板15，在沸腾床6筒体与溢流挡板15之间形成一环形溢流槽16，水可从溢流挡板15流向溢流槽，再沿筒体内壁溢流而下，在沸腾床筒体内壁形成水膜。利用圆环形溢流槽16以及小孔9适当  的总面积可保证水层厚度均匀，并使孔板8上的水层厚度为38～45毫米，从而防止干板及水层过厚及形不成沸腾床。两级孔板结构可保证净化效果。再在沸腾床6上部直径较小的烟气出口11内设有波形百叶窗气水分离装置12，在沸腾床6下部斜设有烟尘、硫化物和水混合物的出口7，沸腾床6下部是斜面，以便于该混合物排出。

本实用新型的工作原理是：烟气以切向进气方式从进口3进入立式旋风分离器1中，烟气在其中以旋涡式流动上升，从直径较大的旋风子4进入直径较小的芯子管2中，使烟气中的烟尘90％左右分离出来，分离出来的烟灰可作为粉煤灰加以综合利用，旋风分离可减少水的消耗量和湿粉煤灰的比例，同时进行预分离可减少进入沸腾床的烟气含尘量，从而明显改善沸腾床6的工作条件，有利于其安全运行。经过预分离的烟气进入沸腾术6中，进行烟尘再分离和烟气脱硫。沸腾床除尘和脱硫的机理不同于水膜除尘和水过滤除尘。当烟穿过沸腾床孔板8上的多数小孔9向上流动穿过孔板8上的水层时，烟尘得到再分离并且被脱硫，水（锅炉水，有时加入氧化剂）通过入水管10进入沸腾床6，沿沸腾床孔板8均匀分布，然后分成两路：一路越过溢流挡板15进入溢流槽16，随后沿壳体内壁溢流而下，在壳体内壁上形成水膜，以免烟尘附于壳体壁上，另一路水穿过沸腾床孔板泄漏下来。溢流出来的水、沸腾床孔板泄漏下来的水连同被净化下来的粉尘及硫化物流到底部从出口7排出。

当烟气穿过沸腾床孔板8的小孔向上流动，并穿过孔板8上的水层时，设计的烟气流速和水层厚度，使烟气在孔板8上的水层中产生气泡，气泡粘附在孔板8上部表面并逐渐扩大，当气泡本身的浮力大于气泡与孔板8表面的粘附力时，气泡即离开孔板表面上升。气泡浮到水层表面，由于表面张力的作用并不立即破裂。随着气泡的增多，浮于水层表面的许多气泡组成了气泡层，然后由于气泡顶部的拱型薄膜逐渐变薄，终于破裂，形成细小的水滴飞溅，在孔板8上形成沸腾床。孔板8上水层能否形成沸腾床，主要决定于穿过孔板上小孔9的烟气速度（55～60米／秒）和水层厚度。，当烟气穿孔速度小于最小临界值时，孔板上的水层处于相对稳定状态，气泡层中几乎没有水滴飞溅形成，因此，不能形成沸腾床；当烟气穿孔速度大于最大临界值时，烟气直接穿过水层，孔板8上的气泡层消失，也不能形成沸腾床，只有当烟气穿孔速度大于最小临界值而又小于最大临界值时，才能使孔板上水层转变为强烈湍流化的气－水混合物，孔板8上的水层处于动力稳定非结构状的气－水泡沫层状态，同时飞溅水滴的携带增多，才形成沸腾床。该沸腾床就是在孔板8上形成以快速运动的水薄膜、水流与气泡、气流充分拢合的气－水混合物悬浮层。当孔板8上形成沸腾床时，烟气与水的接触不仅有极大而不断更新的相际表面，而且由于两相的急速拢动，大大减少界层阻力。因此，气、水之间的传热或传质过程得到高度强化，使沸腾床比水过滤、水膜过滤及颗粒层过滤具有更高的效率。沸腾床6的供水可根据对脱硫效率的要求，分别采用工业用水，锅炉排污水，或加入氧化剂（如过氧化氢）的水。供水中加入氧化剂可以进一步提高脱硫效率，但运行费用增加。

根据要求，沸腾床6可设一层孔板8，也可设多层孔板8，在本实用新型的尺寸结构下，最好为二层。为了防止穿过沸腾床净化的烟气携带水分，影响净化效率和出口烟道结露，在沸腾床上部烟气出口处设有百叶窗分离装置12，使携带水分的烟气通过该波形百叶窗结构时，将水滴弃去，以便分离烟气中的水滴。

沸腾床6筒体及孔板8可采用耐腐蚀的不锈钢制造，为了降低价格，也可采用碳钢板制造，筒体内壁及孔板8用玻璃钢衬里，其使用寿命比不锈钢较短，但可达3～4年，能满足生产要求。

复合式沸腾床烟气净化装置的阻力损失为600～1000帕，克服其阻力方法有：利用烟囱形成的自拔通风能力；采用蒸汽喷射或水喷射产生的负压；利用正压通风的能力；在净化装置后加装引风机利用引风机的通风能力等，可根据使用单位要求及实际情况选用。

对从本设计装置排出的烟尘、硫化物及水的混合物的回收处理有两个方案：其一是将排出的净化水汇集于多级尘沉降池中，使烟尘在沉降池中分离出来，定期将沉降池中烟尘清除，经多级沉降澄清后的水可以循环使用；其二是将净化水先经过初步沉降池沉淀后进入泥渣脱水箱脱水，所脱的清洁水经管道引入储水池继续循环使用，另一部分含烟灰水经投药箱投药，反应池反应，再进入斜管沉降池沉降后，再引入储水池与清净水一并循环使用。中、小容量锅炉、窑炉、工业炉可将浓缩的湿泥渣送至干烟灰排出口，与干烟灰混合一起排除，从而大大减少设备，简化系统，可根据使用单位要求及实际情况选用。

本实用新型技术指标、外型尺寸及投资费用见表1。

本实用新型可满足含尘浓度较高的粉煤炉、抛煤机炉、沸腾炉和各种工业炉、窑炉烟气排放消烟除尘的要求：其烟尘排放及林格曼黑度可达国家标准，并可满足烟气脱硫的要求：其结构独特，合理，体积小；工艺简单，运行可靠：造价低；其投资比目前国内外采用的脱硫装置低十几倍，甚至低于电气除尘器和袋式除尘器的投资。在除尘方面，本装置由于约90％干除尘和6％～9％湿除尘，有利于粉煤灰综合利用，节约水资源。

表1：本装置技术指标、外型尺寸及投资

处理烟气      6000   12000   18000   30000   60000  150000

（立方米／小时）            -20000  -35000  -70000  -170000

总高度        5100   6700    8200   11000   18200   22030

旋风除尘器高度2900  4200    5800    6440    9200    14700

沸腾床直径    1080    1420  2275    2415    3415    5520

旋风子外壳直径 720    1050  1450    1610    2300    3680

除尘效率    96    96    96    96    95    95

（％）    －99    －99    －99    －99    －99    －99

脱硫效率    60    60    60    60    60    60

（％）    －80    －80    －80    －80    －80    －80

阻力损失    600    600    800    800    900    900

（帕）    －1000  －1000 －1000  －1000  －1200  －1200

耗水量      0.2     0.4     0.6    1.0    1.6    4.0

（吨／小时）－0.3   －0.6   －1.2   －1.8  －2.7  －5.0

本体参考价    0.8    1.6    2.5    4.0    7.5    22.0

（人民币：万元）  －1.0  －2.0  －3.2  －5.0  －9.0  －25.0

Claims (2)

1、一种烟气除尘及脱硫装置，其中包括立式旋风分离器1、该旋风分离器具有旋风子4、芯子管2和具有梯形截面同时带半蜗壳进气室13的烟气入口3，其特征在于：

a：在所说的立式旋风分离器1上安装有沸腾床6；

b：所说的沸腾床6是圆筒形，在筒体中部设有带小孔9的孔板8，孔板8上小孔9的开孔总面积为孔板8面积的5%，在孔板8圆周侧设有溢流挡板15，在溢流挡板15与筒体之间有环形溢流槽16，在上部烟气出口11内设有波形百叶窗气水分离装置12，在孔板8上设有带孔的进水管10；

c：所说的立式旋风分离器1烟气入口3的倒梯形断面二底之比为2.1∶1，旋风子1的高与直径之比为4.2∶1，旋风子1内径与芯子管2外径之比为1.76∶1，芯子管2插入旋风子1中的深度比进烟气入口3倒梯形的高多30毫米。

2、按照权利要求1所说的装置，其特征在于：所说的孔板8为二层。