CN211753913U - 具有烟气监测与调控功能的烟气脱硫系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有烟气监测与调控功能的烟气脱硫系统，干法脱硫系统包括干法脱硫反应塔、脱硫剂供给设备、增湿设备、循环鼓风设备以及设置在干法脱硫反应塔内部的导流床层；圆柱体部上设置有循环气出口、第一循环气入口和第二循环气入口；循环鼓风设备包括循环鼓风机、连通循环气出口与循环鼓风机的进气端的第一循环管道以及连通循环鼓风机的出气端与各个循环气入口的第二循环管道；本实用新型能充分发挥干法脱硫工艺简单、成本低等优势，结合本实用新型设计的干法脱硫反应塔，能提高二氧化硫脱除效率和效果，降低脱硫成本。本实用新型提高脱硫处理效率，节约生产成本。

Description

具有烟气监测与调控功能的烟气脱硫系统

技术领域

本实用新型涉及废气处理技术领域，特别涉及一种具有烟气监测与调控功能的烟气脱硫系统。

背景技术

随着我国经济的发展和社会的进步，环保问题日益严重，现在酸雨问题是国家防治的重要问题，酸雨的主要成分是二氧化硫，为了减少二氧化硫的排放，国家颁布了脱硫的硬性规定，在二氧化硫的排放中，火电厂是二氧化硫的排放大户，为了降低二氧化硫的排放，目前采用的脱硫工艺主要有干法工艺和湿法工艺。

干法工艺以循环流化床烟气脱硫(CFB-FGD)为代表，典型工艺有鲁奇型(Lurgi)、回流式(RCFB)、气体悬浮吸收式(GSA)和增湿灰循环(NID)等脱硫工艺。这些工艺的共同特点是使利用高速烟气与所携带的稠密悬浮颗粒(脱硫剂)充分接触，从而强化脱硫剂(一般为钙基，Ca(OH)₂)与烟气中SO₂的反应，使其生成CaSO₄和CaSO₃，达到烟气脱硫的目的。该工艺具有系统简单、初投资费用低、无废水排放、脱硫后的烟气为干态，无需再次加热等优点。

目前，脱硫系统比较复杂，且脱除效率不高，因此急需一种高效率脱除的脱硫系统。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种具有烟气监测与调控功能的烟气脱硫系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：具有烟气监测与调控功能的烟气脱硫系统，包括增压风机、干法脱硫系统、烟气监测模块以及智能调节控制模块，

所述干法脱硫系统包括干法脱硫反应塔、脱硫剂供给设备、增湿设备、循环鼓风设备以及设置在所述干法脱硫反应塔内部的导流床层；所述干法脱硫反应塔内的入口端还设置有加热设备；

所述干法脱硫反应塔包括沿进气方向由下至上依次设置的下圆锥体部、圆柱体部和上圆锥体部，所述圆柱体部上设置有循环气出口、第一循环气入口和第二循环气入口；

所述循环鼓风设备包括循环鼓风机、连通所述循环气出口与所述循环鼓风机的进气端的第一循环管道以及连通所述循环鼓风机的出气端与各个所述循环气入口的第二循环管道；

所述换热器的出口端通过进气管道连通至所述干法脱硫反应塔的入口端，所述脱硫剂供给设备通过进料管道连通至所述进气管道的末端；

所述烟气监测模块包括设置在所述增压风机的入口端上的第一二氧化硫传感器、第一湿度传感器、第一流量传感器和第一温度传感器、设置在所述干法脱硫反应塔内的第二温度传感器、压力传感器和第二湿度传感器、设置在所述进料管道上的第二流量传感器以及设置在干法脱硫反应塔的出口端上的第二二氧化硫传感器。

优选的是，所述增湿设备包括储水箱、输水管、设置在所述输水管上的增湿水泵以及设置在所述干法脱硫反应塔内且与所述输水管末端连通的喷淋装置。

优选的是，所述第一流量传感器用于监测进入所述增压风机的烟气流量，所述第二流量传感器用于监测进入所述干法脱硫反应塔内的脱硫剂的流量；

所述进料管道上设置有用于控制进入所述干法脱硫反应塔内的脱硫剂的流量的电磁阀。

优选的是，所述下圆锥体部的底部上设置有与所述进气管道连通的进气口，所述上圆锥体部的顶部设置有出气口；

所述循环气出口沿所述圆柱体部的周边切向设置，且所述循环气出口设置在1/2H-2/3H之间，H为所述圆柱体部的高度；所述第一循环气入口沿所述圆柱体部底端的周边切向设置；所述第二循环气入口开设在所述圆柱体部的1/2H位置处，且沿所述圆柱体部周边切向设置。

优选的是，所述循环鼓风机用于将圆柱体部内的部分气体由所述循环气出口抽出作为循环气体再由各个循环气入口输送至圆柱体部内做螺旋上升运动。

优选的是，所述导流床层包括若干与所述圆柱体部的内壁连接的导流板，且所述导流板沿圆柱体部的内壁向其圆心方向呈向上倾斜设置；

若干所述导流板的长度由下至上依次增大，所有所述导流板中间形成的空腔成圆锥体状。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过采用干法脱硫系统，结合具体的干法脱硫系统，能充分发挥干法脱硫工艺简单、成本低等优势，结合本实用新型设计的干法脱硫反应塔，能提高二氧化硫脱除效率和效果，降低最终排气中的二氧化硫含量，降低脱硫成本。

本实用新型通过在圆柱体部进气端切线方向引入循环气体，与进入的废气混合，在圆柱体部内形成旋流，能大大提高脱硫效果，降低最终排出的气体中的二氧化硫的含量，以保证能达到排放要求；气体旋流上升，能极大增强气体与干法脱硫反应塔内悬浮的脱硫剂颗粒以及导流床层内的脱硫剂的碰撞和接触，提高气体中的硫化物与脱硫剂的反应效率；旋流气体与脱硫剂颗粒碰撞后，旋流气体的冲刷作用能将脱硫剂颗粒表面的反应产物高效剥离、磨蚀，使脱硫剂颗粒暴露出新的表面，以与气体中的硫化物继续反应，从而能进一步提高脱硫效率和效果；旋流气体能显著提高气体上升的流动动力，保证流速满足要求；另外通过旋流能产生提升力，能防止气体中的固体颗粒下沉，保证脱硫效果。

本实用新型通过设置倾斜的填充有脱硫剂颗粒的导流板，能增大导流板与脱硫剂的接触面积，同时对气体进行导流，促进气体螺旋上升，增加吸收反应路径，增大脱硫效率；另外，通过若干所述导流板中间形成圆锥体状的空腔，能配合旋流上升的气体，最大程度增强气体与脱硫剂颗粒间的碰撞接触，提高脱硫效率和效果。

附图说明

图1为本实用新型的具有烟气监测与调控功能的烟气脱硫系统的结构示意图；

图2为本实用新型的循环气的出气方向示意图；

图3为本实用新型的循环气的进气方向的示意图；

图4为本实用新型的智能调节控制模块的原理框图。

附图标记说明：

1—第一除尘器；2—换热器；3—增压风机；4—干法脱硫系统；6—智能调节控制模块；7—第二除尘器；9—废料回收设备；40—干法脱硫反应塔；41—脱硫剂供给设备；42—增湿设备；43—循环鼓风设备；44—导流床层；45—加热设备；50—第一二氧化硫传感器；51—第一湿度传感器；52—第一流量传感器；53—第一温度传感器；54—第二温度传感器；55—压力传感器；56—第二湿度传感器；57—第二流量传感器；58—第二二氧化硫传感器；59—PM2.5传感器；60—机器学习单元；61—参数存储记录单元；62—控制单元；80—进气管道；81—进料管道；82—电磁阀；401—下圆锥体部；402—圆柱体部；403—上圆锥体部；404—进气口；405—出气口；406—循环气出口；407—第一循环气入口；408—第二循环气入口；420—储水箱；421—输水管；422—增湿水泵；423—喷淋装置；430—循环鼓风机；431—第一循环管道；432—第二循环管道；440—导流板。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要理解的是，本实施例中传感器和控制模块的型号参数没有特殊设计要求，采用现有技术中的常规选择即可，本实用新型的技术方案是对脱硫系统结构本身的改进，所保护的是系统结构和连接关系，而不是具体控制过程和方法。

为了更好的对本系统工作过程的理解，本实施例给出了一种控制模块的优化控制方法，以提高系统处理效率，但本实用新型方案保护的是系统结构，并不是工艺方法，本实用新型的完整实施不依赖于该控制方法即可实现。

本实施例的一种具有烟气监测与调控功能的烟气脱硫系统，包括增压风机3、干法脱硫系统4、烟气监测模块以及智能调节控制模块6。

干法脱硫系统4包括干法脱硫反应塔40、脱硫剂供给设备41、增湿设备42、循环鼓风设备43以及设置在干法脱硫反应塔40内部的导流床层44；干法脱硫反应塔40内的入口端还设置有加热设备45；

换热器2的出口端通过进气管道80连通至干法脱硫反应塔40的入口端，脱硫剂供给设备41通过进料管道81连通至进气管道80的末端；

烟气监测模块包括设置在增压风机3的入口端上的第一二氧化硫传感器50、第一湿度传感器51、第一流量传感器52和第一温度传感器53、设置在干法脱硫反应塔40内的第二温度传感器54、压力传感器55和第二湿度传感器56、设置在进料管道81上的第二流量传感器57以及设置在干法脱硫反应塔40的出口端上的第二二氧化硫传感器58；

智能调节控制模块6包括机器学习单元60、参数存储记录单元61及控制单元62。控制单元62与增压风机3、干法脱硫系统4(其中的循环鼓风机430、加热设备45、增湿水泵422)、烟气监测模块(其中的每个传感器)均电连接。智能调节控制模块6在大数据基础上，采用机器学习算法对脱硫工艺参数进行优化，并自动对各设备进行控制，在满足脱硫标准的前提下能使整个系统的功耗尽量降至最低，能最大程度的减小能耗，节约生产成本。

本实施例中还包括第一除尘器1、换热器2、第二除尘器7以及废料回收设备9。第一除尘器1、换热器2、增压风机3、干法脱硫系统4、第二除尘器7沿烟气进气气流方向依次设置。第二除尘器7的出口端设置有PM2.5传感器59，PM2.5传感器59用于监测最终的尾气经过除尘后其中的粉尘含量。废料回收设备9用于回收与二氧化硫反应后的脱硫剂，干法脱硫反应塔40底部设置废料排出仓门，但进行排废料时，打开废料排出仓门，废料输送至废料回收设备9，平常工作时废料排出仓门保持关闭。第二除尘器7中的大颗粒废料通过管道输送至废料回收设备9。

本实用新型的具有烟气监测与调控功能的烟气脱硫系统设置在烟气排气系统的末端，用于对烟气进行干法脱硫处理，可用于对电厂烟气、焦炉烟气、锅炉烟气、钢铁厂烟气等等进行处理。

烟气先经过第一除尘器1除尘，然后经过换热器2回收部分预热，经过增压风机3增压加速后再进入干法脱硫反应塔40进行脱硫处理，脱硫剂采用粉末状脱硫剂，与增压加速后的烟气在进气管道80末端混合后一同进入干法脱硫反应塔40。本实施例中，脱硫剂为多孔型氢氧化钙粉末颗粒。

增湿设备42包括储水箱420、输水管421、设置在输水管421上的增湿水泵422以及设置在干法脱硫反应塔40内且与输水管421末端连通的喷淋装置423。增湿设备42通过对干法脱硫反应塔40内进行喷淋水来调节湿度，以提高氢氧化钙粉末颗粒与二氧化硫的反应效率。

多孔型氢氧化钙颗粒对气体进行脱硫，能去除绝大多数SO_X，废气与脱硫剂氢氧化钙发生化学反应，脱除废气中的SO₂、SO₃，其化学反应为：

SO₂+Ca(OH)₂→CaSO₃+H₂O

SO₃+Ca(OH)₂→CaSO₄+H₂O

2CaSO₃+O₂→2CaSO₄

CaSO₄+2H₂O→CaSO₄·2H₂O

此外，废气中CO₂、NO也会与脱硫剂发生化学反应，从而能顺带进行烟气脱硝。其化学反应式为：

CO₂+Ca(OH)₂→CaCO₃+H₂O

4NO+3O₂+2Ca(OH)₂→2Ca(NO₃)₂+2H₂O。

第一流量传感器52用于监测进入增压风机3的烟气流量，第二流量传感器57用于监测进入干法脱硫反应塔40内的脱硫剂的流量；

进料管道81上设置有用于控制进入干法脱硫反应塔40内的脱硫剂的流量的电磁阀82。脱硫剂供给设备41还包括有脱硫剂供给泵，以将脱硫剂输送至干法脱硫反应塔40内。通过控制电磁阀82和脱硫剂供给泵可控制脱硫剂的供给流量。

干法脱硫反应塔40包括沿进气方向由下至上依次设置的下圆锥体部401、圆柱体部402和上圆锥体部403，下圆锥体部401的底部上设置有与进气管道80连通的进气口404，上圆锥体部403的顶部设置有出气口405；

圆柱体部402上设置有循环气出口406和第一循环气入口407；循环气出口406沿圆柱体部402的周边切向设置，且循环气出口406设置在1/2H-2/3H之间，H为圆柱体部402的高度；第一循环气入口407沿圆柱体部402底端的周边切向设置。

循环鼓风设备43包括循环鼓风机430、连通循环气出口406与循环鼓风机430的进气端的第一循环管道431以及连通循环鼓风机430的出气端与第一循环气入口407的第二循环管道432，循环鼓风机430用于将圆柱体部402内的部分气体由循环气出口406抽出作为循环气体再由第一循环气入口407输送至圆柱体部402内。

加热设备45设置在下圆锥体部401内。烟气经过换热器2换热后，温度大大降低，再进入干法脱硫反应塔40。干法脱硫反应塔40内需要保证合适的温度值(本实施例中为200-450℃)，以提高脱硫反应效率，由于烟气已被降温，此处主要监测温度是否能达到200℃，若温度过低，则控制控制加热设备工作，使干法脱硫反应塔40内的温度达到适宜范围。

粉末颗粒状的脱硫剂通过脱硫剂供给设备41输送至干法脱硫反应塔40内后，在上升气流作用下，干法脱硫反应塔40内的脱硫剂颗粒处于悬浮状态，与气体充分接触，吸收气体中的SO₂、SO₃。

导流床层44包括若干与圆柱体部402的内壁连接的导流板440，且导流板440沿圆柱体部402的内壁向其圆心方向呈向上倾斜设置，能增大导流板440与脱硫剂的接触面积，同时对气体进行导流，促进气体螺旋上升，增加移动路径，增大脱硫效率。

具体的，为了强化气体在圆柱体部402内部螺旋上升，在圆柱体部402的中间位置开设一第二循环气入口408，第二循环气入口408与循环鼓风机430的出气端的连通，本实施例中，循环气出口406设置在圆柱体部402的1/2H-2/3H之间，第一循环气入口407设置在圆柱体部402底端，第二循环气入口408开设在圆柱体部402的1/2H位置处，且沿圆柱体部402周边切向设置。

若干导流板440的长度由下至上依次增大，所有导流板440中间形成的空腔呈圆锥体状。导流板440内部中空，且其表面密集设置有微孔，导流板440内部填充有脱硫剂颗粒，导流板440使用一段时间后可进行更换。导流板440中间形成的空间，下部大，越往上越小，下部二氧化硫含量最高，气体密集，流速大，较大的空间便于增大气体与脱硫剂颗粒间的碰撞，加快反应速度；气体旋流上升，越往高处导流板440越长，空间越小，脱硫越充分，使最终尾气二氧化硫含量越低，且流速增大，促进尾气排出。通过导流板440形成圆锥体状空腔，配合旋流上升的气体，能最大程度增强气体与脱硫剂颗粒间的碰撞接触，提高脱硫效率和效果。

其中，第一循环气入口407切向设置，进入的循环气体在圆柱体部402内形成旋流，废气与循环气体混合后螺旋上升依次通过各层导流板440。但随着气流的上升，螺旋效果减弱，会导致上层的气体无法保证做螺旋式上升运动，因此，本实用新型中，在圆柱体部402的1/2H位置处开设有第二循环气入口408，将循环气体切向导入至导流床层44中间，以辅助加强气体在圆柱体部402内的螺旋上升运动。

这样设置的有益效果至少包括：

1)通过将一些经过部分导流床层44脱硫处理后的气体循环再次脱硫，能大大提高脱硫效果，降低最终排出的气体中的二氧化硫的含量，以保证能达到排放要求；其中，循环气体量越大，最终排出的气体中的二氧化硫的含量越低。

2)气体旋流上升，能极大增强气体与悬浮的脱硫剂颗粒，以及与导流床层4442内填充的的脱硫剂颗粒的碰撞和接触，提高气体中的硫化物与脱硫剂的反应效率；

3)旋流气体与脱硫剂颗粒碰撞后，旋流气体的冲刷作用能将脱硫剂颗粒表面的反应产物高效剥离、磨蚀，使脱硫剂颗粒暴露出新的表面，以与气体中的硫化物继续反应，从而能进一步提高脱硫效率和效果；

4)设置两个回流口，增加内部循环流量，也就是增加了循环气体的比例和吸收路径，提高气体脱除率。

本实用新型中通过引入切向流入的循环气体，产生旋流，能显著提高气体上升流动动力，保证流速和压力满足要求；另外通过旋流能产生更高的提升力，防止气体中的固体颗粒下沉，保证脱硫效果。

以下工艺方法的公开只是为了方便本领域技术人员更好的理解。

在一种优选的实施例中，参数存储记录单元61存储记录在不同进气参数下，最终排出的尾气中二氧化硫达到要求时对应的不同工艺参数；机器学习单元60根据参数存储记录单元61中的数据进行分析比较，从中选择最优工艺参数数据；控制单元62依据机器学习单元60分析得到的最优工艺参数数据，对具有烟气监测与调控功能的烟气脱硫系统中的设备进行调节控制。

其中，进气参数包括进入增压风机3的烟气的二氧化硫浓度、烟气流量、烟气温度和湿度；

工艺参数包括增压风机3、循环鼓风机430、加热设备、增湿水泵422的功率以及脱硫剂的供给流量；

最优工艺参数数据为：在满足最终排出的尾气中二氧化硫达到要求时，使增压风机3、循环鼓风机430、加热设备、增湿水泵422的总功率最小且脱硫剂的供给流量最小时的工艺参数数据；

参数存储记录单元61记录增压风机3、干法脱硫系统4的工艺参数以及烟气监测模块的监测值，机器学习单元60对参数存储记录单元61中的数据进行比较分析，得到在不同进气参数下具有烟气监测与调控功能的烟气脱硫系统的最优工艺参数。通过对脱硫系统的的实际运行数据和预先进行的试验数据分析，发现烟气的温度、湿度、压力、循环气体量、脱硫剂的供给流量等参数对整个脱硫工艺的效率具有重要的影响，所以主要需对该几项参数进行调节控制。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节。

Claims (6)

1.一种具有烟气监测与调控功能的烟气脱硫系统，其特征在于，包括增压风机、干法脱硫系统、烟气监测模块以及智能调节控制模块；

所述干法脱硫系统包括干法脱硫反应塔、脱硫剂供给设备、增湿设备、循环鼓风设备以及设置在所述干法脱硫反应塔内部的导流床层；所述干法脱硫反应塔内的入口端还设置有加热设备；

所述干法脱硫反应塔包括沿进气方向由下至上依次设置的下圆锥体部、圆柱体部和上圆锥体部，所述圆柱体部上设置有循环气出口、第一循环气入口和第二循环气入口；

所述循环鼓风设备包括循环鼓风机、连通所述循环气出口与所述循环鼓风机的进气端的第一循环管道以及连通所述循环鼓风机的出气端与各个所述循环气入口的第二循环管道；

还包括换热器，所述换热器的出口端通过进气管道连通至所述干法脱硫反应塔的入口端，所述脱硫剂供给设备通过进料管道连通至所述进气管道的末端；

所述烟气监测模块包括设置在所述增压风机的入口端上的第一二氧化硫传感器、第一湿度传感器、第一流量传感器和第一温度传感器、设置在所述干法脱硫反应塔内的第二温度传感器、压力传感器和第二湿度传感器、设置在所述进料管道上的第二流量传感器以及设置在干法脱硫反应塔的出口端上的第二二氧化硫传感器。

2.根据权利要求1所述的具有烟气监测与调控功能的烟气脱硫系统，其特征在于，所述增湿设备包括储水箱、输水管、设置在所述输水管上的增湿水泵以及设置在所述干法脱硫反应塔内且与所述输水管末端连通的喷淋装置。

3.根据权利要求2所述的具有烟气监测与调控功能的烟气脱硫系统，其特征在于，所述第一流量传感器用于监测进入所述增压风机的烟气流量，所述第二流量传感器用于监测进入所述干法脱硫反应塔内的脱硫剂的流量；

所述进料管道上设置有用于控制进入所述干法脱硫反应塔内的脱硫剂的流量的电磁阀。

4.根据权利要求3所述的具有烟气监测与调控功能的烟气脱硫系统，其特征在于，所述下圆锥体部的底部上设置有与所述进气管道连通的进气口，所述上圆锥体部的顶部设置有出气口；

所述循环气出口沿所述圆柱体部的周边切向设置，且所述循环气出口设置在1/2H-2/3H之间，H为所述圆柱体部的高度；所述第一循环气入口沿所述圆柱体部底端的周边切向设置；所述第二循环气入口开设在所述圆柱体部的1/2H位置处，且沿所述圆柱体部周边切向设置。

5.根据权利要求4所述的具有烟气监测与调控功能的烟气脱硫系统，其特征在于，所述循环鼓风机用于将圆柱体部内的部分气体由所述循环气出口抽出作为循环气体再由各个循环气入口输送至圆柱体部内做螺旋上升运动。

6.根据权利要求1所述的具有烟气监测与调控功能的烟气脱硫系统，其特征在于，所述导流床层包括若干与所述圆柱体部的内壁连接的导流板，且所述导流板沿圆柱体部的内壁向其圆心方向呈向上倾斜设置；

若干所述导流板的长度由下至上依次增大，所有所述导流板中间形成的空腔成圆锥体状。

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