CN215388635U - 用于燃煤电厂超超低排放的复合脱硫塔 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于燃煤电厂超超低排放的复合脱硫塔，包括塔体，塔体内部从下至上包括氧化结晶段、粗脱硫除尘段、精脱硫除尘段和水平除雾段，还包括塔体内部的塔顶冲洗层和塔体外部的回用水系统；塔顶冲洗层设置于精脱硫除尘段和水平除雾段之间；回用水系统包括澄清器、絮凝剂箱、回用水箱，澄清器入口与持液层循环泵出口管的支管相连，澄清器清液出口与回用水箱入口相连，澄清器底部出口与脱硫塔浆池相连，回用水箱出口与塔顶冲洗层相连，絮凝剂箱出口与澄清器入口相连。本实用新型通过在持液层装置基础上增设回用水系统解决了水平衡问题，从而既实现塔壁和塔帽充分冲洗，又实现持液层稀浆运行，同时解决了沉积堵塞和粉尘问题。
Description
技术领域
本实用新型属于烟气超超低排放处理技术领域，具体涉及一种用于燃煤电厂超超低排放的复合脱硫塔。
背景技术
燃煤发电是煤资源利用之“最清洁”的方式，将煤炭的使用集中于电煤无疑是最正确的选择。超低排放技术在燃煤电厂的应用成效显著，超低排放改造后的电厂气体污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值，烟尘≤10mg/Nm3，SO2≤35mg/Nm3、NOx≤50mg/Nm3，极大地提升了公众对煤炭清洁利用的信心。
国际能源署根据当前的技术发展情况，制定了2030年的燃煤电厂污染物排放目标，2020年目标：烟尘＜1mg/m3，SOx＜10mg/m3，NOx＜10mg/m3。基于上述目标，国内部分燃煤电厂已开展示范工程建设，探索实现烟尘＜1mg/m3，NOx＜10mg/m3，SOx＜10mg/m3的超超低排放指标的工艺路线和装置。
常规脱硫塔一般为单段吸收，即吸收塔只有一个浆池，不论设置几个喷淋层，吸收二氧化硫的浆液组成相同。在这种情况下，提高脱硫效率的主要手段有两个：1)提高喷淋浆液的层数或浆液流量，即提高液气比；2)增加石灰石浆液的加入量，提高吸收浆液的PH值，即提高Ca/S比。对于前者，液气比提高在一定范围内可以明显提高脱硫效率，超过了这一范围，再增大液气比对提高脱硫效率的作用有限；对于后者，提高Ca/S比，可以显著增加脱硫效率，但是过高的Ca/S比必然会增大石灰石消耗量，非常不经济。
为实现SO2的超超低排放指标，目前国内示范工程均采用双循环工艺。中国专利CN207102313U公开了一种用于高硫煤燃煤烟气超低排放的复合脱硫塔，也可以实现中低硫燃煤烟气的超超低排放，复合塔吸收区从下向上依次布置有多层托盘、多层喷淋层和一层持液层，喷淋层和持液层分别采用低pH值和高pH值石灰石浆液作为吸收剂，通过单塔双循环实现二氧化硫的超超低排放。中国专利CN205007846U公开了持液层的详细结构，它是一种改进的S形条形泡罩塔盘，由多个截面为S形的长条形板体并列排布而成，能够同时实现高效脱硫和除尘功能。上述专利技术通过两段吸收来提高二氧化硫的脱除效率，为实现单塔双循环，吸收区设有持液层。该方式可以实现二氧化硫的超超低排放，但实际工程长周期运行中存在如下问题：
1)由于受系统水平衡的限制，持液层区域补入的水量有限，持液层出口塔壁和塔帽区域得不到充分冲洗，烟气携带的浆液在这些区域壁板粘附后累积结垢，垢体长大脱落到持液层后，堵塞持液层通道，影响了长周期正常运行。如果对持液层出口塔壁和塔帽区域进行充分冲洗，过量冲洗水与浆液混合后形成的废水无处排放。
2)烟气从喷淋层带入持液层的浆液和补入持液层的石灰石浆液均为浓浆，固含量高，同样受系统水平衡的限制，没有多余的水去稀释持液层浆液，导致持液层浆液因固含量高容易发生沉积结垢。
3)由于持液层含固量较高，导致下游除雾器出口雾滴固含量高，实现出口烟气粉尘超超低排放的难度增大。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种用于燃煤电厂超超低排放的复合脱硫塔，通过在持液层装置基础上增设回用水系统解决了水平衡问题，从而既实现塔壁和塔帽充分冲洗，又实现持液层稀浆运行，同时解决了沉积堵塞和粉尘问题。
本实用新型为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
一种用于燃煤电厂超超低排放的复合脱硫塔，包括塔体，所述塔体中部开设烟气入口、顶部开设烟气出口，塔体内部从下至上包括氧化结晶段、粗脱硫除尘段、精脱硫除尘段和水平除雾段，其中，所述精脱硫除尘段包括从下至上依次设置的第一除雾器、冲洗层、持液层，所述持液层包括从下至上依次设置的液体收集器、S型气液传质机构和液体分布器，液体收集器出口和液体分布器入口通过设置于塔外的持液层循环泵连接；所述复合脱硫塔还包括塔体内部的塔顶冲洗层和塔体外部的回用水系统；所述塔顶冲洗层设置于所述精脱硫除尘段和水平除雾段之间；所述回用水系统包括澄清器、絮凝剂箱、回用水箱，所述澄清器入口与持液层循环泵出口管的支管相连，澄清器清液出口与回用水箱入口相连，澄清器底部出口与脱硫塔浆池相连，所述回用水箱出口与塔顶冲洗层相连，所述絮凝剂箱出口与澄清器入口相连。
上述方案中，所述塔顶冲洗层包括布置在持液层上部塔壁和出口塔帽区域的塔顶冲洗管网，所述塔顶冲洗管网上设置若干喷嘴；所述回用水箱出口与塔顶冲洗管网连接。
上述方案中，所述塔顶冲洗层包括布置在持液层上部的第二除雾器以及布置于所述第二除雾器上部和下部的除雾器冲洗管网；所述回用水箱出口与除雾器冲洗管网连接。
上述方案中，所述回用水系统还包括澄清器底流输送泵和回用水箱输送泵，通过澄清器底流输送泵连接澄清器底部出口与脱硫塔浆池，通过回用水箱输送泵连接回用水箱出口与塔顶冲洗层。
上述方案中，所述澄清器采用竖流式澄清池。
上述方案中，所述絮凝剂箱内的絮凝剂采用铁盐。
上述方案中，所述氧化结晶段包括设置在塔体底部的浆池，所述浆池内装有石灰石石膏浆液，所述石灰石石膏浆液的pH值为5.2～5.8。
上述方案中，所述持液层循环浆液为石灰石石膏浆液，所述石灰石石膏浆液的pH值为5.8～6.4；所述持液层循环泵入口连接新鲜石灰石浆液供给管道。
上述方案中，所述粗脱硫除尘段包括设置在烟气入口上方的气液分布板，以及气液分布板上方的多层喷淋层，所述喷淋层与塔底浆池连接。
上述方案中，所述水平除雾段包括三级高效烟道除雾器，烟道除雾器的冲洗水回收至所述回用水箱。
本实用新型的有益效果在于：
1、本实用新型通过回用水系统解决水平衡问题，保证持液层上部冲洗层有足量的冲洗水，能对持液层上部塔壁和塔帽区域进行充分冲洗。烟气携带的浆液在这些区域塔壁粘附后能及时冲洗掉，不再累积结垢，不存在垢体长大脱落到持液层后堵塞持液层通道的情况，保证持液层长周期正常运行。塔顶冲洗层也可以采用平板除雾器及对应的冲洗系统，烟气通过平板除雾器时，烟气携带的浆液大部分被除雾器去除，避免浆液在上部塔壁和塔帽区域大量粘附累积。冲洗水冲洗除雾器后落到持液层，稀释持液层浆液，降低含固量避免持液层结垢。烟气携带的浆液大部分被平板除雾器去除，后续烟道除雾器的液滴去除负荷显著降低，有利于进一步降低除雾器出口液滴和粉尘浓度，更容易满足超低排放要求。
2、本实用新型通过回用水系统将持液层循环浆液内的石膏及时絮凝排出，保证持液层在稀浆状态下运行，从而避免持液层通道因浆液含固量高而发生沉积结垢。
3、本实用新型通过回用水系统保证持液层稀浆运行后，极大降低了持液层浆液固含量，继而降低了烟道除雾器出口液滴含固量，从而进一步降低了烟气出口粉尘含量，保证满足超超低排放要求。
4、本实用新型利用持液层将脱硫塔分为上下两个区域，下部区域采用常规低pH值石灰石石膏浆液作为吸收剂，利用气液分布器和喷淋层进行粗脱硫除尘；上部区域采用高pH值石灰石石膏浆液作为吸收剂，利用持液层精脱硫除尘。本实用新型实现了单塔双循环，相比较常规单塔双循环工艺进一步提高了脱硫和除尘效率，能实现超超低排放，同时液气比更低更节能。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型第一实施例中用于燃煤电厂超超低排放的复合脱硫塔的结构示意图；
图2是本实用新型第二实施例中用于燃煤电厂超超低排放的复合脱硫塔的结构示意图。
图中：1、浆池；2、搅拌器；3、氧化空气管网；4、烟气入口；5、气液分布板；6、喷淋层；7、第一除雾器；8、冲洗层；9、液体收集器；10、S型气液传质机构；11、液体分布器；12、塔顶冲洗管网；13、烟道除雾器；14、烟气出口；15、持液层循环泵；16、石灰石浆液供给管道；17、澄清器；18、絮凝剂箱；19、回用水箱；20、回用水箱输送泵；21、澄清器底流输送泵；22、第二除雾器；23、除雾器冲洗管网。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
如图1所示，为本实用新型第一实施例提供的一种用于燃煤电厂超超低排放的复合脱硫塔，包括塔体，塔体中部开设烟气入口4、顶部开设烟气出口14，塔体内部从下至上包括氧化结晶段、粗脱硫除尘段、精脱硫除尘段、塔顶冲洗层和水平除雾段。其中，氧化结晶段包括设置在塔体底部的浆池1；烟气入口4设置在氧化结晶段上方；粗脱硫除尘段包括设置在烟气入口4上方的气液分布板5，以及气液分布板5上方的多层喷淋层6，喷淋层6与塔底浆池1连接；精脱硫除尘段包括从下至上依次设置的管式或板式第一除雾器7、冲洗层8、持液层，持液层包括从下至上依次设置的液体收集器9、S型气液传质机构10和液体分布器11，液体收集器9出口和液体分布器11入口通过设置于塔外的持液层循环泵15和循环管相连连接。
复合脱硫塔还包括塔体外部的回用水系统，回用水系统包括澄清器17、絮凝剂箱18、回用水箱19、回用水箱输送泵20和澄清器底流输送泵21，澄清器17入口与持液层循环泵15出口管的支管相连，澄清器17清液出口与回用水箱19入口相连，澄清器17底部出口与脱硫塔浆池1通过澄清器底流输送泵21相连，回用水箱19出口与塔顶冲洗层8通过回用水箱输送泵20相连，絮凝剂箱18出口与澄清器17入口管线相连。来自持液层循环泵15的部分浆液(含有悬浮物)进入澄清器17内部进行澄清，进一步投加絮凝剂使进入澄清器17的持液层浆液中难以沉淀分离的胶体物质以及细小的悬浮物聚集成较大的颗粒，使之容易在澄清器内与水分离，提高澄清器的澄清效率；澄清水流至回用水箱19，经回用水箱输送泵20泵至塔顶冲洗层，澄清水流冲洗浆液后落到持液层，稀释持液层浆液，降低含固量避免持液层结垢。悬浮物(主要物质为石膏)沉降后通过澄清器底流输送泵21送入脱硫塔浆池1，返回浆池1后，石膏和脱硫塔内的石膏一起，最后会脱水生产副产品固体石膏出售。
进一步优化，本实施例中，塔顶冲洗层8包括布置在持液层上部塔壁和出口塔帽区域的塔顶冲洗管网12，塔顶冲洗管网12上设置若干喷嘴。
进一步优化，本实施例中，澄清器17采用竖流式澄清池。持液层浆液由设在竖流式澄清池中心的进水管自上而下进入池内，管下设反射板使浆液在池中均匀分布后沿整个过水断面缓慢上升，由于悬浮物中较大颗粒受重力作用下沉速度超过随水一起上升的速度，部分悬浮物沉降进入池底锥形沉泥斗中，通过澄清器底流输送泵21送至脱硫塔浆池1，澄清水从池四周沿周边溢流堰流出至回用水箱19。
进一步优化，本实施例中，絮凝剂箱18内的絮凝剂采用铁盐。
进一步优化，本实施例中，浆池1内装有石灰石石膏浆液，石灰石石膏浆液的pH值为5.2～5.8。浆池1内设置有多根氧化空气管网3和多个搅拌器2。
进一步优化，本实施例中，持液层循环浆液为石灰石石膏浆液，石灰石石膏浆液的pH值为5.8～6.4。持液层循环泵15入口连接新鲜石灰石浆液供给管道16。
进一步优化，本实施例中，气液分布板5采用非均匀开孔布置。喷淋层6为3层，喷淋层6上的喷嘴为双头雾化喷嘴。
进一步优化，本实施例中，S型气液传质机构10上石灰石浆液高度为20～100mm。
进一步优化，本实施例中，水平除雾段包括三级高效烟道除雾器13，烟道除雾器13的冲洗水回收至回用水箱19。
本实用新型利用S型气液传质机构10将二氧化硫吸收区分为上下两个区域，下部区域采用常规石灰石石膏浆液作为吸收剂，对烟气中的二氧化硫进行初脱除；上部区域采用高pH值石灰石浆液作为吸收剂，对烟气进行精脱除，实现了单塔分区双循环。相比较常规单塔双循环工艺进一步提高了脱硫效率，脱硫效率超过99.9％，吸收塔出口二氧化硫排放浓度低于10mg/Nm3，实现超超低排放。
本实用新型复合脱硫塔中，气液分布板5和S型气液传质机构10同时作为气液强化传质装置，增加了烟气中粉尘与浆液的接触机会。由于气液分布板5和S型气液传质机构10的除尘包括气泡、液膜对粉尘的捕集作用，其除尘效果比喷淋的除尘效率高，尤其是脱除PM2.5及以下细小粉尘的性能很高，远高于喷淋洗涤的除尘效率。同时，气液分布板5非均匀开孔布置起到均布气流的作用，对提高喷淋层的效果也有良好的帮助。同时通过回用水系统保证持液层稀浆运行后，极大降低了持液层浆液固含量，继而降低了烟道除雾器13出口液滴含固量，从而进一步降低了烟气出口14粉尘含量，使得烟气出口14粉尘浓度低于1mg/Nm3，保证满足超超低排放要求。因此，本实用新型在实现二氧化硫超超低排放的基础上，同时实现了粉尘的超超低排放。
本实用新型通过回用水系统解决水平衡问题，保证持液层上部冲洗层8有足量的冲洗水，能对持液层上部塔壁和塔帽区域进行充分冲洗。烟气携带的浆液在这些区域塔壁粘附后能及时冲洗掉，不再累积结垢，不存在垢体长大脱落到持液层后堵塞持液层通道的情况，保证持液层长周期正常运行。此外，通过回用水系统将持液层循环浆液内的石膏及时絮凝排出，保证持液层在稀浆状态下运行，从而避免持液层通道因浆液含固量高而发生沉积结垢。
如图2所示，为本实用新型第二实施例提供的一种用于燃煤电厂超超低排放的复合脱硫塔，本实施例与第一实施例的区别在于：塔顶冲洗层8包括布置在持液层上部的平板式第二除雾器22以及布置于第二除雾器22上部和下部的除雾器冲洗管网23；回用水箱19出口与除雾器冲洗管网23连接。第二除雾器22设置在持液层液体分布器11的上部，烟气通过第二除雾器22时，烟气携带的浆液大部分被第二除雾器22去除，避免浆液在上部塔壁和塔帽区域大量粘附累积。为防止第二除雾器22本身结垢，需要除雾器冲洗管网23对除雾器上下进行充分冲洗，冲洗水来自回用水箱19。冲洗水冲洗第二除雾器22后落到持液层，稀释持液层浆液，降低含固量避免持液层结垢。烟气携带的浆液大部分被第二除雾器22去除，后续烟道除雾器13的液滴去除负荷显著降低，有利于进一步降低烟道除雾器13出口液滴和粉尘浓度，更容易满足超低排放要求。本实施例相对第一实施例的缺点在于平板除雾器和除雾器冲洗管网23成本高于塔顶冲洗管网12成本。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
Claims (10)
1.一种用于燃煤电厂超超低排放的复合脱硫塔，包括塔体，所述塔体中部开设烟气入口、顶部开设烟气出口，塔体内部从下至上包括氧化结晶段、粗脱硫除尘段、精脱硫除尘段和水平除雾段，其中，所述精脱硫除尘段包括从下至上依次设置的第一除雾器、冲洗层、持液层，所述持液层包括从下至上依次设置的液体收集器、S型气液传质机构和液体分布器，液体收集器出口和液体分布器入口通过设置于塔外的持液层循环泵连接；其特征在于，
所述复合脱硫塔还包括塔体内部的塔顶冲洗层和塔体外部的回用水系统；所述塔顶冲洗层设置于所述精脱硫除尘段和水平除雾段之间；所述回用水系统包括澄清器、絮凝剂箱、回用水箱，所述澄清器入口与持液层循环泵出口管的支管相连，澄清器清液出口与回用水箱入口相连，澄清器底部出口与脱硫塔浆池相连，所述回用水箱出口与塔顶冲洗层相连，所述絮凝剂箱出口与澄清器入口相连。
2.根据权利要求1所述的用于燃煤电厂超超低排放的复合脱硫塔，其特征在于，所述塔顶冲洗层包括布置在持液层上部塔壁和出口塔帽区域的塔顶冲洗管网，所述塔顶冲洗管网上设置若干喷嘴；所述回用水箱出口与塔顶冲洗管网连接。
3.根据权利要求1所述的用于燃煤电厂超超低排放的复合脱硫塔，其特征在于，所述塔顶冲洗层包括布置在持液层上部的第二除雾器以及布置于所述第二除雾器上部和下部的除雾器冲洗管网；所述回用水箱出口与除雾器冲洗管网连接。
4.根据权利要求1所述的用于燃煤电厂超超低排放的复合脱硫塔，其特征在于，所述回用水系统还包括澄清器底流输送泵和回用水箱输送泵，通过澄清器底流输送泵连接澄清器底部出口与脱硫塔浆池，通过回用水箱输送泵连接回用水箱出口与塔顶冲洗层。
5.根据权利要求1所述的用于燃煤电厂超超低排放的复合脱硫塔，其特征在于，所述澄清器采用竖流式澄清池。
6.根据权利要求1所述的用于燃煤电厂超超低排放的复合脱硫塔，其特征在于，所述絮凝剂箱内的絮凝剂采用铁盐。
7.根据权利要求1所述的用于燃煤电厂超超低排放的复合脱硫塔，其特征在于，所述氧化结晶段包括设置在塔体底部的浆池，所述浆池内装有石灰石石膏浆液，所述石灰石石膏浆液的pH值为5.2～5.8。
8.根据权利要求1所述的用于燃煤电厂超超低排放的复合脱硫塔，其特征在于，所述持液层循环浆液为石灰石石膏浆液，所述石灰石石膏浆液的pH值为5.8～6.4；所述持液层循环泵入口连接新鲜石灰石浆液供给管道。
9.根据权利要求1所述的用于燃煤电厂超超低排放的复合脱硫塔，其特征在于，所述粗脱硫除尘段包括设置在烟气入口上方的气液分布板，以及气液分布板上方的多层喷淋层，所述喷淋层与塔底浆池连接。
10.根据权利要求1所述的用于燃煤电厂超超低排放的复合脱硫塔，其特征在于，所述水平除雾段包括三级高效烟道除雾器，烟道除雾器的冲洗水回收至所述回用水箱。
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