CN219441219U - 一种低压头高效脱硫氧化风系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低压头高效脱硫氧化风系统，包括：氧化风管和桁架，所述氧化风管通过桁架设置于脱硫吸收塔内的浆液池内，所述氧化风管包括母管和若干相互平行的管网式支管，所述管网式支管通过联络支管与所述母管连通且所述管网式支管的延伸方向与所述母管的延伸方向垂直，每根所述管网式支管的两侧通过管网式二级支管对称连接有爆气管帽或者对称均布有爆气孔。本实用新型增加了氧化风服务面积，降低能耗，提高了反应速度，增强了反应效果，提高了石膏品质。

Description

一种低压头高效脱硫氧化风系统

技术领域

本实用新型属于烟气脱硫技术领域，涉及一种低压头高效脱硫氧化风系统。

背景技术

烟气脱硫是指从烟道气或其他工业废气中除去硫氧化合物(主要是SO₂和SO₃)的过程，烟气中的硫氧化物实质上是酸性的，可以通过与适当的碱性物质反应，生成亚硫酸盐与硫酸盐的混合物，从而从烟气中脱除，常用的湿法脱硫工艺包括石灰石-石膏法、氨法、海水法、氧化镁法等；其中，湿法石灰石-石膏脱硫工艺技术成熟、经济性好，应用最为广泛。

在湿法石灰石-石膏脱硫工艺中，经研磨至一定细度颗粒的石灰石(碳酸钙)并在水中充分溶解后注入脱硫吸收塔浆液池，经脱硫循环泵加压后，沿着管道上升至一定高度经过喷嘴雾化后形成细小液滴降落，与从下部上升的含有大量二氧化硫烟气形成对流碰撞，并产生化学反应生成亚硫酸钙液滴和二氧化碳气体，二氧化碳气体随着烟气溢出，亚硫酸钙液滴降落后进入浆液池。工程中需要将亚硫酸钙变为更加稳定的硫酸钙，才能更好排出系统和资源利用，所以需要加入氧化风，对其进行氧化。含有亚硫酸钙的浆液自上向下流动中，与自下向上的氧化风气泡接触，发生化学反应，氧化风中氧气与亚硫酸钙和水反应生成二水硫酸钙(石膏)形成沉淀物降落，通过石膏排出泵排出处理。

现有脱硫氧化风爆气系统在吸收塔内，主要分为搅拌器水力切割式和管网式两类。如图1所示，搅拌器水力切割式爆气喷口基本布置在液面2下5～8米，在每台搅拌器液流出口侧，根据搅拌器01进行布置，喷口02较大基本直径在20～100mm。如图2所示，管网式爆气喷口基本布置在液面2下5～8米，在同一高度采用多根平行管道，均匀距离布置，距离多为2米左右，每根管道按照一定间距布置喷口，喷口02直径基本在2～5mm之间。

现有脱硫氧化风爆气系统具有以下缺点：

缺点一：由于喷口距离液位表面距离较高，造成氧化风压头也必需较大，氧化风压头与氧化风电耗成正比，大压头造成大电耗，造成能耗很高。

缺点二：现有氧化风系统在浆液池中氧化服务面积不足。如管网式管间距2m，而氧化风在6米深度时服务宽度为1m，还有1m宽度无法提供氧化服务；如搅拌器水力切割式爆气喷口每台脱硫塔只有2～8台搅拌器，每个喷口宽度不大于100mm，其服务面积占比更小。

缺点三：氧化风吸收率低，现有管网式爆气喷口氧化风吸收率在35％～55％，搅拌器水力切割式爆气喷口氧化风吸收率在15％～22％。

缺点四：由于氧化风机工频运行，氧化风量远大于实际需求量，造成大量氧化风浪费，最终造成能源浪费，工频运行造成的氧化风浪费40％～50％。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种低压头高效脱硫氧化风系统，增加了氧化风服务面积，降低能耗，提高了反应速度，增强了反应效果，提高了石膏品质。

为了实现本实用新型的目的，采用的技术方案为：

一种低压头高效脱硫氧化风系统，包括：氧化风管和桁架，所述氧化风管通过桁架设置于脱硫吸收塔内的浆液池内，所述氧化风管包括母管和若干相互平行的管网式支管，所述管网式支管通过联络支管与所述母管连通且所述管网式支管的延伸方向与所述母管的延伸方向垂直，每根所述管网式支管的两侧通过管网式二级支管对称连接有爆气管帽或者对称均布有爆气孔。

优选地，所述管网式二级支管相互平行且相对于所述管网式支管向下倾斜，所述爆气管帽设置于所述管网式二级支管的末端且每个所述爆气管帽上均开设有爆气孔。

优选地，每个所述爆气管帽上爆气孔的数目为1～10个。

优选地，所述爆气孔的当量面积直径为0.1～3mm。

优选地，所述爆气孔距离所述浆液池液面的液位深度为2～5米。

更优选地，所述爆气孔距离所述浆液池液面的液位深度为3～3.5米。

优选地，相邻两根所述管网式支管的间距为0.2～1米。

优选地，所述母管的进风口连接有2个氧化风机，所述氧化风机采用高速离心鼓风机。

更优选地，所述母管的进风口处还连接有防堵风机。

优选地，所述系统还包括AI人工智能氧化风风量自动控制系统。

本实用新型的有益效果在于：

(一)由于喷口距离液位表面距离较低，在保证氧化风与亚硫酸钙反应各项性能不降低的情况下，大幅降低氧化风压力，进而大幅降低氧化风需求能量。

(二)通过缩小脱硫管网式氧化风喷口口径，同时增加喷口数量，以达到总的喷口面积能够保证通过性能。气泡反应面积的增大，加快了反应的进行；气泡半径减小后，加快了氧气按照浓度梯度扩散的速度，也加快了反应速度。小气泡大幅延长在浆液中反应溢出时间，反应溢出时间理论上不低于原有8倍。

(三)通过增加曝气管网数量，缩小氧化风曝气管网管间距离，实现氧化风有效服务面积达到100％，如图4所示。

(四)在氧化风机周边设置事故防堵风机，防堵风机出口接入氧化风管母管，防堵风机具有功率小、流量低，在氧化风机全部故障停运的情况下，自动启动防堵风机，起到防止喷嘴堵塞效果。

(五)本实用新型实现了氧化风量与脱硫烟气量、进出二氧化硫浓度、烟气温度、氧含量、湿度等数据自动关联，实现氧化风量自动控制大幅降低了氧化风量的浪费，通过AI人工智能分析控制，进一步关联石灰石品质、石膏品质和添加、石膏排出等数据，不断优化出满足品质情况下更加节能的氧化风量。对比人工分析优化，AI节能算法速度更快、精度更高、成效更大。

附图说明

图1是现有技术中一种搅拌器水力切割氧化风工作示意图。

图2是现有技术中一种管网式氧化风系统工作示意图。

图3是本实用新型低压头高效脱硫氧化风系统部分结构示意图。

图4是本实用新型低压头高效脱硫氧化风系统工作示意图。

图5是本实用新型低压头高效脱硫氧化风管局部俯视图。

图6是本实用新型两种管网式支管爆气结构的示意图。

图7是图6对应的横截面图。

图8是本实用新型爆气管帽沿图7A-A线的截面图。

图9是本实用新型开有7个爆气孔(左)和3个爆气孔(右)的爆气管帽的示意图。

图10是本实用新型氧化风管母管与氧化风机的连接示意图。

图中：

1、浆液池；2、液面；01、搅拌器；02、喷口；3、亚硫酸钙液滴；4、桁架；51、母管，52、联络支管，53、管网式支管，54、管网式二级支管，55、爆气管帽，531、爆气孔；61、第一氧化风机，62、第二氧化风机，63、防堵风机；71、第一氧化风机开关柜，72、第二氧化风机开关柜，73、防堵风机开关柜；81、400V1段电源柜，82、400V2段电源柜，83、400V3段电源柜；9、流量计；10、阀门；11、电缆；12、氧化空气气泡。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合实施例并对照附图对本实用新型作进一步详细说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

如图3和图4所示，本实用新型提供的一种低压头高效脱硫氧化风系统，主要包括：氧化风管和桁架4，氧化风管通过桁架4设置于脱硫吸收塔内的浆液池1内，氧化风管包括母管51和若干相互平行的管网式支管53，相邻两根管网式支管53的间距优选为0.2～1米，更优选0.2～0.5米，作为本实用新型爆气结构的一种实施方式，管网式支管53通过联络支管52与母管51连通且管网式支管53的延伸方向与母管51的延伸方向垂直，如图5所示。每根管网式支管53的两侧均对称连接有若干相互平行的管网式二级支管54，管网式二级支管54相对于管网式支管53向下倾斜，每根管网式二级支管54的末端均设有爆气管帽55，如图6和图7的左图所示，每个爆气管帽55上均开设有爆气孔531，如图8所示，爆气孔531的数目可以是1～10个，爆气孔531的数目为7个和3个的管网式二级支管如图9所示。

作为本实用新型的另一种实施方式，管网式支管53也可以通过在管壁上开设爆气孔531实现爆气，此时爆气孔531对称均布于管网式支管53的两侧，如图6和图7的右图所示。

可以理解的是，不论是通过管网式二级支管54连接爆气管帽55还是直接开设爆气孔531，用于实现管网式支管53爆气的位置都优选设在图中水平线以下、左右对称的位置，以保证氧化空气气泡12能够均匀分布。

图中所示的两种爆气结构的爆气孔531为圆形，还可以设置为多边形，以每孔面积最终当量面积直径为0.1～3mm范围面积作为优选，更优选当量面积直径为0.3～1.25mm。

由于采用小爆气口，氧化风出口气泡更小，气泡上升速度更慢，气泡在浆液池反应时间比现有技术更长，形成更高的氧化风吸收率。具体体现在：

(1)将相同质量或体积的氧化风由大气泡变为小气泡，将使气泡表面积变大，对应氧化风中氧气与浆液中亚硫酸钙反应加速；根据气泡半径与体积与秒面积公式，在气泡总体积不变的情况下，单个气泡半径每减少一半，总的表面积为原来2倍。

球体积V＝(4/3)πr^3，

球表面积S＝4πr^2。

相同体积气体，曝气直径50mm气泡变为直径5mm气泡，表面积增大10倍。

(2)根据气液反应机理，气泡直径变小，气泡中氧扩散半径变小，扩散速度加快，加速反应。

(3)小气泡的上升速度大幅变慢，根据斯托克斯定律

υ＝2/9*(r*r*g/η)*(ρ-ρ₀)

υ-----气泡上升速度

g-----重力加速度

r-----气泡半径

η-----粘滞系数

ρ-ρ₀----密度差

气泡上升的速度与气泡半径的平方成正比。

通过以上计算，相同质量氧化空气随着气泡直径变小，气泡个数在不断增大，表面积在不断增大，气泡上升速度在迅速变慢，气泡上升反应时间在大幅增加。

如果气泡直径由50mm变为5mm后，则上升速度为前者的1％，气泡在浆液的停留时间增大100倍。

以上均为单个气泡进行计算。

如果按照气泡群考虑，原气泡出口宽度50mm，变为出口宽度1000mm以上，增加20倍宽度，对气泡群的上浮密度20倍的稀释，大幅增加了气泡的反应时间。

如果按照单个喷口面积为原来面积的1/16计算，总面积不变，则喷嘴直径由5mm变为直径1.25mm后，则气泡表面积为原来的4倍。气泡上升速度为前者的1/16，气泡在浆液的停留时间为原来8倍。

本实用新型氧化风喷嘴改为小喷嘴后，反应速度加快，反应面积增大，反应时间延长，因此降低反应深度，依然可以保证氧化风反应的效果，初步优选爆气孔531距离浆液池1液面的液位深度为2～5米，进一步选择3～3.5米深度为优选方案，比原氧化风喷口距离液面6米对应降低50％。这样，氧化风低压头就大幅降低氧化风机的能耗，经初步计算仅降低氧化风压头，就可以节能40％～55％。

尽管降低了喷口距离液面的高度，但是由于小气泡的作用，反应面积更大、反应速度更快、反应时间更长，并不降低反应效率，反而是提高了反应效率。

本实用新型和现有几种不同喷嘴脱硫氧化风吸收率和喷嘴深度能耗对比见下表

如图10所示，氧化风管母管51的进风口连接有2台氧化风机，即第一氧化风机61和第二氧化风机62，2台氧化风机上分别连接有流量计9和阀门10，第一氧化风机61通过电缆11连接第一氧化风机开关柜71和400V1段电源柜81，第二氧化风机62通过电缆连接第二氧化风机开关柜72和400V2段电源柜82。作为优选，母管51的进风口处还连接有防堵风机63，防堵风机63上设置有阀门，并通过电缆连接防堵风机开关柜73和400V3段电源柜83。当2台氧化风机在运行中全部故障后，自动启动防堵风机63，防堵风机63为小流量，仅起到喷嘴防止倒流功能，这样就起到防止喷嘴杜塞的作用。

本实用新型的氧化风机优选采用高速离心鼓风机。高速离心式鼓风机高速旋转的电机转子带动涡轮高速旋转，每个涡轮上有约20个左右的叶片，空气由进口至出口是连续加压状态，而传统的罗茨鼓风机是冲击加压状态，二者相比，高速离心鼓风机具有节能、低发热、低振动、低噪音、长寿命等优点。

作为优选，本实用新型的系统采用AI人工智能氧化风风量自动控制系统，第一氧化风机61、第二氧化风机62和防堵风机63均接入分布式控制系统(Distributed ControlSystem，DCS)，以实现对氧化风流量的自动控制。

氧化风流量自动控制，根据电网调度升降负荷数据，绝大多数具有30％～50％的节能空间，当采用氧化风流量根据烟气量、二氧化硫进出口浓度、温度、湿度等进行自动计算时，由于惯量因素、石灰石品质、石膏品质等因素考虑不周，节能量约为30％。但是，当采用AI人工智能氧化风流量自动控制后，计算机会不断学习，并依据过程和惯量因素、石灰石品质、石膏品质等因素，在最短时间内，达到最优水平。例如，可以依据脱硫进口烟气量、烟气SO₂浓度和出口烟气量、烟气SO₂浓度、烟气温度、空气温度和湿度计算出时时氧化风需求量，设置固定过量空气系数k1和变动空气系数K2，通过在一定范围内调整K2数值，对应反映出石膏品质和能耗数值，通过AI自动学习不断优化出更佳方案。本申请对该人工智能控制方法的详细步骤不做具体限定，本领域技术人员可根据实际需求进行调整。

基于以上，可计算出本实用新型的综合节能范围：

1、喷嘴小气泡节能15％～70％；

2、低压头节能45％～50％；

3、离心风机节能30％；

4、自动跟踪系统节能30％。

综合节能计算如下：

1-(1-15％)*(1-45％)*(1-30％)*(1-30％)＝77.09％

1-(1-70％)*(1-50％)*(1-30％)*(1-30％)＝92.65％

即本实用新型的节能范围：77.09％～92.65％。

更为具体地，依照某热工院报告，某台(1000MW燃煤发电)机组年氧化风机电耗总量为：氧化风机电耗率0.1％，平均负荷787.12KW，年总耗电量690万kwh。

上网电价0.4692元/kwh

年电耗价值0.4692*690＝323.75万元

计算如下：

按照节能60％计算，年节能194.25万元

按照节能70％计算，年节能226.62万元

按照节能80％计算，年节能259.00万元

按照节能90％计算，年节能291.38万元。

初步判断为节能大于90％，每年节能价值为291.38万元；按照现有碳交易价格，每年实现碳交易价格约28.1万元；每年减少二氧化碳排放4968吨。

至2020年底，全国投运1000MW燃煤发电机组138台、600MW燃煤发电机组636台，按照全部采用本技术计算，每年减少二氧化碳排放258万吨，即使按照80％计算每年减少二氧化碳排放206万吨，本实用新型的实施能够为我国碳达峰碳中和目标贡献力量，为全社会二氧化碳减排贡献力量。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为更清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方法予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种低压头高效脱硫氧化风系统，其特征在于，包括：氧化风管和桁架，所述氧化风管通过桁架设置于脱硫吸收塔内的浆液池内，所述氧化风管包括母管和若干相互平行的管网式支管，所述管网式支管通过联络支管与所述母管连通且所述管网式支管的延伸方向与所述母管的延伸方向垂直，每根所述管网式支管的两侧通过管网式二级支管对称连接有爆气管帽或者对称均布有爆气孔。

2.根据权利要求1所述的一种低压头高效脱硫氧化风系统，其特征在于，所述管网式二级支管相互平行且相对于所述管网式支管向下倾斜，所述爆气管帽设置于所述管网式二级支管的末端且每个所述爆气管帽上均开设有爆气孔。

3.根据权利要求2所述的一种低压头高效脱硫氧化风系统，其特征在于，每个所述爆气管帽上爆气孔的数目为1～10个。

4.根据权利要求1所述的一种低压头高效脱硫氧化风系统，其特征在于，所述爆气孔的当量面积直径均为0.1～3mm。

5.根据权利要求1所述的一种低压头高效脱硫氧化风系统，其特征在于，所述爆气孔距离所述浆液池液面的液位深度为2～5米。

6.根据权利要求5所述的一种低压头高效脱硫氧化风系统，其特征在于，所述爆气孔距离所述浆液池液面的液位深度为3～3.5米。

7.根据权利要求1所述的一种低压头高效脱硫氧化风系统，其特征在于，相邻两根所述管网式支管的间距为0.2～1米。

8.根据权利要求1所述的一种低压头高效脱硫氧化风系统，其特征在于，所述母管的进风口连接有2个氧化风机，所述氧化风机采用高速离心鼓风机。

9.根据权利要求8所述的一种低压头高效脱硫氧化风系统，其特征在于，所述母管的进风口处还连接有防堵风机。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种低压头高效脱硫氧化风系统，其特征在于，所述系统还包括AI人工智能氧化风风量自动控制系统。