CN2850694Y - 炉窑烟气高效多级净化装置 - Google Patents

Abstract

一种炉窑烟气高效多级净化装置。本实用新型属处理烟或废气的净化装置技术领域。目的是提供一种集除尘、脱硫、除雾、消烟于一体的新型净化装置。特征是它具有喷淋净化塔和气液分离塔两部分并且两者底部有混流加速器连通成为整机装置；喷淋净化塔内有多级或三级净化室、壁流激沸器、旋流板和喷嘴总成；气液分离塔内有气雾分离室、气液分离室、除雾器，底部一侧有污水排泄口。设计新颖合理，采用多层紊流喷淋、多层液珠发射、壁流激沸封烟、惯性冲击毁膜、旋流沸泡吸附等先进技术，效率高、用水量少、寿命长、安装运输维护检修方便。

Description

炉窑烟气高效多级净化装置

技术领域

本实用新型属处理烟或废气的净化装置技术领域。

背景技术

目前采用比较广泛的一些锅炉炉窑烟气净化装置中，普遍存在以下几个方面的问题：1、装置购置费用高：与锅炉蒸发量相匹配的烟气净化装置购置费用都在万元/(吨蒸发量)以上。加上营销渠道不畅，尽管烟气净化装置并不复杂，但生产企业运营费用高，利润低微，很不利于先进脱硫除尘技术的开发和推广运用。2、装置的设计过于简单，工艺水平偏低：从当前市场上销量较大的几种装置的运行情况看，多数小吨位的烟气净化装置基本上都是采用单层喷淋的脱硫除尘方案，虽有一定效果，但脱硫除尘效率仍不理想。3、装置故障多：风机带水和装置内部堵塞的现象时有发生，对使用单位的生产、工作时常造成一些不利影响。4、装置维修极不方便：装置的故障常出现在装置的内部，要查清原因和维修，都须把装置上部的零部件和结构件卸下来，有些还须卸下大盖，既费力又不安全，而且费时。5、装置运营费用高：由于设计上存在一些缺陷，喷嘴雾化效果不好，循环水得不到充分利用，使之用水量增加，脱硫剂增加，用电量增加，使运营费用居高不下。这类烟气净化装置有漏斗式系列装置和平底式系列装置和平底双塔式系列装置等等。漏斗式系列装置烟气从装置的顶部中央以切线方向进入，沿中间芯筒下行，在装置底部折返后从装置上部沿切线方向水平排出。装置底部呈圆锥形，由四根立柱支撑装置底部。这种装置性质决定了它的脱硫除尘过程只能是单层水平喷淋或单层顺流喷淋、壁流吸附，由于顺流喷淋易产生烟尘与水雾同步追逐，壁流吸附SO₂的能力较低，所以，脱硫除尘效果相对较低。由于芯筒属于易损件，更换时需从装置顶部抽出，故维修很不方便。平底式系列装置烟气从装置的外筒顶部边缘以切线方向进入，沿外筒与芯筒的围圆空间下行，在装置底部折返后沿芯筒上行到装置顶部经除雾器向上排出。装置底部呈平底圆形。这种装置性质决定了它的脱硫除尘过程也只能是单层和顺流喷淋、壁流吸附，由于顺流喷淋易产生烟尘与水雾同步追逐，壁流吸附SO₂的能力很低，所以，脱硫除尘效果相对较低。而且由于进行气液分离时气流处于加速过程，气液分离效果较差，风机带水现象时有发生。由于芯筒属于易损件，更换时需从装置顶部抽出，故维修很不方便。平底双塔式系列装置设置了喷淋预处理塔和气液分离塔，烟气从喷淋预处理塔外筒顶部边缘以切线方向进入，沿喷淋预处理塔内筒空间下行，在装置底部设连接口将气液送入气液分离塔，经旋流板、除雾器上行到装置顶部沿切线方向水平排出。装置底部呈平底圆形。这种装置的脱硫除尘过程可采用多层和顺流喷淋、壁流吸附。装置的脱硫除尘效果有所改善，气液分离空间大，使风机带水现象有所减轻。缺点是由于采取切向进气，使预处理塔中心产生巨大的水雾空洞，严重影响SO₂等有害气体与水雾的接触；顺流喷淋产生烟尘与水雾同步追逐，同时壁流现象严重，这些都必将影响脱硫除尘效率的提高。目前各类烟气净化装置的进气方式基本上都是采用沿装置外筒上方或下方的切线进入，以图烟气在装置筒体内形成旋流，延长烟气在装置筒体内的运行距离和停留时间，烟气在装置筒体内的停留时间与脱硫除尘效率成正比。但是，现代先进的德国技术已证明：旋流会使筒体中心产生水雾空洞，不利于SO₂与水分子的结合，从而降低脱硫效率。只有在紊流情况下，才会有理想的脱硫除尘效果，也只有在这种情况下，烟气在装置筒体内的停留时间才会与脱硫除尘效率成正比。目前，漏斗式系列产品、平底式系列产品均采用在装置顶部垂直向下或横向单层给雾，平底双塔式系列产品采用从装置顶部安插深杆多层顺流给雾。上述各种给雾方式都不可避免地会产生严重的壁流现象和气、雾同步追逐现象，而且有些又是单层给雾，这更会影响装置达到理想的脱硫除尘效果。此外，在装置的喷淋净化塔的气液混合筒体内，不管采用何种方式给雾，都不可避免地会产生壁流现象。

发明内容

针对目前在用的各系列除尘脱硫装置所存在的除尘器除尘难以达标，脱硫效率低，运营费用高，装置带水、积灰、结垢和烟气通道堵塞等故障较多，维修工作量大；影响生产时间较多等问题，本实用新型的目的是提供一种新型的高效除尘脱硫装置。它是一种运用先进的除尘脱硫原理，集除尘、脱硫、除雾、消烟于一体，改进装置的形状结构，创造良好的观测、检查、维护条件；改进装置的防腐工艺，改进烟气净化的喷淋设计，造就紊流工况，增加烟气穿刺水雾的层面，实现理想的除尘、脱硫、除雾、消烟效果的新型装置。本实用新型是用如下方式实现的：一种炉窑烟气高效多级净化装置，其特征在于它具有喷淋净化塔和气液分离塔两部分，二者底部有混流加速器9连通成为整机装置；喷淋净化塔是一圆柱形或其它形状筒体，其筒身内有壁流激沸器5将其自上至下分隔成多级净化或三级净化，例如三级净化为一级净化室3和二级净化室6和三级净化室8，在三级净化室8内的上部位于壁流激沸器5之下有旋流板7；筒身顶部为烟气进口1，内有烟速调节器2；在筒身外表面上贯通于筒身内壁的多个水平层面交错装有多个喷嘴4总成；气液分离塔是一圆柱形或其它形状筒体，其筒身内有除雾器13将其自上至下分隔成一组或多组的气雾分离室12和气液分离室14，筒身顶部为净气出口10，内有干气采集颈11，筒身底部一侧有污水排泄口15；上述喷淋净化塔下部的三级净化室8和气液分离塔下部的气液分离室14二者之间有混流加速器9连通成为整机装置。本实用新型有如下优点：1、采用最新设计软件进行立体设计，装置形状美观大方，充分考虑了维修工作的需要，材料的合理利用达到了最佳化，有效地降低了装置的制造成本，为降低装置的销售价格赢得了较大空间。2、采用了多层紊流喷淋、多层液珠反射、壁流激沸封烟、惯性冲击毁膜、旋流沸泡吸附等先进的空塔技术，使装置的除尘脱硫效率和脱硫液的利用率分别提高了5％-10％。3、用水量少(液气比达到1∶1.5)，用电省，相对减少了脱硫剂的用量，降低了操作工的劳动强度，可降低运营成本10％-15％。4、由于选用最佳设计参数，并经实验验证，使装置带水、积灰这些在当前各种烟气净化装置中或轻或重普遍存在的问题得到了克服，对延长烟管和风机的使用寿命，将发挥重要作用。5、在设计中已考虑将装置内部可能出现的各种故障都可在装置外部找到故障点，并在外部完成检修，使装置快速恢复功能，有利于装置的长周期稳定运行。6、设计为分体式，有利于运输和装卸，对车辆的吨位要求小，有利于减少运输费用。本实用新型整机装置由喷淋净化塔和气液分离塔两部分组成，烟气从喷淋净化塔顶部垂直进入塔内，经多级横向喷淋等三级净化处理后，将混合气流加速旋流使其呈沸腾状进入气液分离室14；在此，这种混合气流在强大离心力的作用下实现气、液的有效分离，再经除雾器13集除雾粒后进入气雾分离室12，最后，经净化、干燥处理后的气体由干气采集颈11、净气出口10向外排出。这种装置大大地增加了烟气与水雾的接触机会，克服了由于顺流喷淋易产生烟尘与水雾同步追逐，壁流厚大，无法重复利用等不良现象，大大地提高了脱硫除尘效率，提高了循环水的利用率，减少了循环水、脱硫剂和电能的消耗，降低了运营成本，改善了装置的维修条件，是目前在技术上最趋完善的喷淋类烟气净化装置。本实用新型将烟气从装置顶部垂直进入，将喷嘴4水平交叉布置，利用喷嘴4喷出的高压水雾多层次地垂直切割、冲击烟气，并不断改变烟气的运行方向，使烟气始终在紊流状态下运行，从而达到真正提高脱硫除尘效果的目的。本实用新型采用垂直进气、多层水平交叉给雾，利用喷嘴4喷发出的高压水雾横向冲击烟气流，不断改变烟气流的运行方向，在装置筒体内造成紊流环境，从而达到提高脱硫除尘效率的目的。本实用新型充分考虑脱硫液的重复利用，提高利用率，降低运营成本，故研制一个壁流激沸器5安装在气液混合筒体内的适当位置，使壁流自行激沸产生水幕和水珠，从四周扑向筒体的中心位置，拦截残留的烟尘和SO₂等有害气体分子。据理论计算，这一措施可提高脱硫除尘效率5％-10％。现代先进的脱硫除尘技术已普遍认为：在进行气液混合脱硫除尘时紊流环境最理想；而在气液分离时则为旋流环境最为理想。为此，本实用新型考虑在两塔连接处设置混流加速器9，使气液在混合脱硫除尘过程结束后将混合的气液加速，沿切线方向送入气液分离室。一方面可使混合的气液在高速旋流的作用下自激沸泡，这种激沸的气泡对微小烟尘和SO₂等有害气体分子有很强的吸附作用，可以继续拦截那些偶尔残留的微小烟尘和SO₂等有害气体分子，进一步提高装置的脱硫除尘效率。另一方面，可使混合气液在旋流的作用下产生巨大的离心力，将水雾和已浸润的烟尘颗粒抛向气液分离室的四周筒壁，继而沿筒壁下行到气液分离室14底部，从污水排泄口15排出；有效地提高装置的气液分离效果。本实用新型气雾分离室12是本设计针对经气液分离后的气流中仍然湿度很大的实际情况而增设的一个净气除湿空间。在这个空间里，气流速度很慢，而且呈螺旋曲线上升；这样、气液分离后残留下来的微小雾粒，将会在气流螺旋运动产生的离心力和地球引力的双重作用下沿螺旋抛物线向下运动，当这些微小雾粒到达气雾分离室12的四周内壁时，就会被筒体内壁上的壁流集吸，汇成大颗粒水珠后在重力的作用下融入气液分离塔的底部。同时、当气流呈螺旋曲线缓慢上升时，质量最小的、洁净、干燥气体分子就会在旋流中间部位集结上升，有利于最大限度地逐除净化气体中的雾粒，降低净化气体中的湿度。本实用新型在气雾分离室12中，由于净化后的气流呈螺旋曲线缓慢上升时，质量最小、洁净、干燥的气体分子会在旋流中间部位集结上升，根据这一自然现象，本设计考虑在气雾分离室12顶部中间部位设置一个干气采集颈11，这样就为那些质量最小、洁净、干燥的气体分子被优先采集，送入净气出口创造了一个良好的条件。从而使排放气体中的相对湿度更为减小，更有利于保护烟气输送管道和风机少受酸雾腐蚀，最大限度地延长其使用寿命。

附图说明

附图是本实用新型的结构示意图：图1是主视图，图2是俯视图。

具体实施方式

现结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。参照图1-图2，(一)烟气系统流程：由锅炉出口的含尘含硫烟气流沿顶部的进气口垂直进入烟速调节器，继而下行至多层紊流喷淋室，与高效雾化的除尘脱硫液滴充分接触反应，形成水雾混合气流。经两级净化处理后进入壁流激沸器5净化区，壁流激沸器5将吸附在喷淋室内壁上的脱硫液全部收集起来，在引风机的强大负压作用下自激起沸，再与烟气中残留的烟尘和SO₂接触反应，形成气液密度相差更大的液、固、气三相混合气流，当这种混合气流再向下冲入三级净化室8时，在底部混流加速器9的负压作用下，室内的混合气流高速旋转，带动固、液两态物质急速与气态物质分离，进入装置底部的浊流中。在这一过程中，那些仍然残留的微量的细微烟尘在气流惯性冲击力和旋转摩擦力的双重作用下，表面气膜将被撕破，使其有机会与水分子结合，得以充分浸润、聚团融入浊流中。然后由混流加速器9加速后，沿切线方向送入气液分离室14，猛烈冲激室内底部的脱硫液液面，形成高速旋转沸腾的泡沫波浪，又使仍然残留的微量烟尘微粒和SO₂等有害气体分子绝大部分都会被泡沫的表面张力所吸附，从而得到更强的净化处理。然后，经净化的烟气在气液分离室14内旋转上升急速脱去水份，再经除雾器13集除水雾并将上升的净气导旋进入气雾分离室12。在此间，低速旋转上升的微小雾粒在离心力和地球引力的双重作用下向筒壁四周飘去最后被壁流捕集融入壁流中。同时，那些质量极小、洁净、干燥的气体分子就会在中间部位高密度集结，优先进入干气采集颈11，经净气出口向上排出、在引风机的抽力作用下，把净化的烟气送进烟囱、排入大气。由于从锅炉排烟管道输送过来的烟气温度常在180℃上下，与室温除尘脱硫液进行传质传热。通过调节除尘脱硫液的流量以及气液接触反应的时间可控制烟气温度在露点温度以上，不会发生结露现象。据多台装置实际运行测定，外排烟气温度均在60℃以上，70℃左右，烟气运行正常，完全可以保证烟气从烟囱口排入大气时的上冲高度达到环保规定的要求。(二)水系统流程：由石灰等脱硫剂配制而成的脱硫液(去渣块等杂物，以免堵塞管道喷嘴4)利用循环水泵送至各个喷嘴4总成上，经喷嘴4送入装置内的各级喷淋净化室内，在此、水雾与烟气充分混合接触，高速碰撞、快速反应，与烟气同向异速而行，下降到三级净化室8底部形成灰渣水，然后经混流加速器9加速、导旋，进入气液分离室14与净化气体分离，最后由污水排泄口15溢出，经由水沟导入灰水沉淀池中，经多级沉淀处理后，再与石灰或其它脱硫剂配制成脱硫液循环利用，灰渣清走外运。

装置工作过程如下：

(一)烟速调节器2控制烟速，为创造稳定的紊流环境准备必要条件：从锅炉空预器排放出来的含尘、含硫烟气流，经烟气管道首先进入喷淋净化塔顶部的烟气进口，经90°2，使烟气流动速度和烟气流动方向都在一个比较严格的控制范围内。实验证明：一个垂直向下运动的物体最容易在水平推力的作用下产生偏转。而当这种水平推力的大小不变时，物体向下运动的速度就决定了偏移量的大小。先进的德国技术已向我们提示：在气液混合过程中，紊流环境是脱硫除尘的最佳工作环境。因此，设置的烟速调节器2能有效控制烟气流动的速度和方向，为下过程创造稳定的紊流环境准备必要的条件。(二)设置两级多层紊流喷淋对烟气进行强制浸润与净化：烟气以稳定适宜的速度垂直下行到一级净化室3和二级净化室6时受到多个从不同层面高度、不同方向的水平喷嘴4所喷出的高压水雾冲击，迫使烟气流不断改变运动方向，从而形成理想的紊流环境。在这种环境中，所有烟尘和气体分子不断受到来自各个方向的非常密集的水珠和水雾反复冲击，与多层次高效雾化的净化液粒在紊流状态下进行充分的接触，使烟尘颗粒强制浸润，大的烟尘颗粒在此过程中被收集下来，SO₂等有害气体分子与碱雾进行频繁的传质和快速反应，生成亚硫酸钙等液相化合物；细的烟尘颗粒则增大了粘结团聚力，在气流不断改变方向的过程中，将凝聚的烟尘颗粒和各种有害酸性化合物抛向净化室的内壁四周融入壁流之中。随壁流一道下行而流入净化液流中。根据理论计算，一般在完成此过程后，烟尘的吸收效率可达70-80％，SO₂等有害气体的净化率可达60-70％。(三)壁流激沸器5引导壁流激沸，使脱硫液得到重复利用：由喷嘴14喷射出的净化液到达对壁后，大部分液体会在内壁集结形成水膜沿壁下行。只有少部分水雾会成水珠状反射在自然空间里与烟气结合继续吸收烟尘和SO₂，为解决这一问题，设计了壁流激沸器5，使原本顺壁而下的脱硫液重新起沸，激起大量水珠向内筒中间飞去，再次拦截那些残留的烟尘和SO₂等有害气体分子，这种接触反应将促使形成粘度更大的液、固、气三相混合浊流。根据理论计算，一般在完成此过程后，烟尘的吸收效率可达75-85％，SO₂等有害气体的净化率可达70-80％。(四)创立惯性冲击、旋流摩擦区，使烟气得到深入净化：烟气液下行至三级净化室8时，筒体内的烟气与混合浊流在强大负压作用下，猛烈冲击三级净化室8的旋流板7和内壁四周，迫使烟气流产生强大的惯性力和旋转摩擦力，当气流冲击旋流板7叶面和三级净化室8的内壁时，使细微尘粒表面的气膜被完全破坏，继而被水膜俘获，从而得到了进一步的良好浸润；同时也迫使一些残存的有害气体分子在冲击旋流板7叶面和内壁上的水膜时与水分子快速结合，生成液态化合物融入三级净化室8的壁流和底部的脱硫液中。根据理论计算，一般在完成此过程后，烟尘的吸收效率可达90％以上，SO₂等有害气体的净化率可达85％以上。(五)利用混流加速器9制造旋流自激沸泡，使烟尘废气获得高效吸附捕集：经过多级润湿与净化的烟气流，从三级净化室8底部进入混流加速器9，经混流加速器9加速，沿切线方向进入气液分离室14，一方面使混合的气液在高速旋流冲击的作用下自激沸泡，形成具有高效捕集与吸收作用的泡沫波浪层。这种激沸的气泡特别对微小烟尘和SO₂等有害气体分子有很强的吸附作用，可以继续拦截那些仍然残留的微小烟尘和SO₂等有害气体分子，进一步强化气液的传质过程，使其得到更好的吸收，进一步提高装置的脱硫除尘效率。经过此过程中，一般累计除尘效率可达98％以上，累计脱硫效率可达90％以上。另一方面，可使混合气液在旋流的作用下产生巨大的离心力，将水雾和已浸润聚团的烟尘颗粒抛向气液分离室14的四周筒壁，继而随壁流沿筒壁下行到气液分离室14底部，从污水排泄口15排出；可有效地提高装置的气液分离效果。(六)增设气雾分离室12和干气优先采集技术，提高装置的气液分离效果：经过前面五个过程，使从锅炉出来的含尘含硫烟气流得到了高效净化，但这些经过净化的烟气中不可避免地仍会有一些微小雾粒和一些细微烟尘颗粒混为一体，成为含液烟气，亦称烟气带水，将会对烟气输送通道和引风机带来严重的影响，甚至无法正常运行。因此，针对经气液分离后的气流中仍然湿度较大的实际情况增设了一个净气除湿空间。在这个空间里，气流速度很慢，而且呈螺旋曲线上升；这样、气液分离后残留下来的微小雾粒和细微烟尘颗粒，将会在气流螺旋运动产生的离心力和地球引力的双重作用下沿螺旋抛物线向下运动，当这些微小雾粒和尘粒到达气雾分离室12的内壁四周时，就会被筒体内壁上的壁流吸附，汇成大颗粒水珠后在重力的作用下落入气液分离塔的底部。同时、当气流呈螺旋曲线缓慢上升时，那些质量极小、洁净、干燥的气体分子就会在旋流中间部位集结上升，优先进入干气采集颈11，最后经净气出口10排出。这一改进可最大限度地降低排放气体中的相对湿度，杜绝风机带水，从而有效提高主体装置和各辅助装置以及烟气输送管道的使用寿命。必要的时候，还可在气雾分离室12中加装换热器和其它加温设施，使排放气体温度达到一个相对的高度。这将为提高净化气体从烟囱出口排入大气时的上冲高度，提高尾气在大气中的稀释度，保护锅炉使用单位的周围环境发挥不可估量的重要作用。

Claims (1)

1、一种炉窑烟气高效多级净化装置，其特征在于它具有喷淋净化塔和气液分离塔两部分，二者底部有混流加速器[9]连通成为整机装置；

喷淋净化塔是一圆柱形或其它形状筒体，其筒身内有壁流激沸器[5]将其自上至下分隔成多级净化或三级净化，例如三级净化为一级净化室[3]和二级净化室[6]和三级净化室[8]，在三级净化室[8]内的上部位于壁流激沸器[5]之下有旋流板[7]；筒身顶部为烟气进口[1]，内有烟速调节器[2]；在筒身外表面上贯通于筒身内壁的多个水平层面交错装有多个喷嘴[4]总成；

气液分离塔是一圆柱形或其它形状筒体，其筒身内有除雾器[13]将其自上至下分隔成一组或多组的气雾分离室[12]和气液分离室[14]，筒身顶部为净气出口[10]，内有干气采集颈[11]，筒身底部一侧有污水排泄口[15]；

上述喷淋净化塔下部的三级净化室[8]和气液分离塔下部的气液分离室[14]二者之间有混流加速器[9]连通成为整机装置。

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