JP6461319B2 - スピン交換結合の超清浄脱硫除塵一体化システム及びその脱硫除塵方法 - Google Patents

Description

本発明は、超清浄脱硫除塵一体化システムと方法に関し、具体的には、二酸化硫黄及び粉塵を含んだガスに対して、深度脱硫と、除塵と、除煙とを行う一体化システムと方法に関する。

現在、ボイラーの煙気脱硫領域での旋回流器の塔は、以下のような問題が存在している。タワープレート上の気液接触時間が短いので、脱硫効率が低く、平均で８０％程度であり、またＣａＣＯ_３を硫黄固定剤とするのに適切でなく、それに構造が複雑であり、スケーリングが生じ易くて、脱硫効率は、塔の直径の増加とともに低下される。旋回流器塔は、接線の方向からガスが進入され、中心が低効率の領域になり易い。そのため、業界では、旋回流脱硫技術を開発した。その技術は、気動乳化技術に基づいてアップグレードされた技術である。気動乳化技術は、小型ボイラーの煙気脱硫に適用し、その技術は、拡大実験で鮮明な拡大効果があって、所定の制限性が存在する。また、現在の煙気脱硫技術は、多くが空塔技術を採用していて、即ち、煙気が吸収塔に進入した後は、その装置を経由せず、直接に上部のスプレーのスラリー液と反応を行う。このように、煙気とスラリー液は、ショートになって、いくつかの煙気は、反応もせずに吸収塔から出ていて、煙気の滞留時間が短いので、脱硫効率が低くなる。

湿式煙気浄化の主な作業は脱硫であるが、浄化煙気の環境に対する影響を改善するために、この中での粉塵（しっくいを含む）と液滴に対する要求もますます厳しくなっているので、脱硫、除塵、除煙の技術を深く研究することが必要である。

現在、湿式脱硫は、一般的には空塔スプレー技術を利用する。より高い脱硫効率に達するためには、更に大きい液気比率と多層スプレーが必要であり、効率向上のための改造項目は、両塔を直列連結することを通じて、要求を満足させる方法しかない。また、煙道と吸収塔のサイズ及び構造の特別性のため、煙気が吸収塔に進入した後の偏流は、避けられない問題である。

煙気の除塵、除煙の工程フローはさまざまであるが、大量の霧滴が含まれる飽和湿煙気は、同時に除塵、除煙を実現し、特に高効率的な深度除塵除煙の選択可能な技術工程フローと工程設備のすべてが少ないことである。

現在、中国国内の現有の大型石炭焚きボイラーの煙気の９５％以上は、湿式脱硫工程を採用し、外排低温飽和浄化煙気にしっくいスラリー液と粉塵が含まれていて、基本的には、全てにはＧＧＨが配置されておらず、厳しい「しっくい雨」の現象と粉塵汚染の排出量が多くなる。このような問題になる主な原因としては、除煙器が粒径１５μｍ以上より大きい液滴であるので、煙気に含まれる大量の細かいスラリー液の霧滴が浄化煙気に排出する含塵量が高くなる。

既存の湿式脱硫浄化煙気の脱塵除煙工程について、「除煙器＋湿式電気除塵」工程フローを採用するか、または「ＧＧＨ＋集塵袋除塵」工程フローを採用することで、有効的に粉塵汚染の排出量を減らすことができる。しかし、その二種類の工程とも規定の欠点がある。

「ＧＧＨ＋集塵袋除塵」工程フローを採用する時、ＧＧＨと集塵袋除塵器の運転抵抗力が巨大であるため、建設コストも高くなり、更に重要なことは、ＧＧＨには規定の空気漏れ率を持つので、これは脱硫システムの脱硫効果には、影響がとても大きい。中国の大気汚染排出基準では、ＳＯ_２の排出濃度に要求が厳しく、全てが５０ｍｇ/Ｎｍ^３以下であるが、圧倒的多数は石炭焚き煙気中のＳＯ_２濃度が２０００ｍｇ/Ｎｍ^３以上であり、ＧＧＨ空気漏れ率０.５％として計算すると、脱硫システムの効率が９７.５％から、９８％まで増加する必要があり、吸収塔の出口の浄化煙気中のＳＯ_２濃度を５０ｍｇ/Ｎｍ^３から４０ｍｇ/Ｎｍ^３まで低下させて、排出要求に満足することができたとしても、ＧＧＨ運転過程で空気漏れ率の増加を考慮すると、吸収塔の脱硫効率を更に高める必要がある。だから、その工程は、中国では実際的な意味がない。

「除煙器＋湿式電気除塵」工程フローを採用する時、吸収塔の出口浄化煙気の高効脱塵除煙効果を保証することができ、出口含塵量が５ｍｇ/Ｎｍ^３を小さくすることができる。現在、その工程はごく少数の新しく建てられた脱硫吸収塔に応用されている。その主な原因としては、湿式電気除塵設備の重量が重く、体積が大きく、新しく建てられた吸収塔だけその工程フローによって設計する時に、実現することができる。このほか、その工程フローは、高電圧電界を利用して霧滴と粉塵粒子を捕集し、その設備に多くの高圧電気設備があり、電極線が高級合金材質により構成され、その建設コストが高く、運転消費電力が大きいこともその応用の制限になる原因の一つである。建設プロジェクトの脱硫塔からの工程フローで、アップグレード変更を実現することの実現し難い原因は、原吸収塔の構造設計強度が、電気除塵器の負荷の要求を満たすことができず、隣接して配置する時、敷地面積の需要もその外部配置の可能性を制限し、それに隣接して配置する時に増加する巨大な運転抵抗力により、その工程フローの運転コストを更に上昇させることである。大量の高圧電気設備があるため、その工程フローの運転補修が複雑になり、運転操作に対する技術要求も高く、運転補修コストも高くなる。

前記の問題を解決するために、本発明は、従来の脱硫技術を最適化して、脱硫効果を高めて、従来の除塵、除煙技術の不足点を防止し、その構造が簡単で、運転が安全で、効果が顕著であり、運転が安定的で、エネルギー消費が低く、コストが低くて、煙気の深度脱硫、除塵及び除煙を実現して、超清浄に排出することを達成することができるスピン交換結合の超清浄脱硫除塵一体化システム及びその脱硫除塵方法を提供することに、その目的がある。具体的な技術方案は以下のとおりである。

スピン交換結合の超清浄脱硫除塵一体化システムにおいて、塔体に設置されるスプレー層と、前記塔体の下部に設置されるスラリープールと、前記スラリープールに設置される循環ポンプとを含むスピン交換結合の超清浄脱硫除塵一体化システムにおいて、
スピン交換結合装置と、管束式除塵除煙装置とを更に含み、前記スピン交換結合装置は、前記スラリープールの上部且つ前記スプレー層の下部に設置され、内蔵の旋回流ローターのスピンにより、下方から昇り通過する煙気と上方から流れ落ちて通過するスラリー液とを混合し、前記管束式除塵除煙装置は、前記塔体の最上部に設置され、
前記スピン交換結合装置は、前記塔体の断面上に均一に配置された複数のスピン交換結合ユニットと、前記スピン交換結合ユニットの下部に位置して固定のために使われる支持梁とを含み、隣接する前記スピン交換結合ユニットの間は、シーリングプレートによって接続され、前記スピン交換結合ユニット毎に旋回流管が含まれ、前記旋回流管内には前記旋回流ローターが設置され、前記旋回流管の最上部には、導流装置が設置され、前記旋回流ローターは、内筒体と、前記内筒体の外周面に対して垂直に、かつ放射状に均一に設けられた複数の回転羽根とを含み、前記導流装置の煙気が流出されるところの内径は、煙気の流入されるところの内径より小さく、
前記管束式除塵除煙装置は、複数の除塵除煙ユニットを含み、前記除塵除煙ユニット毎に、導流管と、前記導流管内に設置されるｎ個の乱流ローターとを含み、ｎ≧１であり、前記乱流ローターは中心管と、均一に前記中心管の外壁と前記導流管の内壁の間の環状の領域内に分散される複数の羽根を含み、前記ｎ個の乱流ローターの全ては、導流管壁に垂直であり、前記ｎ個の乱流ローター同士が上下に配置される。
更に、前記導流管は、鉛直に配置される円筒形である。

更に、前記導流管の数と、直径及び高さは、下記のパラメータに基づいて決定され、出口の含塵量≦５ｍｇ/Ｎｍ^３である時、導流管過流煙気断面平均流速は、５〜６ｍ/ｓであり、滞留時間は、０.２〜０.３ｓｅｃである。

更に、前記乱流ローターの羽根と中心管との角は、２０度〜５５度であり、隣接する羽根の間の遮蔽率は、―１０％〜４５％である。

更に、前記羽根の傾斜角は、気体が羽根に経由してガイディングされた後、気体回転運動の実際の速度≧８ｍ/ｓである。

更に、前記中心管は、最上端が封鎖される円筒形であり、その断面面積は、導流管の断面の１５％〜５０％である。

更に、前記管束式除塵除煙装置の導流管の内壁に、安定的な液体量を含有する液膜層を形成するために、止め輪が設置される。

更に、前記止め輪の厚さと高さは、最大の維持する液量により決定される。

更に、前記管束式除塵除煙装置は、装置の内壁面に高速で回転される厚さが均一である液膜層を形成するために、ブリード穴が設置され、前記ブリード穴は、羽根の回転方向と同じであり、導流管の内壁面と部分的に接する貫通孔である。

更に、前記管束式除塵除煙装置は、各除塵除煙ユニットに配置される洗浄水モジュールを備え、洗浄水モジュールは、除塵除煙ユニットの導流管の中心軸線に設置され、前記洗浄水モジュール洗浄ノズルを含み、洗浄ノズルは、導流管の内壁と垂直である。

上記のスピン交換結合の超清浄脱硫除塵一体化システムに応用されるスピン交換結合の超清浄脱硫除塵一体化脱硫除塵方法は、
スラリープールに酸化空気を通して、攪拌機の役割により、酸化空気と石灰石−しっくいスラリー液を十分に混合させ、前記スラリー液の成分中の亜硫酸カルシウムが、硫酸カルシウムに酸化され、硫酸カルシウムは、しっくい粒子に結晶化されるスラリー液の酸化としっくいの結晶化段階のステップ１と、
元の煙気の条件とクリーンな煙気の要求に基づいて、循環ポンプを用いて、ステップ１の前記スラリー液を多層のスプレー層に吸い込まれてスプレーされるスラリー液のスプレーと循環段階のステップ２と、
スピン交換結合装置の回転羽根は、塔内の下から上に向かう煙気の流向を変更させて且つ加速させ；スプレー層は、スラリー液をスプレーして、上から下に流れ落ちるスラリー液が、煙気と接触した後、部分的な煙気は中心に向かって合流し、導流装置の内径が狭くなる導流装置内を旋回して通過しながら上に向かい続ける煙気とスラリー液が合流し、スラリー液は、中心に向かって落ち戻り、急速な脱硫とスラリー液洗浄を行って、部分的な粉塵を除去する気液のスピン交換結合接触と反応の段階のステップ３と、
高速で上に向かって進行する煙気は、管束式除塵除煙装置に進入し、除塵除煙装置の下部の乱流ローターは、煙気中の大量の霧滴液体粒子と粉塵粒子を相互に衝突させて、より大きい粒子に凝集された後、当該大きい粒子が沈殿する予備除塵と除煙の段階のステップ４と、
管束式除塵除煙装置内の液膜層と、高速で上に向かって運動し続ける煙気霧滴液体粒子および粉塵固体粒子と十分に接触した後、液体を捕集して分離を実現する追加的な除塵と除煙の段階のステップ５と、
気流の役割の下で、捕集された液滴は、集まってから、導流管の壁面に一層の厚さが均一である回転液膜を形成し、高速で上に向かって運動し続ける煙気霧滴液体粒子と粉塵固体粒子は、煙気の高速回転によって、煙気との密度の差を利用して遠心分離を実現し、管束式除塵除煙装置の導流管の内壁の表面に投げられ、装置の壁面に付着された液膜層と接触した後に消滅される深度除塵と除煙の段階のステップ６とを含む。

１.システムの脱硫効果が良く、効率が９９％以上に達することができ、出口の二酸化硫黄の含有量が３０ｍｇ/Ｎｍ^３以下に達することができ、運転抵抗力が少し増えるが、スプレー層とスラリー液の循環ポンプの配置を減らすことができるので、全体的にはエネルギー消費を増加させない。

２.システムの除塵、除煙効果が良く、出口の含塵量が５ｍｇ/Ｎｍ^３以下に達することができ、液滴の含有量が２５ｍｇ/Ｎｍ^３以下に達することができる。

３.システムにスケーリングによる目詰まりの危険リスクがなく、洗浄水の量が少なく、洗浄の頻度が低い。

４.システムの運転が安全であり、設置が簡単で、補修が簡単で、効果が良く、コストが低く、コスト効率が良い。

５.気液スピン交換結合装置の快速な降温と均一に煙気を分散される役割は、脱硫効果を向上させると同時に、煙気中の水煙の形成と粉塵の混合を減らし、後続の除煙、除塵の負荷を減らすことができる。

６.管束式除塵、除煙装置は、効果が良く、運転抵抗力が低く、普通の「除煙器＋湿式電気除塵」工程の替わりになることができ、飽和煙気の脱塵除煙のために、新しい安全で、安価の工程の設備の選択を提供する。

７.プロジェクトを改造するにあたって、元の煙気普通の除煙器を撤去して、直接に管束式除塵、除煙装置を設置することができて、抵抗力が約１００〜１５０Ｐａ増加し、他の運転消費が発生しない。

本発明のシステムの構成模式図である。 本発明のスピン交換結合装置の構造模式図である。 本発明の除塵除煙ユニットの構造模式図である。 本発明の旋回流ローターと旋回流管の構造模式図である。 本発明の導流装置の断面模式図である。 本発明の導流装置の断面模式図である。 本発明の導流装置の断面模式図である。 本発明の乱流ローターの模式図である。

以下、図面に結合されて、本発明の原理と特性に関して描写し、挙げられる実例は、本発明を解釈するためのもので、本発明の範囲の制限するためのことではない。

本発明は、カルシウム方法の脱硫の通常の技術と、気液のスピン交換結合と管束式除塵除煙技術とが結合されて、スラリー液のスプレーと循環と、気液のスピン交換結合接触及び反応と、スラリー液の酸化及びしっくいの結晶化と、出口の煙気の管束式除塵及び除煙との四つの部分であり、有機的に一つの脱硫吸収塔内に組み合わせることにより、スピン交換結合超清浄脱硫除塵の一体化方法とシステムを形成して、下から上に向かう脱硫、除塵効果を一層強化し、最終的には、管束式除塵除煙装置で除煙の役割が除塵の効果を増加させる。

全般的な脱硫の過程においては、スラリー液は、スラリー液循環ポンプを利用して、吸収塔スラリープールからスラリー液スプレー層まで搬送され、スピン交換結合装置とスプレー層との間に、煙気が下から上に向かって、スラリー液が上から下に向かって、気液は、全般的に逆流の形で接触し、この中での反応物と産物の濃度の勾配が大きくなり、正反応の進行に有利であり、できる限りに元の煙気煙気中の二酸化硫黄の含有量と脱硫後のスラリー液中の亜硫酸カルシウムの濃度を低下させることができ、脱硫の効果が良い。

本発明のスピン交換結合装置の主な運転の原理としては、以下のとおりである。スピン交換結合装置は、煙気を均一に分布させる役割を備え、煙気がスピン交換結合装置に進入した後、その各ユニットの回転羽根により、旋回流管壁に回流するようになると同時に、スプレー層から流れ落とすスラリー液と、煙気とが接触した後、部分的に中心に向かって合流する。回転羽根は、スラリー液と煙気に対して、乱流の役割を引き起こすことで、気液伝質効果を増加させる。煙気とスラリー液が旋回流して上に向かい、導流装置の出口に到着する時、導流装置の内径が狭くなるため、煙気が合流させるようになり、スラリー液は、下への落ち戻りが阻止される。旋回流と合流のカップリングは、多相乱流が混ぜられ、スピン交換結合装置の空間内に気液回転、転覆、乱流度の大きい気液伝質体系を生成させて、この中で気液固の三相が十分に接触して、気液膜伝質抵抗力が低下し、伝質速率を向上させる。煙気が、前記空間内で有効に脱硫過程を完成し、また部分的に粉塵も脱除する。スラリー液が、二酸化硫黄を吸収した後、スラリープールに落ち戻り、副産物であるしっくいを排出する。なお、前記スピン交換結合装置は、煙気を快速に降温させる役割を備えている。

本発明の管束式除塵除煙装置の主な運転の原理は、下記のとおりである。霧滴液体粒子と粉塵固体粒子の三種類の運動状態は、それぞれに、凝集、捕集と消滅である。前記凝集は、煙気が装置を経由する時、この中で混ぜられている細かい霧滴液体粒子の間がお互いに、霧滴液体粒子と粉塵粒子との間に、装置で高速運動の気流中の衝突により、大きい粒子に凝集された後、沈殿されることであり、前記捕集は、霧滴液体粒子と脱除していない粉塵固体粒子が気体と一緒に装置に進入して、その装置内の導流管で、規定の安定的な液体量の液膜層と十分に接触した後、液体により捕集されることで、煙気から分離されて、液膜層に進入することを実現する。前記消滅は、霧滴液体粒子と脱除していない粉塵固体粒子が、煙気とともに装置内で高速回転し、煙気との密度の差を利用して遠心分離を実現して、導流管の内壁の表面に投げられ、その導流管の内壁の表面とともに高速回転し、厚さが均一である液膜層と接触した後、消滅する。前記管束式除塵除煙装置は、再び煙気の均一に分布させる役割を備えている。

図１に示すように、スピン交換結合の超清浄脱硫除塵一体化システムは、塔体１の中に設置されるスプレー層３と、塔体１の下部に設置されるスラリープール５と、スラリープール５に設置される循環ポンプ６と、スピン交換結合装置４及び管束式除塵除煙装置２とを含み、スピン交換結合装置４は、スラリープール５の上部、スプレー層３の下部に設置され、管束式除塵除煙装置２は、塔体１の最上部に設置される。
スピン交換結合装置４は、多数のスピン交換結合ユニット４１と、前記スピン交換結合ユニットの下部に位置して固定のために使われる支持梁４２とを含み、隣接するスピン交換結合ユニットの間には、シーリングプレート４６を用いて連結されることは、図２に示すとおりである。前記各スピン交換結合ユニットには、旋回流管４４が含まれ、旋回流管には旋回流ローター４３が設置され、旋回流管の最上部には、導流装置４５が設置される。旋回流ローター４３は、内筒体４３１と、回転羽根４３２とを含む。前記導流装置４５の煙気の流出されるところの内径は、煙気の流入されるところの内径より小さく、内径は、幅が徐々に狭くなり、通過する煙気が合流の効果に達することができる。導流装置４５の断面は、図５ａに示すように、台形でもよく、また、図５ｂに示すように、逆に置いた椀形でもよく、あるいは、図５ｃに示すように、双曲線形でもよい。

スピン交換結合装置４は、吸収塔の元の煙気入口とスプレー層３との間に設置されている。スプレー層３のスプレーしたスラリー液は、スピン交換結合装置４によって、吸収塔のスラリープールにまで流れ、元の煙気は、スピン交換結合装置４を通過する時、スプレースラリー液と十分に混合し、接触して、降温して冷却させ、洗浄して、吸収反応の後にスプレー層３に進入する。スピン交換結合装置４は、多数のスピン交換結合ユニット４１によって、塔体の断面上に均一に配布して構成され、一個のスピン交換結合ユニット４１は、旋回流ローター４３と、旋回流管４４及び導流装置４５から構成され、多数のスピン交換結合ユニット４１は、封鎖板４６によって、一つの吸収塔の断面を全部覆うことができるスピン交換結合装置４に組み付けられる。スピン交換結合装置４の重さは、支持梁４２により支持される。

煙気が、スピン交換結合装置４を通過する時に、旋回流ローター４３の役割により、気流と旋回流ローター４３の上部で高速回転運動をしているスラリー液との激しい衝突が発生して、気流が数多くの細かい気泡に分散され、スラリー液の中に混ぜられると同時に、高速運動の気流は、スラリー液のために継続的な回転動力を提供する。細かい気泡とスラリー液との十分な混合は、煙気の快速降温を促進し、気液の二相膜の接触面積の増加は、気液の伝質効果を促進させて、元の煙気中のＳＯ_２がスラリー液に吸収反応されて、煙気に混ぜられている粉塵も洗浄される。回転運動中の気泡と、旋回流ローター４３の上部の回転スラリー液は、旋回流管４４内でますます上に向かって運動し、導流装置４５の阻止する状況で、スラリー液流が落ちて旋回流ローター４３の上部に戻されるが、気体が導流装置４５を通過して、続いて上に向かって運動し、スプレー層３に導入される。均一に分布される多数のスピン交換結合ユニット４１は、スピン交換結合装置４を通過した元の煙気が、吸収塔の断面の全体に均一に分布させ、スプレー層３がスプレーしたスラリー液を絶えず導流装置４５を通じて、スピン交換結合ユニット４１に進入するようにし、スピン交換結合ユニット４１内のスラリー液量の増加に従って、旋回流ローター４３の上部のスラリー液が継続的に維持することができず、一部分の旋回流ローター４３の下端に近づくスラリー液は、スピン交換結合ユニット４１から排出されて、スラリープール５内に落ちて戻ることになる。

管束式除塵除煙装置２は、多数の除塵除煙ユニットを含む。図３に示すように、前記各除塵除煙ユニットは、導流管２１と、ｎ個の前記導流管内に設置される乱流ローター２２とを含み、ｎ≧１である。前記ｎ個の乱流ローター２２は、全てが導流管２１壁に垂直であり、上下に配置される。導流管２１は、鉛直に放置される円筒形である。除塵除煙ユニット内は、除塵除煙ユニット内に規定の安定的な液体量を備える液膜層を形成するための止め輪２３を更に含む。前記の止め輪２３は、厚さと高さとを持つ環状部品であり、それは導流管２１内壁に貼り付けていて、除塵除煙ユニットの維持する液量を制御するための部品である。止め輪２３の厚さと高さのパラメータの設定は、除塵除煙ユニットの最大に維持する液量を獲得することを基準とする。

図３に示すように、管束式除塵除煙装置には、導流管２１の内壁面が高速回転の厚さが均一である液膜層を形成するために、多数のブリード穴２４が更に含まれる。ブリード穴２４は、羽根２２２の回転方向と同じであり、導流管２１の内壁面と部分的に接する貫通孔である。管束式除塵除煙装置は、各単体に分配された洗浄水モジュールを備え、洗浄水モジュールは、除塵除煙ユニットの導流管２１の中心軸線に設置され、また前記洗浄水モジュールは、洗浄ノズルを含み、洗浄ノズルは、導流管の内壁と垂直される。

導流管２１は、管束式除塵除煙装置２の煙気過流部品であり、鉛直に放置される内壁面の滑らかな両端に封鎖されていない円筒形である。導流管２１の過流煙気断面平均流速は、２〜８ｍ/ｓであり、平均導流管内滞留時間は、０.１〜０.５ｓｅｃである。

導流管２１底部の煙気出口と導流管２１の中部に、それぞれ一件の乱流ローター２２が置かれている。前記乱流ローター２２のガイディングの役割は、霧滴と粉塵の脱除のために動力的な環境を提供するためである。前記乱流ローター２２は、脱塵除煙装置２の過流煙気が上から下に向かっての運動方向を、高速回転運動の気流導向部品に転換させる、中心管２２１と羽根２２２から構成される。より高い脱塵除煙効率を確保するために、普通は二層の乱流ローターを使用する。

羽根２２２は、表面が滑らかな薄いシート形の曲扇形の部品であり、規定の傾斜角で均一に中心管２２１と導流管２１との間の環状の領域内に分散されて、前記羽根２２２と中心管２２１の挟み角は、２０度〜５５度であり、隣接する羽根の間の遮蔽率は、-１０％〜４５％である。旋回流ローター４３の回転羽根４３２と内筒体４３１の挟み角、及びその羽根４３２と隣接する回転羽根４３２との間の遮蔽率は、乱流ローター２２の羽根２２２と同じでもよく、相違でもよい。羽根２２２の数、傾斜角及び被覆面積は、入口の含塵量の需要によって調整することができ、通常は、元の煙気の入口の含塵量が高いほど、羽根の数が多く、傾斜角は小さいほど、被覆面積が大きい。同時に、羽根２２２の傾斜角と、導流管２１の過流速度も関係があり、導流管２１の過流速度が大きいほど、羽根２２２の傾斜角が大きい。羽根角度は、気体が羽根のガイディングの後の気体回転運動の実際の速度≧８ｍ/ｓであることを満たす。

中心管２２１は、外部が円滑で、最上端は閉鎖される円筒形であり、その直径は、導流管２１の直径に関連し、通常は、中心管２２１の断面面積が、導流管の断面の１５％〜５０％である。

前記導流管２１内に二つの止め輪を設置し、前記止め輪は、脱塵除煙装置が持液量を制御するための部品であり、第１止め輪２３１は、上部の乱流ローター２２の下に設置され、第２止め輪２３２は、導流管２１の出口のところに設置される。

止め輪の厚さと高さのパラメータは、装置の運転抵抗力に影響を与える。止め輪の厚さ、高さは、合理的な数値である時、装置の最大持液量が得られ、この時の捕集の役割が大きく増加され、運転抵抗力も大きく増加されるので、止め輪のパラメータは、煙気中の霧滴の総量と、霧滴粒径分布と、粉塵の粒径と特性等から総合的に考えなければならない。

前記の導流管２１の上部、下部の乱流ローター２２に、規定の高さに二列にてブリード穴２４を設置し、二列のブリード穴２４は、均一に同じ断面に分布されている。ブリード穴２４と、導流管２１内壁に接し、方向は、羽根２２２の回転方向と同じである。下列のブリード穴２４の孔径は、上列のブリード穴２４の孔径より大きく、ブリード穴２４の数と孔径の大きさは、煙気の出口の霧滴含有量によって調整することができる。前記のブリード穴２４は、脱塵除煙装置２が導流管２１の壁面液膜の厚さを制御するための部品であり、羽根２２２と回転方向が同じであり、導流管２１の内壁面の部分的に接し、切開口は滑らかな貫通孔である。前記ブリード穴２４の大きさ、数と配置高さと、煙気中の霧滴の総量、霧滴粒径分布、粉塵の粒径と特性等と関連する。ドレイン孔２４は、装置により脱除した霧滴と粉塵が、速やかに装置から排出されるよう確保し、液膜が厚くなって、第２霧滴が生成されることを防がなければならず、排出する液体の過剰により、持液膜を維持できないことを防止し、高速運動の霧滴、粉塵が直接に装置導流管２１の内壁と衝突することによって、より大量で、より細かい第２霧滴粉塵が生成されることを防ぐ。

典型的な大量の霧滴を含有し、脱塵除煙処理が要る石灰石-しっくい湿式脱硫浄化煙気を例として、管束式除塵除煙装置２の運転を説明すると、以下のとおりである。石灰石-しっくい湿式脱硫浄化煙気に含有される霧滴液体粒子は、その一部は、スプレースラリー液が相互に衝突することから生成される細かいスラリー液の液滴であり、もう一部は、飽和浄化煙気降温冷凝によって生成される細かい霧滴である。浄化煙気に含有される粉塵固体粒子も、その一部は、煙気にまだスラリー液に捕集されていない細かい粉塵固体粒子であり、もう一部は、スラリー液の液滴中に浮かんでいる不溶性のしっくいと、石灰石粒子であり、この二つの部分は、既存の測定基準では、全ては、「粉塵」として計算する。脱硫浄化煙気の特徴は、煙気飽和の低温、霧滴含有量が大きく、含塵量も大きいことである。

浄化煙気は、大量の霧滴と粉塵を持って上に向かって運動し、管束式除塵除煙装置２の領域に進入する。一級乱流ローター２２を通過した後、気体は、垂直的な上に向かってから、回転上に向かうように変換され、この時の気流の乱流強度が大きく増加される。浄化煙気中の霧滴、粉塵は、激烈な乱流気相で、相互に衝突する確率が大幅に増加して、より大きい液滴粒子に凝集されて部分的な脱除を実現する。

高速回転運動の気流中の霧滴と粉塵は、気体の密度の差が大きく、遠心力の役割の下で、ますます壁面方向に向かって運動し始める。気流の役割の下で、捕集された液滴は、集まってから、導流管２１の壁面に一層の厚さが均一である回転液膜を形成し、液膜の回転方向と気流は同じであり、霧滴と粉塵は、高速状態で導流管２１の壁面に近づく時、回転の液膜と接触した後に、液膜によって吸収し消滅される。液膜の厚さの不足、または液膜が無い時は、高速運動の霧滴と粉塵が直接に壁面に衝突して、より細かい霧滴と粉塵が生成されるが、必ずしも除煙除塵の目的には達することができない。液膜の厚さが大きすぎる時、高速運動の気流は、液膜表面の液体を削って霧滴に散らされる。霧滴と粉塵を吸収した液膜は、転運動してドレイン孔２４の位置に行った時、部分的な液膜は、ドレイン孔２４から装置を排出して、安定的な液膜の厚さの目的を達成する。

液膜が、規定の高さにある時、止め輪２３のフロックを受けて、液膜が、液滴として破壊されて、乱流ローター２２の上部に落ちて戻り、除塵除煙ユニットの空き腔内で数多くの液滴が形成され、除塵除煙ユニットに進入した煙気と接触して、霧滴と粉塵の捕集を実現し、また高速気流が液膜に投げられることに従って、再び止め輪２３によって、その部分的な液膜が液滴に散らされる。

回転の液膜が、導流管２１の壁面を繰り返しながら洗浄して、有効的にしっくいの結晶化によるスケーリングの目詰まり問題を防止する。羽根２２２の表面には、高速気流洗浄、羽根の間の距離の最小値としても、２０ｍｍ以上であるので、スケーリングの目詰まり問題は存在しない。

気流が、継続的に上に向かって運動することに従って、回転の角速度は、ますます低下し始めるが、部分的には、更に細かい霧滴と粉塵がまだ脱除されることができず、この時に再び一つの乱流ローター２２を設置して、再び気流の高度回転の環境を与えて、凝集、捕集と消滅の霧滴、粉塵脱除過程を重複して、最終的に煙気中の霧滴と粉塵に対する浄化を実現することに達する。管束式除塵除煙装置２の運転抵抗力は、ただ３５０Ｐａであり、脱除効果は、出口では５ｍｇ/Ｎｍ^３の粉塵排出濃度を満たすことができる。

前記管束式除塵除煙装置２は、高強度ＰＰ材料から作られ、重さは軽く、コストは低く、耐蝕性と構造強度要求を満足できる。その運転煙気流速は、吸収塔断面煙気流速より大きくて、直接に吸収塔内に到達することができるので、配置が簡単である。

スピン交換結合装置中のスピン交換結合ユニット４１の数は、システム過流気体の工况流量の大きさによって決められる。一般的には、スピン交換結合ユニット４１の数を各ユニットの単位時間内の過流煙気工况流量を２〜２.５万ｍ^３として設計する。煙気は、スピン交換結合装置４とスプレー層３を通した後、ＳＯ^２が脱除され、煙気温度も飽和温度まで降温されて、この時の煙気の工况流量は低下する。

除塵除煙ユニットの数は、塔体１の出口の煙気工况流量によって決められ、除塵除煙ユニットの数は、各ユニットの単位時間内の過流煙気工况流量を２０００〜２５００ｍ^３として設計する。

除塵除煙ユニットの数ａと、スピン交換結合ユニットの数ｂは、入口の煙気が飽和煙気である時の比率関係として、ａ:ｂ＝９〜１０:１である。入口の煙気が不飽和煙気である時、除塵除煙ユニット数ａと、スピン交換結合ユニットの数ｂの比率として、ａ:ｂ＝５〜９:１である。

実施例
本発明のスピン交換結合の超清浄脱硫除塵一体化脱硫除塵方法は、スラリー液のスプレーと循環の段階と、気液のスピン交換結合接触と反応の段階と、スラリー液の酸化としっくいの結晶化の段階と、出口煙気の管束式除塵と除煙の段階とが含まれる。元の煙気は、誘引通風機、またはブースターファンが脱硫吸収塔の塔体１内に進入して、下から上に向かって、順次にスピン交換結合装置４、スプレー層３、管束式除塵除煙装置２を通過して、脱硫除塵浄化を完成した後、最終的に浄化煙気煙道に通じて煙突に排入されてから排出される。高温の元の煙気は、吸収塔に進入した後、まずスピン交換結合装置４で、スプレー層３からスプレーされたスラリー液と十分に混合して接触してから、スラリー液の冷却、洗浄、吸収の役割によって予備浄化を実現し、元の煙気の温度が低下され、大部分のＳＯ^２がここで脱除されて、また部分的な粉塵は、スピン交換結合装置４内で、スラリー液により洗浄することから捕集される。スピン交換結合装置４の出口の煙気は、スプレー層３によって、スプレー層３のスプレー液滴と逆方向で接触することにより、更に脱硫を行うことで、管束式除塵除煙装置２の入口のＳＯ^２の濃度が更に３５ｍｇ/Ｎｍ^３以下に低下される。スプレー層３からスプレーしたスラリー液は、吸収塔のスラリープール５からのスラリー液がスラリー液循環ポンプに経由して加圧されてから、スプレー層のノズルによって噴射され、ノズルの作業圧力は、０.０４〜０.１ＭＰａであり、スプレー液滴の平均粒径は、２ｍｍであり、液気比率は５〜２０の間である。この時の煙気温度は、更に降温されて、この中での水蒸気濃度が飽和状態に達して、煙気がスプレー層３を離れる時は、煙気中にスピン交換結合装置４とスプレー層３によって液滴捕集されていない過剰な微粉塵以外にも、一部のスプレー層で生成された細かいスラリー液の液滴も混ぜられている。脱硫後の煙気は、吸収塔の断面平均流速２〜６ｍ/ｓの速度で、管束式除塵除煙装置２内に進入して、管束式除塵除煙装置２内で細かいスラリー液の液滴と煙気中に残留中の微粉塵を捕集して脱除を行い、管束式除塵除煙装置２の出口の粉塵の総量は、５ｍｇ/Ｎｍ^３以下に制限され、煙気が徹底的に浄化煙気に浄化され、吸収塔の出口煙道を通じて煙突に排入してから排出される。管束式除塵除煙装置２の捕集した粉塵、スラリー液の液滴が集まってから、管束式除塵除煙装置２から脱離し、重力の作用で、吸収塔の最下部の吸収塔スラリープール５に流入され、管束式除塵除煙装置２の内部に残留した粉塵とスラリー液は、管束式除塵除煙装置の洗浄水モジュールによって定期的にきれいに洗浄する。管束式除塵除煙装置２の洗浄水は、管束式除塵除煙装置の洗浄水ポンプを利用して工程水を吸い込んで提供し、洗浄水の作業圧力は０.１〜０.４ＭＰａである。

本発明の一体化超清浄脱硫除塵システムは、更に厳しい環境要件の前提の下で、投資コストと運転コストがより低くて、新旧の脱硫システムの建設と改良が簡単にできる。

本発明から提出された前記超清浄脱硫除塵一体化システムに応用されるスピン交換結合の超清浄脱硫除塵一体化脱硫除塵方法は、以下のステップが含まれている。

ステップ１：スラリー液の酸化としっくいの結晶化
スラリープール５内に酸化空気を通して、攪拌機の役割により、酸化空気と石灰石-しっくいスラリー液を十分に混合させ、前記スラリー液の成分中の亜硫酸カルシウムを硫酸カルシウムに酸化され、硫酸カルシウムは、しっくい粒子に結晶化される。

ステップ２：スラリー液のスプレーと循環
元の煙気の条件とクリーンな煙気の要求（５ｍｇ/Ｎｍ^３の粉塵排出濃度）に基づいて、循環ポンプを利用して、ステップ１から獲得した含有スラリー液を、多層スプレー層３に吸い込んでスプレーを行い、スプレーした後のスラリー液は、スラリープール５に戻る。スプレー層３のノズルの作業圧力は、０.０４〜０.１ＭＰａであり、スプレー液滴の平均粒径は２ｍｍであり、液気比率は、５〜２０の間である。

ステップ３：気液のスピン交換結合接触と反応
回転羽根４３２を利用して、塔内の下から上に向う煙気流向を変化させ、煙気を垂直上に向ってから回転上に向かうように変換されるようにして、また加速させて、煙気とスプレー層３のスプレーした後のスラリー液に接触し、ＳＯ_２と部分的な粉塵を脱除させ、導流装置４５の内径の幅が狭くなる制約を受けて、スピン交換結合ユニット４１の中心に合流する。煙気と混合した後のスラリー液は、導流装置４５のブロックで、旋回流ローター４３の上部に落ちて戻る。煙気は、回転羽根４３２の役割によって、より高い回転速度を獲得し、煙気質点線速度は、約１０〜１５ｍ/ｓであり、速度分布は、回転羽根に従って、中心から辺までますます低下するようになり、速度ベクトル方向は、回転羽根の傾斜方向に従って回転して上に向かって運動する。高速気流と大量のスラリー液は、激しく混合し、気流は、数多くの細かい気泡に分散されて、スラリー液も高速気流の推進によって、スピン交換結合装置内で高速回転運動を行い、スラリー液の最高回転線速度は、５ｍ/ｓまで達することができる。スピン交換結合装置内では、煙気が、断面平均流速が、約２〜６ｍ/ｓの条件で、優秀にスラリー液との混合、接触、反応を完成させることができ、スピン交換結合装置内のスラリー液の回転流速とスラリー液量は、平均断面流速の低下に従って減らされるが、煙気とスラリー液の平均接触時間は、断面平均流速の低下に従って増加する。スピン交換結合装置内の煙気とスラリー液との気液二相混合、接触、反応の時間の量は、約０.２〜０.５ｓｅｃである。

ステップ４：予備除塵と除煙
ステップ３での脱硫後の煙気は、吸収塔断面平均流速として２〜６ｍ/ｓの速度で管束式除塵除煙装置２内に進入し、霧滴液体粒子と粉塵粒子を形成して、除塵除煙ユニットの下部に設置された乱流ローター２２を利用して、前記霧滴液体粒子と粉塵粒子をより大きい粒子に凝集されてから沈殿を行う。導流管２１の過流煙気断面平均流速が２〜８ｍ/ｓであり、平均導流管内滞留時間は、０.１〜０.５ｓｅｃである。

ステップ５：追加的な除塵と除煙
ステップ４の予備除塵と除煙を経由して、高速で上に向かって運動し続ける煙気、霧滴液体粒子と、粉塵固体粒子は、十分に接触し、液体を捕集して分離を実現する。

浄化煙気は、大量の霧滴と粉塵を含有して、３.５ｍ/ｓの流速で均一に上に向かって運動を行い、管束式除塵除煙装置２の領域に進入する。煙気は、管束式除塵除煙装置２に進入した時の流速が、５ｍ/ｓにまで増加され、一級乱流ローター２２を通過した後に、気流の質点流速は、８ｍ/ｓ以上にまで増加され、気体の流向は、垂直上に向かってから回転上に向かうように変換され、この時気流の乱流強度が大きく増加される。浄化煙気中の霧滴、粉塵が、激烈な乱流気相で、相互に衝突する確率が大幅に増加されて、より大きい液滴粒子に凝集されることで、部分的な脱除を実現する。

ステップ６：深度除塵と除煙
ステップ５を経由して、追加的な除塵と除煙の煙気において、霧滴液体粒子塵固体粒子は、煙気回転に従って、高速回転運動の気流中の霧滴と粉塵は、気体の密度との差が非常に大きく、遠心力の役割から、ますます壁面方向に向かって運動し始める。気流の役割の元で、捕集の液滴が集まった後、導流管２１の内壁面に一層の厚さが均一である回転液膜が形成し、液膜の回転方向は、気流と同じであり、霧滴と粉塵は、高速状態で壁面に近づく時、回転する液膜と接する後に液膜により吸収して消滅される。霧滴と粉塵を吸収した液膜は、回転運動して、ドレイン孔２４の位置に来た時、部分的の液膜が、ドレイン孔２４から排出される。管束式除塵除煙装置２の運転抵抗力は、３５０Ｐａであり、脱除効果は、出口の５ｍｇ/Ｎｍ^３である粉塵排出濃度を満たし、液滴の含有量は、２５ｍｇ/Ｎｍ^３以下に達する。

以上記述したのは、本発明の好ましい組合せの実施例であり、本発明を制限するためではなく、本発明の精神と原則内で行われた任意の変更と、均等交換、改良等は、すべてが本発明の保護範囲に含まなければならない。

１ 塔体
２ 管束式除塵除煙装置
３ スプレー層
４ スピン交換結合装置
５ スラリープール
４１ スピン交換結合ユニット
４２ 支持梁
４３ 旋回流ローター
４４ 旋回流管
４５ 導流装置
４６ 封鎖板
４３１ 内筒体
４３２ 回転羽根
２１ 導流管
２２ 乱流ローター
２３ 止め輪
２４ ブリード穴
２２１ 中心管
２２２ 羽根
２３１ 第１止め輪
２３２ 第２止め輪

Claims (11)

1. 塔体に設置されるスプレー層と、前記塔体の下部に設置されるスラリープールと、前記スラリープールに設置される循環ポンプとを含むスピン交換結合の超清浄脱硫除塵一体化システムにおいて、
   スピン交換結合装置と、管束式除塵除煙装置とを更に含み、前記スピン交換結合装置は、前記スラリープールの上部且つ前記スプレー層の下部に設置され、内蔵の旋回流ローターのスピンにより、下方から昇り通過する煙気と上方から流れ落ちて通過するスラリー液とを混合し、前記管束式除塵除煙装置は、前記塔体の最上部に設置され、
   前記スピン交換結合装置は、前記塔体の断面上に均一に配置された複数のスピン交換結合ユニットと、前記スピン交換結合ユニットの下部に位置して固定のために使われる支持梁とを含み、隣接する前記スピン交換結合ユニットの間は、シーリングプレートによって接続され、前記スピン交換結合ユニット毎に旋回流管が含まれ、前記旋回流管内には前記旋回流ローターが設置され、前記旋回流管の最上部には、導流装置が設置され、前記旋回流ローターは、内筒体と、前記内筒体の外周面に対して垂直に、かつ放射状に均一に設けられた複数の回転羽根とを含み、前記導流装置の煙気が流出されるところの内径は、煙気の流入されるところの内径より小さく、
   前記管束式除塵除煙装置は、複数の除塵除煙ユニットを含み、前記除塵除煙ユニット毎に、導流管と、前記導流管内に設置されるｎ個の乱流ローターとを含み、ｎ≧１であり、前記乱流ローターは中心管と、均一に前記中心管の外壁と前記導流管の内壁の間の環状の領域内に分散される複数の羽根を含み、前記ｎ個の乱流ローターの全ては、導流管壁に垂直であり、前記ｎ個の乱流ローター同士が上下に配置される、
   ことを特徴とするスピン交換結合の超清浄脱硫除塵一体化システム。
2. 前記導流管は、鉛直に配置される円筒形である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のスピン交換結合の超清浄脱硫除塵一体化システム。
3. 出口の含塵量≦５ｍｇ/Ｎｍ３である時、導流管過流煙気断面平均流速が、５〜６ｍ/ｓとなり、滞留時間が、０．２〜０．３ｓｅｃとなるように、前記導流管の数と、直径と、高さとが決定される、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のスピン交換結合の超清浄脱硫除塵一体化システム。
4. 前記乱流ローターの羽根と前記中心管との角は、２０度〜５５度であり、隣接する羽根の間の遮蔽率は、−１０％〜４５％である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のスピン交換結合の超清浄脱硫除塵一体化システム。
5. 気体が前記羽根によりガイディングされた後、気体の回転運動の実際の速度が８ｍ/ｓ以上に加速されるように前記羽根の傾斜角が決定される、
   ことを特徴とする請求項１または４に記載のスピン交換結合の超清浄脱硫除塵一体化システム。
6. 前記中心管は、最上端が封鎖される円筒形であり、その断面面積は、前記導流管の断面の１５％〜５０％である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のスピン交換結合の超清浄脱硫除塵一体化システム。
7. 前記管束式除塵除煙装置の前記導流管の内壁に、安定的な液体量を含有する液膜層を形成するための止め輪が設置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のスピン交換結合の超清浄脱硫除塵一体化システム。
8. 前記止め輪の厚さと高さは、維持する液量を最大にするように決定される、
   ことを特徴とする請求項７に記載のスピン交換結合の超清浄脱硫除塵一体化システム。
9. 前記管束式除塵除煙装置において、高速で回転され、厚さが均一であって、霧滴と粉塵とを捕集する液膜層を当該装置の内壁面に形成するために、霧滴と粉塵とを排出するブリード穴が前記乱流ローターに設置され、前記ブリード穴の開口方向は、前記乱流ローターの羽根の回転方向と同じであり、前記ブリード穴は、導流管の内壁面と部分的に接する貫通孔である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のスピン交換結合の超清浄脱硫除塵一体化システム。
10. 前記管束式除塵除煙装置は、各除塵除煙ユニットに配置される洗浄水モジュールを備え、洗浄水モジュールは、除塵除煙ユニットの導流管の中心軸線に設置され、前記洗浄水モジュール洗浄ノズルを含み、洗浄ノズルからの洗浄水の噴射方向は、導流管の内壁と垂直である、
    ことを特徴とする請求項１に記載のスピン交換結合の超清浄脱硫除塵一体化システム。
11. スラリープールに酸化空気を通して、攪拌機の役割により、酸化空気と石灰石−しっくいスラリー液を十分に混合させ、前記スラリー液の成分中の亜硫酸カルシウムが、硫酸カルシウムに酸化され、硫酸カルシウムは、しっくい粒子に結晶化されるスラリー液の酸化としっくいの結晶化段階のステップ１と、
    元の煙気の条件とクリーンな煙気の要求に基づいて、循環ポンプを用いて、ステップ１の前記スラリー液を多層のスプレー層に吸い込まれてスプレーされるスラリー液のスプレーと循環段階のステップ２と、
    請求項１記載のスピン交換結合装置の回転羽根は、塔内の下から上に向かう煙気の流向を変更させて且つ加速させ；前記スプレー層は、スラリー液をスプレーして、上から下に流れ落ちるスラリー液が、煙気と接触した後、部分的な煙気は中心に向かって合流し、内径が狭くなる前記導流装置内を旋回して通過しながら上に向かい続ける煙気とスラリー液が合流し、スラリー液は、中心に向かって落ち戻り、急速な脱硫とスラリー液洗浄を行って、部分的な粉塵を除去する気液のスピン交換結合接触と反応の段階のステップ３と、
    高速で上に向かって進行する煙気は、管束式除塵除煙装置に進入し、除塵除煙装置の下部の乱流ローターは、煙気中の大量の霧滴液体粒子と粉塵粒子を相互に衝突させて、より大きい粒子に凝集された後、当該大きい粒子が沈殿する予備除塵と除煙の段階のステップ４と、
    管束式除塵除煙装置内の液膜層と、高速で上に向かって運動し続ける煙気霧滴液体粒子および粉塵固体粒子と十分に接触した後、液体を捕集して分離を実現する追加的な除塵と除煙の段階のステップ５と、
    気流の役割の下で、捕集された液滴は、集まってから、導流管の壁面に一層の厚さが均一である回転液膜を形成し、高速で上に向かって運動し続ける煙気霧滴液体粒子と粉塵固体粒子は、煙気の高速回転によって、煙気との密度の差を利用して遠心分離を実現し、管束式除塵除煙装置の導流管の内壁の表面に投げられ、装置の壁面に付着された液膜層と接触した後に消滅される深度除塵と除煙の段階のステップ６とを含む、
    スピン交換結合の超清浄脱硫除塵一体化脱硫除塵方法。