TWI642471B - 旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化系統 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化系統，包括安裝在塔體中的噴淋層、設置在塔體下部的漿池、安裝在漿池中循環泵、旋匯耦合裝置和管束式除塵除霧裝置。旋匯耦合裝置安裝在漿池上部、噴淋層下部，管束式除塵除霧裝置設置在塔體頂部。一種旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化脫硫除塵方法包括以下步驟：步驟一：漿液的氧化和石膏結晶；步驟二：漿液的噴淋和迴圈；步驟三：氣液的旋匯耦合接觸和反應；步驟四：初步除塵和除霧；步驟五：進一步除塵和除霧；步驟六：深度除塵和除霧。本發明脫硫除塵除霧效果好，無結垢堵塞風險，運行可靠，安裝方便，維護簡單，效果好，造價低。

Description

旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化系統

本發明係提供一種旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化系統，尤指一種對含二氧化硫及粉塵的煙氣進行深度脫硫、除塵、除霧的一體化系統和方法。

按，目前在鍋爐煙氣脫硫領域的旋流器塔存在下列問題：由於塔板上的氣液接觸時間短，因此脫硫效率偏低，均為80%左右，且不適用於CaCO₃作固硫劑，並且結構複雜，容易結垢，且脫硫效率隨塔徑增加而降低。旋流器塔為切向進氣，中心容易形成低效區。為此業界開發了旋匯脫硫技術，該技術是在氣動乳化技術基礎上的升級技術。氣動乳化技術適用於小型鍋爐的煙氣脫硫，該技術在放大實驗中存在明顯的放大效應，存在一定局限性。且目前煙氣脫硫技術多採用空塔技術，即煙氣進入吸收塔後不經過該裝置，直接與上部噴淋的漿液進行反應。這樣煙氣和漿液就會短路，一些煙氣沒有反應就離開了吸收塔，且煙氣停留時間短，造成脫硫效率低。

濕法煙氣淨化的主要工作是脫硫，但是為了改善淨煙氣對環境的影響，對其中的粉塵(包括石膏)和液滴的要求也越來越嚴格，所以要研究深度的脫硫、除塵、除霧技術。

目前，濕法脫硫一般都是採用空塔噴淋技術，為了達到較高的脫硫效率，需要較大的液氣比和多層噴淋，對一些提效改造專案甚至需要雙塔串聯以滿足要求。另外，由於煙道和吸收塔尺寸以及結構的特殊性，煙氣進入吸收塔後的偏流是一個不能避免的問題。

煙氣的除塵、除霧加工路線多種多樣，但對含有大量霧滴的飽和濕煙氣同時實現除塵、除霧，尤其是高效深度除塵除霧的可選技術加工路線和加工設備均比較少。

目前，國內現有的大型燃煤鍋爐煙氣95%以上採用濕法脫硫加工，外排低溫飽和淨煙氣中含有石膏漿液和塵，且基本上均未配置GGH，造成嚴重的「石膏雨」現象和塵污染排放量較大。造成這種問題的主要原因在於除霧器僅能脫除粒徑大於15μm以上的較大液滴，因此煙氣中含有的大量細小漿液霧滴造成淨煙氣中排放塵含量較高。

對於現有的濕法脫硫淨煙氣的脫塵除霧加工，可以採用「除霧器+濕式電除塵」加工路線，或採用「GGH+布袋除塵」加工路線，可有效降低塵污染的排放量。但此兩種加工均存在一定缺陷。

採用「GGH+布袋除塵」加工路線時，由於GGH和布袋除塵器的運行阻力巨大，建設成本也較高，更重要的是由於GGH存在一定的漏風率，這對於脫硫系統的脫硫效果影響巨大。我國的大氣污染排放標準中SO₂的排放濃度要求嚴格，均在50mg/Nm³以下，而絕大部分燃煤煙氣中SO₂濃度均在2000mg/Nm³ 以上，以GGH漏風率0.5%計，則需要脫硫系統的效率從97.5%增加到98%，吸收塔出口淨煙氣中的SO₂濃度需要從50mg/Nm³降低至40mg/Nm³才能滿足排放要求，如果考慮GGH運行過程中漏風率增加，吸收塔的脫硫效率還需進一步提高。因此，此加工在我國無實際應用的意義。

採用「除霧器+濕式電除塵」加工路線時，可以保證對吸收塔出口淨煙氣的高效脫塵除霧效果，可出口塵含量小於5mg/Nm³。目前此加工僅應用在少數新建脫硫吸收塔上，主要原因在於濕式電除塵設備重量、體積巨大，只有新建吸收塔按此加工路線設計時才能實現。另外，此加工路線由於利用高壓電場捕悉霧滴和粉塵顆粒，其設備中有很多高壓電氣設備，電極線均為高級合金材質構成，其建造成本高昂，運行電耗大，也是限制其應用的原因之一。在已建項目脫硫塔上進行加工路線改造升級難以實現的原因主要在於，原吸收塔的結構設計強度無法滿足電除塵器的荷載需要；相鄰佈置時場地面積的需求也限制了其外置佈置的可能性，再加上相鄰佈置時增加的巨大運行阻力，造成此加工路線的運行成本進一步上升。由於有大量的高壓電氣設備，此加工路線的運行維護複雜，對運行操作的技術要求高，運行維護成本較高。

有鑑於此，吾等發明人乃潛心進一步研究對含二氧化硫及粉塵的煙氣進行深度脫硫、除塵、除霧的系統，並著手進行研發及改良，期以一較佳設作以解決上述問題，且在經過不斷試驗及修改後而有本發明之問世。

爰是，為解決上述問題，本發明提供了一種旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化系統目的在於優化現有脫硫技術，增強脫硫效果，避免現有除塵、除 霧技術的不足，其構造簡單，運行可靠、效果明顯，運行穩定，能耗小，成本較低，能實現煙氣的深度脫硫、除塵和除霧，達到超淨排放。具體技術方案如下：一種旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化系統，包括安裝在塔體中的噴淋層、設置在塔體下部的漿池，安裝在漿池中循環泵，旋匯耦合裝置和管束式除塵除霧裝置，旋匯耦合裝置安裝在漿池上部、噴淋層下部，管束式除塵除霧裝置設置在塔體頂部，其中，所述旋匯耦合裝置包括多個旋匯耦合單元和位於所述旋匯耦合單元下部用於固定的支撐梁，相鄰的旋匯耦合單元之間用密封板連接，每個所述旋匯耦合單元包括旋流筒，旋流筒內設有旋流子，旋流筒頂部設有導流裝置，旋流子包括內筒體和旋流葉片，所述導流裝置煙氣流出處的內徑小於煙氣流入處的內徑；所述管束式除塵除霧裝置包括多個除塵除霧單元，每個所述除塵除霧單元包括導流筒和n個設置在所述導流筒內的湍流子，n1；所述n個湍流子均垂直於導流筒壁上下佈置。

較佳者，所述的導流筒為垂直放置的圓形筒。

較佳者，所述導流筒的數量、直徑和高度根據下列參數確定：當出口塵含量5mg/Nm³時，導流筒過流煙氣斷面平均流速為5~6m/s，停留時間為0.2~0.3S。

較佳者，所述的湍流子包括若干葉片均勻分佈在中心筒外壁和導流筒內壁之間的環狀區域內。

較佳者，所述湍流子的葉片與中心筒夾角為20度~55度，相鄰葉片之間的遮擋率為-10%~45%。

較佳者，所述的葉片傾斜角度滿足氣體經葉片導向後氣體旋轉運動的實際速度8m/s。

較佳者，所述中心筒為頂端封閉的圓形筒，其截面面積為導流筒截面的15%~50%。

較佳者，所述管束式除塵除霧裝置的導流筒內壁上設有擋水環，用於形成含有穩定液體量的液膜層。

較佳者，所述的擋水環的厚度和高度，以獲得最大持液量確定。

較佳者，所述管束式除塵除霧裝置設有泄放孔，用於控制裝置內壁面形成一個高速旋轉的厚度均勻的液膜層；所述泄放孔為與葉片旋轉方向相同的，與導流筒內壁面部分相切的開孔。

較佳者，所述的管束式除塵除霧裝置具有分配到每個除塵除霧單元的沖洗水元件，沖洗水元件設置在除塵除霧單元的導流筒中心軸線上，所述沖洗水元件包括沖洗噴嘴，沖洗噴嘴垂直於導流筒內壁。

一種旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化脫硫除塵方法，應用於上述的一種旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化系統，包括以下步驟：步驟一：漿液的氧化和石膏結晶

在漿池內通入氧化空氣，在攪拌器的作用下氧化空氣與石灰石-石膏漿液充分混合，使所述漿液成分中的亞硫酸鈣氧化為硫酸鈣，硫酸鈣結晶為石膏顆粒；步驟二：漿液的噴淋和迴圈

根據原煙氣的條件和對淨煙氣的要求，採用循環泵將步驟一中所述的漿液抽入多層噴淋層進行噴淋；步驟三：氣液的旋匯耦合接觸和反應

旋匯耦合裝置中的旋流葉片使在塔內由下向上的煙氣改變流向並且使其加速；噴淋層噴淋漿液，自上而下流下的漿液與煙氣接觸後，有部分煙氣向中心匯流，受導流裝置內徑變窄的約束繼續旋流向上的煙氣與漿液變成匯流，漿液向中心回落，進行快速脫硫和漿液洗滌脫除部分粉塵；步驟四：初步除塵和除霧

高速向上運行的煙氣進入管束式除塵除霧裝置，除塵除霧裝置下部的湍流子使煙氣中的大量霧滴液體顆粒與粉塵顆粒，相互碰撞而凝聚成較大的顆粒後沉降下來；步驟五：進一步除塵和除霧

管束式除塵除霧裝置內的液膜層與繼續高速向上運動的煙氣霧滴液體顆粒與粉塵固體顆粒充分接觸後，液體捕悉實現分離；步驟六：深度除塵和除霧

繼續高速向上運動的煙氣霧滴液體顆粒與粉塵固體顆粒隨煙氣高速旋轉，利用與煙氣的密度差實現離心分離，被拋向管束式除塵除霧裝置導流筒內壁表面，與裝置壁面附著的液膜層接觸後湮滅。

本發明的有益效果是：

1.系統脫硫效果好，效率可以達到99%以上，出口二氧化硫含量可達30mg/Nm³以下，運行阻力稍有增加，但是可以減少噴淋層和漿液循環泵的配置，總體上不會增加能耗。

2.系統除塵、除霧效果好，出口塵含量可達5mg/Nm³以下，液滴含量可達25mg/Nm³以下。

3.系統無結垢堵塞風險，沖洗水量小，沖洗頻率低。

4.系統運行可靠，安裝方便，維護簡單，效果好，造價低，性價比高。

5.氣液旋匯耦合裝置的快速降溫和均布煙氣作用，在提高脫硫效果的同時，可以減少煙氣中水霧的形成和塵的夾帶，減輕後續除霧、除塵的負荷。

6.管束式除塵、除霧裝置效果好，運行阻力低，可替代常規的「除霧器+濕式電除塵」加工，為飽和煙氣的脫塵除霧提供一種新的可靠、廉價的加工設備選擇。

7.在改造項目上，可拆除原有的普通除霧器直接安裝管束式除塵、除霧裝置，增加阻力約100~150Pa，不產生其他運行消耗。

〔本發明〕

1‧‧‧塔體

2‧‧‧管束式除塵除霧裝置

21‧‧‧導流筒

22‧‧‧湍流子

221‧‧‧中心筒

222‧‧‧葉片

23‧‧‧擋水環

231‧‧‧一次擋水環

232‧‧‧二次擋水環

24‧‧‧泄放孔

3‧‧‧噴淋層

4‧‧‧旋匯耦合裝置

41‧‧‧旋匯耦合單元

42‧‧‧支撐梁

43‧‧‧旋流子

431‧‧‧內筒體

432‧‧‧旋流葉片

44‧‧‧旋流筒

45‧‧‧導流裝置

46‧‧‧封閉板

5‧‧‧漿池

第1圖係本發明的系統組成示意圖。

第2圖係本發明的旋匯耦合裝置結構示意圖。

第3圖係本發明的除塵除霧單元的結構示意圖。

第4圖係本發明的旋流子和旋流筒的結構示意圖。

第5a-5c圖係本發明的導流裝置截面示意圖。

第6圖係本發明的湍流子示意圖。

關於吾等發明人之技術手段，茲舉數種較佳實施例配合圖式於下文進行詳細說明，俾供 鈞上深入了解並認同本發明。

本發明是將鈣法脫硫的常規技術與氣液的旋匯耦合和管束式除塵除霧技術相結合，將漿液的噴淋和迴圈、氣液的旋匯耦合接觸和反應、漿液的氧化和石膏結晶、出口煙氣的管束式除塵和除霧四部分，有機的組合在一個脫硫吸收塔內，形成一種旋匯耦合超淨脫硫除塵的一體化方法和系統，從下往上脫硫、除塵效果逐漸加強，最終在管束式除塵除霧裝置中，除霧的作用加強了除塵的效果。

在整個脫硫過程中，漿液是用漿液循環泵由吸收塔漿池輸送到漿液噴淋層，在旋匯耦合裝置和噴淋層間，煙氣由下往上，漿液由上往下，氣液總體上逆流接觸，其中的反應物和產物濃度梯度較大，有利於正反應的進行，可以盡可能的降低原煙氣中的二氧化硫含量和脫硫後漿液中亞硫酸鈣的濃度，脫硫效果好。

本發明的旋匯耦合裝置的主要工作原理：旋匯耦合裝置具有均布煙氣的作用，當煙氣進入旋匯耦合裝置後，被其各個單元的旋流葉片旋向旋流筒壁，同時從噴淋層流下的漿液與煙氣接觸後有部分向中心匯流。旋流葉片對漿液和煙氣造成湍流作用，從而增加氣液傳質效果。煙氣與漿液旋流向上，當達到導流裝置的出口時，由於導流裝置內徑變窄，使得煙氣變成匯流，漿液受阻向下回落。透過旋流和匯流的耦合多相紊流摻混，在旋匯耦合裝置空間內造成一個氣液旋轉、翻覆、湍流度很大的氣液傳質體系，在其中氣液固三相充分 接觸，氣液膜傳質阻力降低，傳質速率提高。煙氣在上述空間內有效的完成脫硫過程，並脫除了部分粉塵。漿液吸收二氧化硫後回落入漿池生成副產物石膏排出。另外，所述旋匯耦合裝置具有使煙氣快速降溫的作用。

本發明的管束式除塵除霧裝置的主要工作原理：霧滴液體顆粒與粉塵固體顆粒的三種運動狀態分別為凝聚、捕悉和湮滅。所述凝聚是指煙氣經過裝置時，其中夾雜的細小的霧滴液體顆粒相互之間，霧滴液體顆粒與粉塵顆粒之間，在裝置中高速運動的氣流中碰撞而凝聚成較大的顆粒後沉降下來；所述捕悉是指霧滴液體顆粒與未脫除的粉塵固體顆粒跟隨氣體進入裝置，與該裝置內導流筒上具有一定穩定液體量的液膜層充分接觸後，被液體捕悉實現從煙氣中分離出來，進入液膜層；所述湮滅是指霧滴液體顆粒與未脫除的粉塵固體顆粒，隨煙氣在裝置內高速旋轉，利用與煙氣的密度差實現離心分離，被拋嚮導流筒內壁表面，與該導流筒內壁表面高速旋轉的、厚度均勻的液膜層接觸後湮滅。所述的管束式除塵除霧裝置具有再次均布煙氣的作用。

如第1圖所示，一種旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化系統，包括安裝在塔體1中的噴淋層3，設置在塔體1下部的漿池5，安裝在漿池5中循環泵6，旋匯耦合裝置4和管束式除塵除霧裝置2，旋匯耦合裝置4安裝在漿池5上部、噴淋層3下部，管束式除塵除霧裝置2設置在塔體1頂部。

旋匯耦合裝置4包括多個旋匯耦合單元41和位於所述旋匯耦合單元下部用於固定的支撐梁42，相鄰的旋匯耦合單元之間用密封板46連接，如第2圖所示。每個所述旋匯耦合單元包括旋流筒44、旋流筒設有旋流子43、旋流筒頂部安裝導流裝置45。旋流子43包括內筒體431和旋流葉片432。所述導流裝置45煙氣流出處的內徑小於煙氣流入處的內徑，內徑由寬變窄使通過的煙氣達到 匯流的效果。導流裝置45的截面可以是梯形，如第5a圖所示；也可以是倒扣的碗形，如第5b圖所示；或者是雙曲線形，如第5c圖所示。

旋匯耦合裝置4安裝在吸收塔原煙氣入口與噴淋層3之間。噴淋層3噴淋的漿液透過旋匯耦合裝置4流至吸收塔漿池，原煙氣通過旋匯耦合裝置4時與噴淋漿液充分混合接觸，降溫冷卻、洗滌、吸收反應後進入噴淋層3；旋匯耦合裝置4由多個旋匯耦合單元41在塔體斷面上均勻排布組成，單個旋匯耦合單元41由旋流子43、旋流筒44和導流裝置45組成，多個旋匯耦合單元41透過封閉板46組合成一個覆蓋整個吸收塔斷面的旋匯耦合裝置4。旋匯耦合裝置4的重量由支承梁42承擔。

煙氣通過旋匯耦合裝置4時，在旋流子43的作用下，氣流與旋流子43上部高速旋轉運動的漿液發生劇烈碰撞，氣流被分散成數量眾多的細小氣泡混合在漿液中，同時高速運動的氣流為漿液提供持續不斷的旋轉動力；細小的氣泡與漿液的充分混合促使煙氣快速降溫，氣液的兩相膜接觸面積的增加促進了氣液的傳質效果，原煙氣中的SO₂被漿液吸收反應，煙氣中夾帶的塵也被洗滌；旋轉運動中的氣泡與旋流子43上部的旋轉漿液在旋流筒44內逐漸向上運動，在導流裝置45的阻擋下，漿液流跌落返迴旋流子43上部，而氣體穿過導流裝置45繼續向上運動進入噴淋層3；均勻分佈的多個旋匯耦合單元41將穿過旋匯耦合裝置4的原煙氣均勻的分佈在整個吸收塔斷面上，噴淋層3噴淋的漿液不斷通過導流裝置45進入旋匯耦合單元41內，隨著旋匯耦合單元41內的漿液量的增加，旋流子43上部的漿液無法持續保持，一部分靠近旋流子43下端的漿液便排出旋匯耦合單元41，回落入漿池5內。

管束式除塵除霧裝置2包括多個除塵除霧單元。如第3圖所示，每個所述除塵除霧單元包括導流筒21和n個設置在所述導流筒內的湍流子22，n1；所述n個湍流子22均垂直於導流筒21壁上下佈置。導流筒21為垂直放置的圓形筒。除塵除霧單元內還包括擋水環23，用於在除塵除霧單元內形成具有一定穩定液體量的液膜層；所述的擋水環23為具有厚度和高度的環狀部件，其貼附在導流筒21內壁上，是除塵除霧單元控制持液量的部件。擋水環23的厚度和高度參數的設定，以獲得除塵除霧單元的最大持液量為准。

如第3圖所示，管束式除塵除霧裝置還包括多個泄放孔24，用於控制導流筒21內壁面形成一個高速旋轉的厚度均勻的液膜層；泄放孔24為與葉片222旋轉方向相同，與導流筒21內壁面部分相切的開孔。管束式除塵除霧裝置具有分配到每個單體的沖洗水元件，沖洗水元件設置在除塵除霧單元的導流筒21中心軸線上，所述沖洗水元件包括沖洗噴嘴，沖洗噴嘴垂直於導流筒內壁。

導流筒21為管束式除塵除霧裝置2的煙氣過流部件，是一個垂直放置的內壁面光滑平整的兩端無封閉的圓形筒。導流筒21的過流煙氣斷面平均流速在2~8m/s，平均導流筒內停留時間0.1~0.5S。

導流筒21底部的煙氣進口和導流筒21中部，各放置一件湍流子22。所述的湍流子22導向作用是為霧滴與粉塵的脫除提供動力環境。所述的湍流子22是脫塵除霧裝置2過流煙氣從自上而下的運動方向轉變為高速旋轉運動的氣流導向部件，由中心筒221和葉片222組成。為了保證較高的脫塵除霧效率，一般採用兩層湍流子。

葉片222是一個表面光滑的薄片狀曲扇形部件，它以一定傾斜角度均勻分佈在中心筒221與導流筒21之間的環形區域內所述葉片222與中心筒 221夾角為20度~55度，相鄰葉片之間的遮擋率為-10%~45%。旋流子43的旋流葉片432與內筒體431的夾角，以及該葉片432與相鄰旋流葉片432之間的遮擋率，可以與湍流子22的葉片222的相同，也可以不同。葉片222的數量、傾斜角度與覆蓋面積根據入口塵含量需要可以進行調整，通常原煙氣入口塵含量越高，葉片的數量越多，傾斜角度越小，覆蓋面積越大。同時葉片222傾斜角度與導流筒21的過流速度也有關係，導流筒21的過流速度越大，葉片222的傾斜角度越大；葉片角度滿足氣體經葉片導向後氣體旋轉運動的實際速度8m/s。

中心筒221為一個外部光滑的頂端封閉的圓形筒，其直徑與導流筒21的直徑相關，通常中心筒221的截面面積為導流筒截面的15%~50%。

在所述的導流筒21內設置兩個擋水環，所述的擋水環是脫塵除霧裝置控制持液量的部件，一次擋水環231設置在上部湍流子22下，二次擋水環232設置在導流筒21出口處。

擋水環的厚度和高度參數影響著裝置的運行阻力。擋水環厚度、高度在合理數值時可獲得裝置的最大持液量，此時捕悉作用大大加強，運行阻力也大大增加，因此擋水環參數應該與煙氣中霧滴總量、霧滴粒徑分佈、粉塵的粒徑和特性等綜合考慮。

在所述的導流筒21上，下部湍流子22上一定高度設置二排泄放孔24，二排泄放孔24均勻的間布在同一的斷面上。泄放孔24與導流筒21內壁相切，方向與葉片222旋轉方向相同。下排泄放孔24孔徑大於上排泄放孔24孔徑，泄放孔24的數量與孔徑的大小根據煙氣進口霧滴含量調整。所述的泄放孔24為脫塵除霧裝置2控制導流筒21壁面液膜厚度的部件，是一個與葉片222旋轉方向相同的，與導流筒21內壁面部分相切的，切口光滑平整的開孔。所述的泄放孔24的 大小、數量和佈置高度與與煙氣中霧滴總量、霧滴粒徑分佈、粉塵的粒徑和特性等有關。放泄孔24要保證被裝置脫除的霧滴與塵被及時從裝置中排出，避免液膜變厚造成二次霧滴產生，還要避免排出液體過多無法維持液膜，高速運動的霧滴、粉塵直接與裝置導流筒21內壁碰撞造成更大量更細小的二次霧滴粉塵產生。

以典型的含有大量霧滴需要脫塵除霧處理的石灰石-石膏濕法脫硫淨煙氣為例描述管束式除塵除霧裝置2的運行如下：石灰石-石膏濕法脫硫淨煙氣中含有的霧滴液體顆粒來源於兩部分，一部分是噴淋漿液相互碰撞產生的細小漿液液滴，一部分是飽和淨煙氣降溫冷凝生成的細小霧滴；淨煙氣中含有的粉塵固體顆粒也有兩個組成，一部分是煙氣中未被漿液捕悉的細小粉塵固體顆粒，一部分是漿液液滴中懸浮的不溶性石膏、石灰石顆粒，這兩部分在現有的測量標準下均以「塵」計。脫硫淨煙氣的特點就是煙氣飽和低溫，霧滴含量大，塵含量大。

淨煙氣帶著大量的霧滴和粉塵向上運動，進入管束式除塵除霧裝置2區域。穿過一級湍流子22後，氣體流向從垂直向上變化為旋轉向上，此時氣流的紊流強度大大加強。淨煙氣中的霧滴、粉塵在劇烈的紊流氣相中相互碰撞機率大幅增加，從而凝聚成較大的液滴顆粒實現了部分脫除。

高速旋轉運動的氣流中的霧滴和粉塵由於與氣體的密度差異巨大，在離心力的作用下逐漸開始向壁面方向運動。在氣流的作用下，捕悉的液滴積聚後在導流筒21壁面上形成一層厚度均勻的旋轉液膜，液膜的旋轉方向與氣流相同，霧滴和粉塵以高速狀態靠近導流筒21壁面時，與旋轉的液膜接觸後被液膜吸收湮滅。液膜厚度不足或無液膜，高速運動的霧滴和粉塵直接撞擊在 壁面上勢必生成更為細小的霧滴和粉塵，無法達到除霧除塵的目的。液膜厚度過大，高速運動的氣流會將液膜表面的液體切削吹散成為霧滴。吸收了霧滴和粉塵的液膜旋轉運動到放泄孔24位置時，部分液膜便從放泄孔24中排出裝置，從而達到穩定液膜厚度的目的。

液膜在一定高度上時受到擋水環23的阻擋，液膜被破壞散落成液滴跌落返回湍流子22上部，在除塵除霧單元空腔內形成數量巨大的液滴，與進入除塵除霧單元的煙氣接觸，實現對霧滴和粉塵的捕悉，並隨著高速氣流被拋向液膜，再由擋水環23將此部分液膜重新散落成液滴。

旋轉的液膜反復沖刷導流筒21壁面，有效防止石膏結晶的結垢堵塞問題。葉片222表面有高速氣流沖刷，葉片間距最小處也有20mm以上，因此也不存在結垢堵塞問題。

氣流隨著繼續向上運動，旋轉的角速度逐漸開始降低，而部分更為細小的霧滴與粉塵還未能被脫除，此時再設置一個湍流子22，重複給予氣流的高度旋轉的環境，重複凝聚、捕悉和湮滅的霧滴、粉塵脫除過程，最終達到實現對煙氣中霧滴和粉塵的淨化。管束式除塵除霧裝置2的運行阻力僅350Pa，脫除效果可滿足出口5mg/Nm³的塵排放濃度。

所述管束式除塵除霧裝置2採用高強度PP材質製造，重量輕，成本低，滿足耐腐蝕和結構強度要求。其運行煙氣流速大於吸收塔斷面煙氣流速，可直接安置在吸收塔內，佈置簡單方便。

旋匯耦合裝置中的旋匯耦合單元41數量取決於系統過流氣體的工況流量的大小。一般旋匯耦合單元41數量按照每個單元單位小時內過流煙氣 工況流量2~2.5萬m³設計；煙氣通過旋匯耦合裝置4和噴淋層3後SO₂被脫除，煙氣溫度也降至飽和溫度，此時的煙氣的工況流量下降。

除塵除霧單元數量取決於塔體1出口的煙氣工況流量，除塵除霧單元數量按照每個單元單位小時內過流煙氣工況流量2000~2500m³設計。

除塵除霧單元數a與旋匯耦合單元數量b在入口煙氣為飽和煙氣時的比例關係為a：b=9~10：1；當入口煙氣為不飽和煙氣時，除塵除霧單元數a與旋匯耦合單元數量b的比例為a：b=5~9：1。

實施例

本發明的旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化脫硫除塵方法，包括漿液的噴淋和迴圈、氣液的旋匯耦合接觸和反應、漿液的氧化和石膏結晶、出口煙氣的管束式除塵和除霧。原煙氣經引風機或增壓風機進入脫硫吸收塔塔體1內，自下而上依次通過旋匯耦合裝置4、噴淋層3、管束式除塵除霧裝置2，完成脫硫除塵淨化後，最終通過淨煙道排入煙囪排放。高溫原煙氣在進入吸收塔後首先在旋匯耦合裝置4與噴淋層3噴淋下來的漿液充分混合接觸，在漿液的冷卻、洗滌、吸收作用下實現初步淨化，原煙氣溫度降低，大部分的SO₂在此處得到脫除，並有部分塵在旋匯耦合裝置4內被漿液洗滌捕悉下來；旋匯耦合裝置4出口的煙氣通過噴淋層3時，與噴淋層3噴淋液滴逆向接觸，實現進一步的脫硫，使得管束式除塵除霧裝置2入口的SO₂濃度進一步降低至35mg/Nm³以下；噴淋層3的噴淋漿液來源於吸收塔漿池5的漿液經過漿液循環泵加壓後透過噴淋層噴嘴噴射，噴嘴工作壓力0.04~0.1MPa，噴淋液滴平均粒徑~2mm，液氣比在5~20之間；此時的煙氣溫度被進一步降溫，其中的水蒸汽濃度達到飽和狀態，煙氣離開噴淋層3時除含有剩餘的原煙氣中未被旋匯耦合裝置4和噴淋層3液滴捕悉的 微塵外，還夾帶著一部分噴淋層產生的細小漿液液滴；脫硫後的煙氣以吸收塔斷面平均流速2~6m/s的速度進入管束式除塵除霧裝置2內，在管束式除塵除霧裝置2內細小的漿液液滴和煙氣中還存留的微塵被捕悉脫除，管束式除塵除霧裝置2出口的塵總量被控制在5mg/Nm³以下，煙氣被徹底淨化為潔淨煙氣，通過吸收塔出口煙道排入煙囪排放。管束式除塵除霧裝置2捕悉的塵、漿液液滴彙聚後脫離管束式除塵除霧裝置2，在重力作用下流入吸收塔最下部的吸收塔漿池5中，殘留在管束式除塵除霧裝置2內部的塵和漿液由管束式除塵除霧裝置沖洗水元件定期沖洗清楚；管束式除塵除霧裝置2的沖洗水由管束式除塵除霧裝置沖洗水泵抽取加工水提供，沖洗水工作壓頭0.1~0.4MPa。

本發明的一體化超淨脫硫除塵系統，在滿足更加嚴格的環保要求前提下，投資成本和運行成本較低，便於新舊脫硫系統的建設和改造。

本發明提出的一種旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化脫硫除塵方法，應用於上述的超淨脫硫除塵一體化系統，包括以下步驟：

步驟一：漿液的氧化和石膏結晶

在漿池5內通入氧化空氣，在攪拌器的作用下氧化空氣與石灰石-石膏漿液充分混合，使所述漿液成分中的亞硫酸鈣氧化為硫酸鈣，硫酸鈣結晶為石膏顆粒。

步驟二：漿液的噴淋和迴圈

根據原煙氣的條件和對淨煙氣的要求(5mg/Nm³的塵排放濃度)，採用循環泵將步驟一中獲得的含有漿液抽入多層噴淋層3進行噴淋，噴淋後的漿液回到漿池5。噴淋層3的噴嘴工作壓力為0.04~0.1MPa，噴淋液滴平均粒徑~2mm，液氣比在5~20之間。

步驟三：氣液的旋匯耦合接觸和反應

利用旋流葉片432改變塔內由下向上的煙氣流向，使煙氣由垂直向上變成旋轉向上並且使其加速，煙氣與噴淋層3噴淋後的漿液接觸，脫除SO₂和部分塵，受導流裝置45內徑由寬變窄的約束向旋匯耦合單元41中心匯流。與煙氣混合後的漿液在導流裝置45的阻擋下，跌落返迴旋流子43上部。煙氣在旋流葉片432的作用下獲得較高的旋轉速度，煙氣質點線速度約10-15m/s，速度場分佈沿旋流葉片從中心至邊緣逐漸降低，速度向量方向為沿旋流葉片傾斜方向旋轉向上運動；高速氣流與大量的漿液劇烈混合，氣流被分散成眾多細小氣泡，漿液在高速氣流的推動下也在旋匯耦合裝置內高速旋轉運動，漿液的最高旋轉線速度可達5m/s；在旋匯耦合裝置內，煙氣在斷面平均流速約2-6m/S條件下均能很好的完成與漿液的混合、接觸、反應，旋匯耦合裝置內的漿液旋轉流速和漿液量隨著平均斷面流速的下降而減少，但煙氣與漿液的平均接觸時間隨斷面平均流速的降低而增加。旋匯耦合裝置內煙氣與漿液的氣液兩相混合、接觸、反應的時間量約為0.2~0.5S。

步驟四：初步除塵和除霧

步驟三中脫硫後的煙氣以吸收塔斷面平均流速2~6m/s的速度進入管束式除塵除霧裝置2內，形成霧滴液體顆粒與粉塵顆粒，利用設在除塵除霧單元下部的湍流子22，將所述霧滴液體顆粒與粉塵顆粒凝聚成較大的顆粒沉降。導流筒21的過流煙氣斷面平均流速在2~8m/s，平均導流筒內停留時間為0.1~0.5S。

步驟五：進一步除塵和除霧

經過步驟四初步除塵和除霧繼續高速向上運動的煙氣，霧滴液體顆粒與粉塵固體顆粒充分接觸，液體捕悉實現分離。

淨煙氣帶著大量的霧滴和粉塵以3.5m/s的流速均勻向上運動，進入管束式除塵除霧裝置2區域。煙氣進入管束式除塵除霧裝置2時的流速增加到5m/s，穿過一級湍流子22後，氣流的質點流速增加到8m/s以上，氣體流向從垂直向上變化為旋轉向上，此時氣流的紊流強度大大加強。淨煙氣中的霧滴、粉塵在劇烈的紊流氣相中相互碰撞機率大幅增加，從而凝聚成較大的液滴顆粒實現了部分脫除。

步驟六：深度除塵和除霧

經過步驟五進一步除塵和除霧的煙氣，霧滴液體顆粒與粉塵固體顆粒隨煙氣旋轉，高速旋轉運動的氣流中的霧滴和粉塵由於與氣體的密度差異巨大，在離心力的作用下逐漸開始向壁面方向運動。在氣流的作用下，捕悉的液滴積聚後導流筒21內壁面上形成一層厚度均勻的旋轉液膜，液膜的旋轉方向與氣流相同，霧滴和粉塵以高速狀態靠近壁面時，與旋轉的液膜接觸後被液膜吸收湮滅。吸收了霧滴和粉塵的液膜旋轉運動到放泄孔24位置時，部分液膜從放泄孔24中排出。管束式除塵除霧裝置2的運行阻力為350Pa，脫除效果滿足出口5mg/Nm³的塵排放濃度，液滴含量達到25mg/Nm³以下。

綜上所述，本發明所揭露之技術手段確能有效解決習知等問題，並達致預期之目的與功效，且申請前未見諸於刊物、未曾公開使用且具長遠進步性，誠屬專利法所稱之發明無誤，爰依法提出申請，懇祈 鈞上惠予詳審並賜准發明專利，至感德馨。

惟以上所述者，僅為本發明之數種較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (10)

1. 一種旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化系統，包括安裝在塔體中的噴淋層、設置在塔體下部的漿池和安裝在漿池中循環泵，循環泵將所述漿池中的漿液抽入所述噴淋層，其特徵在於，還包括旋匯耦合裝置和管束式除塵除霧裝置，旋匯耦合裝置安裝在漿池上部、噴淋層下部，管束式除塵除霧裝置設置在塔體頂部，煙氣自原煙氣入口進入塔體並向塔體頂部自下而上流動，其中，所述旋匯耦合裝置包括多個旋匯耦合單元和位於所述旋匯耦合單元下部用於固定的支撐梁，相鄰的旋匯耦合單元之間用密封板連接，每個所述旋匯耦合單元包括旋流筒，旋流筒內設有旋流子，旋流筒頂部設有導流裝置，旋流子包括內筒體和旋流葉片，所述導流裝置煙氣流出處的內徑小於煙氣流入處的內徑；所述管束式除塵除霧裝置包括多個除塵除霧單元，每個所述除塵除霧單元包括導流筒和n個設置在所述導流筒內的湍流子，n1；所述n個湍流子均垂直於導流筒壁上下佈置；所述管束式除塵除霧裝置還具有分配到每個除塵除霧單元的沖洗水元件，沖洗水元件設置在除塵除霧單元的導流筒中心軸線上，所述沖洗水元件包括沖洗噴嘴，沖洗噴嘴垂直於導流筒內壁。
2. 如申請專利範圍第1項所述之旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化系統，其特徵在於，所述的導流筒為垂直放置的圓形筒。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化系統，其特徵在於，所述導流筒的數量、直徑和高度根據下列參數確定：當出口塵含量5mg/Nm³時，導流筒過流煙氣斷面平均流速為5~6m/s，停留時間為0.2~0.3S。
4. 如申請專利範圍第1項所述之旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化系統，其特徵在於，所述的湍流子包括若干葉片均勻分佈在中心筒外壁和導流筒內壁之間的環狀區域內。
5. 如申請專利範圍第4項所述之旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化系統，其特徵在於，所述湍流子的葉片與中心筒夾角為20度~55度，相鄰葉片之間的遮擋率為-10%~45%。
6. 如申請專利範圍第4或5項所述之旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化系統，其特徵在於，所述的葉片傾斜角度滿足氣體經葉片導向後，氣體旋轉運動的實際速度8m/s。
7. 如申請專利範圍第4項所述之旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化系統，其特徵在於，所述中心筒為頂端封閉的圓形筒，其截面面積為導流筒截面的15%~50%。
8. 如申請專利範圍第1項所述之旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化系統，其特徵在於，所述管束式除塵除霧裝置的導流筒內壁上設有擋水環，用於形成含有穩定液體量的液膜層。
9. 如申請專利範圍第8項所述之旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化系統，其特徵在於，所述的擋水環的厚度和高度，以獲得最大持液量確定。
10. 如申請專利範圍第1項所述之旋匯耦合超淨脫硫除塵一體化系統，其特徵在於，所述管束式除塵除霧裝置設有泄放孔，用於控制裝置內壁面形成一個高速旋轉的厚度均勻的液膜層；所述泄放孔為與葉片旋轉方向相同的，與導流筒內壁面部分相切的開孔。