CN101161332A - 一种用于烟气脱硫的喷淋塔及其运行方法 - Google Patents

Abstract

一种用于去除烟气中二氧化硫的圆柱形喷淋塔以及通过所述喷淋塔来去除烟气中二氧化硫的方法，其中所述喷淋塔具有两个竖直的隔板以及在出口处具有除雾器，隔板上具有开口，从而将吸收区分为三个区域，并将浆液池分有两个部分。烟气在所述吸收区的区域中与喷淋浆液先顺流再逆流接触，最后经过除雾器而被排出。实现了良好的脱硫效果，特别适用于300MW以上大型火电厂的湿式石灰石石膏法烟气脱硫工艺。

Description

一种用于烟气脱硫的喷淋塔及其运行方法

技术领域

本发明应用于烟气净化技术领域，涉及一种用于脱除烟气中的二氧化硫的湿式石灰石-石膏法烟气脱硫喷淋塔。

背景技术

湿式石灰石-石膏法烟气脱硫工艺是火电厂烟气脱硫领域中应用最为普遍的一种工艺。主要原理是利用浆液对烟气洗涤，脱除其中的二氧化硫。石灰石作为吸收剂、最终产物为石膏。该工艺的核心设备是吸收塔。常见的吸收塔形式有填料塔、液柱塔、逆流喷淋塔、顺流喷淋塔等，其中喷淋塔是应用最多的塔型。但是喷淋塔仍然存在着***复杂、设备投资和运行费用较高等问题，如何解决这些问题是最受各国研究者关注的问题。

目前国内有多家单位都从国外引进了湿式石灰石-石膏法烟气脱硫技术，采用的塔型以喷淋塔为主，通常烟气流速为3.5-4m/s左右，塔体大且高，浆液循环量大，能耗高，设备投资和运行费用都较高。日本专利P2000-15050A公开了一种带有内置隔板的喷淋塔，减少了除雾器的负担，降低了建造和运行成本；日本专利P3140392公开了另外一种内置隔板的喷淋塔，在隔板两侧都布置了喷淋层，进一步减少了浆液的循环量。中国专利CN2564237Y公开了一种传统布置方式的喷淋塔，采用了提高烟气流速的方式，减小了吸收塔直径，并在塔内设置了气流分布孔板，在塔顶和出口都布置了除雾器。中国专利CN1281747公开了一种组合式的喷淋塔，在塔内分别设置了孔板鼓泡和喷淋层，烟气首先通过孔板，然后通过喷淋层。

本发明是对上述喷淋塔的进一步改进，目的是减少喷淋塔的建造成本，降低运行成本，提高脱硫效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种和现有喷淋塔形式不同的，低建设投资、低运行费用，具有高的脱硫效率，特别是适用于300MW以上大型火电厂的湿式石灰石石膏法烟气脱硫工艺的喷淋塔。

本发明的技术方案如下：一个用于去除烟气中二氧化硫而设计的圆柱形喷淋塔，下部为浆液池，用以容纳洗涤烟气的石膏浆液，中上部为吸收区。烟气入口在喷淋塔一侧的上部，烟气出口在喷淋塔另外一侧的中部，可选择地，一个带有数层冲洗喷嘴的除雾器被安装在烟气出口中。

在喷淋塔内布置有两个竖直的隔板，两个隔板平行布置。第一隔板从塔顶部一直延伸到浆液池的底板，在该隔板的中部具有使烟气通过的开口，优选在开口上部布置有减少烟气流动阻力的导流板。浆液池被第一隔板的下部分成两部分，优选地，所述第一隔板上部没有开口的部分从塔顶部延伸到位于所述吸收区1/2高度以下的位置。第二隔板从浆液池液面之下附近开始一直延伸到喷淋塔上部，在所述第二隔板上部与塔顶之间形成允许烟气通过的通道，并且优选地在所述通道处设置有减少烟气流动阻力的导流板。优选地，所述第二隔板上部边缘位于所述吸收区1/2高度以上的位置。喷淋塔中上部的吸收区被上述两块隔板分成三个区域，第一区域上部和烟气入口相连，中部为喷淋层，安装有数层喷淋管道，下部通过第一隔板上的开口和第二区域相通；第二区域下部通过隔板上的开口与第一区域相连通，中部为喷淋层，安装有数层喷淋管道，上部通过第二隔板与塔顶之间的通道同第三区域相通；第三区域从中部到下部和出口相连，所述出口优选地安装有除雾器，并进一步优选在第三区域的中下部与除雾器相通的空间内安装有导流板，例如为1/4圆弧状的，用来使烟气的流速均匀。吸收区被隔板所分成的上述三个区域在水平方向上的投影面积有所不同，第一区域和第二区域的比例为1/5～2/5，优选的比例是1/4，第二区域和第三区域的比例为2/1～10/3，优选的比例是3/1。

浆液池被第一隔板的下部分为两个部分，其中位于吸收区的第一区域之下的部分为浆液池一，其中安装有防止石膏浆液沉积的搅拌机，在搅拌机的压力侧布置有喷入氧化空气的喷管，用来氧化浆液中的亚硫酸钙，一台或数台循环泵与这个区域相连，把浆液池中的石膏浆液输送到位于第一区域内的喷淋管道中。所述的氧化空气是经过风机或压缩机升压后的空气，经过加压以后通过管道喷入浆液池中，用来石膏浆液中的亚硫酸钙。由于第二隔板的下边缘基本上与浆液池液面平齐，浆液池中位于吸收区的第二和第三区域下面的部分是一体的，即为浆液池二，其中安装有搅拌机，但不设置氧化空气的喷入口，一台或数台循环泵与这个区域相连，把浆液池中的石膏浆液输送到位于第二区域内的喷淋管道中。上述循环泵和喷淋管道的连接方式既可以采用单元制，也可以采用母管制。第一隔板中部的开口同时也可做为浆液溢流的通道，因此，优选地，所述开口的下部边缘与浆液池二的液位平齐或稍高。在浆液池一中还可以具有石膏的排出管道，并且在浆液池二中可以具有新鲜石灰石加入管道。

在喷淋塔的出口处可以具有除雾器，所述除雾器可被设置为任何适当的方式，只要能够有效地除去烟气中夹带的雾滴，如其可以以竖直或水平的方式安装在出口后面的烟道截面中，并且优选地使通过所述除雾器的烟气流速为3-4m/s。最优选地，除雾器和喷淋塔出口之间直接相连，其间不需要设置烟道，除雾器直接布置在塔出口内，烟气直接从第三区域进入除雾器。

上面所述的“顶部”和“底部”分别是指某一物体的最上和最下的部分；而“上部”、“中部”和“下部”是为了对同一件物体内部不同部分的相对位置关系进行区分，同时其也符合本领域技术人员对于所述位置关系的通常理解。

本发明的喷淋塔是按照如下方法运行的：来自锅炉的含有二氧化硫的烟气从位于喷淋塔一侧上部的烟气入口以10～15m/s的流速进入喷淋塔，然后向下以10～15m/s的流速通过喷淋塔吸收区的第一区域，与第一区域内的喷淋层喷出的石膏浆液顺流发生接触，烟气的温度降低，湿度增加，同时少量的二氧化硫进入石膏浆液，这一区域内的石膏浆液喷淋流量和烟气的实际体积流量之比为0.5～4(1/m³)。通过第一区域喷淋层的烟气已经冷却，接近或达到饱和状态，然后通过第一块隔板下部的开口进入第二区域，烟气在这里转弯向上运动，以3～4m/s的流速逆流通过第二区域内的喷淋层。在烟气与喷淋出的石膏浆液接触的过程中，大多数的二氧化硫在这里被吸收到石膏浆液中，这一区域内的石膏浆液喷淋流量和烟气的实际体积流量之比大于第一区域，为2～8(1/m³)。通过喷淋层的烟气然后经过第二块隔板和塔顶之间的通道进入第三区域向下运动，经过较短的一段直通道后在导流板的作用下以3～4米的流速进入除雾器，除去烟气中夹带的石膏浆液。最后洁净的烟气从喷淋塔出口流出。新鲜的石灰石浆液被加入到位于第二和第三区域下的浆液池二中，使得浆液池内石膏浆液的PH值保持在7左右，然后石膏浆液在循环泵的输送下进入第二区域内的喷淋层，用来吸收二氧化硫，形成亚硫酸钙。在这一区域内仅有少量的亚硫酸钙被氧化成为硫酸钙。同时还含有一部分没有溶解的石灰石。浆液池二中的部分石膏浆液跨过第一隔板下部的隔板的上缘，即通过第一隔板中部的开口溢流进入浆液池一。浆液池一中的浆液通过循环泵输送到第一区域内的喷淋层以进行喷淋操作。并且通过喷管向浆液池一中通入空气以进行氧化反应。浆液池一中没有石灰石的加入，PH值较低，为4左右，吸收二氧化硫的能力较弱，但在此氛围下，亚硫酸钙氧化形成石膏的反应和石灰石的溶解速度较快，石膏结晶也比较粗大，石膏浆液中的亚硫酸钙被充分氧化成为硫酸钙，残余的石灰石也完全溶解。由于主要的水分蒸发都发生在第一区域的喷淋层中，浆液池一中的液位会很快的下降，这时浆液池二中的部分浆液通过溢流进入浆液池一，保持浆液池一液位稳定。通过冲洗除雾器的喷嘴喷入水，可以保持浆液池二的液位。从浆液池一中排出部分石膏浆液，带走脱硫的副产品石膏。

在本发明的具体实施过程中，一般来说，上述的吸收区第一区域可以被认为是烟气冷却区，第二区域可以认为是烟气主吸收区，而第二区域可以认为是烟气喷淋塔出口烟气折返区。

本发明的特点在于：

1)烟气入口高度较高，原烟气烟道不须下降就进入喷淋塔，可节省烟道投资。

2)二氧化硫的吸收过程由两个阶段组成，第一阶段烟气温度较高，浆液PH值较低，仅吸收少量二氧化硫，浆液温度也较高，PH值较低，有利于提高石灰石和氧化空气的利用率，节约原材料，降低运行成本。第二阶段烟气温度较低，由于新鲜石灰石的加入使浆液PH值较高，吸收二氧化硫的能力强，条件好，有利于减少浆液的循环量。

3)除雾器非常紧凑的布置在喷淋塔出口的烟道内，节省占地面积，减少支撑结构，节约投资。

4)和一般的喷淋塔相比，由于直径较大，浆液池的高度较小，但容积很大，有助于延长石灰石的停留时间，提高利用率，同时减少氧化风机的压头，节省运行费用，喷淋塔的建造费用也较低。

5)由于入口烟气在下降的过程中降温，不需要在烟道内设置降温喷淋装置，减少了投资。

附图说明

附图1是本发明喷淋塔一个具体实施方式的侧视图；

附图2是本发明喷淋塔的上述实施方式的俯视图。

附图1中1为喷淋塔入口，2为烟气冷却区，3为喷淋塔第一隔板，4为喷淋塔塔顶，5、6、17为烟气导流板，7为除雾器，8为除雾器冲洗管道，9为喷淋塔出口，10为石膏浆液循环管道，11、19为搅拌器，12为石膏浆液循环泵，13为新鲜石灰石加入管道，14为喷淋塔第二隔板，15为浆液池二，16为烟气主吸收区喷淋层，18为浆液池一，20为石膏排出管道，21为烟气冷却循环泵，22为氧化空气喷射管，23为烟气冷却浆液循环管道，24为喷淋塔塔壁，25为烟气冷却喷淋层，26为喷淋塔出口烟气折返区，27为烟气主吸收区。

附图2中1为喷淋塔入口，2为烟气冷却区，3为喷淋塔第一隔板，7为除雾器，9为喷淋塔出口，14为喷淋塔第二隔板，16为烟气主吸收区喷淋层，25为烟气冷却喷淋层，26为喷淋塔出口烟气折返区，27为烟气主吸收区。

具体实施方式

本喷淋塔特别适合于300MW以上机组的烟气脱硫，由于总的浆液喷淋量较小，烟气阻力很小，在不设置烟气换热器的情况下可以不设置增压风机，来自锅炉的烟气经过除尘后直接进入喷淋塔，喷淋塔的总体布置符合电厂的一般布置方式，节省烟道。

下面结合附图具体说明本发明的一个具体的实施方式。

如附图1所示，本发明所使用的喷淋塔为一圆柱性喷淋塔，24为喷淋塔塔壁，4为塔顶，1为塔的烟气入口，9为烟气出口，在烟气出口内安装有除雾器7，除雾器配有冲洗管道8，3为第一隔板，14为第二隔板，第一隔板从塔顶一支延伸到塔底，第一隔板中部有开口，上部设置了烟气导流板17，第一隔板把喷淋塔下部的浆液池分为浆液池一18和浆液池二15，第一隔板和第二隔板把浆液池以上的区域分为烟气冷却区2、烟气主吸收区27、出口折返区26三个部分，其中吸收区和折返区位于浆液池二之上，冷却区位于浆液池一之上，冷却区和吸收区通过第一隔板下部的开口相通，吸收区和折返区通过第二隔板和塔顶之间的空隙相通，在烟气主吸收区中部安装有喷淋层16，共设置有4层喷嘴，在折返区26下部设置有导流板6，冷却区、吸收区、折返区在水平方向上的投影面积之比为3∶12∶4，浆液池二中设置有搅拌机11，新鲜的石灰石浆液管道13通向浆液池二，浆液池二中的石膏浆液通过泵12、管道10输送到喷淋层16，浆液池一中设置有搅拌机19和氧化空气喷射管22，石膏排出管道20与浆液池二相连，浆液池一中的石膏浆液通过泵21、管道23输送到喷淋层25。

来自锅炉的烟气经过除尘后从喷淋塔入口进入，首先向下转向，以大约12m/s的流速通过冷却喷淋区后温度降低到大约50℃，湿度达到饱和，然后通过第一隔板下部的开口转180度的弯，进入吸收区。冷却区的石膏浆液喷淋流量和烟气的实际体积流量之比为2(1/m³)。烟气在吸收区内以大约3m/s的速度向上流动，接收石膏浆液的洗涤，烟气中的二氧化硫进入浆液，烟气得到净化。吸收区内的石膏浆液喷淋流量和烟气的实际体积流量之比为6(1/m³)，净化后的烟气通过第二隔板上部的空间转180度进入折返区，在折返区内垂直流速大约9m/s，烟气通过折返区后横向转弯，以约4m/s的速度水平流动通过除雾器，除去烟气中夹带的少量雾滴，最后通过喷淋塔出口排出。用除雾器冲洗水对定期的对除雾器表明进行冲洗，防止石膏在除雾器上的结垢，冲洗水直接流到浆液池二中。新鲜的石灰石被加入到浆液池二中，由于石灰石的加入，使浆液池二中的PH值保持在6.8，这样吸收区内的喷淋层能够获得较高的脱硫效率。在浆液池一中，由于没有石灰石的加入，PH值较低，这样比较容易使吸收SO₂生成的亚硫酸钙氧化，从而减少氧化空气的用量。由于冷却区内水分蒸发很快，同时部分石膏浆液通过排出管道输出到脱硫装置外，浆液池一的液位很快下降。而浆液池二中由于新鲜石灰石的加入和除雾器冲洗水的流入，液位会上升，通过第一隔板下面的开口进入浆液池一，保持浆液池一液位稳定。

采用上述设备和方法，在烟气中二氧化硫为2000ppm时，使用325目90％通过的石灰石粉，可以获得98％以上的烟气脱硫效率。

实施例1

一台用于600MW燃煤发电机组烟气脱硫装置的喷淋塔，处理烟气流量为200万标准立方米/小时，烟气中二氧化硫的含量为2000ppm。使用的吸收剂为325目90％通过的石灰石粉。

喷淋塔由塔体24、塔顶4、烟气入口1、烟气出口9组成。塔体24的直径为21.28米，浆液池中的石膏浆液液位为4.3米，塔顶的高度为21.9米。烟气入口1的上沿和喷淋塔塔顶相平，烟气入口1的尺寸为4890H×14670L。烟气出口9内设置有除雾器8，除雾器8的尺寸为9550H×17210L×5000W，除雾器设置有四层用来防止结垢的喷淋层，烟气出口9内设置有除雾器的区域下沿比浆液液位高出1米，在除雾器区域外，烟道下沿向上抬起，烟气出口9的截面积减小，出口尺寸减小到。塔内布置有第一隔板3、第二隔板14，第一隔板与塔中心的距离为5665mm，第二隔板与塔中心的距离为5130mm。第一隔板从喷淋塔底部一直延伸到塔顶，第一隔板的中下部开有供烟气通过的开口，开口的下沿在浆液池液面处，开口宽度同第一隔板的宽度，高度为3480mm。第二隔板从浆液池液面下约500mm处开始，一直延伸到距离塔顶约4500mm的高度。第一隔板和第二隔板把喷淋塔分成三个区域，烟气冷却区2内设置有两层喷淋，喷淋的流量大约为5500m³/h，喷淋浆液由泵21抽取自浆液池一；烟气主吸收区27内设置有3层喷淋，喷淋的流量大约为18600m³/h，喷淋浆液由泵12抽取自浆液池二。导流板17、5、6被设置在烟气转弯处，使烟气在转弯后流动均匀，减少烟气转弯时的阻力。浆液池二设置有4台搅拌机11，搅拌机均匀的布置在塔壁上。新鲜石灰石浆液管道13和浆液池二相连。浆液池一中设置有两台搅拌机19，均匀的布置在塔壁上，在每台搅拌机的压力设置有一个氧化空气喷射管22。石膏浆液排出管道20于浆液池一相通。

来自锅炉的烟气从喷淋塔入口1进入，向下以约12m/s的流速流动，首先通过冷却区内的喷淋层，大约5500m³/h的浆液喷淋量能够使烟气迅速的冷却到大约50摄氏度，湿度达到饱和。然后烟气通过位于第一隔板下部的开口进入吸收区，在吸收区内向上流动，接收石膏浆液的喷淋，浆液的喷淋量为约18600m³/h，烟气中的二氧化硫进入浆液，这样能够去除烟气中大约98％的SO₂。净化后的烟气通过第二隔板上部和塔顶之间的空间进入折返区，以大约9m/s的速度通过一个很短的直段后转弯，沿水平方向以大约4m/s的流速通过除雾器，除去烟气中夹带的雾滴，最后排出喷淋塔。用除雾器冲洗水定期对除雾器表面进行冲洗，可以除去粘在除雾器表面上的石膏，防止除雾器结垢，同时冲洗水直接进入浆液池二，起到向浆液池二中补水的作用。新鲜的石灰石浆液通过管道进入浆液池二，使浆液池二中的PH值保持在6.8左右，这样就能保证吸收区的喷淋获得很到的脱硫效率。在浆液池一中由于没有新鲜石灰石的加入，浆液PH值保持在4左右，有利于亚硫酸钙的氧化。由于冷却区的水分蒸发很快，同时浆液池一还要排出脱硫生成的石膏，浆液池一液位下降很快，通过除雾器冲洗进入浆液池二的水会和浆液池二中的浆液混合后通过第一隔板下面的开口进入浆液池一，保持浆液池一的液位稳定。

采用本实施例描述的设备和方法，可以获得98％以上的脱硫效率。

Claims (11)

1.一种用于去除烟气中二氧化硫的圆柱形喷淋塔，其下部为浆液池，中上部为吸收区；在所述喷淋塔一侧的上部具有烟气入口，在喷淋塔另外一侧的中部具有烟气出口；在喷淋塔内布置有两个竖直的隔板，两个隔板彼此平行，其中：

第一隔板从塔顶部一直延伸到浆液池的底板，在该隔板的中部具有使烟气通过的开口，并且第一隔板上所述开口的下边缘与浆液池的液位平齐或稍高，以使浆液能够通过所述开口溢流；

第二隔板从浆液池液面之下附近开始一直延伸到喷淋塔上部，在所述第二隔板上部与塔顶之间形成允许烟气通过的通道；

喷淋塔中上部的吸收区被上述两块隔板分成三个区域，第一区域上部和烟气入口相连，中部为喷淋层，安装有数层喷淋管道，下部通过第一隔板上的开口和第二区域相通；第二区域下部通过隔板上的开口与第一区域相连通，中部为喷淋层，安装有数层喷淋管道，上部通过第二隔板与塔顶之间的通道与第三区域相通；第三区域从其中部到下部与所述喷淋塔的出口相连通；

喷淋塔下部的浆液池被第一隔板的下部分为两个部分，其中位于吸收区的第一区域之下的部分为浆液池一，位于吸收区的第二和第三区域下面的部分为浆液池二，在浆液池一和浆液池二中均安装有防止石膏浆液沉积的搅拌机，在浆液池一中在搅拌机的压力侧布置有喷入压缩空气的喷管，在浆液池一中还具有石膏的排出管道，并且在浆液池二中具有新鲜石灰石加入管道；

在浆液池一与第一区域的喷淋管道之间，以及浆液池二与第二区域的喷淋管道之间，分别通过一台或数台循环泵相连，以将浆液池中的石膏浆液输送到位于对应区域内的喷淋管道中。

2.如权利要求1所述的喷淋塔，其中在烟气出口处安装有带有数层冲洗喷嘴的除雾器，并且在第三区域的中下部与除雾器相通的空间内安装有导流板。

3.如权利要求1或2所述的喷淋塔，其中在第一隔板中的开口的上部，以及在第二隔板上部与塔顶之间所形成通道处均布置有减少烟气流动阻力的导流板。

4.如权利要求1或2所述的喷淋塔，其中吸收区被所述隔板分成的三个区域在水平方向上的投影面积有所不同，第一区域和第二区域的比例为1/5～2/5，第二区域和第三区域的比例为2/1～10/3。

5.如权利要求4所述的喷淋塔，其中第一区域和第二区域的比例为1/4，第二区域和第三区域的比例为3/1。

6.如权利要求1或2所述的喷淋塔，其中所述第一隔板上部没有开口的部分从塔顶部延伸到位于所述吸收区1/2高度以下的位置，并且所述第二隔板上部边缘位于所述吸收区1/2高度以上的位置。

7.如权利要求1或2所述的喷淋塔，其中所述循环泵和喷淋管道的连接方式采用单元制或者母管制。

8.一种用于去除烟气中二氧化硫的方法，其使用了如权利要求1-7任何一项所述的喷淋塔，包括如下操作：

来自锅炉的含有二氧化硫的烟气从位于喷淋塔一侧上部的烟气入口进入喷淋塔，然后向下通过喷淋塔吸收区的第一区域，与第一区域内的喷淋层喷出的石膏浆液顺流发生接触，然后通过第一块隔板下部的开口进入第二区域，烟气在这里转弯向上运动，逆流通过第二区域内的喷淋层，通过喷淋层的烟气然后经过第二块隔板和塔顶之间的通道进入第三区域向下运动，最后烟气从喷淋塔出口流出；

新鲜的石灰石浆液被加入到位于第二和第三区域下的浆液池二中，使得浆液池内石膏浆液的PH值保持为7左右，然后石膏浆液在循环泵的输送下进入第二区域内的喷淋层进行喷淋以吸收二氧化硫，浆液池二中的部分石膏浆液通过第一隔板中部的开口溢流进入浆液池一，浆液池一中浆液的PH值保持在4左右，通过循环泵将浆液池一中的浆液输送到第一区域内的喷淋层以进行喷淋操作，并且通过喷管向浆液池一中通入空气；

从浆液池一中排出部分石膏浆液，以带走脱硫的副产品石膏。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述喷淋塔在烟气出口处安装有除雾器，并且在第三区域的中下部与除雾器相通的空间内安装有导流板，烟气在导流板的作用下进入除雾器，以除去烟气中夹带的石膏浆液；以及

通过冲洗除雾器的喷嘴喷入水，来保持浆液池二的液位。

10.如权利要求8或9所述的方法，其中第一区域内的石膏浆液喷淋流量和烟气的实际体积流量之比为0.5～4l/m³，第二区域内的石膏浆液喷淋流量和烟气的实际体积流量之比为2～8l/m³，并且第二区域内的石膏浆液喷淋流量和烟气的实际体积流量之比大于第一区域内的石膏浆液喷淋流量和烟气的实际体积流量之比。

11.如权利要求8或9所述的方法，其中烟气进入所述喷淋塔的流速范围为10～15m/s，通过第一区域的流速范围为10～15m/s，通过第二区域的流速范围为3～4m/s，进入除雾器的流速范围为3～4米。

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