CN104826471A - 工业锅炉导流板型玻璃钢脱硫烟塔 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工业锅炉导流板型玻璃钢脱硫烟塔，包括圆柱形塔筒，在所述圆柱形塔筒的两端分别设有除雾器入口和烟气入口，在除雾器入口和烟气入口之间依次设有喷淋层和三块导流板，所述导流板依次放置，其间距为15cm，最上端导流板的最高位置与烟气入口位置在竖直方向的间距为355cm，所述喷淋层设有四层，竖直安置，每层间隔为一米，每层布置一个多管变节器，所述多管变节器包括上方细口连接口、下方粗口连接口和六个支管连接口。本发明比起旋流板塔，导流板型脱硫烟塔，只需数块导流板可以产生同旋流板相同的螺旋效果，配合喷淋法脱硫，结构简单，投资及运行维护费用低。本发明多管变节器比起增加碱泵，节省的成本显而易见，管道更换方便。
Description
技术领域
本发明属于机械制备领域，具体涉及一种工业锅炉导流板型玻璃钢脱硫烟塔。
背景技术
“烟塔合一”技术在以往的工程实践中被定义为取消常规锅炉排烟烟囱，通过烟囱和冷却塔合二为一的方式，使冷却塔既保持原有冷却散热功能，又取代烟囱排放经脱硫后的锅炉烟气，该技术仅适用于设置冷却塔设备的新建大中型火力发电厂。
对于拥有中小型工业锅炉的企业，因不设冷却塔设备，无法实现烟囱-冷却塔合二为一，降本增效的目的难以实现。在新建锅炉机组同步设计烟气脱硫***或原有锅炉机组烟气脱硫改造过程中，通过采用脱硫吸收塔和锅炉排烟烟囱合二为一的结构形式，赋予了“烟塔合一”技术全新的定义。该类型烟塔采用玻璃纤维增强塑料，俗称玻璃钢(FRP或GRP)，是由玻璃纤维和树脂复合而成的复合材料，由玻璃纤维提供强度和刚性，树脂提供耐化学性和韧性，具备与钛钢板相当酸防腐性能，可以取消保温层，特别适合燃煤电厂脱硫不加GGH的湿烟囱运行条件。
脱硫吸收塔和烟囱合二为一装置的工作原理是，燃煤锅炉烟气经引风机首先进入底部的吸收塔，喷淋层处的浆液经喷嘴雾化后喷下与自下而上的烟气混合实现脱硫，脱硫后的烟气经顶部烟囱抬升通过烟囱顶部冷凝水回收装置后排放到大气。
“烟塔合一”技术相对传统脱硫技术形式，具有以下特点。
(1)节约工程占地面积。在进行***整体布局时，无需将脱硫反应后的洁净烟气引入原有老烟囱，即无需考虑脱硫后洁净烟气烟道的场地走向，可非常紧凑地安排设备的布局，***占地面积可节省20 %以上。
(2)合理优化***配置，减少工程投资费用。由于洁净烟气经吸收塔直接排放，与传统脱硫技术比较，取消了配套的烟气挡板门、烟道主材、烟道保温材料等设备或材料，节约了初期投资成本，并在一定程度上简化了***内设备启停的运行控制逻辑。
(3)减少原有设施改造时间成本和风险成本。目前，国内烟气脱硫项目普遍不设置烟气换热器(GGH)。因此，新建锅炉机组需具备防腐蚀功能的烟囱，老机组则要对原有老烟囱进行防腐改造。
(4)有效降低***日常运行能耗。因无需设置脱硫后洁净烟气烟道，脱硫***压力损失可有效降低500～700Pa，***每小时节约电耗超过100 。
(5)广泛适用于中小型新建、改造项目。“烟塔合一”技术通过与石灰石-石膏法、镁法、钠法、海水法等湿法脱硫主反应工艺的有机结合，可广泛适用于中小型新建、改造项目，达到减小占地、节约投资的目的。
虽然“烟塔合一”技术用于中小型燃煤锅炉烟气脱硫时表现出很多优势，但现有的基于“烟塔合一”技术如不进行湿烟气干燥，将面临冷凝水析出影响周边环境等系列问题，如果采用石灰石作为脱硫反应吸收剂，则在厂区周边可能会出现“石膏雨”现象。为解决此问题，魏宇等人提出加装一体型烟囱冷凝水回收***，冷凝水回收过程分为3阶段进行。
第1阶段饱和烟气经旋流装置在烟气流动的法向形成作用力，使大部分冷凝水受烟囱抬升和法向作用力合力影响流向烟囱内壁；第2阶段，通过第1阶段后的冷凝水经烟囱内壁的孔隙，由导流管路回流至吸收塔内部；第3阶段，少量粒径较小受抬升作用沿烟囱内壁上行至烟囱顶部的冷凝水加上与外部环境接触而析出的冷凝水，经顶部收集装置后，由导流管路回流至吸收塔内部进行回收利用。此外，要满足日益严格的排放标准还需要进一步提高脱硫效率。究其原因，该技术脱硫塔多采用湿法喷淋塔，塔内烟气和浆液的流场分布直接决定着塔内的传质、传热及反应进行，特别是烟气的流动特性直接影响到烟塔几何尺寸的确定及塔内喷嘴数量、喷嘴型式和喷嘴的布置方式等。
实际运行表明，影响湿法烟气脱硫效率的关键因素是塔内复杂的流场。对于喷淋塔，仅靠试验难以揭示塔内的流动情况，而数值模拟在认识喷淋塔烟气流动规律与设计方面起到重要的作用。华北电力大学王旭通过对大型脱硫塔进行合理的模化和简化，采用商用软件Fluent对湿法脱硫立式喷淋塔空塔进行了二维数值模拟，计算结果显示空塔流场气流速度分布不均。浙江大学林永明借助商用Fluent软件，针对300MW机组湿法烟气脱硫***喷淋塔内烟气流场进行了数值模拟，详细考察了几何结构尺寸和运行参数对喷淋塔内烟气流场的影响，数值模拟结果表明，喷淋塔内烟气流场总体趋势大体上一致，几何结构尺寸和运行参数对塔内烟气流场有较大影响。清华大学赵喆以300MW机组湿法烟气脱硫喷淋塔为研究对象，利用计算流体力学通用软件对其内部两相流场进行模拟，在没有喷淋时，观察到高速烟气进入塔体后直接冲击与进口烟道相对的塔壁，受阻后被迫改变方向向上偏折，依次经过4个喷淋层，到达出口截面，在整个塔体之内，形成一个明显的高气速带，其宽度约占塔径的1/3。此外，由于出口截面的压力约束，导致部分到达出口截面的烟气沿右侧塔壁回流，向下依次穿过4个喷淋层之后与进口高速烟气汇合，这样，在整个塔的上半部分形成一个顺时针方向的大涡。
旋流塔板是一种喷射型塔板，具有同时除尘脱硫、负荷高、压降低、不易堵、操作弹性宽等特点，广泛应用于石油、化工、轻工及环保等方面。气流从叶片下方处进入，吸收液从塔板上方通过中间盲板均匀分配到每个叶片，形成薄液层，旋转向上的气流将吸收液喷成细小液滴，在离心力的作用下甩向塔壁形成液环，在重力作用下流至集液槽，并通过降液管流到下一层塔板的盲板上。
常州大学何思程等对旋流板塔内气相流场的速度及压降的数值模拟，指出塔内烟气轴向和径向速度对气液传热传质的重要影响，而导流板型玻璃钢脱硫烟塔具有同旋流板塔中类似的轴向和径向烟气速度。
喷淋层部分，高位喷淋层供液压力不足导致碱液不能与含硫烟气充分反应、液滴雾化效果差等问题，目前解决此问题都是加装供液泵，采用网状排列布管方式，对小型设备来说成本较高；并且管道堵塞，不易更换管道。现有技术的缺点主要表现为如下几个方面：
1） 当前“烟塔合一”型脱硫烟囱，烟气进入塔体后直接冲击与进口烟道相对的塔壁，受阻后被迫改变方向向上偏折，在整个塔体之内，烟气偏转，形成一个明显的高气速带，高速气带降低烟气流场的均匀性，从而降低烟气与喷淋液的接触时间和接触面积，本发明通过合理设计一定数量和结构形式的导流板，改善塔内烟气流场均匀性，避免高气速带现象，同时延长了烟气与液滴的接触时间，增加了烟气与喷淋液的接触面积；
2）针对“烟塔合一”型脱硫烟囱，魏宇等人提出的冷凝水回收***，需要在塔壁加工孔隙，工艺繁琐，降低烟囱强度，如果孔隙结垢、堵塞，烟囱高度大，给清理工作带来困难，此外还需加装旋流装置，结构复杂，针对此类缺点，采用导流板引流一方面可替代旋流装置，另一方面在稳流段可直接采用工艺成熟的高效除雾器代替冷凝水回收装置，同时由于湿烟气螺旋上升，径向速度产生的离心力使得质量大的液滴碰壁落至废液池，降低湿烟气的含水量；
3）脱硫***结垢多在塔内壁、喷嘴、喷管等部件表面，非连续导流板采用间断，高低布置，减少积液结垢。吸收塔径向温度是中心偏高，壁面侧偏低的分布方式，这样的话，烟气中携带的固体颗粒物质容易碰撞附于吸收塔的壁面，发生结垢现象。本发明提出的导流板使烟气产生螺旋向上的运动效果，烟气径向速度有助于中心处的高温烟气与四周的低温烟气混合传热，使得塔内烟气温度均匀，有效降低由温度过低引起的结垢问题。此外，由于径向运动的烟气对塔壁、喷管等有冲刷的作用，这有助于清理部件表面的垢层；
4） 目前普遍采用的喷淋塔，烟气碰壁变向后向上运动，螺旋效果弱，而本发明提出的导流板型脱硫烟塔，烟气螺旋效果强，具有同时除尘脱硫的效果，实现二级除尘的目的，可降低甚至无需除尘装置的投资和运行费用；此外，常州大学何思程等对旋流板塔内气相流场的速度及压降的数值模拟，指出塔内烟气切向速度反映了流体在旋流板塔内旋转的快慢，体现离心力的大小，同时也是气液传质吸收能否充分进行的关键因素。东南大学唐永志等通过对喷淋塔空塔的流场进行三维数值模拟后指出，旋转上升的烟气，湍流程度很大，有利于气液很好的混合，能提高脱硫效率。导流板型玻璃钢脱硫烟塔也具有同旋流板塔中类似的螺旋上升的气流，因此表现出上述种种优点。
5） 浙江大学林永明通过对湿法喷淋塔的数值模拟发现，烟气除雾器与最顶层喷淋层之间的流场由无旋涡存在变为有2个旋涡发生，且烟气贴壁更趋严重，此处可能造成除雾器的堵塞与结垢，本发明因导流板产生的螺旋上升烟气，不仅对烟气有整流作用，还均匀横截面方向烟气压力，这有助于除雾器脱水工作；
6） 在多层喷淋脱硫装置里，喷淋液通过喷嘴出口时需要保持一定的喷淋压力，由于喷淋层截面积较大，需要保证其压力在某个数值以上，通常是用改变管径的方法来实现主管各部分压力值均等。而管径连接处采用的是市场上现有的异径管，又称大小头、异径直通。这是化工管件之一，用于两种不同管径的管道之间的连接。对于小型脱硫装置来说，采用网状排列，成本比较高，需要配置供液泵数量也比较多。
现有的变节器，普遍只有3通或者4通，也就是同一层面上连接的管道数量有限，在小型脱硫***中，需要保持等压均匀喷淋比较困难，也需要较多主管道支撑，布局较为复杂，安装及更换单根管道都不方便。
发明内容
本发明克服现有技术的不足，提出了一种工业锅炉导流板型玻璃钢脱硫烟塔，所述脱硫烟塔的多管变节器结合导流板在小型脱硫装置里布置，能够均匀喷淋脱硫碱液，使喷淋液与烟气充分结合，并且具有更大的覆盖率，同时可节约供液泵的使用，简化管道排布。
本发明的技术方案为：
一种工业锅炉导流板型玻璃钢脱硫烟塔，包括圆柱形塔筒，在所述圆柱形塔筒的两端分别设有除雾器入口和烟气入口，在除雾器入口和烟气入口之间依次设有喷淋层和三块导流板，所述导流板依次放置，其间距为15cm，最上端导流板的最高位置与烟气入口位置在竖直方向的间距为355cm，所述喷淋层设有四层，竖直安置，每层间隔为一米，每层布置一个多管变节器，所述多管变节器包括上方细口连接口、下方粗口连接口和六个支管连接口，上方细口连接口位于下方粗口连接口的上方，所述支管连接口位于上方细口连接口和下方粗口连接口之间，所述支管连接口连接一个喷淋支管，各支管之间夹角均为60°，在喷淋支管末端布置螺旋喷嘴，上方细口连接口、下方粗口连接口和六个支管连接口之间互相连通。
本发明的有益效果是：
（1）本发明比起旋流板塔，导流板型脱硫烟塔，只需数块导流板可以产生同旋流板相同的螺旋效果，配合喷淋法脱硫，结构简单，投资及运行维护费用低。
（2）本发明多管变节器比起增加碱泵，节省的成本显而易见。管道更换方便。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明安装角度模型结构示意图；
图2是本发明导流板形状示意图；
图3是本发明喷淋层形状示意图；
图4是本发明结构示意图；
图5是本发明多管变节器总体结构示意图；
图6是本发明多管变节器俯视图。
图中：1、除雾器入口； 2、喷淋层； 3、烟气入口； 4、高效除雾器； 5、导流板；6、上方细口连接口；7、支管连接口；8、下方粗口连接口；9、塔筒。
具体实施方式
参见图1至图6所示，本发明包括圆柱形塔筒9，在所述圆柱形塔筒9的两端分别设有除雾器入口1和烟气入口3，在除雾器入口1和烟气入口3之间依次设有喷淋层2和三块导流板5，所述导流板5依次放置，其间距为15 cm，最上端导流板5的最高位置与烟气入口3的位置在竖直方向的间距为355cm，所述喷淋层2设有四层，竖直安置，每层间隔为一米，每层布置一个多管变节器，所述多管变节器包括上方细口连接口6、下方粗口连接口8和六个支管连接口7，上方细口连接口6位于下方粗口连接口8的上方，所述支管连接口7位于上方细口连接口6和下方粗口连接口8之间，所述支管连接口7连接一个喷淋支管，在喷淋支管末端布置螺旋喷嘴，上方细口连接口6、下方粗口连接口8和六个支管连接口7之间互相连通。如图1所示，在塔内镶嵌3块导流板5，高度均为100cm，均旋转180°，导流板5自下至上的宽度分别为62、62、55cm，相邻两导流板5在垂直方向间距15cm，在水平方向有10-20°的重合部分。第1块导流板5安装位置的起点与烟气入口3正对，高度距烟道上边垂直高度为25cm。在7m至12m的位置，均匀间隔1m布置四层喷淋层2，每层布置六个喷淋支管，螺旋喷嘴布置在喷淋支管末端，每层6个喷嘴，导流板5和多管变节器如图2和图3所示。工作原理：
（1）如图4所示，待处理烟气从烟气入口3进入本发明所述的脱硫烟塔，经导流板5引流后，烟气螺旋向上运动，与喷淋层2喷出的浆液接触得到脱硫净化，净化后的烟气继续向上运动，在气流稳流段（气流均匀，没有螺旋效果）进入高效除雾器4后排放到大气，经高效除雾器4收集的水与脱硫后的废液一同下落至废液池。
本发明采用多管变节器段能有效解决上述问题：①通过水力计算，根据竖直方向的变径管道连接，主管道管径变小，可以使四层喷淋层都保持一定的出口压力；②每层喷淋之间排布六根喷淋管，呈辐射型排列，可以使脱硫浆液与烟气充分均匀混合；③多管变节器的设计，基于现有技术和材料限制，可以确保开孔强度；④如果管道堵塞或者损坏，方便换单根管道。
多管变节器如图5所示，图中上方细口连接口6与上方较细的主管连接，下方粗口连接口8与下方较粗的主管连接，支管连接口7的伸出口与各支管连接。图6是该多管变节器的俯视图，各支管之间夹角均为60°。
Claims (1)
1.一种工业锅炉导流板型玻璃钢脱硫烟塔，其特征是：包括圆柱形塔筒，在所述圆柱形塔筒的两端分别设有除雾器入口和烟气入口，在除雾器入口和烟气入口之间依次设有喷淋层和三块导流板，所述导流板依次放置，其间距为15cm，最上端导流板的最高位置与烟气入口位置在竖直方向的间距为355cm，所述喷淋层设有四层，竖直安置，每层间隔为一米，每层布置一个多管变节器，所述多管变节器包括上方细口连接口、下方粗口连接口和六个支管连接口，上方细口连接口位于下方粗口连接口的上方，所述支管连接口位于上方细口连接口和下方粗口连接口之间，所述支管连接口连接一个喷淋支管，各支管之间夹角均为60°，在喷淋支管末端布置螺旋喷嘴，上方细口连接口、下方粗口连接口和六个支管连接口之间互相连通。
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