CN105879645A

CN105879645A - 一种提高脱硫效率的湍流管栅塔

Info

Publication number: CN105879645A
Application number: CN201510316288.8A
Authority: CN
Inventors: 赵怡凡; 谷小兵; 肖志均; 申镇; 王长清; 江澄宇; 齐勇
Original assignee: Datang Environment Industry Group Co Ltd
Current assignee: Datang Environment Industry Group Co Ltd
Priority date: 2014-06-18
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2016-08-24

Abstract

本发明提供一种提高脱硫效率的湍流管栅塔。通过增加管栅结构均布烟气流场，均布喷淋浆液，并在装置上部形成持液层，增大气液接触面积，从而提高脱硫效率。同时，所述持液层还可起到一定的除尘作用。且相较于托盘塔及旋汇耦合塔，其结构简单，制造工艺也化繁为简，阻力也大大降低，减少了生产与运营成本，还方便进行检修维护。采取的技术方案是：一种提高脱硫效率的湍流管栅塔，包括塔体、烟气入口及喷淋层；在烟气入口与喷淋层之间布置有一管栅结构，包括平行分层布置的至少两层管列；所述管列包括若干根平行布置的管；任意一根管与其所述管列的相邻管列中的管在垂直方向上的投影无重合或部分重合。

Description

一种提高脱硫效率的湍流管栅塔

技术领域

本发明涉及环保技术领域，尤其涉及湿法烟气脱硫设备，具体涉及一种提高脱硫效率的湍流管栅塔。

背景技术

《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020)》要求东部地区(辽宁、北京、天津、河北、山东、上海、江苏、浙江、福建、广东、海南等11省市)新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值(即在基准氧含量6％条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米)，中部地区(黑龙江、吉林、山西、安徽、湖北、湖南、河南、江西等8省)新建机组原则上接近或达到燃气轮机组排放限值，鼓励西部地区新建机组接近或达到燃气轮机组排放限值。到2020年，东部地区现役30万千瓦及以上公用燃煤发电机组、10万千瓦及以上自备燃煤发电机组以及其他有条件的燃煤发电机组，改造后大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值。

目前在煤质条件偏差的情况下，单塔单循环脱硫塔的脱硫效率很难达到国家环保部的新标准要求。

为了提高脱硫效率，现有技术很多采用巴威公司的托盘塔。托盘塔中起湍流作用的多孔托盘装置的制造工艺非常复杂，其装置原材料选用的是昂贵的高强度合金材料，且由于其多孔的特征，导致托盘极易堵塞，一旦发生堵塞，整个吸收塔内的流场会变得更加不均匀，同时增加不堵塞部分的液体通量，进而引起更严重的堵塞，甚至在一些情况下需要停机检修。另外托盘塔的装置阻力也较大，需要配备大功率的鼓风机或引风机，因而对管道的强度要求也较高，这样一来，会大大地增加运营成本。

另外一种被较多采用的是旋汇耦合塔，该旋汇耦合塔同样存在制造工艺复杂、清理困难、阻力较大及制作、运营成本较高的问题，且旋汇耦合塔需要达到理想的脱硫效果，需要根据工作环境进行大量的计算以调整旋流板的倾斜角度、尺寸规格及布置方式等，一旦工作环境有了变化，旋汇耦合塔的脱硫效率就有可能降低。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种提高脱硫效率的湍流管栅塔。通过增加管栅结构均布烟气流场，均布喷淋浆液，并在装置上部形成持液层，增大气液接触面积，从而提高脱硫效率。同时，所述持液层还可起到一定的除尘作用。且相较于托盘塔及旋汇耦合塔，本发明的结构简单，制造工艺也化繁为简，阻力也大大降低，减少了生产与运营成本。另外，还方便进行检修维护。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种提高脱硫效率的湍流管栅塔，包括塔体、烟气入口及喷淋层；

在烟气入口与喷淋层之间布置有一管栅结构，包括平行分层布置的至少两层管列；

所述管列包括若干根平行布置的管；任意一根管与其所属管列的相邻管列中的管在竖直方向上的投影无重合或部分重合。

优选地，所述管栅结构包括分层布置的两层管列，其中一管列中的管与另一管列中的管互相交错平行。

优选地，所述管栅结构包括分层布置的两层管列，其中一管列中的管与另一管列中的管的在竖直方向上的投影之间具有90-150°的夹角。

优选地，所述管栅结构包括分层布置的两层管列，其中一管列中的管与另一管列中的管的在竖直方向上的投影互相垂直。

优选地，任一层所述管列所占塔体横截面的孔隙率为0.3～0.6之间。

优选地，同一管列中的管的横向间距为管径的0.5-2.0倍，相邻管列中的管的垂直间距为管径的1-2倍。

优选地，所述管栅结构安装于所述烟气入口上方1.5-4米处。

优选地，所述管为外壁直径为Φ45-100mm的圆管。

优选地，所述管为外壁短轴为30-70mm，椭圆率为0.4-0.7的椭圆管。

优选地，所述管的材质选自合金钢、塑料、碳钢衬防腐材料。

通过采取上述技术方案，可选用标准尺寸圆管或椭圆管组合成需要的排列方式，加工制造工艺简单，在堵塞问题上也得到有效改善，且湍流管栅装置间形成的交替流通流道的结构相比托盘塔的筛板小孔及旋汇耦合塔的旋流板，可有效降低装置阻力。

综上，本发明具有装置简单、不增加额外占地面积、运行成本低、维护管理方便等特点，具有极高的推广应用价值。相较于现有技术，本发明提出的湍流管栅塔在达到同样效果的前提下，工艺更简单，能耗更低，维护更方便。

附图说明

图1为本发明的湍流管栅塔在一实施例中的结构组成示意图。

图2为图1中A-A方向的剖视图。

图3为本发明的湍流管栅塔在另一实施例中的局部结构组成示意图。

图4为图3中B-B方向的剖视图。

图5为本发明的湍流管栅塔在又一实施例中的局部结构组成示意图。

图6为图5中C-C方向的剖视图。

图7为本发明的湍流管栅塔在一实施例中的Fluent流场模拟中的速度云图。

图8为本发明的湍流管栅塔在一实施例中的Fluent流场模拟中的速度矢量图。

图9为本发明的湍流管栅塔在一实施例中的Fluent流场模拟中的调整布置间距后的速度云图。

图10为本发明的湍流管栅塔在一实施例中的Fluent流场模拟中的调整布置间距后的速度矢量图。

图11为本发明的湍流管栅塔在另一实施例中的Fluent流场模拟中的速度云图。

图12为本发明的湍流管栅塔在另一实施例中的Fluent流场模拟中的速度矢量图。

图13为本发明的湍流管栅塔在又一实施例中的Fluent流场模拟中的速度云图。

图14为本发明的湍流管栅塔在又一实施例中的Fluent流场模拟中的速度矢量图。

图15为本发明的湍流管栅塔在又一实施例中的Fluent流场模拟中的调整布置间距后的速度云图。

图16为本发明的湍流管栅塔在又一实施例中的Fluent流场模拟中的调整布置间距后的速度矢量图。

附图标记说明：1-管栅结构；2-烟气入口；3-喷淋层；4-除雾器；5-烟气出口。

具体实施方式

首先介绍本发明的工作原理：

本发明的提高脱硫效率的湍流管栅塔在烟气入口上方与第一层喷淋层之间加装湍流管栅结构，在进行湿法烟气脱硫处理过程中，石灰石浆液由湍流管栅结构上方的喷嘴喷到管栅结构上方的管列上，烟气从下方经过管栅结构下方的管列进入管栅结构，经过管栅结构的整流后，再与石灰石浆液接触传质，吸收SO₂，最后经除雾器后由烟气出口排出。

本发明的湍流管栅塔能够提高脱硫效率的具体理由说明如下：

1.一般情况下，烟气在正压或负压作用下(正压负压一般由鼓风机或引风机提供)，由烟气入口侧面进入向上流动，烟气的气体分布不均匀性很大，会产生很大的涡流区，是造成脱硫效率地下的重要原因。安装管栅结构后，烟气由下至上通过管栅结构得以整流，使其在塔体内部流动均匀，避免了烟气入口出现偏流和短路现象，并均匀通过塔体内的喷淋区，使脱硫过程在比较稳定的状态下进行。

2.烟气在经过管栅结构时，会在管束间交替收缩和扩张形成的交替流通的流道，在管束间产生强烈的湍流和涡流作用，强化了烟气对浆液的扰动，提高了气液传质系数，使烟气与浆液接触更加充分，从而使脱硫效率得到提高。

3.在运行过程中，由下方上升的烟气气流经过管栅结构后产生的高速气流能够将较大的浆液液滴粉碎，在管栅结构上方产生持液层，持液层中液体为连续相，气体为分散相，极大增加气液传质面积，有效降低液气比。

本发明的关键点是装置采用圆形或椭圆形管道为原材料，根据模拟流场计算排列组合成湍流管栅装置，成本低，加工工艺简单，极易推广实现。

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。

实施例1：

如图1所示，本发明的提高脱硫效率的湍流管栅塔，包括烟气入口2、喷淋层3、除雾器4及烟气出口5；在烟气入口2与喷淋层3之间布置有管栅结构1，包括平行分层布置的至少两层管列；所述管列包括若干根平行布置的管；任意一根管与其所属管列的相邻管列中的管在竖直方向上的投影无重合或部分重合。管栅结构1安装于所述烟气入口2上方1.5-2.5米处。烟气入口与所述喷淋层之间垂直距离为3-5米。而旋汇耦合塔中旋流装置自身高度即在2米左右，故对烟气入口与第一层喷淋间距要求较大，至少需4米以保证足够的安装位置。因此，与旋汇耦合塔相比，本发明的湍流管栅的塔体高度能够降低，不仅减少了制造和安装成本，也能够降低修理维护的难度和危险性。

其中，从图1及图2中可直接看出，管列为两层，其中一管列中的管与另一管列中的管互相交错平行。管为圆管，一般选用外壁直径为Φ45-100mm的标准管材。管材的材质选自合金钢、塑料、碳钢衬防腐材料等。

根据模拟流场计算，结果表明，一层所述管列所占塔体横截面的孔隙率为0.3～0.6之间，同一管列中的管的横向间距为管径的0.5-2.0倍且相邻管列中的管的垂直间距为管径的1-2倍时能够获得最佳的脱硫增效效果，具体的模拟流场计算过程如下：

利用Fluent流场模拟软件，对不同孔隙率布置形式下的烟气流场情况进行模拟，可看到如上所述布置方式时管列间的湍流效果最佳，对烟气的均布效果更佳，可增加气液混合效果并增加停留时间，模拟结果如下所示。

A)布置参数：管径65mm，横向间距115mm，横向间距：纵向间距＝1:0.5；其速度云图及速度矢量图如图7、图8所示。

B)布置参数：管径65mm，横向间距115mm，横向间距：纵向间距＝1:0.9；其速度云图及速度矢量图如图9、图10所示。

实施例2：

如图3及图4所示，在实施例1的基础之上做一些调整，其中一管列中的管与另一管列中的管垂直方向上的投影互相垂直。通过模拟流场计算表明，相邻管列中的管空间垂直布置同样能够获得较佳的脱硫效果。具体的模拟流场计算过程如下：

利用Fluent流场模拟软件，对不同孔隙率布置形式下的烟气流场情况进行模拟，可看到管列间垂直布置时也可得到较好的湍流效果，通过装置后烟气流场十分均匀，可以较好的避免贴壁流的问题。

A)布置参数：管径为65mm，横向间距固定为115mm，横向间距：纵向间距＝1:0.8；其速度云图及速度矢量图如图11、图12所示。

实施例3：

如图5及图6所示，管列中的管还可选用外壁短轴为30-70mm，椭圆率为0.4-0.7的椭圆管，同时一管列中的管与另一管列中的管互相交错平行。具体的模拟流场计算过程如下：

利用Fluent流场模拟软件，对不同孔隙率布置形式下的烟气流场情况进行模拟，可看到采用椭圆管时，可以增加管间流道宽度，管间湍流范围增大，并可适当降低管间流速，降低气流对管件的冲击。

A)布置参数：椭圆管尺寸为84*65mm，横向间距114mm，纵向间距100mm；其速度云图及速度矢量图如图13、图14所示。

B)布置参数：椭圆管尺寸为84*56mm，横向间距114mm，纵向间距110mm；其速度云图及速度矢量图如图15、图16所示。

通过以上实施例可以说明，采用本发明湍流管栅塔的结构，能够大大地提高脱硫效率。当然，上述实施例仅为说明本发明的技术方案的较佳实现方式，本发明并不以此为限，实际上，管列层数至少为两层，根据实际的需要，在进行模拟流场计算之后，可以结合成本考虑安装更多层数的管列。管列的排列方式也不仅仅以上述实施例为限，相邻管列中的管还可以交叉布置，其投影之间的夹角可任意选自90-150°之间。

下面通过对具体的设备运行数据和效果的分析，说明本发明与同类技术相比，所具有的优越之处。

1.本发明的湍流管栅塔与现有技术的托盘塔、旋汇耦合塔相比，同样能够使塔内的流场的分布更趋于均匀化，抵消了部分进口不均和漩涡对流场的不利影响，从而大幅度提高脱硫效率。在浙江大学10000Nm3/h脱硫中试平台进行试验，在液气比12，浆液pH＝5.8，塔内流速3.7m/s的情况下进行试验，调节入口SO₂浓度。实验证明，SO₂入口浓度为2700mg/Nm³时，本发明的脱硫效率已高达99.96％；入口SO₂浓度低于3600mg/Nm³时，可保证脱硫效率在99.5％以上，出口SO₂浓度≤15mg/Nm³。SO₂入口浓度为6000mg/Nm³时，SO₂出口浓度也低于35mg/Nm³，脱硫效率达99.4％。

而相比较而言，本发明的结构无疑更加简单，制造及安装工艺大大的简化，制造和运营成本大大降低，且进行检修和维护也更便捷。

2.在达到相同的湍流效果前提下，本发明的湍流管栅塔与现有技术的托盘塔及旋汇耦合塔相比，阻力明显降低。

以目前实际运行的某600MW燃煤机组为例，脱硫***满负荷运行，开启三层喷淋时，装置阻力仅为250-300Pa。而目前已投入商业应用的旋汇耦合塔，在达到相同提效效果时，阻力增加为1000Pa。

3.在进行喷淋层检修时，可直接在管栅结构上搭建检修平台。***进行小修，在塔体内浆液未排空的情况下，检修人员便可进入塔内，检查、清理喷淋层、喷嘴以及塔内防腐情况，维护检修方便。

4.另外，相对托盘塔及旋汇耦合塔而言，本发明的湍流管栅塔在材料选择上范围更宽，有助于降低生产成本，不锈钢、合金钢、塑料、碳钢衬防腐材料等材质的标准管材均可选用，而一般托盘塔及旋汇耦合塔只能选用造价较高的高强度合金材料。

5.湍流管栅塔具有良好的传质效果，从而可以减少喷淋层数和浆池高度，使吸收塔的高度降低，塔体重量减轻，防腐面积减少，进一步降低投资和运行维修等综合成本。在同等流速情况下，要达到相同的脱硫效果，湍流管栅塔高度比喷淋空塔低4米，比旋流塔低2米以上。

Claims

1.一种提高脱硫效率的湍流管栅塔，包括塔体、烟气入口及喷淋层；其特征在于，

2.如权利要求1所述的提高脱硫效率的湍流管栅塔，其特征在于，所述管栅结构包括分层布置的两层管列，其中一管列中的管与另一管列中的管互相交错平行。

3.如权利要求1所述的提高脱硫效率的湍流管栅塔，其特征在于，所述管栅结构包括分层布置的两层管列，其中一管列中的管与另一管列中的管的在竖直方向上的投影之间具有90-150°的夹角。

4.如权利要求3所述的提高脱硫效率的湍流管栅塔，其特征在于，所述管栅结构包括分层布置的两层管列，其中一管列中的管与另一管列中的管的在竖直方向上的投影互相垂直。

5.如权利要求1所述的提高脱硫效率的湍流管栅塔，其特征在于，任一层所述管列所占塔体横截面的孔隙率为0.3～0.6之间。

6.如权利要求1所述的提高脱硫效率的湍流管栅塔，其特征在于，同一管列中的管的横向间距为管径的0.5-2.0倍，相邻管列中的管的垂直间距为管径的1-2倍。

7.如权利要求1所述的提高脱硫效率的湍流管栅塔，其特征在于，所述管栅结构安装于所述烟气入口上方1.5-4米处。

8.如权利要求1所述的提高脱硫效率的湍流管栅塔，其特征在于，所述管为外壁直径为45-100mm的圆管。

9.如权利要求1所述的提高脱硫效率的湍流管栅塔，其特征在于，所述管为外壁短轴为30-70mm，椭圆率为0.4-0.7的椭圆管。

10.如权利要求1所述的提高脱硫效率的湍流管栅塔，其特征在于，所述管的材质选自合金钢、塑料、碳钢衬防腐材料。