CN108043191A - 一种钠-钙双碱法烟气脱硫的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钠‑钙双碱法烟气脱硫装置及方法。脱硫装置的主体设备是多级错流旋转填料床，主要包括壳体、转轴、液体分布器、填料转子和填料定子。壳体外的调频电机与转轴相连，带动填料转子高速旋转；填料定子安装在两层相邻的填料转子之间，从填料转子始，从填料定子终，交替相间；填料转子中心设有液体分布器，液体分布器上均匀开有若干孔，可实现液体的均匀分布。将超重力旋转填料床应用于钠‑钙双碱法烟气脱硫工艺当中，可以大大缩减设备体积和占地面积，同时针对钠基碱液吸收SO₂这一气膜控制体系，有效地强化气液间传质，提高脱硫效率，达到超低排放的要求。

Description

一种钠-钙双碱法烟气脱硫的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种钠-钙双碱法烟气脱硫的装置及方法，属于烟气脱硫技术领域。

背景技术

SO₂是大气污染当中最主要的有害成分，严重影响着生态环境与人类的身体健康，因此，脱除烟气中的SO₂是控制其污染环境的最有效的方法。目前，世界各国研发、使用的脱除SO₂的技术已经超过200多种，根据脱硫剂和脱硫方式的不同，大致可以分为干法脱硫、湿法脱硫和半干法脱硫，其中，湿法烟气脱硫技术始于20世纪30年代，因其具有处理量大、脱除效率高、工艺成熟等特点而得到广泛应用，已经成为应用规模最大、商业化生产最多的脱硫方式，相比较这几种脱硫的方法，在全国乃至世界应用的比例最大是湿法脱硫技术，约占85%左右，主要有石灰石/石膏法、氧化镁法、海水法、双碱法等。

目前，工业生产当中应用最为广泛、技术最为成熟的脱硫工艺是石灰石/石膏法，该法主要的优点是吸收剂资源丰富、廉价易得、设备运行状况稳定等，但同时也存在一些不足，如：脱硫塔占地面积大；吸收剂与烟气中的SO₂反应生成CaSO₃或CaSO₄，极易结垢堵塞管道喷嘴等。若是单纯采用钠基碱溶液吸收烟气中的SO₂，可以达到较高的脱硫效率，但吸收剂费用也很高，且脱硫产物不易处理，工厂生产都难以承受其运行费用。基于此，结合这两种脱硫工艺的优点，在20世纪70年代研究开发了钠-钙双碱法烟气脱硫工艺，在解决脱硫塔管道的结垢堵塞问题的同时极大地提高了脱硫效率。

该脱硫技术在历经几十年的发展，已经在中小型火力发电厂中得以应用，脱硫效果明显，在实现工业化连续化生产具有很大的潜力，因此该技术受到国内外广泛关注。但是，碱液吸收二氧化硫多属于一个气膜控制体系，经文献调研，传统的塔设备不足以强化气液传质过程，以致于影响脱硫效率和脱硫剂的利用率；并且传统的脱硫塔设备体积和占地面积大，气相压降较大，运行费用高。所以通过改善脱硫设备，提高脱硫效率，降低投资成本对实现钠-钙双碱法的商业应用具有重要的意义。

超重力技术历经30多年的发展，结构得到了不断改进与完善，经文献调研可知，普通的旋转填料床仅仅能够很好地强化液膜传质过程，因此，需要开发设计能够增加气体湍动程度，强化气相传质过程，以适应处理较高气速、大流量燃煤烟气的要求，使得单台设备就可达超低排放的标准。

发明内容

本发明旨在提供一种钠-钙双碱法烟气脱硫的装置及方法，提出多级错流旋转填料床装置，将其应用于钠-钙双碱法烟气脱硫工艺当中，以钠基碱液作为吸收剂，在极大地强化传质过程的同时，有效地提高脱硫效率，减少脱硫剂的使用，从而进一步降低脱硫成本。

本发明将钠-钙双碱法烟气脱硫工艺与超重力技术结合起来，将多级错流旋转填料床装置用于烟气脱硫工艺中。钠-钙双碱法烟气脱硫工艺主要分为塔内脱硫和塔外再生两部分，其基本原理是：使用钠基碱液在脱硫设备内与烟气中的SO₂反应，生成亚硫酸钠和硫酸钠溶液，然后将吸收富液导入再生池，将再生池中通入石灰或石灰石，反应生成的再生液氢氧化钠打回脱硫塔内循环使用；脱硫工艺与超重力装置结合以后，极大地强化了气膜传质过程。

本发明提供了一种钠-钙双碱法烟气脱硫的装置，包括多级错流旋转填料床，旋转填料床的主体是由壳体、转轴和填料定子以及能够高速旋转的填料转子构成的。其中，旋转填料床壳体的顶部设有排气管，底部设有排液管，上方侧面连接进液管，下方侧面连接进气管；转轴的下端与外部的调频电机相连，转轴上装有两个或两个以上填料转子，静止的填料定子安装在填料转子之间，二者交替相间设置；填料转子中心设有液体分布器，所述液体分布器与进液管连接，进液管与钠基碱液的储槽相连。

上述装置中，所述旋转填料床的填料分为三层或三层以上，每层填料都是由支柱和均匀开孔的不锈钢板构成的填料支撑组件来支撑的，并且采用渔网状丝网将塑料花环或鲍尔环填料装填起来固定于转子中。两个填料转子之间安装有填料定子，所述的填料转子与转轴焊接，填料定子与旋转床的壳体焊接。

上述装置中，所述液体分布器包括环形套管、集液槽、导流管，环形套管是由两个同轴套管共同构成的，两个同轴套管组成整体结构套于转轴的外侧，在环形套管的外管壁上均匀开有若干孔，环形套管的外侧是填料转子；集液槽是圆环形，位于上层环形套管的底部外侧，与旋转床壳体内壁焊接；集液槽通过导流管与下层环形套管相通；上层环形套管喷出的液体经高速旋转的填料转子剪切之后，被壳体收集到集液槽内，沿着导流管流入下层环形套管内。

上述装置中，所述的环形套管设置于转轴与填料转子之间，环形套管外壁均匀的开有若干孔，该孔为圆形孔或格栅孔，孔的数量取决于液体流量和流速；在填料定子区域，为防止气体短路，环形套管与填料定子之间通过焊接的方式连接。

上述装置中，所述的集液槽为圆环形，其截面是由环形薄板、内圆筒、旋转床壳体内壁组成的U形槽，集液槽位于旋转床壳体内侧、上层环形套管的底部外侧；环形薄板垂直于壳体内壁并焊接在壳体内壁上，供收集液体；所述的内圆筒是与壳体同心的圆筒，内圆筒底部与环形薄板焊接为一体。液体被收集在集液槽内，经导流管流入下层环形套管中。所述的内圆筒平行于旋转床转轴设置，内圆筒的高度是由液体流量决定的，收集的液体不能超过内圆筒的高度。

上述装置中，所述的导流管是圆形管，上端与集液槽相连，下端与下一层的液体分布器相连接；导流管设置在集液槽下方，均匀设有2~8个，沿集液槽圆周方向均匀斜向下朝圆心方向设置，若干导流管形成锥形结构。

上述装置中，所述的集液槽底部的环形薄板与导流管焊接上方设有挡液片，便于收集液体，挡液片的高度要低于内圆筒，使得收集的液体容易流入导流管中。

上述装置中，所述的进气管上设有鼓风机和流量计。

上述装置中，所述的进液管上设有阀门和流量计。

上述装置中，所述的出气管一端设有除雾填料层。

本发明提供了一种钠-钙双碱法烟气脱硫的方法，采用上述多级错流旋转填料床的装置，包括以下步骤：

将空气通过鼓风机与来自钢瓶中的SO₂混合作为模拟烟气，经流量计计量之后，从旋转床底部的气体进口进入，在压力的作用下，通过第一层高速旋转的填料，继续螺旋上升，在填料定子中，受到静止的填料定子的阻滞，削弱了周向运动的趋势，气体在填料定子中得到了再分布的同时也增加了气流的扰动，重新分布的气体继续上升进入上层填料转子，再次受到高速旋转的填料的剪切作用，增加了气流的扰动，增大了气体与填料之间的滑移作用，降低了气膜阻力，使得气相传质得到强化。

将配制好的钠基碱液通过离心泵增压，经电磁流量计计量，液体从旋转填料床顶部的液体进口进入旋转填料床后均匀喷洒在填料层内缘，在高速旋转的填料转子的离心力作用下，沿径向向四周甩出，由旋转填料床外壁汇集沿壁流下，旋流入集液槽中，在重力作用下，沿导流管进入下层液体分布器，聚集一定量的液体后，由液体分布器的圆孔或格栅将液体喷洒在下一层填料的内缘，在离心力作用下，液体受到巨大的剪切力，被剪切成液滴、液丝、液膜，沿径向向四周甩出穿过填料，由外壁汇集后从旋转填料床底部的液体出口排出；

同时，气体从旋转填料床的底部的气体进口进入填料床内，与液体之间形成了多级错流-逆流接触。

本发明的有益效果：

本发明中，将钠-钙双碱法烟气脱硫工艺与超重力技术结合在一起，利用超重力技术的独特的优势，有效地解决了在传统塔设备当中，由于钠基碱液吸收SO₂属于气膜控制而引起的吸收效率不高、设备体积占地面积大以及吸收剂消耗量大等问题。同时，在传统的工艺中，受吸收剂费用的限制，钠-钙双碱法只适用于中小型火力发电厂，因此，采用多级错流旋转填料床能够增大处理量、节约吸收剂用量，通过实验室的研究之后，有望将其应用于大型火力发电厂。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2为错流旋转填料床及液体分布器的结构示意图。

图3为图2中沿A-A线的剖面图。

图4为图2中沿B-B线的剖面图。

图5为图2中沿C-C线的剖面图。

图中：1-鼓风机；2-流量计；3-错流旋转填料床；4-阀门；5-搅拌置换池；6-氧化池；7-沉淀池；8-澄清池；9-循环泵；10-补碱***；11-pH计；12-加药***；3.1-调频电机；3.2-转轴；3.3-气体进口；3.4-填料转子；3.5-集液槽；3.6-内圆筒；3.7-上层液体分布器；3.8-气体出口；3.9-除雾层填料；3.10-液体进口；3.11-导流管；3.12-填料定子；3.13-下层液体分布器；3.14-液体出口。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例：

如图1~5所示，一种钠-钙双碱法烟气脱硫的装置，吸收的主体设备是多级错流旋转填料床3，主要包括旋转床壳体、转轴、填料转子和填料定子。其中，旋转床壳体的顶部设有气体出口3.8，底部设有液体出口3.14，上方侧面设有液体进口3.10，下方侧面设有气体进口3.3；旋转床的中心设有转轴3.2，转轴的下端与外部的调频电机3.1相连，转轴可以带动填料转子3.4高速旋转，静止的填料定子3.12安装在相邻填料转子之间，与填料转子交替相间设置；每层填料转子中心均设有液体分布器，本实施例中包括上层液体分布器3.7和下层液体分布器3.13，所述的上层液体分布器3.7与液体进口3.10连接。

所述气体进口3.3连接的进气管上设有鼓风机1和气体流量计2。

所述液体进口3.10连接的进液管与钠基碱液的循环泵9相连。

所述液体出口3.14连接的出液管上设有阀门4，和搅拌置换池5相连接。

所述气体出口3.8一端设有除雾填料层3.9。

所述错流旋转填料床3的填料分为三层，从上到下依次为填料转子、填料定子、填料转子，交替相间；每层填料都是由支柱和均匀开孔的不锈钢板构成的填料支撑组件来支撑的，并且采用渔网状丝网将塑料花环或鲍尔环填料装填起来固定于转子中。

所述液体分布器包括环形套管、集液槽3.5、导流管3.11，环形套管是由两个同轴套管共同构成的，其作为一个整体套于转轴3.2的外侧，在环形套管的外管壁上均匀开有若干孔，套管的外侧是填料转子3.4；集液槽3.5是圆环形，位于在上层填料转子的底部外侧，与旋转床壳体内壁焊接；导流管3.11是用来连接集液槽3.5与下层环形套管的。上层环形套管喷出的液体经高速旋转的填料转子剪切之后，被壳体收集到集液槽3.5内，沿着导流管3.11流入下层环形套管内。

所述环形套管从填料转子3.4的中心穿过，环形套管外壁均匀的开有若干孔，所述的孔为圆形孔或格栅孔，孔的数量取决于液体流量和流速；在填料定子区域，为防止气体短路，环形套管与填料定子之间通过焊接的方式连接。

所述的集液槽3.5为圆环形，其截面是由环形薄板、内圆筒3.6、旋转床壳体内壁组成的U形槽，集液槽位于旋转床壳体内侧，环形薄板垂直于壳体内壁并焊接在壳体内壁上，供收集液体；所述的内圆筒是与壳体同心的圆筒，内圆筒底部与环形薄板焊接为一体。液体被收集在集液槽内，经导流管流入下层环形套管中。所述内圆筒3.6平行于旋转床转轴设置，内圆筒的高度是由液体流量决定的，收集的液体不能超过内圆筒的高度。

所述导流管3.11是圆形管，位于集液槽3.5的下部，下端与底层的液体分布器3.13相连接；导流管设置在集液槽下方，均匀设有3个，任意两根导流管之间夹角为120°，沿集液槽圆周方向均匀斜向下朝圆心方向设置，3个导流管形成锥形结构。导流管的直径取决于液体流量，流速控制在0.01~1 m/s。

使用上述装置应用于钠-钙双碱法烟气脱硫的工艺流程如下：含有SO₂的空气经流量计2的计量之后，从错流旋转填料床3气体进口进入，经过下层高速旋转的填料，气体湍动程度增加，气体螺旋上升，穿过填料定子，削弱周向速度，气体得到再分布，重新进入上层高速旋转的填料，增加气流扰动，最后从旋转床的气体出口排出。

新配制好的氢氧化钠溶液补碱***10与再生池中的再生液混合之后，通过循环泵9打入旋转床的液体进口，在上层填料的巨大的剪切作用下，液体被分散成液滴、液丝、液膜，沿径向由内向外扩散，增大了气液接触面积。之后，液体被集液槽收集聚拢，沿着导流管流入下层填料的液体分布器，液体再次被剪切，增加了表面更新速率，强化了气液传质。液体从旋转床的液体出口流出，经阀门4，流入搅拌置换池5，与加药***中的石灰反应之后，进入氧化池6，亚硫酸根离子被氧化为硫酸根离子，进入沉淀池7，将其中的硫酸钙和少量亚硫酸钙沉淀之后，上清液进入澄清池8，与补碱***10中的碱液混合再循环。经液体分布器的分布过程如下：液体从旋转填料床顶部的液体进口进入旋转填料床后均匀喷洒在填料层内缘，在高速旋转的填料转子的离心力作用下，沿径向向四周甩出，由旋转填料床外壁汇集沿壁流下，旋流入集液槽中，在重力作用下，沿导流管进入下层液体分布器，聚集一定量的液体后，由液体分布器的圆孔或格栅将液体喷洒在下一层填料的内缘，在离心力作用下，液体受到巨大的剪切力，被剪切成液滴、液丝、液膜，沿径向向四周甩出穿过填料，由外壁汇集后从旋转填料床底部的液体出口排出；同时，气体从旋转填料床的底部的气体进口进入填料床内，与液体之间形成了多级错流-逆流接触，强化了气膜传质过程。

Claims (10)

1.一种钠-钙双碱法烟气脱硫的装置，包括旋转填料床，其特征在于：所述旋转填料床为多级错流旋转填料床，旋转填料床的主体由壳体、转轴和填料定子以及能够高速旋转的填料转子构成；旋转填料床壳体的顶部设有排气管，底部设有排液管，上方侧面连接进液管，下方侧面连接进气管；转轴的下端与外部的调频电机相连，转轴上装有两个或两个以上的填料转子，静止的填料定子安装在填料转子之间，二者交替相间设置；填料转子中心设有液体分布器，所述液体分布器与进液管连接，进液管与钠基碱液的储槽相连。

2.根据权利要求1所述的钠-钙双碱法烟气脱硫的装置，其特征在于：所述旋转填料床的填料分为三层或三层以上，每层填料都是由支柱和均匀开孔的不锈钢板构成的填料支撑组件来支撑的，并且采用渔网状的丝网将塑料花环或鲍尔环填料装填起来固定于转子中；所述的填料转子与转轴焊接，填料定子与旋转填料床的壳体焊接。

3.根据权利要求1所述的钠-钙双碱法烟气脱硫的装置，其特征在于：所述液体分布器包括环形套管、集液槽、导流管，环形套管是由两个同轴套管共同构成的，两个同轴套管组成整体结构套于转轴的外侧，在环形套管的外管壁上均匀开有若干孔，环形套管的外侧是填料转子；集液槽是圆环形，位于上层环形套管的底部外侧，与旋转床壳体内壁焊接；集液槽通过导流管与下层环形套管相通；上层环形套管喷出的液体经高速旋转的填料转子剪切之后，沿壳体流入集液槽内，沿着导流管流入下层环形套管内。

4.根据权利要求3所述的钠-钙双碱法烟气脱硫的装置，其特征在于：所述的环形套管设置于转轴与填料转子之间，环形套管外壁的孔为圆形孔或格栅孔，孔的数量取决于液体流量和流速；在填料定子区域，为防止气体短路，环形套管与填料定子之间通过焊接的方式连接。

5.根据权利要求3所述的钠-钙双碱法烟气脱硫的装置，其特征在于：所述的集液槽为圆环形，位于旋转填料床壳体内侧、上层环形套管的底部外侧，其截面是由环形薄板、内圆筒、旋转床壳体内壁组成的U形槽，环形薄板垂直于壳体内壁并焊接在壳体内壁上，供收集液体；所述的内圆筒是与壳体同心的圆筒，内圆筒底部与环形薄板焊接为一体。

6.根据权利要求3所述的钠-钙双碱法烟气脱硫的装置，其特征在于：所述的导流管是圆形管，上端与集液槽相连，下端与下一层的液体分布器相连接；导流管设置在集液槽的下方，均匀设有2~8个，沿集液槽圆周方向均匀斜向下朝圆心方向设置，若干导流管形成锥形结构。

7.根据权利要求3所述的钠-钙双碱法烟气脱硫的装置，其特征在于：所述的集液槽底部的环形薄板与导流管焊接上方设有挡液片，便于收集液体，挡液片的高度要低于内圆筒，使得收集的液体能够流入导流管中。

8.根据权利要求1所述的钠-钙双碱法烟气脱硫的装置，其特征在于：所述的进气管上设有鼓风机和流量计；所述的进液管上设有阀门和流量计。

9.根据权利要求1所述的钠-钙双碱法烟气脱硫的装置，其特征在于：所述的出气管一端设有除雾填料层。

10.一种钠-钙双碱法烟气脱硫的方法，采用权利要求1~9任一项所述的钠-钙双碱法烟气脱硫的装置，其特征在于：包括以下步骤：

将空气通过鼓风机与来自钢瓶中的SO₂混合作为模拟烟气，经流量计计量之后，从旋转床底部的气体进口进入，在压力的作用下，通过第一层高速旋转的填料，继续螺旋上升，在填料定子中，受到静止的填料定子的阻滞，削弱了周向运动的趋势，气体在填料定子中得到了再分布的同时也增加了气流的扰动，重新分布的气体继续上升进入上层填料转子，再次受到高速旋转的填料的剪切作用，增加了气流的扰动，增大了气体与填料之间的滑移作用，降低了气膜阻力，强化了气相传质；

将配制好的钠基碱液通过离心泵增压，经电磁流量计计量，液体从旋转填料床顶部的液体进口进入旋转填料床后均匀喷洒在填料层内缘，在高速旋转的填料转子的离心力作用下，沿径向向四周甩出，由旋转填料床外壁汇集沿壁流下，流入集液槽中，在重力作用下，沿导流管进入下层液体分布器，聚集一定量的液体后，由液体分布器的圆孔或格栅将液体喷洒在下一层填料的内缘，在离心力作用下，液体受到巨大的剪切力，被剪切成液滴、液丝、液膜，沿径向向四周甩出穿过填料，由外壁汇集后从旋转填料床底部的液体出口排出；

同时，气体从旋转填料床的底部的气体进口进入填料床内，与液体之间形成了多级错流-逆流接触。