CN206980436U - 一种旋流相变筛滤烟气脱硫余能回收一体化反应器 - Google Patents

一种旋流相变筛滤烟气脱硫余能回收一体化反应器 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种旋流相变筛滤烟气脱硫余能回收一体化反应器，污液排放单元(10)的一侧连接鼓风机(9)，污液排放单元(10)的另一侧连接逆喷循环泵单元(8)，逆喷循环泵单元(8)的顶部通过管路与壳体(2)连接，自上至下依次为总排净气管道(1)、吸附脱NOX床(3)、高速型筒式纤维除雾器(21)和冷却相变室，冷却相变室包括脱硫烟气进口盲板阀(5)、冷凝式余热回收装置(7)和S形垂直风轮(13)，S形垂直风轮(13)与发电机组(6)连接，压力泵(14)分别与高速型筒式纤维除雾器(21)和冷却相变室连接。本实用新型采用钢渣、改性和生物碳作吸收剂，既解决了棘手的环保难题，又有利于资源化，技术经济指标先进。

Description

一种旋流相变筛滤烟气脱硫余能回收一体化反应器
技术领域
本实用新型涉及烟气脱硫技术领域，尤其是一种旋流相变筛滤烟气脱硫余能回收一体化反应器。
背景技术
中国是一个能源结构严重依赖煤炭消耗的发展中大国，2013年全国煤炭消耗量高达36.1亿吨，且随着社会经济的高速发展，煤炭消耗量将继续增加。煤炭中含有硫的元素，在煤炭燃烧中绝大部分被氧化成SO2，如果不进行有效的整理，直接随烟气排放大气中，将严重破坏生态环境，对人类的健康造成极大危害。
烟气脱硫技术(FGD)是目前最为有效而广泛使用的烟气污染控制技术之一。广泛用于火力发电、钢铁冶金等行业烟气SO2的治理，在烟气脱硫技术中，湿法石灰石烟气脱硫技术是目前运用最多的，也是最为成熟的FGD工艺，在湿法石灰石脱硫工艺技术中，来自引风机的烟气进入吸收塔，与吸收塔塔内喷淋层向下喷射的浆液液滴进行高效、充分的“气—液”接触，洗涤SO2、SO3等有害气体，从而实现SO2等酸性气体的脱除，净化后的气体经脱除雾后从吸收塔出口排出，经净化烟道进入烟道排放。但是脱硫吸收塔在运行过程中，易产生粒径为10-60微米的“雾”，“雾”不仅含有水分，它还溶有高浓度的硫酸、硫酸盐、SO2、NOX、可吸入颗粒物(PM10)和细颗粒物(PM2.5)等污染物。如不妥善解决，任何进入烟囱的“雾”，实际就是把SO2、NOX、可吸入颗粒物(PM10)和细颗粒物(PM2.5)等污染物排放到大气中。目前,电厂湿法烟气脱硫除雾器中的叶片都是固定安装的结构,并且多采用类型单一的折板式除雾器,折板式除雾器的分离效率有限,尤其对微米级及亚微观粒子几乎不能捕集、负荷适应性差等诸多弊端也日渐显现。
火力发电、钢铁冶金等行业采用烟气脱硫技术无疑是减少SO2排放的有效措施。但是当前人们关心较多的是***的简单脱硫、***的初步投资及运行费用等，而在脱硫***正常运行排放后对环境产生的二次污染以及***的优化等方面，很少***的研究。如湿法脱硫(FGD) 吸收塔——饱和蒸汽直排问题。虽然100-300万m3/h烟气进行了脱硫处理，脱硫后烟气中的SO2、烟尘大大减少，但那些自电厂排放的烟气形成巨大醒目的“浓烟”(除雾器的除雾效率不高，逃逸夹带的液滴(雾滴包括含尘量≤75mg/Nm3)和在大量的饱和水蒸汽中含有SO2固态颗粒以及由SO2经催化过程转化的SO3硫酸气溶胶(100mg/Nm3左右)进入大气形成了二次污染的基础条件。
受气候环境的影响，这些“浓烟”在特定的日期(当地气温较低、气压较低或在阴霾天气的时间段)会直接沉降到地面，形成新的地面污染，已成为突出的大气环境问题。
这些火力发电、钢铁冶金等行业在特定的气候条件下，大气中的可吸入作为烟气中的硫酸气溶胶凝结中心并形成霾，降低了大气的能见度，特别是硫酸气溶胶和烟气和大气中的金属微粒相结合，形成可吸入物，这些可吸入物对人体的毒害非常强，是目前关注的重点，因此，***必须关闭或被旁路，或者火力发电、钢铁冶金等行业必需停产，其产生的经济损失和对国家与社会负面影响是无法估量的。
另外，钢铁行业生产过程中产生大量的碱性转炉渣、电炉渣，其中因游离氧化钙、游离氧化镁的成分存在，造成水泥等行业不能充分加以利用，使用消耗钢厂废弃物钢渣制备成调制脱硫浆液可实现以废治废方式的资源化，解决了环保问题。
实用新型内容
针对上述存在的问题，本实用新型的目的是提供一种旋流相变筛滤烟气脱硫余能回收一体化反应器。
本实用新型的技术方案是：一种旋流相变筛滤烟气脱硫余能回收一体化反应器，包括总排净气管道1、壳体2、吸附脱NOX床3、空气氧化与反吹过滤分布框架床单元4、脱硫烟气进口盲板阀5、发电机组6、冷凝式余热回收装置7、逆喷循环泵单元8、鼓风机9、污液排放单元10、管网A11、多孔分布器12、S形垂直风轮13、压力泵14、扁缝型内水道15、螺旋形扰流换热片16、架隔板17、循环透平机18、加压泵19、冷凝器20、高速型筒式纤维除雾器21、管网B22、排污口23和鼓包气流调整器24，所述壳体2的上下端分别安装总排净气管道1和污液排放单元10，所述污液排放单元10的一侧连接鼓风机 9，所述污液排放单元10的另一侧连接逆喷循环泵单元8，所述逆喷循环泵单元8的顶部通过管路与壳体2连接，自上至下依次为总排净气管道1、吸附脱NOX床3、高速型筒式纤维除雾器21和冷却相变室，所述冷却相变室包括脱硫烟气进口盲板阀5、冷凝式余热回收装置7 和S形垂直风轮13，所述S形垂直风轮13安装在冷却相变室中，位于脱硫烟气进口盲板阀5的左侧，所述S形垂直风轮13与发电机组 6连接，所述压力泵14分别与高速型筒式纤维除雾器21和冷却相变室通过管网A11连接。
进一步的，所述冷凝式余热回收装置7包括扁缝型内水道15和螺旋形扰流换热片16，二者通过管路以连接法兰方式安装在冷却相变室中，所述扁缝型内水道15上设有进水口管路和出水口管路。
进一步的，所述鼓包气流调整器24将烟气的流速调整为6.0-4.0 m/s，温度80-120℃。
进一步的，所述逆喷循环泵单元8的管路上安装螺旋喷嘴，所述螺旋喷嘴自下至上喷射洗涤发泡浆液。
进一步的，所述污液排放单元10上安装有多孔分布器12。
进一步的，所述高速型筒式纤维除雾器21中间安装架隔板17。
进一步的，所述循环透平机18分别与冷凝式余热回收装置7和冷凝器20连接，所述冷凝器20与加压泵19连接，所述加压泵19的另一端与冷凝式余热回收装置7连接。
进一步的，所述管网A11和管网B22都是低压氧化空气管网单元，低压空气反吹清污***采用PLC控制,实现自动检测与控制，并满足 DCS控制***的接口要求，所述清污模式包括压差控制自动控制、时间控制和手动控制。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)与现有的国内、外湿法脱硫工艺相比，本实用新型的脱硫原理采用的一个全新的用于烟道气脱硫的单元操作技术，它同时完成烟道气冷凝净化与余能回收、筛滤吸附酸性气体以及产生CaSO4液相等多个功能。其核心技术可用于多个工业领域，如钢铁厂、冶金工业炉窑、电厂、水泥厂、工业废弃物焚烧、钛白粉厂、炼焦厂、炼油厂、锅炉等，它的余能全回收技术可日常运行中冲减工程投资与设备消耗，也在一定程度上克服了煤炭燃料中间载能体使用缺点的限制，较好地解决了燃煤、钢铁行业的环保技术难题，是一种高效、绿色、可循环并有一定经济效益的高效烟气脱硫除尘、NOX控制、余能全回收发电“以废治废、循环利用”一体净化“多功能效益型”新的工艺技术及装置。
(2)本实用新型整套装置运行控制需求简单，采用钢渣、改性和生物碳作吸收剂，价廉、易得、以废治废便于利用、消耗钢厂磁选后废弃物，既解决了棘手的环保难题，又有利于资源化，技术经济指标先进。将实现其控制技术方面的高效、绿色、可循环和适用的革新突破。以期实现提出的燃煤、冶金烟气“超低/超净/近零”排放的要求，即达到燃气轮机的排放限值(NOX≤50mg/Nm3、SO2≤35mg/Nm3、烟尘≤5mg/Nm3)。对于大、中型烟气有广泛的实用价值。
(3)本实用新型的余能综合发电功能，是填补国内、外烟气脱硫行业上的一项技术空白，它的各***余能全回收技术可在日常运行中冲减工程投资与设备消耗，具有余能综合利用率高、发电稳定性好、运行维护成本低的特点，在获得各***高效利用的同时，整合的新***具有良好的发展前景，较好地解决了烟气脱硫行业的一项环保技术难题。
(4)本实用新型的终端附产品CaSO4(Fe/Al/Mg)是一种非混合燃料中的载氧体基础原料，是一种高效、清洁、经济的新型化学链新型燃烧技术所需载氧体(燃料与空气无需接触，通过载氧体在反应器的循环来实现燃料燃烧过程)，是昂贵的金属载氧体价廉替代品，有良好的经济效益价值，将钢渣转化为载氧体并生产规模化是突破性的创新成果，这对脱硫工艺的高效利用具有重大的意义。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为图1的A-A剖面图。
图3为本实用新型的空气氧化与反吹过滤分布框架床单元4的示意图。
图4为本实用新型的冷凝式余热回收装置的示意图。
图5为本实用新型的螺旋形扰流换热片的结构示意图。
图中：1-总排净气管道，2-壳体，3-吸附脱NOX床，4-空气氧化与反吹过滤分布框架床单元，5-脱硫烟气进口盲板阀，6-发电机组，7-冷凝式余热回收装置，8-逆喷循环泵单元，9-鼓风机，10-污液排放单元，11-管网A，12-多孔分布器，13-S形垂直风轮、14-压力罐， 15-扁缝型内水道，16-螺旋形扰流换热片，17-架隔板，18-循环透平机，19-加压泵，20-冷凝器，21-高速型筒式纤维除雾器，22-管网B， 23-排污口，24-鼓包气流调整器。
具体实施方式
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图所示，旋流相变筛滤一体化反应器包括上部滤筛净气室部分、中间密封隔板和下部冷却相变室，待脱硫饱和烟气经鼓包气流调整器 24冲击，以较高的流速(6.0-4.0m/s、温度80-120℃)自上而下进入本实用新型的通道内，通过饱和烟气余能冲击力驱动S形垂直风轮 16高速旋转，对脱硫烟气进行动能回收消减(3.0-1.5m/s)、吸收余能与部分脱水，然后饱和脱硫烟气进入若干个冷凝式余热回收装置 7中，饱和脱硫烟气从冷凝式余热回收装置7的螺旋形扰流换热片上部切向进入、在冷凝式余热回收装置7内部按照环行流道形成旋流，进行偏心环空气液两相层流螺旋运动并汇集中心流场，借助形成的向心力促使气态污染物颗粒物相变凝结变大，并实现脱水。
逆喷循环泵单元8的管路上设有螺旋喷嘴，螺旋喷嘴自下向上喷射洗涤发泡浆液，即钢渣水调制碱性浆液，在喷射区制造泡沫区，射流形成的微发泡浆液雾滴先与向下螺旋运动的烟气逆流充分接触、传质，烟气被喷射、旋切、破碎气态污染物不断自由进入具有一定深度碱性的浆液溶液中，然后在自重和烟气顺流曳力的作用下进而使饱和烟气中的二氧化硫与发泡洗涤浆液雾滴发生快速的相变化学反应而被吸收，SO2被浆液捕集下来并促使颗粒凝结长大。随着两相气液体在螺旋形扰流换热片导引下进行急冷与换热，温度降低(80℃降低至 30℃)，SO2和SO3气体通过露点转变为冷凝的酸性大颗粒物，生成 CaSO3，并在反应区内曝气氧化生成终端产品硫酸钙(CaSO4)，在惯性旋转碰撞与重力作用而滑移沉下进入多孔分布器12，将其从污液排放单元排放出去。
冷凝式余热回收装置7以连接法兰方式安装在冷却相变室中，冷却相变室包括螺旋形扰流换热片16和扁缝型内水道15，扁缝型内水道15在螺旋形扰流换热片16内部，螺旋形扰流换热片16的水道上设有进水口管路和出水口管路，余热回收装置利用螺旋扰流换热片16进行冷、热交换。
脱硫烟气体在向前运动过程中连续改变方向，破坏气体流动的层流性，产生中心旋转流动及二次流，实现管内的强制对流换热，减少边界层热阻，扁缝型内水道15增加表面传热系数。带有热量的烟气流经本装置时与水室里的除盐软水进行热交换，使水温升高(25℃ -65℃)，烟气中的余热得到高效回收，并用于纯低温余热发电***或锅炉补水加温。螺旋扰流片圆弧面转折角度及偏心角度能够对气液两相流场进行调节,使之达到理想状态,提高了除雾效率。
设计上考虑了浆液10-20h的反应时间。
主要反应有：吸收、溶解、氧化、中和、析出(结晶)。
吸收：SO2(气)+H2O→SO2(溶)+2H2O→H++HSO3 -→2H++SO3 2-
溶解：H++CaCO3→Ca2++HCO3
中和：H++HCO3 -→H2O+CO2
氧化：HSO3 -+1/2O2(溶)→SO4 2-+H+
SO3 2-+1/2O2(溶)→SO4 2-
析出(结晶)：Ca2++SO3 2-+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O(固)
Ca2++SO4 2-+2H2O→CaSO4·2H2O(固)
剩余的脱硫烟气中细小雾滴经发泡洗涤浆液和空气快速的化学反应后，自下而上返转进入高速型筒式纤维除雾器21中，被新型滤袋进行直接拦截而附于其表面，在过滤与氧化等机理作用下，雾状微颗粒被纤维床捕集下来，捕集下来的雾状微颗粒凝聚成大颗粒雾滴，在空气流推动力的作用下汇集到高速型筒式纤维除雾器21表面，并在滤袋表面建立微颗粒物饼层，增加了微颗粒物进入的难度。当上部过滤净气室部分与下部冷却相变室的压差达到设定值时，低压缩空气清污***开始工作，脉冲喷吹开始工作至低于设定值。由此进入生成CaSO3,并在筒体反应区内曝气氧化生成终端产品硫酸钙(CaSO4)，在惯性碰撞与重力作用下而沉降进入多孔分布器12，从污液排放单元 10排放出去。
再次净化后的气体透过高速型筒式纤维除雾器21两次过滤进入上部净气室，中间架隔板17上滤袋呈分布布置。吸附脱NOX床3采用的是三层金属网错缝分布框架床层，利用配置的改性生物碳+钢渣(钢渣-蒙脱石)复合助剂预制块吸附催化NOX和剩余SO2等气态污染物，再次净化干净后的气体再经总排净气管道1进入烟筒最终排入大气。
低压氧化空气管网单元的低压空气反吹清污***采用PLC控制, 实现自动检测与控制，并满足DCS控制***的接口要求。采用三种清污模式：压差控制自动控制、时间控制和手动控制。在设备运行正常期间，以压差控制自动控制为主，时间控制为辅。压差控制是利用上部过滤净气室部分与下部冷却相变室部分的上、下压差，通过PLC来控制脉冲阀开和闭。当压差控制出现故障时，采用定时的自动脉冲清污。手动就地控制一般是在检修和调试中。以上三种模式可以通过授权进行自由切换，平常***正常运行时一般启动是自动控制模式。
在本实用新型上匹配一套完整的烟气排放连续监测***(CEMS)，对脱硫前后的烟气进行在线分析，以便实时监测烟气各项参数，并判断净化脱硫后的烟气是否达到排放标准。可监测烟气温度、压力、流量、湿度、粉尘含量、SO2含量、NOX含量、O2含量等参数。
在本实用新型上配置一套低温废气余热驱动有机肯循环的流程。冷凝液(除盐软水)从冷凝式余热回收装置7通过管路经循环透平机 18进入冷凝器20冷凝，冷凝液(除盐软水)被加压泵19增压进入冷凝式余热回收装置，液体(除盐水)工质在螺旋形扰流换热片16被余热加热至循环透平机18进口，完成一个发电工质循环。
在脱硫饱和烟气冲击力下驱动S形垂直风轮13余能回收高速旋转，将能量转换至同轴联动的发电机组6。其原理是利用冲击力带动叶轮旋转，再通过增速机将旋转的速度提升发电，经充电器整流，再对蓄电池充电，使风轮发电机提升的电能变成化学能。然后通过逆变器，把蓄电电池组里的化学能转换成交流向负载220V市电供电。
本实用新型内处于中等到严重的腐蚀环境以及磨损性。反应器的内衬以及循环设备***制作材料需能防腐耐磨，一般涂层选用聚氨酯材料与玻璃纤维增强塑料。
以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种旋流相变筛滤烟气脱硫余能回收一体化反应器，包括总排净气管道(1)、壳体(2)、吸附脱NOX床(3)、空气氧化与反吹过滤分布框架床单元(4)、脱硫烟气进口盲板阀(5)、发电机组(6)、冷凝式余热回收装置(7)、逆喷循环泵单元(8)、鼓风机(9)、污液排放单元(10)、管网A(11)、多孔分布器(12)、S形垂直风轮(13)、压力泵(14)、扁缝型内水道(15)、螺旋形扰流换热片(16)、架隔板(17)、循环透平机(18)、加压泵(19)、冷凝器(20)、高速型筒式纤维除雾器(21)、管网B(22)、排污口(23)和鼓包气流调整器(24)，其特征在于，所述壳体(2)的上下端分别安装总排净气管道(1)和污液排放单元(10)，所述污液排放单元(10)的一侧连接鼓风机(9)，所述污液排放单元(10)的另一侧连接逆喷循环泵单元(8)，所述逆喷循环泵单元(8)的顶部通过管路与壳体(2)连接，自上至下依次为总排净气管道(1)、吸附脱NOX床(3)、高速型筒式纤维除雾器(21)和冷却相变室，所述冷却相变室包括脱硫烟气进口盲板阀(5)、冷凝式余热回收装置(7)和S形垂直风轮(13)，所述S形垂直风轮(13)安装在冷却相变室中，位于脱硫烟气进口盲板阀(5)的左侧，所述S形垂直风轮(13)与发电机组(6)连接，所述压力泵(14)分别与高速型筒式纤维除雾器(21)和冷却相变室通过管网A(11)连接。
2.根据权利要求1所述的一种旋流相变筛滤烟气脱硫余能回收一体化反应器，其特征在于，所述冷凝式余热回收装置(7)包括扁缝型内水道(15)和螺旋形扰流换热片(16)，二者通过管路以连接法兰方式安装在冷却相变室中，所述扁缝型内水道(15)上设有进水口管路和出水口管路。
3.根据权利要求1所述的一种旋流相变筛滤烟气脱硫余能回收一体化反应器，其特征在于，所述逆喷循环泵单元(8)的管路上安装螺旋喷嘴，所述螺旋喷嘴自下至上喷射洗涤发泡浆液。
4.根据权利要求1所述的一种旋流相变筛滤烟气脱硫余能回收一体化反应器，其特征在于，所述污液排放单元(10)上安装有多孔分布器(12)。
5.根据权利要求1所述的一种旋流相变筛滤烟气脱硫余能回收一体化反应器，其特征在于，所述高速型筒式纤维除雾器(21)中间安装架隔板(17)。
6.根据权利要求1所述的一种旋流相变筛滤烟气脱硫余能回收一体化反应器，其特征在于，所述循环透平机(18)分别与冷凝式余热回收装置(7)和冷凝器(20)连接，所述冷凝器(20)与加压泵(19)连接，所述加压泵(19)的另一端与冷凝式余热回收装置(7)连接。
7.根据权利要求1所述的一种旋流相变筛滤烟气脱硫余能回收一体化反应器，其特征在于，所述管网A(11)和管网B(22)都是低压氧化空气管网单元，低压空气反吹清污***采用PLC控制,实现自动检测与控制，并满足DCS控制***的接口要求，所述清污模式包括压差控制自动控制、时间控制和手动控制。
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CN110332076A (zh) * 2019-04-07 2019-10-15 李英劼 自助式消烟发电排烟装置
CN114082272A (zh) * 2022-01-21 2022-02-25 山东神驰石化有限公司 一种脱乙烷塔塔顶尾气的丙烯回收装置
CN117323810A (zh) * 2023-11-13 2024-01-02 江苏国强环保集团有限公司 一种双级分区喷淋脱硫***及其工艺

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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