CN220370777U - 用于生物质电厂超低排放的复合吸收塔 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于生物质电厂超低排放的复合吸收塔，吸收区包括下部脱硫段、中部脱硝段和上部除雾段；下部脱硫段与中部脱硝段均为独立循环***，中部脱硝段包括自下而上依次设置的液体收集管道、液膜吸收层和液体分布管道，液体收集管道出口与脱硝液体循环箱相连，液体分布管道入口与脱硝液体循环泵出口相连，脱硝液体循环泵入口与脱硝液体循环箱相连，脱硝液体循环箱上部连接脱硝氧化剂供给管道，下部连接脱硝废液排出管道。本实用新型的脱硫段和脱硝段为独立循环***，分别具有脱硫和脱硝功能，除雾段具有除雾功能，这三段又均具有协同除尘功能，因此本复合塔同时具备脱硫、脱硝和除尘功能，可实现生物质电厂烟气多污染物的超低排放。
Description
技术领域
本实用新型涉及废气处理技术领域，具体涉及一种用于生物质电厂超低排放的复合吸收塔。
背景技术
生物质发电，是可再生能源的重要组成部分。我国是农业大国，秸秆、蔗渣等农林废弃物发电能有效解决秸秆露天焚烧难题、促使生物质综合利用，有助于实现碳中和。在人们的印象中，和传统化石能源燃煤发电相比，生物质等可再生能源发电头顶“循环利用”“低碳清洁”的光环，其排放更为洁净。但事实可能并非如此，常规生物质直燃发电厂烟囱排放并非想象的那样清洁，部分污染物排放浓度甚至超过改造后的燃煤电厂。以往关于火电厂排放清单的研究，大多重点关注燃煤发电厂。近年来快速发展的生物质电厂排放及其可能的环境影响开始得到足够关注，其排放要求也逐步趋严。
常规生物质电厂烟气净化采用选择性非催化还原脱硝***(SNCR)+布袋(电)除尘器+石灰石石膏湿法脱硫或干法脱硫***。由于生物质电厂使用燃料范围广、变化大，当燃烧烟气中三氧化硫和氮氧化物浓度升高时，烟气排放容易出现氮氧化物超标或粉尘超标的情况。原因是SNCR脱硝效率较低，如果不增加过量氨的投入，就会造成氮氧化物的超标；但如果增加氨的投入量，又造成氨逃逸的增加，逃逸氨与三氧化硫继而形成硫酸氢铵等粉尘，氨、三氧化硫、硫酸氢铵往往以气溶胶的形式存在，由于颗粒极小，为微米级，常规除雾器无法去除，最后造成出口粉尘排放超标。另外，由于SNCR脱硝效率有限，即便增加氨的投入量，仍可能出现氮氧化物超标的情况。
为解决生物质电厂超低排放氮氧化物和粉尘等超标问题，目前主要采用增设SCR***和增加湿式电除尘的方式，通过SCR***脱除氮氧化物、通过湿式电除尘脱除气溶胶。该方案虽然解决了氮氧化物和粉尘超标的问题，但显著增加了投资成本和运行成本，且需要较大的占地面积和安装空间。
中国专利CN201920440575.3公开了一种湿法脱硫、脱硝、控白一体化装置，烟气经过脱硫塔入口臭氧喷射混合器与臭氧混合反应，将烟气中的NO氧化成NO2、NO3、N2O5等高价氮氧化物，进入吸收塔后被喷淋的浆液吸收，脱除大部分的NOX和SO2，再经过持液层低温吸收液进一步吸收和降温，实现出口烟气高效脱硫脱硝和控白的目的。但是臭氧发生器投资和运行费用高、占地面积大，而且臭氧本身也是一种环境有害气体，会造成环境污染。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在投资和运行费用高，需要较大占地面积和安装空间的问题，提供一种用于生物质电厂超低排放的复合吸收塔，通过两段独立循环及复合塔内件在一个塔内实现生物质电厂烟气二氧化硫、氮氧化物和粉尘的超低排放，无需设置SCR、湿式静电除尘器等塔外烟气净化设备，也无需臭氧发生器等额外装置。
本实用新型为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
一种用于生物质电厂超低排放的复合吸收塔，包括自下而上依次设置的浆池、烟气入口、吸收区和烟气出口，所述吸收区包括下部脱硫段、中部脱硝段和上部除雾段；所述下部脱硫段与中部脱硝段均为独立循环***，其中，所述中部脱硝段包括自下而上依次设置的液体收集管道、液膜吸收层和液体分布管道，所述液体收集管道出口与脱硝液体循环箱相连，液体分布管道入口与脱硝液体循环泵出口相连，脱硝液体循环泵入口与脱硝液体循环箱相连，脱硝液体循环箱上部连接脱硝氧化剂供给管道，下部连接脱硝废液排出管道。
上述方案中，所述脱硝氧化剂为过硫酸钠和双氧水溶液。
上述方案中，所述液膜吸收层上脱硝浆液高度为10～150mm。
上述方案中，所述下部脱硫段包括自下而上依次设置的下层气液分布器、下层喷淋层、上层气液分布器、上层喷淋层；所述下层喷淋层通过下层喷淋层循环泵与所述浆池连接；所述上层喷淋层通过上层喷淋层循环泵与所述浆池连接。
上述方案中，所述上层喷淋层循环泵入口的浆液循环管设有脱硫剂补充入口，以提高喷淋浆液的pH值。
上述方案中，所述脱硫剂为石灰石浆液。
上述方案中，所述下层气液分布器采用非均匀开孔布置，所述上层气液分布器采用均匀开孔布置。
上述方案中，所述下层喷淋层和上层喷淋层均至少设置1层，喷淋层上的喷嘴为双头雾化喷嘴。
上述方案中，所述上部除雾段为收水型屋脊式除雾层，包括自下而上依次设置的除雾器冲洗水收集器、屋脊式除雾器和除雾器冲洗水喷淋管，所述除雾器冲洗水收集器的液体出口与所述浆池相连。
上述方案中，所述屋脊式除雾器包括两级或三级除雾器。
本实用新型的有益效果在于：
1、本实用新型复合塔吸收段包括下部脱硫段、中部脱硝段和上部除雾段，脱硫段和脱硝段为独立循环***，分别具有脱硫和脱硝功能，除雾段具有除雾功能，这三段又均具有协同除尘功能，因此本复合塔同时具备脱硫、脱硝和除尘功能，可实现生物质电厂烟气多污染物的超低排放，满足出口NOx＜30mg/m3，SO2＜20mg/m3，烟尘＜3mg/m3。
2、高效脱硫功能：利用气液分布器将脱硫段分为两级，第一级喷淋层直接采用浆池浆液喷淋，对烟气中的二氧化硫进行初脱除；第二级喷淋层在循环泵入口浆液加入石灰石浆液，提高了喷淋浆液的pH值，对烟气进行精脱除。实现了单塔pH值分区，相比较常规单塔显著提高了脱硫效率。下层气液分布器采用非均匀开孔，开孔布置与烟气分布相适配，能够有效均布烟气，解决烟气偏流问题，进一步提高脱硫性能。同时气液分布器增加了浆液停留时间，强化了气液传质，因此也提高了SO2脱除效率。综上，生物质电厂烟气净化采用两级气液分布器与多层喷淋层组合，可实现二氧化硫的超低排放。
3、液相脱硝功能：由于SNCR脱硝效率不高，烟气氮氧化物浓度容易不满足达标排放要求。本实用新型的脱硝段设置一层液膜，液膜内添加过硫酸钠和双氧水，液膜覆盖在整个流通截面。当烟气经过液膜时，烟气与液膜发生扰动并充分接触，烟气中的氮氧化物被脱硝氧化剂氧化并与溶液中的阳离子生成可溶性硝酸盐，由于进入吸收塔的烟气氮氧化物浓度并不高，因此经过液膜吸收后即可以达标排放，无需在前端SNCR工段额外过量投加氨，所以也不会增加氨逃逸。脱硝段是独立循环的***，脱硝剂不必分散到脱硫浆液中，因此用量少，且可根据运行情况调整投加量，节省费用。
4、除雾器收水功能：所述的除雾段具有收集冲洗水的功能，冲洗水不直接落入脱硝段，一方面减少对脱硝段循环体系的干扰，避免脱硝段液位和压力发生大幅度波动，另一方面也减少脱硝段循环液体量，进而减少废水排放量。
5、协同除尘功能：脱硫段、脱硝段和除雾段均具有协同除尘功能。脱硫段浆液由各喷淋层多个喷嘴喷出，向下运动，与烟气逆流接触，气流中的粉尘颗粒与液滴之间发生惯性碰撞、拦截、扩散、凝聚以及重力沉降等作用，使粉尘被捕集。气液分布器均布了烟气，同时烟气和浆液在该装置上充分混合接触，提高了除尘效率。但脱硫段对烟气中的细小粉尘，特别是PM2.5及以下细小粉尘，除尘效率很低。脱硝段有一层液膜，烟气进入液膜激起大量的气泡形成泡沫层，烟尘在惯性、扩散作用的同时不断地受到泡沫的扰动，不断改变方向，增加了烟尘与液体的接触机率，烟气得到进一步净化。鼓泡式除尘器的除尘效果比喷雾塔除尘器具有更高的除尘效率，尤其是脱除PM2.5及以下细小烟尘的性能很高，远高于喷淋层的除尘效率。另外，液膜循环液体温度低于烟气温度，烟气进入液膜后发生降温，烟气中的水蒸气在冷凝形成液滴的过程中会包裹微细粉尘，包括部分气溶胶，形成较大液滴，从而能被液膜或后续除雾器去除，再进一步提高整体除尘效率。
6、本实用新型采用复合塔形式，结构紧凑，减少了占地面积和安装空间，节省了投资造价。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型用于生物质电厂超低排放的复合吸收塔的结构示意图；
图2是下层气液分布器不均匀开孔布置图。
图中：1、浆池；2、搅拌器；3、氧化空气管；4、烟气入口；5、下层气液分布器；6、下层喷淋层；7、上层气液分布器；8、上层喷淋层；9、液体收集管道；10、液膜吸收层；11、液体分布管道；12、除雾器冲洗水收集器；13、屋脊式除雾器；14、烟气出口；15、除雾器冲洗水喷淋管；16、脱硝氧化剂供给管道；17、脱硝废液排出管道；18、脱硝液体循环泵；19、脱硝液体循环箱；20、下层喷淋层循环泵；21、上层喷淋层循环泵；22、脱硫剂补充入口；23、石膏浆液排出管道。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
如图1所示，为本实用新型实施例提供的一种用于生物质电厂超低排放的复合吸收塔，包括自下而上依次设置的浆池1、烟气入口4、吸收区和烟气出口14，吸收区包括下部脱硫段、中部脱硝段和上部除雾段，下部脱硫段与中部脱硝段均为独立循环***。
下部脱硫段为第一个独立循环***，包括自下而上依次设置的下层气液分布器5、下层喷淋层6、上层气液分布器7、上层喷淋层8；下层喷淋层6通过下层喷淋层循环泵20与浆池1连接；上层喷淋层8通过上层喷淋层循环泵21与浆池1连接。
进一步优化，上层喷淋层循环泵21入口的浆液循环管设有脱硫剂补充入口22，以提高喷淋浆液的pH值。利用气液分布器将脱硫段分为两级，第一级喷淋层(下层喷淋层6)直接采用浆池1浆液喷淋，对烟气中的二氧化硫进行初脱除；第二级喷淋层(上层喷淋层8)在循环泵入口浆液加入脱硫剂，提高了喷淋浆液的pH值，对烟气进行精脱除。实现了单塔pH值分区，相比较常规单塔显著提高了脱硫效率。
进一步优化，脱硫剂为石灰石浆液。
进一步优化，下层气液分布器5采用非均匀开孔布置，如图2所示，开孔布置与烟气分布相适配，能够有效均布烟气，解决烟气偏流问题，进一步提高脱硫性能。上层气液分布器7采用均匀开孔布置，经过下层气液分布器5和下层喷淋层6之后的烟气已经在塔截面分布比较均匀了，上层气液分布器7采用均匀开孔分布，流经每个孔的浆液就可以与烟气分布匹配，均匀混合提高脱硫和除尘效率。
进一步优化，下层喷淋层6和上层喷淋层8均至少设置1层，喷淋层上的喷嘴为双头雾化喷嘴。
中部脱硝段为第二个独立循环***，包括自下而上依次设置的液体收集管道9、液膜吸收层10和液体分布管道11；液体收集管道9出口与脱硝液体循环箱19相连，液体分布管道11入口与脱硝液体循环泵18出口相连，脱硝液体循环泵18入口与脱硝液体循环箱19相连，脱硝液体循环箱19上部连接脱硝氧化剂供给管道16，下部连接脱硝废液排出管道17。
脱硝段设置一层液膜，液膜内添加脱硝氧化剂，液膜覆盖在整个流通截面，当烟气经过液膜时，烟气与液膜发生扰动并充分接触，烟气中的氮氧化物被脱硝氧化剂氧化并与溶液中的阳离子生成可溶性硝酸盐，由于进入吸收塔的烟气氮氧化物浓度并不高，因此经过液膜吸收后即可以达标排放。脱硝段是独立循环的***，脱硝剂不必分散到脱硫浆液中，因此用量少，且可根据运行情况调整投加量，节省费用。
进一步优化，脱硝氧化剂为过硫酸钠和双氧水溶液。
进一步优化，液膜吸收层10上脱硝浆液高度为10～150mm。
上部除雾段为收水型屋脊式除雾层，具有收水功能，包括自下而上依次设置的除雾器冲洗水收集器12、屋脊式除雾器13和除雾器冲洗水喷淋管15，除雾器冲洗水收集器12的液体出口与浆池1相连。冲洗水不直接落入脱硝段，一方面减少对脱硝段循环体系的干扰，避免脱硝段液位和压力发生大幅度波动，另一方面也减少脱硝段循环液体量，进而减少废水排放量。
进一步优化，屋脊式除雾器13包括两级或三级除雾器。
进一步优化，浆池1内设置有多根氧化空气管3和多个侧进式搅拌器2。
进一步优化，浆池1设有石膏浆液排出管道23，通过浆液排出泵排出浆液。
本实用新型复合塔吸收段的下部脱硫段具有脱硫，中部脱硝段具有脱硝功能，且脱硫段和脱硝段均为独立循环***，上部除雾段具有除雾功能，这三段又均具有协同除尘功能：脱硫段浆液由各喷淋层多个喷嘴喷出，向下运动，与烟气逆流接触，气流中的粉尘颗粒与液滴之间发生惯性碰撞、拦截、扩散、凝聚以及重力沉降等作用，使粉尘被捕集。气液分布器均布了烟气，同时烟气和浆液在该装置上充分混合接触，提高了除尘效率。但脱硫段对烟气中的细小粉尘，特别是PM2.5及以下细小粉尘，除尘效率很低。脱硝段有一层液膜，烟气进入液膜激起大量的气泡形成泡沫层，烟尘在惯性、扩散作用的同时不断地受到泡沫的扰动，不断改变方向，增加了烟尘与液体的接触机率，烟气得到进一步净化。鼓泡式除尘器的除尘效果比喷雾塔除尘器具有更高的除尘效率，尤其是脱除PM2.5及以下细小烟尘的性能很高，远高于喷淋层的除尘效率。另外，液膜循环液体温度低于烟气温度，烟气进入液膜后发生降温，烟气中的水蒸气在冷凝形成液滴的过程中会包裹微细粉尘，包括部分气溶胶，形成较大液滴，从而能被液膜或后续除雾器去除，再进一步提高整体除尘效率。除雾器具有去除雾滴的功能，而雾滴里面含有溶解和悬浮的微小粉尘，除雾器去除雾滴的同时也就协同去除了部分粉尘。
因此本复合塔同时具备脱硫、脱硝和除尘功能。本复合塔通过两段独立循环和复合塔塔内件实现生物质电厂烟气多污染物的超低排放，满足出口NOx＜30mg/m3，SO2＜20mg/m3，烟尘＜3mg/m3。
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
Claims (10)
1.一种用于生物质电厂超低排放的复合吸收塔，包括自下而上依次设置的浆池、烟气入口、吸收区和烟气出口，其特征在于，所述吸收区包括下部脱硫段、中部脱硝段和上部除雾段；所述下部脱硫段与中部脱硝段均为独立循环***，其中，所述中部脱硝段包括自下而上依次设置的液体收集管道、液膜吸收层和液体分布管道，所述液体收集管道出口与脱硝液体循环箱相连，液体分布管道入口与脱硝液体循环泵出口相连，脱硝液体循环泵入口与脱硝液体循环箱相连，脱硝液体循环箱上部连接脱硝氧化剂供给管道，下部连接脱硝废液排出管道。
2.根据权利要求1所述的用于生物质电厂超低排放的复合吸收塔，其特征在于，所述脱硝氧化剂为过硫酸钠和双氧水溶液。
3.根据权利要求1所述的用于生物质电厂超低排放的复合吸收塔，其特征在于，所述液膜吸收层上脱硝浆液高度为10～150mm。
4.根据权利要求1所述的用于生物质电厂超低排放的复合吸收塔，其特征在于，所述下部脱硫段包括自下而上依次设置的下层气液分布器、下层喷淋层、上层气液分布器、上层喷淋层；所述下层喷淋层通过下层喷淋层循环泵与所述浆池连接；所述上层喷淋层通过上层喷淋层循环泵与所述浆池连接。
5.根据权利要求4所述的用于生物质电厂超低排放的复合吸收塔，其特征在于，所述上层喷淋层循环泵入口的浆液循环管设有脱硫剂补充入口，以提高喷淋浆液的pH值。
6.根据权利要求5所述的用于生物质电厂超低排放的复合吸收塔，其特征在于，所述脱硫剂为石灰石浆液。
7.根据权利要求4所述的用于生物质电厂超低排放的复合吸收塔，其特征在于，所述下层气液分布器采用非均匀开孔布置，所述上层气液分布器采用均匀开孔布置。
8.根据权利要求4所述的用于生物质电厂超低排放的复合吸收塔，其特征在于，所述下层喷淋层和上层喷淋层均至少设置1层，喷淋层上的喷嘴为双头雾化喷嘴。
9.根据权利要求1所述的用于生物质电厂超低排放的复合吸收塔，其特征在于，所述上部除雾段为收水型屋脊式除雾层，包括自下而上依次设置的除雾器冲洗水收集器、屋脊式除雾器和除雾器冲洗水喷淋管，所述除雾器冲洗水收集器的液体出口与所述浆池相连。
10.根据权利要求9所述的用于生物质电厂超低排放的复合吸收塔，其特征在于，所述屋脊式除雾器包括两级或三级除雾器。
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