處理廢氣的滌氣器的製作方法
2023-08-13 08:15:46
專利名稱：處理廢氣的滌氣器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種新穎有效的滌氣器，可用於處理髮電廠和化工廠的廢氣(fluegases)。將有害雜質如SO2、SO3、HCL、氮氧化物吸收到水基溶液中，其中基本上沒有固體沉澱。
背景技術：
來自發電廠和鍋爐的廢氣含有燃燒燃料時產生的可變量的SO2、SO3、氮氧化物或酸、以及類似的酸性雜質。同樣，許多化工廠排出的氣體也含有這類化合物或類似的雜質。已知這些雜質會對環境造成危害，一般法規要求在這些氣體排放至大氣之前需經處理，以儘可能減少這些有害雜質的含量。有些情況下，CO2也在這一範疇。
實際使用的方法有很多，一般歸為溼式廢氣脫硫(FGD)，這些方法包括使廢氣與一種水溶液或漿料接觸，進行基礎反應，以吸收有害雜質。這些方法可再分為a)含石灰或生石灰的鹼性溶液，一般形成亞硫酸鈣和／或硫酸鈣晶體以及汙染的水溶液排放液體的漿料，b)鹼金屬(鉀、鈉)、鹼土金屬(鈣、鎂)、或銨的氫氧化物的鹼性溶液，形成基本上沒有固體沉澱的亞硫酸鹽和／或硫酸鹽溶液，c)稀釋的鹽水，如海水，一次通過基礎上使用。
要求廢氣與漿料或溶液密切接觸，將酸性雜質吸收到水溶液中，使它們與接觸的鹼性反應組分反應。這樣的接觸在專門設計的設備，稱作接觸器、吸收器或滌氣器中進行。儘管本領域範圍包含有其它術語，但在本申請中使用術語滌氣器。
使用的工業滌氣器包括垂直塔，其中漿料或溶液向下流動，氣體向下(為並流接觸)或向上流動(為對流接觸)。過去在較小規模的操作中使用填料塔和／或板式塔，但目前使用更多的是對流噴淋塔。儘管填料塔或板式塔與噴淋塔相比能達到更有效的接觸，但是它們不能用濃縮的漿料進行操作，而且設備成本高得多，並形成較大的氣流壓降。
工業滌氣器設計必須適應常規要求；一方面可通過有效的內部液體循環，將液體／氣體體積流速調節至工作範圍，另一方面，保持非常小的向前淨液體流，提供用於進一步處理的濃縮溶液。
對流噴淋塔一般是(如
圖1所示)空的垂直圓柱室，進行下列步驟a)壓力下抽出溶液或漿料，通過許多噴嘴噴淋在塔上部，噴嘴排列在一覆蓋塔的整個水平截面的歧管系統，該系統處在一個或多個不同高度。
b)產生的液滴向下流動，收集在塔底部的儲槽中；大部分的液滴在其下降過程中與其它液滴碰撞，聚結成更大的液滴。
c)從塔一面的水平管通入氣體，當氣體向著液滴的流動垂直向上流動之前，其流線方向必須改變90°；因此，產生不穩定的速率和死角區。
d)由於氣體通過水的蒸發而被冷卻，垂直接觸導致部分吸收和溫度平衡；有時小的液滴被上升的氣流夾帶。
e)在上排噴嘴的上面，氣體在排放前一般除去夾帶的液滴。
f)絕大部分的溶液或漿料從儲槽泵回噴嘴，在該流體中加入新的溶液或漿料；因此，從儲槽可連續排出溶液或漿料的排放物，並進一步加工，這是一個整體，是FGD法的必要組成部分。
許多生產亞硫酸鈣或硫酸鈣的FGD裝置中一直使用這種普遍認可結構的噴淋塔滌氣器，因為它簡單易於製造，並且對用高濃度或較低濃度的漿料都能操作。然而，由於其具有的許多內在缺陷，阻礙其在其它方法中的有效應用；典型例子有a)滌氣器以一個平衡階段操作，大多數是因為較大的液體再循環速率是從結束到開始，而且液體循環中濃度變化相當較小。在一個噴淋塔滌氣器中不能進行要求一個以上平衡階段的方法(為達到排放氣體中較低殘留濃度的有害雜質)。在此術語對流被誤解，因為對流僅指流體流動，而不涉及方法的結果。另外，為了達到一個階段平衡，提供必需的傳質驅動力，必須顯著增加循環負荷，保持過量的反應物，導致排放有未使用的反應物的廢物。
b)採用相對較低的氣體垂直流速，一般小於1-3米／秒，以限制反混以及液體或漿料液滴的夾帶，反混和夾帶對吸收法不利。較低的氣體速率，與較大體積的廢氣流動有關，一般會導致很大直徑的工業用塔。
c)大直徑和不同負荷要求的顯著高度結合，(即收集儲槽、氣體轉向段、接觸段、分離和去霧)導致龐大的塔，以及高成本結構和基礎問題。
d)顯著的高度還增加用於循環漿料所消耗的泵能，需使用更昂貴的高壓泵。
本發明的目的是提供一種新穎有效的滌氣器，它避免或至少明顯減少了上述噴淋塔滌氣器所內在缺陷，尤其適用於高消除效率的FGD法，並且使用了水基溶液，該溶液中基本沒有固體沉澱。
這類FGD法中，特別好的是使用氨水作為鹼性反應物的那些方法，因為產生的硫酸銨的濃溶液可加工成各種化肥。
發明概述新穎的滌氣器包括(如圖2所示)有長方形截面的臥式室，沿水平軸由除沫器劃分為多個間格。氣體由管道一端進入，從另一端排出。間格之間的「格柵」(picket-fence)除沫器確保氣體流線在整個截面上均勻噴出，使間格之間液滴夾帶保持最小。如果受布局限制或為了方便，水平軸可在任何方向彎曲或轉向，甚至象馬蹄形那樣完全翻轉。
每個間格中，有一收集液體的儲槽和離心泵(可能最後一個另外)，它們將液體分配到一系列噴嘴，形成垂直於氣流的3-5「下降簾」。液滴回到儲槽。液體儲槽的排列應使過量液體從一個儲槽溢流到前一儲槽，沒有液體反流的可能。水或處理的溶液在後一間格中引入。從不同間格的溢流達到提高溶液的濃度，從第一個間格的儲槽獲得濃縮溶液。從更方便處理考慮，可以在任一間格，或數個間格通入鹼性反應物。還可以在進入滌氣器的熱廢氣中噴入鹼性反應物。
氣流與在一系列間格中與不同控制濃度的液體完全接觸，形成真正的多階段對流處理結構。最後的間格還可用於氣體排放前的最終除沫。
這種新穎的滌氣器避免或至少顯著減少了上面所列的噴淋塔滌氣器的內在缺陷，考慮如下a)使真正的多階段對流法結構代替一階段法，通過在調節液體／氣體體積流速至工作範圍所需的內循環，和提供用於進一步處理的濃縮溶液所需的很小的向前淨液體流之間分開，這會導致●由於更高的質量傳遞驅動力，從而需要更小的接觸體積，和／或●製得濃度更高的排放物用於進一步處理，和●殘留在排出氣體中的有害雜質殘留濃度更低b)可以在比噴淋塔大得多氣體速率下操作，因為氣體以垂直於液滴重力方向流動，液滴軌跡僅橫向移動，直到它們與垂直的「格柵」除沫器碰撞。這導致更小的橫截面積和「徑向」範圍。
c)臥式結構適用於在任何高度的輕質結構，以及易於適合工業安裝，因為它可以彎曲並能安裝在頂部或上部。所需的儲槽很淺，並可朝任何方向傾斜。
d)所需的泵壓頭較低，至少低五分之四，因此極大地降低能量成本，並且也不需要高壓模式的泵。
e)溶液在不同間格中的分離使可以採用反饋控制反應物輸入，有效調節至操作條件下的波動，因此這樣的反應物的用量和浪費都最小。
附圖簡述圖1是常規噴淋塔滌氣器的示意圖。
圖2是新穎滌氣器設計的示意圖。
圖3是格柵除沫器截面圖。
發明和附圖的詳細描述新穎滌氣器設計一般包括有長方形截面的臥式空室，沿水平軸，被「格柵」除沫器劃分為許多間格。廢氣由一端進入，水平通過所有的間格，並從管道的另一端排出。最後一個間格用作氣體排放之前的最後除沫。間格定位在氣流方向。
這些「格柵」除沫器是3、4或5排從室頂部到其底部的直的樁，每個樁由一彎曲片材構成，片材對著氣流方向打開彎曲一定角度，如圖3(截面圖)所示。「格柵」除沫器的作用是在整個截面上均勻噴入氣流線，使間格之間液滴夾帶最小。
儘管格柵除沫器是有效的，並且具有低壓液滴，但仍可以使用其它類型的除沫器，如孔板、篩或棒、百葉等。
如果需要受布局限制或為了方便，水平軸可朝任何方向彎曲或轉向，甚至象環形或馬蹄形那樣完全翻轉。
每一間格的底部，液體儲槽裝有一離心泵(可能最後一個另外)，將液體分配到一系列噴嘴，造成垂直於氣流的3-5「下降簾」。以這種方式，每個間格中的循環速率各自彼此獨立固定。在同一間隔中收集液滴，返回儲槽。鹼性反應物可加入任何間格，或在數個間格之間分配，或將熱的廢氣噴入系統。工藝過程的水或溶液從最後的間隔引入。
對具體的處理，可按照需要選擇間格的數量。
可由不同間格中不同控制濃度液體的水的蒸發來急冷氣流和熱平衡，形成真正的多階段對流處理結構。不同問格的液體儲槽的排列應使過量液體從一個儲槽溢流到前一儲槽，沒有液體反流的可能。從不同間格的溢流達到提高溶液的濃度，從第一個間格的儲槽溢流到收集罐獲得濃縮溶液(滌氣器液體輸出)。
如果需要冷卻排放氣體以限制卷流效應，可以使用來自最後間格中的集中冷卻塔的水，並將它們從任意的中間間格循環到冷卻塔。
總之，本發明基於下列特徵的新穎組合，顯著減少了噴淋塔滌氣器普遍的內在缺陷a)分開的間格使其有較高質量傳遞驅動力的真正的多階段對流法結構，代替了噴淋塔滌氣器中的一個階段，這是由於在調節液體／氣體體積流速至工作範圍所需的內循環，和提供應用進一步處理的濃縮溶液所需的很小的向前淨液體流之間的分開作用。
這導致需要更小的設備體積，和／或用於進一步處理的更濃縮的排出溶液，和／或排出氣體中更低殘留濃度的有害雜質。
b)臥式結構可以使其在比噴淋塔大得多的氣體速率下操作，因為氣體以垂直於液滴重力方向流動，液滴僅以拋物線軌跡橫向移動，直到它們與垂直的「格柵」除沫器碰撞。這導致更小的橫截面積和「徑向」範圍，以及滌氣器總體積。
c)臥式結構可實施柔性設計和輕質結構，在任何方便高度易於進行工業安裝，不會損害其使用功能，因為它可以彎曲並能安裝在頂部或上部。需要的儲槽很淺，並可以朝任何方向傾斜。
d)需要的泵壓頭低得多，至少低五分之四，這降低了能量成本，並且也不需要昂貴的高壓模式泵。
結合下面實施例中較好的實施方案描述本發明，應理解這些具體的實施方案不構成對本發明的限制。相反，它覆蓋了由權利要求書定義的本發明範圍中所包含的所有的變動、修改和同等事項。因此，包括較好實施方案的實施例用於說明本發明的實施，應理解具體的描述是通過舉例方式，其目的僅為說明性討論本發明的較好的實施方案，提供了可認為是最有用和易於理解過程以及本發明的原理和概念的描述。
除非特別指出，下面實施例中給出的百分數為重量基。
實施例1400，000標準米3／小時的100℃廢氣流，含有2，360ppm(體積)的SO2和10％(體積)水，通入本申請描述的新穎設計的5間格滌氣器中。以9，500千克／小時噴淋15％氨水溶液，並在進口管蒸發，將氣體冷卻至64℃，在最後間格中加入28℃的冷卻水，排出的氣體被冷卻到40℃，原料中含有小於1％的SO2和小於10ppm(體積)的氨。從第二間格取出水循環至一體化冷卻塔，其中很少量溢流到第一間格。在54℃時從第一間格以4，980千克／小時吸收穫得30％亞硫酸銨。
實施例2750，000標準米3／小時的150℃廢氣，含有745ppm(體積)的SO2和10％水(體積)，通入本申請描述的新穎設計的4間格滌氣器中。以5，650千克／小時噴淋15％氨水溶液，並在進口管蒸發，氣體冷卻至139℃。在77℃時以2，840千克／小時第一間格溢流30％亞硫酸銨。在最後間格中加入28℃的冷卻水，排出的氣體被冷卻到40℃，原料中含有小於3％的SO2和小於10ppm(體積)的氨。從第二間格取出水循環至同一體化冷卻塔，其中很少量溢流到第一間格。
實施例31，750，000標準米3／小時的150℃廢氣，含有1，000ppm(體積)的SO2和10％水(體積)，通入本申請描述的新穎設計的6間格滌氣器中。15％的氨水溶液(17，700千克／小時)與輸入的氣體混合，冷卻至135℃。在72℃時從第一間格溢流製得的溶液包括4，980千克／小時的30％亞硫酸銨。在最後間格中加入28℃的冷卻水，排出的氣體被冷卻到40℃，原料中含有小於1．5％的SO2和小於10ppm(體積)的氨。從第二間格取出水循環至一體化冷卻塔，其中很少量溢流到第一間格。
權利要求
1．一種新穎的滌氣設備，用於處理來自發電廠或化工廠的廢氣，將SO2、SO3、HCl、氮氧化物、CO2等有害的酸性雜質吸收到水基溶液中，其中基本上沒有固體沉澱，所述設備包括a)基本為長方形縱截面的臥式室，由覆蓋整個縱截面的垂直排洩的除沫器將其沿水平軸劃分為多個間格；b)在每個間格中有淺的收集液體儲槽，該儲槽可朝任何方便的方向傾斜；c)從每個儲槽以控制的流速分配液體的泵，該泵將液體分配到同一間格中的一系列噴嘴，產生垂直於氣流並覆蓋整個縱截面的3-5「下降簾」，同時液滴下降返回儲槽；d)不同間格的液體儲槽的排列應使過量液體從一個間格溢流至前一間格，而沒有液體反流的可能；第一間格儲槽的液體溢流到收集罐；在最後間格引入水或工藝過程溶液；從不同間格的溢流獲得濃度提高的溶液，製得最終的濃縮溶液；e)由一端進入，從另一端排出的氣體在一系列間格中與不同控制濃度的液體接觸。
2．如權利要求1所述的滌氣設備，其特徵還在於所述的水平軸可朝任何方向彎曲或轉向，按布局限制的方便，甚至可象環形或馬蹄形那樣完全翻轉排列。
3．如權利要求1所述的滌氣設備，其特徵在於所述間格之間的除沫器為「格柵」型，它們可保證氣流線均勻噴到整個縱截面，間格之間的液滴夾帶保持最小。
4．如權利要求1所述的滌氣設備，其特徵還在於間格的數量為3-7。
5．如權利要求3所述的滌氣設備，其特徵還在於可在任一間格引入鹼性反應物。
6．如權利要求5所述滌氣設備，其特徵還在於所述鹼性反應物被分配到數個間格，或噴入至的熱廢氣中。
7．如權利要求1所述的滌氣設備，其特徵還在於通過室的平均線性氣流速率為3-12米／秒。
8．如權利要求1所述的滌氣設備，其特徵還在於將來自一體化的冷卻塔迴路的冷卻水輸入最後的間格，並從任一中間的間格循環到冷卻塔。
9．如權利要求1所述的滌氣設備，其特徵還在於由中間間格之一的溶液的連續反饋分析控制反應物的加入。
10．一種滌氣設備，用於處理來自發電廠或化工廠的廢氣，將有害的酸性雜質吸收到水基溶液中，其中基本上沒有固體沉澱。
全文摘要
本發明涉及一種新穎有效的滌氣器,用於處理來自發電廠或化工廠的廢氣將有害雜質,如SO
文檔編號B01D47/00GK1279626SQ98811539
公開日2001年1月10日 申請日期1998年10月19日 優先權日1997年10月22日
發明者J·米扎希 申請人:克魯聯合股份有限公司