兩段式煙氣脫硫塔及用於煙氣脫硫塔的梯階均流集液裝置的製作方法
2023-10-17 16:58:19 2
本實用新型涉及一種兩段式煙氣脫硫塔及用於煙氣脫硫塔的梯階均流集液裝置，屬於煙氣脫硫領域。
背景技術：
目前，國際和國內煙氣脫硫工藝80%以上採用石灰石—石膏溼法脫硫工藝，煙氣石灰石—石膏溼法脫硫工藝一般採用空塔噴淋吸收塔，脫硫效率一般在95%左右。但隨著經濟發展，環保要求不斷提高，要求到2020年我國燃煤電廠煙氣中汙染物排放限值達到燃氣輪機組的排放要求，即所謂的「超潔淨排放」，要求排放煙氣中NOx濃度≤50mg/Nm3，SO2濃度≤35mg/Nm3，煙塵濃度≤10mg/Nm3。根據這一新的要求，許多燃煤電廠實際脫硫效率要達到99%以上，採用過去的在吸收塔中增加噴淋層和託盤的做法已經無法滿足這一新要求。
為了獲得更高的脫硫效率，出現了雙塔雙循環工藝和單塔雙循環工藝。其中雙塔雙循環工藝就是將兩個吸收塔串聯，此工藝煙道複雜，煙氣阻力大，佔地面積大，投資運行費用高。現用的單塔雙循環工藝雖然吸收在一個塔內完成，但還是需要兩個漿池。這是因為現有單塔雙循環是通過「集液碗」將一個吸收塔分隔成上下吸收區，「集液碗」的高度大約在10m左右，通過「集液碗」收集上吸收區漿液引出吸收塔，由於「集液碗」高度較高，如果採用一個漿池，上吸收區噴淋層距漿池液面太高，循環泵揚程要求很高，浪費能量，為解決以上問題，採用在原吸收塔的漿池外再設置一個塔外漿池，使塔外漿池液位遠高於吸收塔內漿池液位，以此來降低上吸收區循環泵揚程。這樣結果是增加了佔地，投資費用高，運行控制複雜，運行費用高。另外，「集液碗」的結構不利於吸收塔內煙氣流場均勻，影響脫硫效率。
對於入口煙氣SO2含量高，出口需要達到35mg以下的煙氣SO2吸收系統，需要噴淋的漿液量很大，也即液氣比要求大。在一個吸收塔中，當液氣比達到一定值時，加大液氣比對脫硫效率的作用越來越小，當超過一定限值時，加大液氣比不僅不能提高脫硫效率，反而會使脫硫效率下降。申請人通過長期研究發現，主要原因是對於空塔噴淋的脫硫吸收塔影響吸收效率的一個重要因素是噴淋層噴出的漿液粒子的總表面積，也即氣液接觸面積。一般來說，增加噴淋層，增大噴淋量能增大氣液接觸面積，但是，由於噴淋層之間存在相互幹擾，噴出的漿液粒子會相互碰撞凝並，使液體總表面積下降，漿液粒子表面積與噴淋漿液的量將不成正比，當噴淋量達到一定值時，漿液粒子總表面積不升反降，從而出現脫硫效率下降。因此，在多層噴淋層之間設置集液裝置，將上面幾層的噴淋漿液接出吸收塔，就避免了上面噴淋層對下面噴淋層的影響從而提高整體脫硫效率。煙氣脫硫項目，尤其是大型火力發電廠煙氣脫硫項目，一般處理煙氣量較大，吸收塔直徑比較大，噴淋漿液量也較大，開發一種好的集液裝置一直是本領域技術人員長期努力的方向。
CN201510575631.0公開了一種用於煙氣淨化的高效脫硫除塵系統，該系統中設置了積液分配器用於將上層噴淋層漿液收集起來通過管道從塔外進入漿池，減少上層噴淋漿液對下層噴淋漿液對脫硫除塵的影響。但是煙氣穿過此裝置時，大部分氣體通過擋水均流帽與支撐部件之間的縫隙進入上層噴淋層，與積液分配器上方的漿液基本上無接觸，因此積液分配器裝置只是單純的收集上層噴淋層漿液，對於氣液兩相的傳質無明顯的強化效果。
因此，開發能均布氣流降低高度的集液裝置進而優化單塔雙區吸收系統很有必要。
技術實現要素：
本實用新型旨在提供一種兩段式煙氣脫硫塔及用於煙氣脫硫塔的梯階均流集液裝置，該均流集液裝置可以使得上一層噴淋層的漿液均勻淋灑在集液板上並被氣流託住，使穿過集液板的篩孔和斜噴孔的氣體與位於集液板上表面的液體在集液板上充分接觸後從脫硫塔中心逐級向塔周方向流動，最終落入落液槽內，再通過落液槽外的漿液回流管流回吸收塔漿池。
為了實現上述目的，本實用新型所採用的技術方案是：
一種用於煙氣脫硫塔的梯階均流集液裝置，其包括：
沿著煙氣脫硫塔的徑向方向設置的大梁，用於將煙氣脫硫塔的橫截面分為若干區域；
每塊區域內設有若干根小次梁，同一區域內的小次梁間隔並列設置，且小次梁的頂部高程從該區域的內側向外側呈梯級下降；
同一區域內的相鄰兩根小次梁之間通過積液板相連，且在積液板上開有孔；最外側的積液板上開有落液槽，該落液槽用於與設置在脫硫塔塔壁上的回流口連通。
優選所述大梁將煙氣脫硫塔的橫截面分為若干扇形區域，每塊扇形區域內設有若干根小次梁，同一扇形區域內的小次梁間隔並列設置，且小次梁的頂部高程從該扇形區域的內側向外側呈梯級下降。
本實用新型的梯階均流集液裝置既能均勻分布氣流，又能將第二吸收段噴淋漿液收集接出塔外。
由此，當煙氣穿過本實用新型的梯級均流集液裝置時，氣體與液體在集液板上劇烈湍動充分接觸，強化氣液兩相傳質、具有很好的脫硫除塵效果，可謂一箭三雕。
本實用新型的梯階均流集液裝置布置在兩段式煙氣脫硫塔的第一吸收段和第二吸收段之間，工作時，煙氣通過第一吸收段後進入梯階均流集液裝置，第二吸收段噴淋的漿液均勻淋灑在集液板上，被氣流託住，使穿過集液板的篩孔和斜噴孔的氣體與位於集液板上表面的液體在集液板上充分接觸後從脫硫塔中心逐級向塔周方向流動，最終落入落液槽內，再通過落液槽外的漿液回流管流回吸收塔漿池。
根據本實用新型的實施例，還可以對本實用新型作進一步的優化，以下為優化後形成的技術方案：
為了進一步提高氣液兩相傳質效率，保證脫硫除塵效果，所述積液板的外邊沿設有溢流堰，該積液板的溢流堰、該積液板、以及位於內側的積液板外邊沿的溢流堰之間形成溢流區，使同一梯級的積液板上的液層高度整體相等。
相鄰兩塊集液板中，靠近內側的集液板的溢流堰的頂部高程高於靠近外側的集液板的溢流堰的頂部高程。由此，所述的集流板上開有許多篩孔，同時開有朝向液流方向的斜噴孔，在上級集液板至下級集液板的邊沿設有溢流堰，溢流堰的高度由上而下不等。更優選地，同一扇形區域內的任意相鄰兩個溢流堰之間的高度差相等。
為了保證煙氣只能從篩孔和斜噴孔進入上層區域，從而保證脫硫效果，所述落液槽通過密封板與下部空間的氣相隔離。
優選地，所述落液槽的形狀為弓形或環形。常規設計一般為弓形，但是脫硫吸收塔直徑大，要考慮最低階層所有塔板能夠直接溢流至落液槽，也考慮落液槽的面積儘可能的小，申請人經過長期研究優選考慮選擇環形，可以降低阻力和增加氣液接觸的面積，及有利於煙氣的均勻性。
脫硫塔內漿液為15%左右含固量的石膏漿液，開孔太小容易堵，如果開孔太大，申請人經過研究發現會產生煙氣流量局部不均勻的現象，不利於脫硫除塵。斜噴孔的縫長選擇同理。縫高選擇，縫高太小，只能推動低層液體，上層液體可能產生倒流，縫高太大，氣流對液體的衝擊力變小，不利於篩板上漿液的流動。所述積液板的孔為用於均布氣流的篩孔和傾斜設置的斜噴孔；所述篩孔的孔徑為15mm-50mm，所述斜噴孔的縫長為10mm-40mm，所述斜噴孔的縫高為1mm-10mm。優選篩孔的孔徑為30mm-40mm，優選斜噴孔的縫長為20mm-30mm，優選斜噴孔的縫高為3mm-5mm。
申請人經過長期研究發現，積液板上的開孔率的大小，決定篩板上漿液層的高度、阻力的大小，如果開孔率太小，篩板上漿液層變高、阻力增大，優選地，所述積液板上的開孔率為25%-50%。優選為30%-40%。
本實用新型的梯階均流集液裝置由徑向大梁將吸收塔截面均分為幾個部分，所述集液板布置在徑向大梁之間，由生根於徑向大梁上的小次梁支撐。集液板分若干級由中間向四周逐級下降，至塔壁處的集液板上開有落液槽。
基於同一個實用新型構思，本實用新型還提供了一種兩段式煙氣脫硫塔，其包括塔體，設置在塔體下部的煙氣入口和塔體頂部的煙氣出口，設置在塔體底部內的吸收塔漿池；所述塔體內自下而上依次設有第一吸收段、均流集液裝置、第二吸收段和除霧器；所述均流集液裝置為所述的梯階均流集液裝置，所述均流集液裝置覆蓋整個塔體橫斷面，使穿過集液板的孔的氣體與位於集液板上表面的液體在集液板上充分接觸；所述均流集液裝置的外沿設有開設在塔體的內壁上的回流口，所述回流口通過漿液回流管與吸收塔漿池連通。
由此，煙氣通過第一吸收段後進入梯階均流集液裝置，第二吸收段噴淋的漿液均勻淋灑在集液板上，被氣流託住，使穿過集液板的篩孔和斜噴孔的氣體與位於集液板上表面的液體在集液板上充分接觸後從脫硫塔中心逐級向塔周方向流動，最終落入落液槽內，再通過落液槽外的漿液回流管流回吸收塔漿池。
所述梯階均流集液裝置高度為0.5m-1.2m。優選為0.6-1.0m。由於本實用新型的梯階均流集液裝置高度相對較小，只有0.8m左右，而「集液碗」需要約10m高，因此，可以大大降低第二吸收段循環泵的揚程，使兩吸收段用一個吸收塔漿池成為可能。同時，當氣體穿過本實用新型的梯級均流集液裝置時，氣體與液體在集液板上劇烈湍動充分接觸，強化氣液兩相傳質、具有很好的脫硫除塵效果，可謂一箭三雕。因此，本梯階均流集液裝置兼有收集漿液、均布氣流、吸收SO2和粉塵的功能。
優選地，所述第一吸收段包括至少一層噴淋層，所述吸收塔漿池通過第一吸收段循環泵與相應的第一吸收段的噴淋層連通；所述第二吸收段包括至少一層噴淋層，所述吸收塔漿池通過第二吸收段循環泵相應的第二吸收段的噴淋層連通。由此，吸收塔漿池中漿液通過第一吸收段循環泵和第二吸收段循環泵泵送至第一吸收段噴淋層和第二吸收段的噴淋層進行漿液噴淋，漿液在噴淋層中被霧化成小粒徑液滴，與上升煙氣逆向接觸，脫除其中的SO2，第一吸收段的噴淋漿液直接回到吸收塔漿池，第二吸收段的漿液通過上述梯階均流集液裝置收集後經回流管回到吸收塔漿池。
籍由上述結構，煙氣從煙氣進口進入吸收塔，從下往上通過第一吸收段，本吸收段設多層噴淋層，噴淋層與多臺第一吸收段循環泵一一對應，可以根據入口煙氣中SO2含量的高低調整噴淋層的開啟層數。煙氣與第一吸收段噴淋層噴出的漿液逆向接觸，其中大部分SO2和粉塵被吸收，煙氣往上穿過梯階均流集液裝置，漿液則向下落入吸收塔漿池中，煙氣在穿過梯階均流集液裝置過程中，被再次均布且部分SO2和粉塵被吸收然後進入第二吸收段，本吸收段設多層噴淋層，噴淋層與多臺第二吸收段循環泵一一對應，可以根據入口煙氣中SO2含量的高低調整噴淋層的開啟層數。煙氣與第二吸收段噴淋層噴出的漿液逆向接觸，又一次進行SO2吸收，從而達到超潔淨排放的要求，煙氣繼續往上進入除霧器，下落的漿液則被梯階均流集液裝置收集，經落液槽再通過漿液回流管回流至吸收塔漿池中。煙氣再往上通過除霧器除去煙氣中的霧滴後從煙氣出口排入煙囪。
本實用新型的吸收塔漿池中的漿液通過循環泵泵送至第一吸收段和第二吸收段的噴淋層，漿液在噴淋層中被霧化成小粒徑液滴，與上升煙氣逆向接觸，脫除其中的SO2，然後回到吸收塔漿池。所述梯階均流集液裝置主要用於收集第二吸收段的噴淋漿液，通過塔外回流管回到吸收塔漿池。同時又兼具均布煙氣流，促進SO2吸收的作用。由於其佔有吸收塔高度空間小，使第二吸收段循環泵揚程大幅降低，從而使兩段式煙氣脫硫塔可以只設置一個吸收塔漿池。
與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：本實用新型的梯階均流集液裝置大大降低了第二吸收段循環泵的揚程，使兩吸收段用一個吸收塔漿池成為可能。同時，當氣體穿過本實用新型的梯級均流集液裝置時，氣體與液體在集液板上劇烈湍動充分接觸，強化氣液兩相傳質、具有很好的脫硫除塵效果，可謂一箭三雕。
相對CN201510575631.0而言，本實用新型的梯階均流集液裝置強化氣液兩相傳質、具有很好的脫硫除塵效果，每階梯上篩板的開孔率、開孔的大小、篩板的圍堰高度等都要精確設計，保證了穿過每一級篩板的煙氣流量相等，保證在機組不同的負荷下和開啟不同數量循環泵的情況下，不會產生嚴重的漏液現象、在從上往下每一層階梯液體流量增加的情況，要保證塔內煙氣的均勻性，因此需精確設計使每一層階梯的阻力相等。
附圖說明
圖1是本實用新型一種兩段煙氣脫硫塔的實施例結構原理圖；
圖2是本實用新型一種梯階均流集液裝置的實施例結構原理圖；
圖3是本實用新型一種梯階均流集液裝置實施例的縱剖面圖。
在圖中：
1、煙氣進口；2、第一吸收段；3、梯階均流集液裝置；5、除霧器；6、煙氣出口；8、第一吸收段循環泵；9、第二吸收段循環泵10、吸收塔漿池；11、徑向大梁；12、溢流堰；13、小次梁；14、落液槽15、回流口；16、篩孔；17、斜噴孔；18、集液板。
具體實施方式
以下將參考附圖並結合實施例來詳細說明本實用新型。需要說明的是，在不衝突的情況下，本實用新型中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。為敘述方便，下文中如出現「上」、「下」、「左」、「右」字樣，僅表示與附圖本身的上、下、左、右方向一致，並不對結構起限定作用。
一種兩段煙氣脫硫塔的梯階均流集液裝置，屬於兩段式煙氣脫硫塔的一個部件，如圖2、圖3所示，所述梯階均流集液裝置3布置在第一吸收段2和第二吸收段4之間，煙氣通過第一吸收段2後進入梯階均流集液裝置3，梯階均流集液裝置3覆蓋整個吸收塔橫斷面，為中間高四周低梯階下降的集液板18。
如圖3所示，集液板18由梁支撐。支撐梁分兩類，一類為支撐於塔壁上的徑向大梁11，徑向大梁均高於集液板18，將吸收塔截面均分為幾個區域，另一類為支撐於徑向大梁11上的小次梁13，小次梁13的位置比徑向大梁11低，並且由內向外梯級下降。集液板18支撐於小次梁13上，也由內向外梯級下降。集液板18開有篩孔16以均布氣流，還開有斜噴孔17，以提高液流速度，降低液層厚度。集液板18的篩孔16和斜噴孔17孔徑和開孔率通過計算獲得，防止漏液。
靠近塔壁的集液板18上開有落液槽14，落液槽14與塔外漿液回流管7連接。在每梯級集液板18邊沿設有高度不等的溢流堰12，以控制各梯級集液板18上液層高度基本相等，從而使通過各集液板18的氣流均勻。第二吸收段4噴淋的漿液均勻淋灑在集液板18上，被氣流託住，從塔中心逐級向塔周方向流動，最終落入落液槽14，再通過落液槽14外的漿液回流管7流回吸收塔漿池10。
由於此梯階均流集液裝置3高度相對較小，只有0.8m左右，而「集液碗」需要約10m高，因此，可以大大降低第二吸收段循環泵9的揚程，使兩吸收段用一個吸收塔漿池10成為可能。同時，當氣體穿過本實用新型的梯級均流集液裝置3時，氣體與液體在集液板18上劇烈湍動充分接觸，強化氣液兩相傳質、具有很好的脫硫除塵效果，可謂一箭三雕。因此，本梯階均流集液裝置3兼有收集漿液、均布氣流、吸收SO2和粉塵的功能。
一種兩段式煙氣脫硫塔，如圖1所示，包括煙氣進口1、煙氣出口6、煙氣進口1和煙氣出口6之間依次布置的第一吸收段2、梯階均流集液裝置3、第二吸收段4、除霧器5，在煙氣進口1下方設吸收塔漿池10，吸收塔漿池中漿液通過第一吸收段循環泵8和第二吸收段循環泵9泵送至第一吸收段2和第二吸收段4噴淋層進行漿液噴淋漿液在噴淋層中被霧化成小粒徑液滴，與上升煙氣逆向接觸，脫除其中的SO2，第一吸收段2的噴淋漿液直接回到吸收塔漿池10，第二吸收段2的漿液通過上述梯階均流集液裝置3收集後經回流管7回到吸收塔漿池10。
如圖1所示，第一吸收段2設3-4層噴淋層，第二段吸收段4設2-3層噴淋層，空塔噴淋型式。煙氣從煙氣進口1進入吸收塔，從下往上通過第一吸收段2，本吸收段設多層噴淋層，噴淋層與多臺第一吸收段循環泵8一一對應，可以根據入口煙氣中SO2含量的高低調整噴淋層的開啟層數。煙氣與第一吸收段2噴淋層噴出的漿液逆向接觸，其中大部分SO2和粉塵被吸收，煙氣往上穿過梯階均流集液裝置3，漿液則向下落入吸收塔漿池10中，煙氣在穿過梯階均流集液裝置3過程中，被再次均布且部分SO2和粉塵被吸收然後進入第二吸收段4，本吸收段設多層噴淋層，噴淋層與多臺第二吸收段循環泵9一一對應，可以根據入口煙氣中SO2含量的高低調整噴淋層的開啟層數。煙氣與第二吸收段4噴淋層噴出的漿液逆向接觸，又一次進行SO2吸收，從而達到超潔淨排放的要求，煙氣繼續往上進入除霧器，下落的漿液則被梯階均流集液裝置3收集，經落液槽14再通過漿液回流管7回流至吸收塔漿池10中。煙氣再往上通過除霧器5除去煙氣中的霧滴後從煙氣出口6排入煙囪。
上述實施例闡明的內容應當理解為這些實施例僅用於更清楚地說明本實用新型，而不用於限制本實用新型的範圍，在閱讀了本實用新型之後，本領域技術人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落入本申請所附權利要求所限定的範圍。