脫硫吸收塔及其建立方法和運行方法與流程

2023-10-24 03:57:12

本發明涉及一種具有防腐結構的脫硫吸收塔、特別是氨法脫硫吸收塔。本發明還涉及這樣的脫硫吸收塔的建立方法和運行方法。

背景技術：

脫硫吸收塔例如氨法脫硫吸收塔是一個用於酸鹼中和反應的反應釜，包含酸性物質例如so2和hcl的煙氣與鹼性物質例如氨水在脫硫吸收塔中彼此沿相反的方向流動，在相互接觸中發生酸鹼中和反應，反應物為鹽。當在塔室內的鹽溶液的濃度升高到一定程度時，從鹽溶液中會析出晶體顆粒。這些酸性物質、鹼性物質、鹽溶液和晶體顆粒都會對塔體有腐蝕和磨蝕的作用。

在脫硫吸收塔中廣泛採用玻璃鱗片或橡膠作為脫硫吸收塔的防腐內襯。由於在脫硫吸收塔運行時在塔室內的環境惡劣，致使內襯玻璃鱗片或者橡膠的脫硫吸收塔連續運行周期短、使用壽命短。根據國內外長期使用經驗，塔體的使用壽命在5～10年不等，防腐內襯每3～5年需要更換一次，日常維護工作量大。另外，這種脫硫吸收塔的原材料及助劑易燃、易揮發、有毒，因此施工環境惡劣，在施工過程中有發生火災的風險。

專利文獻cn201288543y公開一種鋼筋混凝土結構的脫硫吸收塔，其塔體包括內部的防腐內襯和與防腐內襯連接的外部的鋼筋混凝土層，所述防腐內襯為由高分子材料製成的防腐板，該防腐板隨鋼筋混凝土層一起澆築，而且通過澆築在鋼筋混凝土層中的錨爪固定。在這種脫硫吸收塔中，防腐內襯易受損害，防腐內襯的破損難以及時發現。由於在防腐內襯破損之後脫硫吸收液可能進入到鋼筋混凝土中，腐蝕鋼筋混凝土，塔體易受損害。這樣的脫硫吸收塔連續運行周期較短、使用壽命較短、材料易燃有毒性、在受到損害時修復困難。專利文獻cn201208545y也公開一種與此類似的脫硫吸收塔，其技術缺陷也是類似的。

專利文獻cn203090733u公開一種脫硫吸收塔，其包括由玻璃鋼製成的塔體，在塔體的底部的內表面設置耐磨層，以增強底部內表面的耐磨性能。這種脫硫吸收塔強度難以得到保證，在同等尺寸的情況下能夠處理的煙氣量較小。在需要處理的煙氣量超過500000nm3/h時，由玻璃鋼製成的脫硫吸收塔的直徑超過9m，而大塔徑的玻璃鋼塔有整體垮塌的風險。

專利文獻cn201959715u公開一種用於處理燒結機煙氣的由不鏽鋼製成的脫硫吸收塔，其中，整個塔體採用不鏽鋼材料。這種脫硫吸收塔存在投資成本高、施工難度大、難以滿足不同工況需要等等缺陷。

專利文獻cn204816188u也公開一種脫硫吸收塔，其塔體由不鏽鋼板焊接而成。這種脫硫吸收塔同樣存在投資成本高、施工難度大、難以滿足不同工況需要等等缺陷。

技術實現要素：

本發明的目的在於，提供一種能長周期穩定運行的、安全風險低的、投資和運行費用低的脫硫吸收塔。此外，本發明的目的還在於，提供一種用於建立這樣的脫硫吸收塔的方法以及一種用於運行這樣的脫硫吸收塔的方法。

為此，上述目的通過一種脫硫吸收塔達到，其包括塔體，在塔體內部形成塔室，在塔體上設置有用於引導煙氣的下方的煙氣進口和上方的煙氣出口、用於引導脫硫吸收液的上方的循環液進口和下方的循環液出口以及用於補充工藝水的工藝水進口，所述塔體包括內部的、用於與煙氣和脫硫吸收液接觸的、限定塔室的、由厚度為1.0mm～6.0mm不鏽鋼板製成的防腐層和外部的、用於支撐防腐層的、由碳鋼製成的支撐層，所述支撐層和防腐層設計成用於共同承擔載荷，其中，所述支撐層設計成用於承擔大部分的載荷，而所述防腐層設計成用於承擔小部分的載荷。

本發明的有益效果在於，按本發明的脫硫吸收塔能夠長周期穩定運行、使用壽命較長，而且投資成本較低、施工周期較短。

按本發明的一種進一步方案，所述脫硫吸收塔是氨法脫硫吸收塔，其中，所述工藝水是生產補充水。氨法脫硫效率高，而且還具有脫除煙氣中的一部分氮氧化物的能力。氨水例如可以在循環管道或氧化槽內補入。

按本發明的一種進一步方案，所述不鏽鋼板的厚度為2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、4.5mm或5.0mm。

按本發明的一種進一步方案，所述防腐層由多塊不鏽鋼板連接而成，優選焊接而成。

按本發明的一種進一步方案，所述防腐層包括底板、筒體和頂板，優選的是，所述筒體沿高度方向由兩個或更多個分段構成，優選的是，各分段的不鏽鋼材料與在脫硫吸收塔工作時預期的脫硫吸收液的氯離子濃度相關地選擇。通過選擇適宜的不鏽鋼材料，可以在確保必要的性能的同時最大限度地降低脫硫吸收塔的建造成本。

按本發明的一種進一步方案，所述防腐層的不鏽鋼材料從以下牌號的不鏽鋼中選擇：316l、2205、2605n、2507，優選的是，所述不鏽鋼材料與在脫硫吸收塔工作時預期的脫硫吸收液的氯離子濃度相關地選擇，其中，在脫硫吸收液的氯離子濃度小於10000mg/l時選用316l，在脫硫吸收液的氯離子濃度為10000～20000mg/l時選用2205或2605n，在脫硫吸收液的氯離子濃度為20000mg/l以上時選用2507。

按本發明的一種進一步方案，所述碳鋼是牌號為q235或q345的碳鋼。

按本發明的一種進一步方案，所述支撐層是外筒和/或支撐框架；優選的是，所述外筒與防腐層具有相同形狀，尤其是具有2～20mm例如4mm、6mm、9mm、12mm、15mm的厚度；優選的是，所述支撐框架由多個在圓周方向上分布設置的、特別是均勻分布設置的支撐柱構成，尤其是所述支撐柱具有不小於0.5m、優選1～2m的間距，優選所述支撐柱是h型鋼。廉價的堅固的支撐層使得較為昂貴的防腐層的厚度得到最小化並因此最大限度地降低脫硫吸收塔的建造成本。

所述目的還通過一種用於建立脫硫吸收塔的方法達到，所述方法包括以下步驟：

預定在脫硫吸收塔運行時處理的煙氣的參數，所述參數包括：煙氣量、煙氣壓力、煙氣二氧化硫濃度、煙氣氯離子濃度；

根據煙氣參數求得在脫硫吸收塔運行時預期的脫硫吸收液的氯離子濃度；

根據煙氣參數確定脫硫吸收塔的塔室的尺寸以及確定煙氣進口、煙氣出口、循環液進口和循環液出口以及工藝水進口的尺寸和位置；

根據預期的脫硫吸收液的氯離子濃度確定脫硫吸收塔的防腐層的分段以及分段的不鏽鋼材料；

根據煙氣參數確定脫硫吸收塔的載荷，接著確定防腐層和支撐層的載荷分配，接著確定防腐層的厚度和支撐層的尺寸；

根據脫硫吸收塔的總重量建立脫硫吸收塔的基礎；

根據防腐層和支撐層的確定的尺寸和材料，在脫硫吸收塔的基礎上建立防腐層和支撐層，優選的是，防腐層的建立過程和支撐層的建立過程是交叉進行的。

通過本發明的方法能夠低成本地較為快速地建立能長周期穩定運行的安全風險低的脫硫吸收塔。

所述目的還通過一種用於運行脫硫吸收塔的方法達到，其包括以下步驟：

將原煙氣經由煙氣進口引入到脫硫吸收塔的塔室內，其中，煙氣在塔室內從下往上流動，並且將淨煙氣經由煙氣出口從脫硫吸收塔引出；

將脫硫吸收液經由循環液進口在塔室內從上往下噴淋，其中，煙氣被降溫洗滌、洗滌脫硫、除去細微顆粒物，優選的是，在煙氣經由煙氣出口離開塔室之前，對煙氣進行除霧；

經由工藝水進口補入工藝水；

將具有預定硫酸銨含量的脫硫吸收液經由循環液出口引導到硫酸銨後處理系統。

通過本發明的運行方法能夠對環境友好地消除煙氣中的有害物質，有益於環境和公眾。

在本申請中記載的各個技術特徵可以任意地相互組合，只要這種組合不是自相矛盾的。所有這些組合都是本申請記載的內容。

與現有技術相比，在本發明中，通過選用較薄的不鏽鋼板作為脫硫吸收塔的內部的防腐層的材料，基本上避免了在具有玻璃鱗片或者橡膠作為內襯的脫硫吸收塔中出現的連續運行周期較短、使用壽命較短、施工過程中易發生火災、施工環境惡劣、施工人員易中毒等等問題。同時，在本發明中，通過設置由碳鋼製成的支撐層來支撐防腐層，使得載荷主要由支撐層承擔，因此不僅能夠可靠地確保脫硫吸收塔能夠長周期穩定運行、使用壽命較長，而且投資成本較低、施工周期較短、所需維護少、維護成本低。

附圖說明

下面藉助於實施例參照附圖示例性地詳細地解釋本發明。這些實施例對於本發明不是限制性的，而是用於更好地理解本發明。示意性的附圖簡要說明如下：

圖1為按本發明的脫硫吸收塔的實施例的示意前視圖；

圖2為按本發明的脫硫吸收塔的實施例的示意俯視圖，其中，支撐層構成為支撐框架；

圖3為按本發明的脫硫吸收塔的實施例的示意前視圖，其中，支撐層構成為外筒。

具體實施方式

圖1為按本發明的脫硫吸收塔的實施例的示意前視圖。圖2為按本發明的脫硫吸收塔的實施例的示意俯視圖，其中，支撐層構成為支撐框架。圖3為按本發明的脫硫吸收塔的實施例的示意前視圖，其中，支撐層構成為外筒。

如圖1所示，脫硫吸收塔1包括塔體，在塔體內部形成塔室。在塔體上設置有用於引導煙氣的下方的煙氣進口7和上方的煙氣出口10、用於引導脫硫吸收液的上方的循環液進口6和下方的循環液出口8以及用於補充工藝水的工藝水進口9。脫硫吸收塔構造成基本上圓柱形的，煙氣出口10構成為細長的頸部，在圖1中僅僅描述煙氣出口10的一部分長度。

所述塔體包括內部的、用於與煙氣和脫硫吸收液接觸的、限定塔室的、由厚度為1.0mm～6.0mm不鏽鋼板製成的防腐層和外部的、用於支撐防腐層的、由碳鋼製成的支撐層，所述支撐層和防腐層設計成用於共同承擔載荷，其中，所述支撐層設計成用於承擔大部分的載荷，而所述防腐層設計成用於承擔小部分的載荷。

脫硫吸收塔既可以是帶煙囪的直排式脫硫吸收塔，其例如具有60～120m、尤其是70～100m、例如80m或90m的高度；也可以是不帶煙囪的側排式脫硫吸收塔，其例如具有20～80m、尤其是30～50m、例如40m或60m的高度。脫硫吸收塔的直徑可以為1m或若干米，可以為30m以下，例如5m、10m、15m、20m或25m。脫硫吸收塔的直徑和高度可以根據需要處理的煙氣的參數進行選擇。

如圖1所示，所述防腐層包括底板2、筒體4和頂板3。防腐層例如可以由厚度為2mm的不鏽鋼板構成。筒體4可以由多塊不鏽鋼板構成，底板2和頂板3也可以由單獨的不鏽鋼板構成。各個不鏽鋼板密封地相互連接，特別是焊接在一起。在圖1中，支撐層由沿圓周方向圍繞防腐層均勻分布地設置的支撐柱5構成，這些支撐柱5形成支撐框架。由不鏽鋼板焊接而成的防腐層固定和支撐在支撐框架內，特別是支撐在各個支撐柱5上。如圖2所示，24根支撐柱5沿圓周方向圍繞防腐層均勻分布地設置。在脫硫吸收塔的圓周方向上，各支撐柱5彼此連接，尤其是焊接和/或用螺栓連接。按照一種有利的方式，在相鄰支撐柱之間在不同高度上設有多根橫梁，這些橫梁將相鄰支撐柱相互連接。橫梁可以水平地布置，或相對於支撐柱傾斜，例如與支撐柱形成15°～75°的角度。橫梁與支撐柱可以焊接和/或用螺栓連接。

支撐柱5的高度與防腐板的高度基本上對應，例如支撐柱的高度為防腐板的高度±10m，優選±5m，特別是±1m。有利的是，支撐柱的高度為防腐板的高度的95～105％。

在圖3所示實施例中，支撐層由外筒構成，該外筒與防腐層具有相同形狀，用於固定和支撐防腐層。在圖3中省略了脫硫吸收塔1的諸多部件，對此可以參考圖1的實施例。

另外也可能的是，支撐層既包括外筒，也包括支撐柱，但不同於圖1所示的實施例，現在支撐柱對外筒進行支撐並從而間接地支撐防腐層。

如上面已經提及的，防腐層被支撐層支撐。作為補充，防腐層也可以與支撐層機械地相互連接，並因此固定在一起。例如，防腐層可以與支撐層焊接在一起。

有利的是，所述筒體4沿高度方向由兩個或更多個分段構成，各分段的不鏽鋼材料與在脫硫吸收塔工作時預期的脫硫吸收液的氯離子濃度相關地選擇。氯離子濃度可以通過數學建模方式根據煙氣參數來近似計算。此外也可以利用在現有脫硫吸收塔的運行中收集的數據來近似地估計，例如可以利用用於處理類似煙氣的類似尺寸的現有脫硫吸收塔的已有數據。

例如，在以下參數——原煙氣量為48000nm3/h，原煙氣中的so2濃度為4200mg/nm3，原煙氣中的hcl含量為5.3mg/nm3，原煙氣中的總塵濃度為28.4mg/nm3；淨煙氣中的so2濃度為21.4mg/nm3，淨煙氣中的總塵濃度(含氣溶膠)為2.6mg/nm3；氨逃逸量為1.3mg/nm3，氨回收率為99.43％——的情況下，脫硫吸收液的氯離子濃度主要有13000～18000mg/l和4000～8000mg/l兩個範圍。例如筒體4的預期與氯離子濃度為13000～18000mg/l的脫硫液接觸的分段可以採用牌號為2205的不鏽鋼板，筒體4的預期與氯離子濃度為4000～8000mg/l的脫硫液接觸的分段可以採用牌號為316l的不鏽鋼板。支撐柱5可以採用h型鋼，其寬度例如為250mm，相鄰支撐柱5的間距例如為1.9m。不言而喻，其他截面的型鋼也是可以考慮的。

按照一種有利的具體的實施方案，按本發明的脫硫吸收塔可以如下實現：

收集預期處理的煙氣的參數，例如煙氣量、煙氣壓力、煙氣溫度、煙氣二氧化硫濃度、煙氣氯離子濃度等等；

根據煙氣參數設計脫硫吸收塔的尺寸，例如直徑和高度；

沿高度方向求得脫硫吸收液的氯離子濃度，根據求得的氯離子濃度確定防腐層在高度方向上的分段以及各分段的不鏽鋼材料；

設計脫硫吸收塔的內部部件和各個管口；

確定脫硫吸收塔的載荷，繼而確定防腐層和支撐層的載荷分配比例，選擇支撐層的方案(外筒或支撐框架)，計算防腐層厚度；

脫硫吸收塔基礎施工、脫硫吸收塔防腐層施工、脫硫吸收塔支撐層施工，其中，防腐層施工和支撐層施工交叉進行。

按照一種有利的實施方案，按本發明的脫硫吸收塔可以按如下方式運行：

原煙氣從脫硫吸收塔的處於下方的煙氣進口7進入到塔室內，煙氣從下往上流動，被經由循環液進口6噴淋的脫硫吸收液降溫洗滌、洗滌脫硫、除去細微顆粒物，煙氣在到達煙氣出口10之前經過除霧，然後在很大程度上被脫硫的淨煙氣從處於塔頂的煙氣出口10排出，煙氣出口10可以構造為直排煙囪。脫硫吸收液經由循環液出口8回流至相應的循環槽和氧化槽。工藝水連續從工藝水進口9補入，氨水補入循環管道以及氧化槽內，硫酸銨濃度達到預定程度之後的脫硫吸收液通過循環液出口8被最終輸送到硫酸銨後處理系統，經增濃、離心分離、乾燥、包裝，得到產品硫酸銨，在某些情況下，可以在增濃工序前設置蒸髮結晶。

例如在以下參數——原煙氣量為510000nm3/h，原煙氣中的so2濃度為2200mg/nm3，原煙氣中的hcl含量為7.6mg/nm3，原煙氣中的總塵濃度為15.3mg/nm3，淨煙氣中的so2濃度為20.1mg/nm3，淨煙氣中的總塵濃度(含氣溶膠)為1.7mg/nm3；氨逃逸量為0.8mg/nm3，氨回收率為99.6％——的情況下，一種適宜的脫硫吸收塔具有如下構造：脫硫吸收塔包括內部的防腐層和外部的支撐層，支撐層由形成為一個鋼製支撐框架的24根支撐柱5構成。防腐層由厚度為4mm的不鏽鋼板構成，其包括底板2、頂板3、筒體4。防腐層固定和支撐在外部的支撐層上，載荷主要由支撐層承擔。筒體4由多塊不鏽鋼鋼板構成，鋼板厚度為4mm，高度為2/3m，不鏽鋼板彼此焊接。支撐柱採用h型鋼，h型鋼的寬度為350mm。相鄰支撐柱的間距為2.5m。

由於在該脫硫吸收塔中不鏽鋼板厚度小，脫硫吸收塔的總造價相比傳統的具有玻璃鱗片內襯的碳鋼塔降低10％以上，建設周期可以縮短大約1/3。

在這種脫硫吸收塔中，根據煙氣參數近似確定在脫硫吸收液中的氯離子濃度，根據預期的脫硫吸收液的氯離子濃度選擇防腐層材料。在此確定，氯離子濃度主要有23000～31000mg/l、14000～17000mg/l兩個範圍，筒體4的預期與氯離子濃度為23000～31000mg/l的脫硫吸收液接觸的分段採用牌號為2507的不鏽鋼板，筒體4的預期與氯離子濃度為14000～17000mg/l的分段採用牌號為2205的不鏽鋼板。對於這種脫硫吸收塔，可實現三年不需要檢修。

例如在上例提到的參數條件下，一種適宜的脫硫吸收塔具有如下構造：與前面剛剛提及的脫硫吸收塔基本上相同，主要區別在於，防腐層的鋼板厚度為3.5mm，支撐層構成為外筒，外筒由牌號為q235的碳鋼製成並且具有9mm的厚度。與傳統的具有玻璃鱗片內襯的碳鋼塔相比，脫硫吸收塔的總造價和建設周期都得到降低。

雖然以上描述了本發明的具體實施方式，但是本領域的技術人員可以理解，這些具體實施方式僅是舉例說明。本領域的技術人員在不背離本發明的原理的前提下，可以對這些具體實施方式做出多種變更或修改，這些變更和修改均落入本發明的保護範圍內。