分流法或外部強制氧化法煙道氣脫硫系統的鬥式集流器的製作方法
2023-11-02 21:18:12 2
專利名稱：分流法或外部強制氧化法煙道氣脫硫系統的鬥式集流器的製作方法
技術領域：
本發明涉及溼煙道氣脫硫(FGD)滌氣器，特別涉及採用分流法或在外部將亞硫酸鹽強制氧化為硫酸鹽的系統。
背景技術：
典型的溼煙道氣脫硫(FGD)滌氣器(有時稱作吸收器)有兩個主要部分滌氣區和反應槽氣體在滌氣區被洗滌，反應槽可高效利用反應試劑。噴灑在滌氣區的液體試劑吸收二氧化硫生成亞硫酸鹽和亞硫酸氫鹽。如果亞硫酸鹽氧化為硫酸鹽的氧化率低於15％(抑制氧化法)或大於98％(強制氧化法)，這些系統在運行中不會結垢。使空氣鼓泡通過循環的反應試劑，從而將亞硫酸鹽強制氧化為硫酸鹽，是控制FGD系統中結垢的一種手段。
現有的許多溼FGD滌氣器是單迴路強制氧化系統，其中滌氣區和反應槽組成一個整體，置於溼式滌氣器中，稱為內部強制氧化。
圖1所示為已知的一種單迴路、內部強制氧化的溼FGD滌氣器。煙道氣從位於內部反應槽上方的進口12進入滌氣器，並通過滌氣區，滌氣區裝有一組多層噴淋液管14，其上的噴嘴16噴灑從內部反應槽循環的液體試劑，泵18用來使液體試劑循環。在內部反應槽中引入空氣，以促進亞硫酸鹽氧化為硫酸鹽的過程。內部反應槽中也會發生諸如反應試劑溶解等一些其它反應。在煙道氣通過出口2排出到煙囪(圖中未示出)之前，向煙道氣中噴灑液體反應試劑，可除去由煤、燃油或其它化石燃料燃燒所產生的大量硫氧化物。液體反應試劑通常為鹼性的石灰、石灰石、添加了石灰的鹼性飛灰、鎂加強石灰的漿液或碳酸鈉溶液。噴灑於滌氣區的液體試劑吸收二氧化硫，生成亞硫酸鹽和亞硫酸氫鹽。離開滌氣區的部分反應了的液體試劑的pH值下降到pH4.5左右，隨反應試劑、化學計量、二氧化硫濃度及其它設計參數不同，其具體數值不同。然後，這一低pH值的滌氣液向下流入反應槽，在反應槽中加入新鮮的液體試劑，使槽中pH值回到預定水平，如5.8～6.2。
為使反應槽中不結垢，需將亞硫酸鹽氧化為硫酸鹽。通常用如下典型的方法實現這一氧化過程用一臺泵(圖中未示出)將空氣送入集管22，然後開啟被分布到位於反應槽中的一組多孔噴霧管24，在此處空氣鼓泡進入反應槽，從而使亞硫酸鹽在反應槽中被強制氧化成硫酸鹽。
較早的一些系統的設計是將反應試劑置於一個外部獨立的反應槽中，使空氣自其中鼓泡通過，從而使亞硫酸鹽氧化，然後將所生成的硫酸鹽分離後排出。這些系統被稱作外部強制循環氧化系統。另外一些系統是從內部反應槽中分流出部分反應試劑，使空氣鼓泡通過這部分試劑使亞硫酸鹽氧化，然後將反應試劑返回至反應槽中，其結構介於外部氧化系統與內部氧化系統之間。
在一些外部氧化系統中，將部分反應了的液體試劑收集在內部反應槽中，向其中加入新鮮的鹼性試劑以代替反應了的試劑並調節pH值。從內部反應槽中移去一部分液體試劑循環至滌氣區，從內部反應槽移去的另一部分液體送至外部獨立的反應槽(有時又稱作氧化器或氧化槽)中。對外部氧化槽中的氧化過程，試劑的pH值最好為5或5以下。然而，由於加入了新鮮的鹼性試劑，在內部氧化槽中重新調節過的試劑的pH值為5.8，可能更高。因此，需要向待氧化的物料或外部獨立反應槽中加入硫酸，以中和鹼性，將pH值調節至能促進氧化過程的範圍。
在另外一些較早期的系統中，採用了半內部強制氧化系統，其中用一個鬥式集流器收集幾乎所有噴灑出的液體試劑，將其送至外部氧化槽。然後用一臺泵將該氧化槽內的物料直接送回FGD塔，而不是送至脫水系統。只是從過程液體中分出含有新鮮鹼液的液流去脫水。
另有一種FGD系統採用一種集流槽，以雙迴路操作方式來收集FGD系統中吸收器段的全部液體試劑，但是沒有採取措施以最大限度減少硫酸用量。
在雙迴路系統中，兩個迴路實際上是相互獨立的。滌氣迴路含有新鮮的鹼性液體試劑，將液體試劑噴灑於多層填料上以增強系統除去二氧化硫的能力。液體試劑在填料上與煙道氣接觸，使離開填料的液體試劑的pH值下降，這一點類似於單迴路系統。然後，部分反應了的且pH值很低的試劑被收集在一個集流槽中，再送至外部反應槽或外部氧化器中。
在雙迴路系統中，將新鮮液體試劑加入到外部反應槽中，以維持過程設定的pH值，然後將氧化槽中調節了pH值後的液體試劑循環噴灑在填料上。來自外部反應槽的液體試劑溢流至集流槽下方的滌氣器底部，並通過第二個迴路循環至同樣位於杯式集流器下方的一組集管，這些集管的作用是使進入滌氣器的煙道氣增溼，避免形成幹/溼界面沉積物，從而促進滌氣過程。根據預設的液位，從滌氣器底部將部分反應了的反應液抽出。下部迴路運行的pH值通常低於上部迴路，這樣可改善石灰石的利用率，使操作成本降低。
圖2所示為一已知的雙迴路煙道氣脫硫系統，包括一個滌氣室5，靠近其底部有一個進口12，為煙道氣進口。頂部的出口2為箱5中經過洗滌後的煙道氣的出口。
新鮮的液體試劑進入加料槽10，通過與加料槽10、泵30和上層噴淋液管20相連接的加料管32，泵30將新鮮的液體試劑泵送至靠近的箱5頂部的上層噴淋液管20。由上層噴淋液管20噴灑的液體試劑具有較高的pH值，噴灑在填料40上，以促進二氧化硫在高pH值液體試劑中的吸收，並使出口煙道氣在經出口2流出之前得到過濾。填料通常分層放置，填料層高2～3英尺。
從上層噴淋液管20噴灑的液體試劑流過填料40，用一個同心安裝在箱5內徑上的箍環50改變其流向，使其經過箍環50的內孔流向直接位於箍環50下方的集流槽60。箍環50和集流槽60阻止上部迴路的液體試劑流入位於箱5底部的內部反應槽。收集在集流槽60中的液體試劑通過與集流槽60和加料槽10相連接的回流管62流入進料槽10。
隨著加料槽10中液體反應試劑的液位上升，溢出的液體反應試劑通過溢流管80溢流回至箱5而進入內部反應槽70，溢流管80在內部反應槽70處連接加料槽10和箱5。通過與內部反應槽70相連的下部加料管72，用急冷劑泵71將內部反應槽中的液體試劑泵送至下層噴淋液管90。泵71和下層噴淋液管90用來急冷並洗滌煙道氣，從而改善箱5中反應試劑的利用率。利用放空的方式，即通過排液7使內部反應槽70中液體反應試劑的液位保持低於進口12。
發明概要本發明涉及一種改進的集流裝置，即改進的鬥式集流器，用於收集內部反應槽上遊的、尚未添加新鮮試劑的FGD液體試劑。分流法或外部氧化法的溼FGD系統的外部氧化槽中需保持適宜的pH值，使用這種裝置可使這部分的酸用量大大減少。然而這類裝置常常容易堵塞。本發明改進的鬥式集流器包括一個降液管，該降液管的設計成使液體反應試劑通過降液管保持連續流動，從而避免鬥式集流器發生堵塞。
據此，本發明的一個目的是提供一種能夠防止鬥式集流器或其它用於收集並輸出容器中料漿的裝置堵塞的裝置。
本發明的另一個目的是提供一種系統，使得分流法或外部強制氧化法溼FGD系統中硫酸的消耗量達到最小。
本發明第三個目的是提供一種從煙道氣中脫除硫氧化物的方法，該法可最大限度地降低硫酸用量，同時可防止設備堵塞。
本發明一個實施方案中，包括一個分流裝置，至少能分流部分流向內部集流槽的反應產物和部分反應了的液體試劑，該內部集流槽有一槽液位。該裝置包括一個鬥式集流器，至少部分延伸橫穿集流槽液位上方，其造形使在操作過程中反應產物和部分反應了的液體試劑在集流器中能形成一定的液位。鬥式集流器有一個出口。該裝置還包括一個帶有供流體流過的進出口的降液管。降液管的進口保持與流體連通，並與鬥式集流器出口相連。操作過程中降液管出口在位於內部集流槽中液位下方，從而能夠將鬥式集流器中的反應產物和部分反應的液體試劑連續排入內部集流槽中。
本發明另一個實施方案中，包括一個從煙道氣中脫除硫氧化物的系統。該系統包括一個溼煙道氣脫硫滌氣器，其中包括一個滌氣區，將硫氧化物轉變為滌氣產物，以及向滌氣區提供硫氧化物吸收液的裝置。該系統中有一個內部反應槽，位於滌氣區下方，用來收集滌氣區中部分反應了的液體試劑和滌氣產物。內部反應槽中有一定的液位。該系統還包括一個帶有出口的鬥式集流器，至少部分延伸橫穿反應槽液位上方，其造形使在操作過程中，反應產物和部分反應了的液體試劑在集流器中能形成一定的液位。該系統還包括一個帶有供流體通過的進出口的降液管。降液管的進口保持與流體連通，並與鬥式集流器出口相連。操作過程中降液管的出口位於內部反應槽中液位下方，從而能夠將鬥式集流器中的部分反應的液體試劑和滌氣產物連續排入內部反應槽中。
在本發明另一個實施方案中，涉及一種從煙道氣中脫除硫氧化物的方法，包括設置一個帶有滌氣區的溼煙道氣脫硫滌氣器，滌氣區位於內部反應槽上方，然後使煙道氣在滌氣區中與液體試劑接觸，將硫氧化物轉化成滌氣副產物，生成含有部分反應了的液體試劑和滌氣副產物的廢漿液。第一部分廢漿液收集到內部反應槽中，向槽內廢漿液中添加新鮮液體試劑，然後將這部分廢漿液和新鮮的液體試劑從內部反應槽中循環回至滌氣區。第二部分廢漿液收集在內部反應槽和滌氣區之間，其中一部分排出，在外部強制氧化槽中加以處理，另一部分直接排入內部反應槽。
權利要求書中具體指出作為本發明各種特徵的新穎性，為本發明內容的一部分。為了更好地理解本發明，並能從其使用中得益，可參考附圖及其說明，這是本發明內容的一部分，闡述了本發明較好的一種實施方案。
附圖簡述附圖作為本發明說明書的一部分，對各圖中所有相同或相應的部件以相同的數字標記。
圖1所示為一種已知的採用內部強制氧化法的單迴路溼FGD滌氣器的透視圖。
圖2所示為一種已知的採用外部強制氧化法的雙迴路溼FGD滌氣器的示意圖。
圖3所示為本發明所使用的採用外部強制氧化法的溼FGD滌氣器的部分示意圖。
圖4所示為本發明圖3放大了的示意圖。
較好幾種實施方案的描述參見上述附圖，圖中相同或類似的部件以相同的數字標出，圖3所示為溼FGD滌氣器200。煙道氣從進口112進入並通過滌氣區，滌氣區由多層帶有許多噴嘴116(圖中未示出)的噴淋液管114組成，位於進口112的下遊(相對於主煙道氣流動方向而言)。由泵118(為清楚起見，圖中只標出一臺泵)從內部反應槽170循環而來的諸如鎂加強石灰等液體試劑通過噴嘴116噴灑。液體試劑在溼FGD滌氣器200中向下流動時，與煙道氣中的二氧化硫反應，生成亞硫酸鹽和亞硫酸氫鹽滌氣副產物。二氧化硫在水存在時生成酸，並與噴灑的液體試劑中的鹼發生反應，降低pH值。淨化了的煙道氣通過滌氣器出口102排出溼煙道氣滌氣器200。
在溼FGD氣器200中裝有集流裝置，即鬥式集流器150，用來收集滌氣區中部分反應了的液體試劑和生成的副產物。鬥式集流器150至少將一部分所收集的滌氣副產物和部分反應了的液體試劑排入降液管154。降液管154的進口端152位於鬥式集流器150的底部，其出口端156位於內部反應槽170中液位175的下方。
將降液管出口端156置於內部反應槽170中液位175的下方，維持鬥式集流器150和降液管154中的液位。如圖3和4所示，鬥式集流器150中的液位105維持在高於或近乎等於內部反應槽中的液位175上。鬥式集流器的設計和安裝的目的是為了截留比過程需求量更多的液體試劑，從而保證部分反應了的液體試劑和滌氣副產物連續流動通過降液管154。降液管154的大小以維持必要的液位即液體試劑的液位為準，同時要保證液體試劑和滌氣副產物以一定流量流過降液管154以防止堵塞。
在直徑約40英尺，設計能處理250MW燃煤發電廠煙道氣的大型溼FGD滌氣器中，降液管直徑為1英尺的鬥式集流器被證明能夠成功地運轉而不發生堵塞。若沒有降液管，同一個鬥式集流器在幾周內就會堵塞。在這一特定的系統中，鬥式集流器截留了大約10％的進入滌氣區的液體試劑，大約比過程需求量多50％。
在圖3和4所示的實施方案中，降液管出口端156位於與混合器180相同的高度上，以促進從降液管154流下的流體與內部反應槽170中液體的混合。
鬥式集流器150可安裝在滌氣器200中位於噴嘴集管114下方、內部反應槽170液位175上方的任何部位，視煙道氣和液體試劑需求量而定。
部分反應了的液體試劑和滌氣副產物可以從降液管154排出，例如通過圖3和4所示泵抽吸管140排出，或者直接從鬥式集流器150排出，至外部反應槽，如氧化槽190(圖中未示出)中進行處理。
在一個實施方案中，一部分被抽出的流體通過循環管160返回到鬥式集流器150中。通過調節送入氧化槽190的流體量與經循環管160返回鬥式集流器150的流體量之間的分流比，可以控制內部反應槽170中的液位175。如果內部反應槽170中的液位175在上升，則將更多流體泵入氧化槽190。若液位175在下降，則將更多的流體經循環管160泵回鬥式集流器150。
降液管154可防止鬥式集流器150堵塞。由於鬥式集流器150不再會在運轉後不久就發生堵塞，這使得鬥式集流器150可以連續使用，從而使被分流出的流體中或外部強制氧化過程中需添加的硫酸的量達到最少。本發明也允許溼FGD滌氣器200在較高的pH值下操作，這樣可在試劑消耗最少的同時提高二氧化硫的去除效果。
本發明可以與各種FGD系統常用的試劑一起使用，包括含鈉、鎂和鈣的鹼性化合物，但不僅限於此。鬥式集流器150的具體形狀不是最關鍵的，並且鬥式集流器150和降液管154可用任何合適的材質製造，如317LMN不鏽鋼。
儘管本發明特別適用於採用分流法或外部強制氧化法的溼FGD脫硫系統，也適用於其它傳統的FGD系統，以最大限度減少試劑的用量，如用於採用內部強制氧化法的系統。本發明可普遍用於收集從其它過程循環來的部分漿液。
儘管以上出示和描述了本發明的幾個實施方案和/或詳細流程圖，用以說明本發明原理的應用，但不用說，可以按權利要求中更全面的描述對本發明進行實施，或只要不偏離上述原則，可以按專業人員熟知的其它方式進行實施。
權利要求
1.一種用於將至少部分反應產物和部分反應了的液體試劑分流流入內部集流槽的裝置，所述內部集流槽具有一定的液位，該裝置包括帶有出口的鬥式集流器，至少部分延伸橫穿集流槽液位上方，其造形使在操作過程中反應產物和部分反應了的液體試劑在集流器中能形成一定的液位；和帶有供流體通過的進出口的降液管，降液管的進口保持與流體連通，並與鬥式集流器出口相連，操作過程中降液管的出口位於內部集流槽中液位下方，從而能夠將鬥式集流器中的反應產物和部分反應的液體試劑連續排入內部集流槽中。
2.權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述裝置還包括可維持鬥式集流器中液位高於槽中液位的裝置。
3.權利要求2所述的裝置，其特徵在於所述維持鬥式集流器中液位高於槽中液位的裝置包括下述幾部分與鬥式集流器和降液管之一相連接的抽吸管、排液入鬥式集流器的循環管、位於兩者之間的泵。
4.權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述裝置還包括用於將反應產物和部分反應了的液體試劑輸送至外部反應槽的裝置，該裝置與鬥式集流器和降液管之一相連接。
5.權利要求4所述的裝置，其特徵在於所述鬥式集流器具有足夠的面積，可以收集超過供應外部氧化槽所需的反應產物和部分反應了的液體試劑量。
6.一種用於從煙道氣中脫去二氧化硫的系統，包括溼煙道氣脫硫滌氣器，其滌氣區將硫氧化物轉化成滌氣產物；向滌氣區供應吸收硫氧化物的液體試劑的裝置；內部反應槽，位於滌氣區下方，用於收集滌氣區部分反應了的液體試劑和滌氣產物，內部反應槽中保持一定的液位；帶有出口的鬥式集流器，至少部分延伸橫穿反應槽液位上方，其造形使在操作過程中反應產物和部分反應了的液體試劑在鬥式集流器中能形成一定的液位；和帶有供流體通過的進出口的降液管，降液管的進口保持與流體連通，並與鬥式集流器出口相連，操作過程中降液管的出口位於內部反應槽中液位下方，從而能夠將鬥式集流器中的反應產物和部分反應的液體試劑連續排入內部反應槽中。
7.權利要求6所述的系統，其特徵在於所述系統還包括可保持鬥式集流器中液位高於槽中液位的裝置。
8.權利要求7所述的系統，其特徵在於所述保持鬥式集流器中液位高於槽中液位的裝置包括下述幾部分與鬥式集流器和降液管之一相連接的抽吸管、排液入鬥式集流器的循環管、位於兩者之間的泵。
9.權利要求6所述的系統，其特徵在於所述系統還包括用於將反應產物和部分反應了的液體試劑輸送至外部反應槽的裝置，該裝置與鬥式集流器和降液管之一相連接。
10.權利要求9所述的系統，其特徵在於所述鬥式集流器具有足夠的面積，可以收集超過供應外部氧化槽所需的反應產物和部分氧化了的液體試劑量。
11.一種用於從煙道氣中脫除硫氧化物的方法，包括提供一個帶有滌氣區的溼煙道氣脫硫滌氣器，滌氣區位於內部反應槽上方；使煙道氣在滌氣區中與液體試劑接觸，將硫氧化物轉化成滌氣副產物，生成含有部分反應了的液體試劑和滌氣副產物的液體和固體的廢漿液；在內部反應槽中收集第一部分廢漿液，向該槽內廢漿液中添加新鮮液體試劑，然後將這部分廢漿液和新鮮的液體試劑從內部反應槽中循環回至滌氣區；在內部反應槽和滌氣區之間收集第二部分廢漿液，其中一部分排出，在外部強制氧化槽中加以處理，另一部分直接排入內部反應槽。
12.權利要求11所述的方法，其特徵在於所述液體試劑選自下述各種溶液之一碳酸鈉、石灰漿、石灰石和添加了石灰的鹼性飛灰。
13.權利要求11所述的方法，其特徵在於所述滌氣副產物包括亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽和硫酸鹽。
14.權利要求11所述的方法，其特徵在於與煙道氣接觸的液體試劑的pH值為5.8左右，外部強制氧化槽中的pH值在5左右或5以下。
全文摘要
一種用於收集內部集流槽上遊漿液的鬥式集流器，該鬥式集流器與降液管保持流體間的相通。降液管至少接收部分收集的漿液，從而維持漿液通過鬥式集流器連續流動不發生堵塞。收集的漿液通過鬥式集流器或降液管排出處理。一種在溼FGD脫硫滌氣器的應用，是將排入內部反應槽前的部分反應了液體的滌氣試劑和滌氣副產物的廢漿液收集於鬥式集流器。這樣在添加新鮮試劑改變料液的pH值之前，可將部分反應了的液體滌氣試劑和滌氣副產物排出進行處理。
文檔編號B01D53/18GK1468647SQ0314116
公開日2004年1月21日 申請日期2003年6月10日 優先權日2002年6月10日
發明者D·W·詹森, D W 詹森, D·W·墨菲, 墨菲, R·B·邁爾斯, 邁爾斯 申請人:巴布考克及威爾考克斯公司