CN111701370A - 一种高效脱硫除尘喷淋装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种高效脱硫除尘喷淋装置，包括自下至上依次布置的多层喷淋层，每层喷淋层包括一根浆液循环母管、与浆液循环母管相连通的主管组、与主管组相连通的分管组，所述喷淋空塔筒体内自下至上布置的奇数层喷淋层与偶数层喷淋层的主管组、分管组在喷淋空塔筒体底部的投影相垂直交错，所述主管组包括偶数根喷淋主管，所述分管组包括对称设置于主管组两侧的两根喷淋分管，所述喷淋分管与距离最近的喷淋主管通过分流管相连接，所述喷淋主管和喷淋分管的两侧或底部设置有接管，所述接管的端部连接有喷嘴。该脱硫除尘喷淋装置，能够实现超低排放要求，烟气阻力能耗低、塔内构件少、运行简单、维护方便，大大提高系统的安全运行可靠性。
Description
【技术领域】
本发明涉及脱硫除尘设备的技术领域，特别是一种高效脱硫除尘喷淋装置。
【背景技术】
热电、钢铁、冶金、水泥等行业是大气污染控制的重点行业，主要采用湿法烟气脱硫工艺来脱除烟气中的二氧化硫，脱硫塔是湿法烟气脱硫工艺系统中最为关键的核心设备，根据工作原理的不同可分为喷淋空塔、托盘塔、文丘里栅棒塔、旋汇耦合塔、液柱塔、鼓泡塔、填料塔等。与其他塔型相比，喷淋空塔具有技术成熟可靠、塔内构件少、运行简单、维护方便、检修次数较少等突出优点，因此得到了广泛应用。
2014年，中国国家发改委、环保部、能源局三部委联合提出在大气污染物重点控制区实施超低排放要求，要求二氧化硫和颗粒物排放浓度分别不高于35mg/Nm3和5mg/Nm3。而现有常规的烟气脱硫喷淋空塔，一般能够实现97％的脱硫效率和50％的除尘效率，脱硫和除尘效率有待进一步提高。
常规脱硫喷淋空塔的脱硫及除尘效率不够高的主要原因之一，是吸收剂喷淋系统设计不够合理。一方面，常规喷淋层未能实现所有上层喷嘴与所有下层喷嘴充分错位、均匀合理布置；塔壁区域喷淋液覆盖不足，容易形成烟气逃逸通道。如附图1是常规的脱硫喷淋空塔的相邻两层喷淋层布置示意图，相邻两层喷淋层虽然错开了β角度，但大部分上层喷嘴与下层喷嘴未能实现均匀错位，脱硫和除尘效率有进一步提升的空间。另一方面，一些常规喷淋层将1～2根较大尺寸的喷淋母管布置在喷淋塔内部，这种设计方式并不利于烟气流场的均布，降低脱硫和除尘效率；一旦喷淋母管出现故障，无法对其进行在线检修。喷淋层的喷淋管道通常都是采用耐磨玻璃钢制作。考虑经济成本及安全可靠性，喷淋管道一般选用耐磨玻璃钢管(如：授权公告号CN 1843580A)，玻璃钢材料的弹性模量较小，刚度不足，对于长度较长的喷淋管道，通常需要增设方形钢梁用于支撑。方形钢梁与喷嘴的距离比较靠近，且其尺寸一般都较大，以国内某1000MW机组的脱硫喷淋塔为例，其喷淋层方形支撑钢梁竖直方向的高度超过一米，若长期受到喷淋液的近距离冲刷，容易导致磨损、腐蚀和断裂。为了保证方形钢梁的安全，一般不得不被动调整喷嘴的位置及角度(如：授权公告号CN206334526U)，不利于吸收剂均匀覆盖，降低脱硫和除尘效率。
为提高脱脱硫及除尘效率，实现二氧化硫和颗粒物排放浓度分别不高于35mg/Nm3和5mg/Nm3的超低排放要求，工程技术人员公开了设置在烟气脱硫喷淋空塔内的一些结构或装置，如聚气环、多孔盘、文丘里栅棒、旋汇耦合装置和管束式除尘除雾装置等(如：授权公告号CN204684915U、申请公布号CN106457140A、申请公布号CN101298020A、申请公布号CN106334416A)。通过增设一些结构或装置也许可以部分提高脱硫和除尘效率，但也存在一些缺陷与不足：增加喷淋塔筒体内部的构件，导致内部结构变得更加复杂，故障点增多，烟气阻力和能耗代价上升，投资成本不经济，增加检修维护成本，影响运行的安全可靠性。
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有喷淋空塔脱硫除尘效率不够高和无法达到超低排放要求的问题，提出一种高效脱硫除尘喷淋装置，能够实现超低排放要求，烟气阻力能耗低、塔内构件少、运行简单、维护方便、检修次数较少，大大提高系统的安全运行可靠性。
为实现上述目的，本发明提出了一种高效脱硫除尘喷淋装置，包括自下至上依次布置的多层喷淋层，每层喷淋层包括一根布置在喷淋空塔筒体外的浆液循环母管、布置于喷淋空塔筒体内与浆液循环母管相连通的主管组、布置于喷淋空塔筒体内与主管组相连通的分管组，所述喷淋空塔筒体内自下至上布置的奇数层喷淋层与偶数层喷淋层的主管组、分管组在喷淋空塔筒体底部的投影相互垂直，所述主管组包括偶数根喷淋主管，所述分管组包括对称设置于主管组两侧的两根喷淋分管，所述喷淋分管与距离最近的喷淋主管通过分流管相连接，所述喷淋主管和喷淋分管的两侧或底部设置有接管，所述接管的端部连接有喷嘴。
作为优选，所述喷淋主管、喷淋分管采用变径管且等间距平行布置，所述喷淋主管的内径自与浆液循环母管相连的一端至另一端呈逐渐减小，所述喷淋分管的内径自与分流管相连的位置至两端逐渐减小。
作为优选，每层喷淋层的喷淋主管、喷淋分管、分流管以横向中心线呈对称布置，所述喷嘴以横向中心线和纵向中心线均呈对称布置。
作为优选，每层喷淋层的喷嘴分为边缘喷嘴和中间喷嘴，所述边缘喷嘴布置在一个半径为r的水平圆上，r比喷淋空塔筒体的内壁半径R小0.3～1m，所述中间喷嘴采用等距离的正方形布置，中间喷嘴之间的距离L为0.5m～1.8m。
作为优选，下一层喷淋层的喷嘴与上一层喷淋层的喷嘴在水平方向上的投影不重叠，下一层喷淋层与上一层喷淋层的中间喷嘴等间距均匀布置。
作为优选，所述喷淋层为2-7层，所述喷淋层等间距布置，间距为1.2m-2.4m。
作为优选，所述喷淋层为5层，包括沿喷淋空塔筒体内从下至上依次设置的第一层、第二层、第三层、第四层、第五层，所述第一层与第二层对应的喷淋主管之间通过第一级桁架结构单元相连接，所述第一级桁架结构单元包括两个竖直杆、设置于两个竖直杆之间的若干个倾斜交错布置的斜杆，所述第三层与第四层之间通过第二级桁架结构单元相连接，所述第二级桁架结构单元与第一级桁架结构单元结构相同，所述第五层的每根喷淋主管上方连接有第三级桁架结构单元，所述第三级桁架结构单元包括两个竖直杆、设置于两个竖直杆之间的若干个倾斜交错布置的斜杆、以及连接于竖直杆、斜杆顶部的水平杆，所述第一级桁架结构单元与第二级桁架结构单元、所述第二级桁架结构单元与第三级桁架结构单元在水平方向上的投影呈90°垂直布置。
作为优选，所述喷淋主管进液端与浆液循环母管相连接，末端通过支撑座固定在喷淋空塔筒体上，所述喷淋分管两侧的末端分别通过支撑座固定在喷淋空塔筒体上。
本发明的有益效果：本发明通过等间距布置多层相垂直交错的喷淋层，能够在不设置聚气环(也称增效环)、多孔盘、文丘里栅棒、旋汇耦合装置和管束式除尘除雾装置等装置时实现超低排放要求，烟气阻力能耗低、塔内构件少、运行简单、维护方便、检修次数较少，大大提高系统的安全运行可靠性。该除尘喷淋装置可用于在双碱法、电石渣法及石灰石-石膏法等各种湿法烟气脱硫系统。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是现有常规烟气脱硫喷淋空塔的喷淋层布置示意图；
图2是本发明一种高效脱硫除尘喷淋装置的内部布置俯视图；
图3是本发明一种高效脱硫除尘喷淋装置的每层喷淋层的布置示意图；
图4是本发明一种高效脱硫除尘喷淋装置的第一级桁架结构单元的示意图；
图5是图4的CC向剖面示意图；
图6是本发明一种高效脱硫除尘喷淋装置的第三级桁架结构单元的示意图；
图7是图6的EE向剖面示意图；
图8是本发明一种高效脱硫除尘喷淋装置的上一层喷淋层、下一层喷淋层的喷嘴布置示意图。
【具体实施方式】
参阅图2至图8本发明一种高效脱硫除尘喷淋装置，包括自下至上依次布置的多层喷淋层2，每层喷淋层2包括一根布置在喷淋空塔筒体1外的浆液循环母管3、布置于喷淋空塔筒体1内与浆液循环母管3相连通的主管组、布置于喷淋空塔筒体1内与主管组相连通的分管组，所述喷淋空塔筒体1内自下至上布置的奇数层喷淋层2与偶数层喷淋层2的主管组、分管组在喷淋空塔筒体1底部的投影相互垂直，所述主管组包括偶数根喷淋主管21，所述分管组包括对称设置于主管组两侧的两根喷淋分管22，所述喷淋分管22与距离最近的喷淋主管21通过分流管25相连接，所述喷淋主管21和喷淋分管22的两侧或底部设置有接管23，所述接管23的端部连接有喷嘴24。浆液循环母管3布置在喷淋空塔筒体1外，方便检修维护，有利于延长使用寿命。浆液循环母管3通过与其对应的浆液循环泵与喷淋空塔筒体1最底部的氧化浆池相连。
进一步地，参阅图3，所述喷淋主管21、喷淋分管22采用变径管且等间距平行布置，所述喷淋主管21的内径自与浆液循环母管3相连的一端至另一端呈逐渐减小，所述喷淋分管22的内径自与分流管25相连的位置至两端逐渐减小。
进一步地，参阅图3，每层喷淋层2的喷淋主管21、喷淋分管22、分流管25以横向中心线AA’呈对称布置，所述喷嘴24以横向中心线AA’和纵向中心线BB’均呈对称布置。对称布置有利于喷嘴均匀合理布置，同时减少构件的类型，简化喷淋层的设计、生产和安装，降低投资成本，方便运行维护。
进一步地，为了方便理解，根据不同的布置区域，参阅图3，将每层喷淋层2的喷嘴24分为边缘喷嘴241和中间喷嘴242，所述边缘喷嘴241布置在一个半径为r的水平圆上，r的取值根据喷嘴的形式和性能参数确定，r比喷淋空塔筒体1的内壁半径R一般要小0.3～1m，但是不论r取值多大，以r为半径的水平圆与喷淋空塔筒体1内壁之间的环形区域内的喷淋覆盖率达到400％以上，也就是所述环形区域内的任意一点，处于不少于4个喷嘴的有效作用范围内，以避免发生烟气逃逸。所述中间喷嘴242采用等距离的正方形布置，中间喷嘴242之间的距离L为0.5m～1.8m。
更进一步地，所有边缘喷嘴241和中间喷嘴242均采用竖直朝下的单向锥型喷嘴，材质为碳化硅；喷嘴压力0.5～0.8Bar；喷嘴的喷淋角度一般选60～120°。
进一步地，图8所示，下一层喷淋层2的喷嘴24(以实心圆表示)与上一层喷淋层2的喷嘴24(以空心圆表示)在水平方向上的投影不重叠，下一层喷淋层2与上一层喷淋层2的中间喷嘴242在水平方向上的投影以n等间距均匀布置。
进一步地，根据实际工程需要，喷淋层数量可以有所变化，一般喷淋层2为2-7层，所述喷淋层2等间距布置，间距为1.2m-2.4m。在本实施例中，所述喷淋层2为奇数层5层，包括沿喷淋空塔筒体1内从下至上依次设置的第一层、第二层、第三层、第四层、第五层，如图4所示，所述第一层与第二层对应的喷淋主管21之间通过第一级桁架结构单元相连接，所述第一级桁架结构单元包括两个竖直杆5、设置于两个竖直杆5之间的若干个倾斜交错布置的斜杆6，相邻的两个斜杆组合成若干个“V”或倒“V”字形结构，增强第一级桁架结构单元的稳固性，所述第三层与第四层之间通过第二级桁架结构单元相连接，所述第二级桁架结构单元与第一级桁架结构单元结构相同，如图6所示；所述第五层的每根喷淋主管21上方连接有第三级桁架结构单元，所述第三级桁架结构单元包括两个竖直杆5、设置于两个竖直杆5之间的若干个倾斜交错布置的斜杆6、以及连接于竖直杆5、斜杆6顶部的水平杆7，所述第一级桁架结构单元与第二级桁架结构单元、所述第二级桁架结构单元与第三级桁架结构单元在水平方向上的投影呈90°垂直布置。当然，喷淋层2也可以为偶数层，此时，最上方的喷淋层顶部不具有第三级桁架结构单元。
进一步地，所述喷淋主管21进液端与浆液循环母管3相连接，末端通过支撑座4固定在喷淋空塔筒体1上，所述喷淋分管22两侧的末端分别通过支撑座4固定在喷淋空塔筒体1上。
更进一步地，所述喷淋主管21、喷淋分管22、分流管25和接管23采用内外表面衬有耐磨防腐层的玻璃钢管。所述竖直杆5、斜杆6和水平杆7采用外表面衬有耐磨防腐层的玻璃钢管。所述浆液循环母管3可选择内部衬有耐磨防腐层的玻璃钢管或内部衬有耐磨防腐层的碳钢管道。
本发明应用的实施例：
1、进口烟气参数：
1)标准干烟气量：1926085Nm3/h；
2)最高烟气温度：180℃；
3)烟尘含量：20mg/Nm3(前端常规电除尘)、15mg/Nm3(前端低低温电除尘)
4)SO2浓度：3474mg/Nm3
2、设有高效脱硫除尘喷淋层的喷淋空塔主要参数：
1)喷淋层：5层
2)脱硫效率：99％以上
3)除尘效率70％以上
3、出口设计净化排放参数：
1)烟尘含量：5mg/Nm3(前端常规电除尘)、4mg/Nm3(前端低低温电除尘)
2)SO2浓度：35mg/Nm3
从上述实施例中可以看出，本发明将喷淋空塔的除尘效率从50％提高到70％以上，在喷淋空塔入口烟气烟尘含量低于20mg/Nm3时，喷淋空塔出口烟尘含量可以降到5mg/Nm3以下；在入口前端可以低低温电除尘、喷淋空塔入口烟气烟尘含量低于15mg/Nm3时，喷淋空塔出口烟尘含量甚至可以降到4mg/Nm3以下。本发明将喷淋空塔的脱硫效率从97％提高到99％以上，喷淋空塔出口SO2含量可以降到35mg/Nm3以下，实现喷淋空塔超净排放。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高效脱硫除尘喷淋装置，包括自下至上依次布置的多层喷淋层(2)，其特征在于：每层喷淋层(2)包括一根布置在喷淋空塔筒体(1)外的浆液循环母管(3)、布置于喷淋空塔筒体(1)内与浆液循环母管(3)相连通的主管组、布置于喷淋空塔筒体(1)内与主管组相连通的分管组，所述喷淋空塔筒体(1)内自下至上布置的奇数层喷淋层(2)与偶数层喷淋层(2)的主管组、分管组在喷淋空塔筒体(1)底部的投影相互垂直，所述主管组包括偶数根喷淋主管(21)，所述分管组包括对称设置于主管组两侧的两根喷淋分管(22)，所述喷淋分管(22)与距离最近的喷淋主管(21)通过分流管(25)相连接，所述喷淋主管(21)和喷淋分管(22)的两侧或底部设置有接管(23)，所述接管(23)的端部连接有喷嘴(24)。
2.如权利要求1所述的一种高效脱硫除尘喷淋装置，其特征在于：所述喷淋主管(21)、喷淋分管(22)采用变径管且等间距平行布置，所述喷淋主管(21)的内径自与浆液循环母管(3)相连的一端至另一端呈逐渐减小，所述喷淋分管(22)的内径自与分流管(25)相连的位置至两端逐渐减小。
3.如权利要求1所述的一种高效脱硫除尘喷淋装置，其特征在于：每层喷淋层(2)的喷淋主管(21)、喷淋分管(22)、分流管(25)以横向中心线呈对称布置，所述喷嘴(24)以横向中心线和纵向中心线均呈对称布置。
4.如权利要求1所述的一种高效脱硫除尘喷淋装置，其特征在于：每层喷淋层(2)的喷嘴(24)分为边缘喷嘴(241)和中间喷嘴(242)，所述边缘喷嘴(241)布置在一个半径为r的水平圆上，r比喷淋空塔筒体(1)内壁半径R小0.3～1m，所述中间喷嘴(242)采用等距离的正方形布置，中间喷嘴(242)之间的距离L为0.5m～1.8m。
5.如权利要求4所述的一种高效脱硫除尘喷淋装置，其特征在于：下一层喷淋层(2)的喷嘴(24)与上一层喷淋层(2)的喷嘴(24)在水平方向上的投影不重叠，下一层喷淋层(2)与上一层喷淋层(2)的中间喷嘴(242)等间距均匀布置。
6.如权利要求1所述的一种高效脱硫除尘喷淋装置，其特征在于：所述喷淋层(2)为2-7层，所述喷淋层(2)等间距布置，间距为1.2m-2.4m。
7.如权利要求1所述的一种高效脱硫除尘喷淋装置，其特征在于：所述喷淋层(2)为5层，包括沿喷淋空塔筒体(1)内从下至上依次设置的第一层、第二层、第三层、第四层、第五层，所述第一层与第二层对应的喷淋主管(21)之间通过第一级桁架结构单元相连接，所述第一级桁架结构单元包括两个竖直杆(5)、设置于两个竖直杆(5)之间的若干个倾斜交错布置的斜杆(6)，所述第三层与第四层之间通过第二级桁架结构单元相连接，所述第二级桁架结构单元与第一级桁架结构单元结构相同，所述第五层的每根喷淋主管(21)上方连接有第三级桁架结构单元，所述第三级桁架结构单元包括两个竖直杆(5)、设置于两个竖直杆(5)之间的若干个倾斜交错布置的斜杆(6)、以及连接于竖直杆(5)、斜杆(6)顶部的水平杆(7)，所述第一级桁架结构单元与第二级桁架结构单元、所述第二级桁架结构单元与第三级桁架结构单元在水平方向上的投影呈90°垂直布置。
8.如权利要求1至7中任意一项所述的一种高效脱硫除尘喷淋装置，其特征在于：所述喷淋主管(21)进液端与浆液循环母管(3)相连接，末端通过支撑座(4)固定在喷淋空塔筒体(1)上，所述喷淋分管(22)两侧的末端分别通过支撑座(4)固定在喷淋空塔筒体(1)上。
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