CN201195096Y - 一种烟气洗涤净化塔 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及烟气的洗涤净化装置，公开了一种新型的塔器设备，它包括顶部设置的烟气进口，进口下方设置的洗涤吸收段，和下部设置的具有氧化和结晶功能的吸收液储存段。采用该塔器设备，烟气和洗涤液在塔内并流向下流动，结构简单，塔高较低，尤其是整体塔体部分基本上在低温下操作，可以采用塑料材质，或者纤维增强的塑料材质制造，防腐蚀性能优良，且施工周期短。该设备的特点是投资低，能耗小，且烟气处理能力大，效率高，适合大规模工业化应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及烟气的净化装置，尤其涉及烟气中硫氧化物和其它污染物的脱出和净化处理的装置，属于化工、环保、电力以及冶金领域。
背景技术
以煤或石油为燃料的锅炉或火力发电厂，或钢铁行业的烧结机排放大量烟道气。这些烟气含有SOx、NOx、HCl和HF等有害气态物质，以及含氧化铝，氧化硅，氧化铁等固体的粉煤灰尘。其中硫氧化物SOx，包括SO2和SO3，是形成酸雨的主要物质。
SO2含量通常在300～5000ppmv(1000～15000mg/Nm3)之间，灰尘含量100-300mg/Nm3之间。但是，烟气量十分巨大，以燃煤锅炉而论，蒸汽规模从35T/h到2500T/h，发电机组容量6MW到1000MW，烟气量由5万Nm3/h到250万Nm3，SO2排放量1000吨/年到100,000吨/年。由于SOx是酸性气体，采用碱性水溶液脱吸烟气中的SOx，即烟气脱硫(Flue GasDesulfurization，FGD)是有效的方法，具有广泛的应用价值。
烟气脱硫的方法较多，根据所采用的原料的不同，主要有以下几种方法：
以石灰石为原料的钙法；
以氨为原料的氨法；
以氧化镁为原料的镁法；
以碳酸钠或氢氧化钠为原料的钠法。
工业上，现有技术主要是钙法。由于石灰石在水中溶解度很低，只有30-50mg/L，必须磨制成超细粉末，而且一般以湿磨为主，石灰石的细度达到大于325目的比例大于90％。钙法的反应原理如下。
SO2+H2O＝H2SO3
H2SO3+CaCO3(石灰石)＝CaSO3.1/2H2O↓+CO2↑+H2O
CaSO3.1/2H2O+1/2O2+3/2H2O＝CaSO4.2H2O↓(石膏)
烟气首先与含有超细石灰石的浆状吸收液接触，其中的SO2溶解在水溶液中，形成亚硫酸，再与吸收液中的碳酸钙反应，形成半水亚硫酸钙，同时放出二氧化碳。半水亚硫酸钙和碳酸钙在水中的溶解度相近。为了提高钙的溶解度，降低设备的堵塞，采用鼓空气氧化的办法，将溶解度过低的亚半水亚硫酸钙转化为溶解度较高的硫酸钙。在同样条件下，硫酸钙的溶解度是30倍。同时，硫酸钙沉淀为石膏，即二水硫酸钙，具有比半水亚硫酸钙更大大用途，可以作为建筑材料，尤其是作为水泥的添加剂。这也是为何目前工业化的烟气脱硫钙法都需要鼓空气氧化的原因。
钙法在在中国具有较好的应用前景，中国具有丰富的天然石灰石矿产资源。另外，中国具有巨大的建材市场，尤其是水泥工业。因此，钙法烟气脱硫过程可以在中国获得广泛应用。但是，由于中国也具有很巨大的天然石膏资源，并且由巨大的磷肥工业副产的磷石膏产量也很巨大，在很大程度上也限制了钙法烟气脱硫技术的推广应用。
另外，由于中国的电厂锅炉烟气除尘效率目前还不是很高，脱硫石膏的产品质量较差，也直接影响了其应用。
为此，需要寻求其它方法。
以氨为原料的氨法包括三个具体步骤：
(1)SO2吸收：
SO2+2NH3+H2O＝(NH4)2SO3
(2)亚硫铵氧化
SO3 2-+1/2O2＝SO4 2-
(3)硫铵结晶：
(NH4)2SO4(L)＝(NH4)2SO4(S)
因此，氨法脱硫过程生产硫酸铵，一种高效化肥，其肥效比碳铵高一倍，比尿素也要高20％。原料氨中的有效氮N价值在18～19元/N，但是，在硫铵中，其价值可提高到30元/N，相当于SO2的价值达到400～500元/吨，或者煤中的硫的价值达到800～1000元/吨。因此，以氨为原料的FGD技术可以产生明显的经济价值。
该技术在中国尤其具有应用前景。中国是一个人口、粮食和化肥大国，化肥的产量折合为合成氨，相当于3500万吨/年。以FGD技术可以解决1500万吨SO2/年计算，需要提供合成氨800万吨/年，占总需求量的四分之一弱。另外，碳铵或尿素仅含氮营养，而硫铵中同时含氮和硫营养。因此，硫铵是比碳铵和尿素更好的化肥，在中国具有巨大的市场前景。
但是，氨法对原料的供应要求较高，液氨的储运困难在一定程度上限制了其发展。
镁法一般以氧化镁为原料，也可以碳酸镁，或含有碳酸镁和碳酸钙的混合物为原料。与钙法相比，镁法的优点是亚硫酸镁在水中的溶解度(10g/L)是亚硫酸钙(0.03g/L)的300倍，同样条件下，镁法的吸收液循环量比钙法低得多。但是，原料的价格一般比钙法高，且脱硫产品硫酸镁的用途较小。因而，位于海岸边的电厂可以采用这种方法，因为，脱硫产物可以以水溶液形式直接排入大海。
因此，现有的方法各有其优缺点。但是，它们有一点是相同的，就是都具有一个结构相似的净化塔，或称脱硫塔。脱硫塔是一个十分典型的气液传质设备。在化学工程技术领域，称为化学吸收塔，气相中的溶质(污染物，比如二氧化硫等)溶解在液相中，与液相中的碱性吸收剂发生化学反应，转变成一种新的物质。
在化工领域，首先选择的吸收塔形式是填料塔，气液传质表面由填料表面提供，其次采用板式塔结构，气液传质表面是气体鼓泡形成的泡沫表面。这两种塔形适合于干净系统，比如不含固体和不易结构发生堵塞的体系。对于诸如烟气脱硫的过程，无论以上何种方法，都存在着容易堵塞的问题，不是由于烟气含尘，就是因为原料不溶，中间产物不溶，最终产物结晶等，因而，在一般化工过程中广泛应用的填料塔和板式塔型很难适应烟气脱硫过程。
但是，现有技术有一个明显缺点是，温度较高的烟气，有的烟气温度超过200℃，从净化洗涤塔下部进入净化洗涤塔，即烟气进口在净化洗涤塔的下部，致使净化洗涤塔体大部分处于高温危害区，对于净化洗涤塔的防腐蚀要求和操作安全要求很高，一般都必须采用巨大的循环液体流量，能耗也大。因为，目前的净化洗涤塔都采用碳钢内衬橡胶或者内衬树脂鳞片的方法制作而成，这些内衬材料耐温一般不超过70℃，而且难以克服操作负荷的长期波动，内衬层容易脱落，不耐磨损。更不便于采用玻璃纤维增强塑料(FRP)，简称玻璃钢。因此，现有技术较难选择玻璃钢作为净化洗涤塔的材料。
此外，现有技术还存在一个需要改进的地方在于，脱硫过程除了吸收二氧化硫变为亚硫酸盐外，还必须将亚硫酸盐氧化为硫酸盐，以及将硫酸盐沉淀出来。第一个过程称为吸收，第二个过程称为氧化，第三个过程称为结晶。早期的技术是将三个过程分开在不同的设备中进行的，或者在同一个设备的不同区间。这也增加了脱硫塔结构的复杂性。
因此，如何改进脱硫塔的结构，有效地调控脱硫塔的操作温度的分布，使其可以采用玻璃钢材料；并且合理配置三个主要过程使其全部在脱硫塔中高效进行，从而降低设备投资，降低能好，提高设备运行的安全性，和操作灵活性，是现有烟气净化，尤其脱硫技术发展和改进的一个重要方向。
发明内容
本实用新型需要解决的技术问题是公开一种新的烟气洗涤净化塔，尤其烟气脱硫塔，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本实用新型的技术内容如下：
首先，将烟气进口设置在净化洗涤塔的顶部，使高温原料烟气从净化洗涤塔顶部进，与包含除硫剂的液体或者气体向下并流，除硫后，从下部出，使烟气温度最高位置在塔的顶部，塔下部都是低温区，也更有利于采用玻璃钢材料。其目的是提高除硫效率，简化净化洗涤塔的结构，大大降低净化洗涤塔的高度，简化除硫系统的复杂性，更有利于采用玻璃钢材料。
值得说明的是，本发明所说的并流运动，主要是指高温原料烟气从净化洗涤塔1顶部进入，与包含除硫剂的液体或者气体向下并流。
而且，本实用新型所说的“顶部”是任何设备或者装置的底心上方的任意位置，例如，一个上下两端为球形的圆柱形塔体，其“顶部”是下端球形位置之外的其他任何位置。当然，如果下端球形位置较大，而且，下端球形位置的最底部设置有氧化结晶器，那么该反应器上方的任何位置都可以算作本发明所说的“顶部”，包括下端球形部分的上部位置也算“顶部”，“顶部”的烟气进口可以设置在该上部位置，或者柱体的任意位置，或者上端球形部件的任何位置。
其次，将净化洗涤塔分为上下两段，具有不同的功能，上段称为洗涤吸收段，脱出烟气中的污染物质，包括二氧化硫，生成亚硫酸盐；下段称为吸收液储存段，其功能是储存吸收液，作为循环槽，将亚硫盐氧化为硫酸盐，同时完成硫酸盐结晶，因此，也称为氧化结晶器。
本实用新型的一般实施方法如下：
温度为100～200℃、含有SO2浓度为200～20000mg/Nm3的烟气，由增压风机送到净化洗涤塔顶部的烟气进口，与吸收液(吸收液含碱性物质，简称脱硫剂)接触温度降低到55～65℃，进入洗涤吸收段，烟气中的酸性物质与吸收液中的碱性物质生成相应的盐，比如硫酸盐，硝酸盐，氯化物和氟化物等，SO2与吸收液中的脱硫剂反应形成亚硫酸盐，比如亚硫酸铵，亚硫酸钙，或者亚硫酸镁，同时烟气温度进一步降低到45～55℃，净化后的烟气从净化洗涤塔中部的烟气出口离开净化洗涤塔，进入除沫器，除去夹带的液沫后，进入烟囱排放；
总体上，烟气和吸收液从上部进入净化洗涤塔，并流，或顺流向下；
吸收液从下段的吸收液储存段(也兼作为吸收液的循环槽)取出，经过循环泵输送到净化洗涤塔上段，经喷淋器雾化形成细小液滴，进入洗涤吸收段从上而下，吸收烟气中的SO2和其它组分后，进入净化洗涤塔下部的氧化结晶器，在吸收液储存段，亚硫酸盐被鼓入的空气氧化为硫酸盐，同时在硫酸盐的浓度超过其溶解度情况下析出硫酸盐结晶体，形成浆状的液体；
浆状的硫酸盐液体从净化洗涤塔底部排出，进入脱水装置，从脱水装置出来的液体回流至净化洗涤塔的氧化结晶器继续生长为较大的颗粒，固体作为脱硫副产品。
所说的除硫原料为任意一种在水溶液中呈现碱性的物质，典型的这类物质有石灰石，或称碳酸钙，及其衍生物，比如氧化钙；氨，其形态可以是液化的氨，碳酸氢铵，或氨/水混合物，以及气态氨；氧化镁或碳酸镁；或者碳酸钠/氢氧化钠。
实现上述方法的装置包括净化洗涤塔，该净化洗涤塔包括：
横截面为圆形或方形的塔体；
设置在塔体顶部的烟气进口；
设置在塔体内上部的洗涤吸收段；
设置在洗涤吸收段的吸收液分布器；
设置在塔体内下部的吸收液储存段；
设置在吸收液储存段内的氧化空气分布器；
设置在吸收液储存段内的搅拌器；
设置在塔体上，洗涤吸收段和吸收液储存段之间的烟气出口；
尤其是，塔体的材质为玻璃纤维增强塑料，或玻璃钢，防腐蚀性能优良，施工周期短。
该净化洗涤塔的特点是烟气和吸收液都从塔顶向下流动，传质效率高，烟气处理能力大。
采用上述结构的净化洗涤塔用于烟气净化，污染物质的脱出效率可以达到95～99％。本发明的净化洗涤塔，结构简单，处理能力大，吸收液流量小，吸收液和烟气同向并流接触，更有利于提高烟气速度，增强传质速度，减小塔径，减低投资。
此外，在烟气SO2吸收的同时，还伴随着其他污染物质的同时洗涤和脱除，比如SO3，NO2，HF和HCl，汞的化合物，和煤灰尘，因此，本实用新型的净化洗涤塔具有多污染物种同时脱除的效果。
值得重申的是，吸收液储存段，其功能是收集是洗涤吸收段下来的液体，也可作为吸收液循环的循环槽。洗涤吸收液的储存段具有亚硫酸盐的水溶液鼓空气氧化的功能，并且在储存段内设置有搅拌器和空气分布器。
附图说明
图1为净化洗涤塔结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的方法包括如下步骤：
含SO2的烟道气，温度为100～200℃，首先被送到净化洗涤塔的顶部烟气进口，进入洗涤净化塔的洗涤吸收段，与从吸收液分布器喷淋出来的细小液滴密切接触，同时发生三个过陈：(1)气液传质过程，烟气中的酸性污染物质，包括SO2、SO3、NO2、HCl、HF等都被吸收进入吸收液，与吸收液中的碱性物质反应，变为对应的盐；(2)灰尘洗涤过程，烟气中的固体物质，比如煤灰烟尘，具体包括氧化铝，二氧化硅，氧化铁等也被洗涤到吸收液中；(3)烟气的降温增湿过程，相当于热质同传过程，吸收液中的水汽向烟气传递，同时烟气的热量向吸收液传递，导致烟气温度降低和水汽含量增加，以及吸收液水含量的减少，即被浓缩。经过洗涤吸收段后，烟气中的气相污染物的脱出效率达到95-99％，灰尘洗涤效率在70-90％，温度降低到50-55℃。接着，烟气从中部的烟气出口离开洗涤净化塔，再进入除沫器除去烟气中夹带的液沫，再进入烟囱排放。
吸收液从净化洗涤塔顶部进入，从上而下，吸收烟气中的污染物，尤其二氧化硫后进入净化洗涤塔底部的吸收液储存段。在吸收液储存段，从洗涤吸收段得到的亚硫酸盐被鼓入的空气氧化为硫酸盐，硫酸盐的浓度不断累积增加，超过溶解度后，会结晶析出固体，因此，在氧化结晶段还设置有空气分布器和搅拌机，既增加空气中的氧的传质，又促进结晶增长，和防止固体沉积在底板上。
参见图1，所说的净化洗涤塔包括：
横截面为圆形或矩形的塔体(101)；
设置在塔体顶部的烟气进口(102)；
设置在塔体内上部的洗涤吸收段(103)；
设置在洗涤吸收段的吸收液分布器(104)；
设置在塔体内底部的吸收液储存段(105)；
设置在吸收液储存段内的搅拌器(106)；
设置在吸收液储存段的氧化空气分布器(107)；
设置在塔体上，洗涤吸收段和吸收液储存段之间的烟气出口(108)；
尤其是，塔体的材质为玻璃纤维增强塑料，或玻璃钢，防腐蚀性能优良，施工周期短。
另外，为了降低塔体高度，节省材料和投资，烟气出口(108)为矩形或者近似矩形。
Claims (8)
1.一种锅炉烟气净化塔，其特征在于，包括塔体(101)和设置在塔体(101)上部的烟气进口(102)。
2.根据权利要求1所述的锅炉烟气净化塔，其特征在于，所说的烟气进口(102)连接在所述塔体(101)顶部中心位置，或者顶部偏心位置。
3.根据权利要求2所述的锅炉烟气净化塔，其特征在于，所说的净化塔体(101)内上部设有洗涤吸收段(103)。
4.根据权利要求2所述的锅炉烟气净化塔，其特征在于，所说的净化塔体(101)内下部设有吸收液储存段(105)。
5.根据权利要求3所述的锅炉烟气净化塔，其特征在于，所说的洗涤吸收段(103)设置有洗涤吸收液的分布装置。
6.根据权利要求4所述的锅炉烟气净化塔，其特征在于，所说的吸收液储存段(105)内设置有搅拌器(106)和空气分布器(107)。
7.根据权利要求3所述的锅炉烟气净化塔，其特征在于，所说的洗涤吸收段(103)下方的塔体(101)上设置有矩形的烟气出口(108)。
8.根据权利要求4所述的锅炉烟气净化塔，其特征在于，所说吸收液储存段(105)上方的塔体(101)上设置有矩形的烟气出口(108)。
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