湿式洗涤器喷嘴系统及用于清洁过程气体的使用方法

摘要

一种可用于清洁过程气体(F)的湿式洗涤器(10)包括至少第一喷雾级系统(40)和紧凑地竖直布置在湿式洗涤器塔(14)中的第一喷雾级系统(40)上方的第二喷雾级系统(48)。各个喷雾级系统(40,48)均配备有多个扁平较宽的喷射角的雾化喷嘴(56)，以用于雾化供应至其的吸收液体(AL)，用于与过程气体(F)接触和互混来从其除去环境污染物。

说明书

技术领域

本发明涉及一种喷嘴系统、以及使用该喷嘴系统来清洁过程气体(progress gas)的方法。本喷嘴系统可用于湿式洗涤器的湿式洗涤器塔中。布置在湿式洗涤器的湿式洗涤器塔内的本喷嘴系统包括至少：第一喷雾级(spray level)系统，配备有吸收液体供应至其来由此进行雾化的多个喷嘴；以及第二喷雾级系统，配备有多个喷嘴且竖直地布置在湿式洗涤器塔中的第一喷雾级系统上方，吸收液体同样供应至其来用于由此进行雾化。

本发明还涉及一种可用于清洁过程气体的湿式洗涤器和用于使用该湿式洗涤器来清洁过程气体的方法。

背景技术

在燃烧厂如发电厂中的燃料如煤、油、泥煤、废物等的燃烧生成高温过程气体，此过程气体在成分中尤其包含硫氧化物SO_x(如二氧化硫SO₂)和二氧化碳CO₂。二氧化硫为环境污染物。因此，需要在将过程气体释放到大气中之前除去过程气体中含有的二氧化硫的至少一部分。此外，随着对二氧化碳气体的负面环境影响的注意增加，还变得重要的是在将过程气体释放到大气中之前从过程气体除去二氧化碳。

常规湿式洗涤器喷雾塔具有以通常两米或三米的间隔来间隔开的若干喷雾级系统，其具有雾化喷嘴，该雾化喷嘴在一个方向或有时在两个方向上提供大约90度至大约120度的喷雾锥角。

WO2012/076947描述了通过使用接触板而改善的稍微常见的湿式洗涤器。使用该湿式洗涤器的方法包括将借助于第二喷雾级系统雾化的吸收液体从第一喷雾级系统的至少一个喷嘴附近偏转。因此，第一喷雾级系统竖直地布置在第二喷雾级系统下方，第二喷雾级系统带有竖直地位于第一喷雾级系统的至少一个喷嘴上方的偏转接触板。由偏转接触板偏转的吸收液体接触过程气体，该过程气体之前刚刚被由第一喷雾级系统的至少一个喷嘴雾化的吸收液体所接触。

发明内容

本发明的一个目的在于提供比现有技术的湿式洗涤器和上述方法更加有效且以更低成本清洁过程气体的湿式洗涤器和使用该湿式洗涤器的方法。

此目的借助于本湿式洗涤器和使用本湿式洗涤器清洁过程气体的方法来实现。本湿式洗涤器包括具有布置在湿式洗涤器塔内的本喷嘴系统的湿式洗涤器塔。本喷嘴系统包括至少：第一喷嘴水平系统，配备有布置在湿式洗涤器塔内的多个喷嘴，吸收液体供应至其来由多个喷嘴雾化；以及第二喷雾级系统，在第一喷雾级系统的竖直上方配备有布置在湿式洗涤器塔内的多个喷嘴，吸收液体供应至其以由第二喷雾级系统中的多个喷嘴雾化。本喷嘴系统可包括两个到六个竖直地“堆叠的”喷雾级系统，但是对于大多数目的，包括两个到三个或四个竖直地堆叠的喷雾级系统，以用于高效地清洁过程气体，以平均地满足或超过法定标准。

适用于本喷嘴系统的喷嘴提供大约150度至大约180度的扁平较宽喷射角。能够提供期望的扁平较宽喷射角(例如，加宽的平的扇形喷雾器或加宽的中空喷雾器)的市售喷嘴由Spraying Systems公司(美国，伊利诺斯州60187，惠顿市)、Bete Fog Nozzle公司(美国，马萨诸塞州，格林菲尔德市)和Lechler公司(美国，伊利诺斯州60174，圣查尔斯)制造。使用提供期望的扁平较宽喷射角喷嘴允许湿式洗涤器塔内的喷雾级系统的相对紧密的“堆叠”。因此，喷雾区(即，从最底部的喷雾级系统到最上方的喷雾级系统竖直地测得的区域)在输送相同量的液体时显著地减小。优点在于，减小的喷雾区内沿所有方向的吸收液体的极高密度喷雾因此允许以最小设备尺寸、能量使用和压降来进行密切的气体/吸收液体的接触。

湿式洗涤器塔内的各个喷雾级系统(例如，两个到大约六个)布置成离直接竖直地布置在其上方和/或下方的喷雾级系统有大约0.3到0.5米的距离。输送扁平喷雾的喷嘴还允许墙式安装，这提供了附加的利益，例如减小的压降。各个喷雾级系统均配备有入口，该入口流体地连接到用于对其供应吸收液体的吸收液体供应源。各个入口均包括进入湿式洗涤器塔的进入点，该进入点从直接竖直地布置在其上方和/或下方的(多个)喷雾级系统的(多个)入口的湿式洗涤器塔内的(多个)进入点水平地偏移大约至少10到20度。因此，本湿式洗涤器包括湿式洗涤器塔，该湿式洗涤器塔配备有至少两个喷雾级系统，与具有需要大约6到10米的湿式洗涤器塔喷雾区竖直高度的相同数目的喷雾级的现有技术系统相比，其需要大约一米或更短的湿式洗涤器塔喷雾区竖直高度。本系统的偏移吸收液体入口和扁平较宽喷雾角喷嘴允许喷雾级系统和喷嘴在湿式洗涤器塔内的更紧凑布置。该更紧凑布置提供了喷雾区内沿所有方向的吸收液体的较高密度。该较高密度喷雾引起强烈的液体/液体互混，从而产生可称为吸收液体和过程气体的“云状物”的形态。吸收液体和过程气体的该云状物通过湿式洗涤器塔中的吸收液体而产生了过程气体污染物(如二氧化硫和其它酸性气体)的非常高效的吸收。较高密度喷雾同样消除了过程气体层化和吸收避免，因此进一步增强了过程气体清洁效率。

一种使用本湿式洗涤器的方法包括将分别配备有多个扁平较宽喷射角喷嘴的本至少第一喷雾级系统和第二喷雾级系统布置在大约0.3到大约0.5米的湿式洗涤器塔竖直高度内，将具有进入点的至少第一喷雾级系统和第二喷雾级系统中的每一个的吸收液体入口布置在圆形或环形湿式洗涤器塔中与彼此水平地偏离至少大约10到大约20圆度，经由吸收液体入口将吸收液体供应至至少第一喷雾级系统和第二喷雾级系统来由多个扁平较宽喷射角喷嘴雾化，以及使过程气体的向上竖直流以5到15m/s的速度穿过湿式洗涤器塔以用于过程气体和吸收液体的接触而产生清洁的过程气体。

吸收液体接触用的穿过湿式洗涤器塔的过程气流的5到15m/s的速度是优选的，因为小于5m/s的过程气体速度趋于导致不太有效的吸收液体和过程气体预混。类似地，在过程气体速度大于15m/s的情况下，湿式洗涤器塔内的过程气体压降趋于升高到不可接受的高水平。高压降水平是不可接受的，这是由于使过程气体穿过和离开湿式洗涤器塔所需要的大量能量和相关联的高成本。另外，在过程气体速度大于15m/s的情况下，大量的吸收液体变为夹带到过程气体内，从而引起湿式洗涤器塔除雾器上的增大的液体负载，可能引起来自湿式洗涤器塔的非期望的增大的吸收液体损失。

总之，本文描述了一种用于清洁过程气体的湿式洗涤器，其包括湿式洗涤器塔、吸收液体供应至其来由包括在第一喷雾级系统中的喷嘴雾化的至少第一喷雾级系统、以及竖直地布置在湿式洗涤器塔中的第一喷雾级系统上方且吸收液体供应至其来由包括在第二喷雾级系统中的喷嘴雾化的第二喷雾级系统，各个喷雾级系统入口与另一个水平地偏移，且布置在紧凑的竖直高度内，并且各个喷嘴为扁平宽喷射角喷嘴，其在湿式洗涤器塔的内部雾化吸收液体，以用于从穿过湿式洗涤器塔的包括环境污染物的过程气体除去环境污染物而产生清洁的过程气体。本实施洗涤器具有大约0.3到0.5米的紧凑竖直高度，其中过程气体以5到15m/s的大致速度穿过其间。在湿式洗涤器内喷射的吸收液体为石灰浆、碱性钠溶液，或作为备选为氨化溶液或胺溶液。本喷嘴以大约150到180度的喷嘴喷射角来雾化吸收液体，以用于除去环境污染物，如二氧化硫或酸性气体。

使用湿式洗涤器来清洁包括环境污染物的过程气体的本方法包括将分别配备有多个扁平宽喷射角喷嘴的至少第一喷雾级系统和第二喷雾级系统紧凑地布置在湿式洗涤器塔的内部，将至少第一喷雾级系统和第二喷雾级系统中的每一个的吸收液体入口布置成水平地偏离彼此，经由吸收液体入口将吸收液体供应到至少第一喷雾级系统和第二喷雾级系统以用于由多个扁平宽喷射角喷嘴雾化吸收液体，以及使过程气体的向上竖直流穿过湿式洗涤器塔以用于吸收液体接触和环境污染物除去而产生清洁的过程气体。对于所述方法，至少第一喷雾级系统和第二喷雾级系统紧凑地布置在大约0.3到大约0.5米的竖直高度内，其中吸收液体入口与彼此水平地偏移至少大约10到大约20度。本方法的喷嘴为扁平宽喷射角喷嘴，其提供大约150到大约180度的喷射角。竖直地向上流过湿式洗涤器塔的过程气体以大约5到15m/s的速度流动，以接触吸收液体，该吸收液体为用于环境污染物(例如，二氧化硫、二氧化碳或酸性气体)除去的石灰浆、碱性钠溶液、氨化溶液或胺溶液。

本发明的其它目的和特征将从以下详细描述和权利要求显而易见。

附图说明

下文参照附图更详细地描述本发明，在附图中：

图1为根据第一实施例的湿式洗涤器的示意性侧部透视图局部断面视图。

图2为沿刚好在除雾器下方的线II-II截取的图1的湿式洗涤器的喷雾级系统的示意性顶部视图。

具体实施方式

图1示出了湿式洗涤器10。湿式洗涤器10可操作成用于除去包括于在锅炉12中生成的呈烟道气体F形式的过程气体中的二氧化硫含量和类似环境污染物的至少一部分，锅炉12可操作成用于燃烧燃料，如煤、油、泥煤、废物等。过程气体和烟道气体F被认作是同义词，且在本说明书的各处可互换使用。

湿式洗涤器10包括具有内部16的竖直敞开的环形或圆形湿式洗涤器塔14、布置在湿式洗涤器塔14的底座部分20中以用于烟道气体F从流体地连接的锅炉12流动的过程气体入口18。来自锅炉12的烟道气体F流入湿式洗涤器塔14的流体地连接的内部16中以用于清洁，且流出布置在湿式洗涤器塔14的上部24中的过程气体出口22作为清洁的烟道气体CF。清洁的烟道气体CF为已经从其中除去了二氧化硫含量和类似环境污染物的至少一部分的烟道气体。如图1中示出为竖直指向上的箭头，烟道气体F在湿式洗涤器塔14的内部16大致竖直向上行进，且离开湿式洗涤器塔14作为清洁的烟道气体CF。

吸收液体槽26布置在湿式洗涤器塔14的底座部分20的底部28处。吸收液体槽26配备有流体地连接的氧化布置26a。吸收剂如新鲜石灰石CaCO₃或碱性钠溶液从流体地连接的吸收剂供应装置30供应至吸收液体槽26，供应装置30流体地连接到石灰石或碱性钠溶液储存区域32和供应管34。将认识到，吸收液体槽26作为备选可定位在湿式洗涤器塔14外部，且石灰石或碱性钠溶液的供应作为备选可在其它位置进入湿式洗涤器10，如干粉、浆料或两者。

湿式洗涤器10还包括第一循环泵36，其在流体地连接的吸收液体循环管38中循环吸收液体，吸收液体有时称为石灰浆或碱性钠溶液。吸收液体由第一循环泵36从吸收液体槽26经由流体地连接的循环管38泵送至进入点40b处的吸收液体入口40a，进入流体地连接到第一喷雾级系统40上的湿式洗涤器塔14中，该系统40布置成在邻近底座部分20的湿式洗涤器塔14的中部42中水平地跨过内部16。湿式洗涤器10还包括第二循环泵44，其在流体地连接的吸收液体循环管46中循环来自流体地连接的吸收液体槽26的吸收液体。吸收液体由第二循环泵44经由流体地连接的循环管46泵送至进入点40b处的吸收液体入口48a，进入流体地连接到第二喷雾级系统48上的湿式洗涤器塔14中，该系统48布置成在第一喷雾级系统40的竖直上方大约0.3到大约0.5米的湿式洗涤器塔14的中部42中水平地跨过内部16。湿式洗涤器10还包括第三循环泵50，其在流体地连接的吸收液体循环管52中循环来自流体地连接的吸收液体槽26的吸收液体。吸收液体由第三循环泵50经由流体地连接的循环管52泵送至进入点40b处的吸收液体入口40a，进入流体地连接到第三喷雾级系统54上的湿式洗涤器塔14中，该系统54布置成在第二喷雾级系统48上方的湿式洗涤器塔14的中部42中水平地跨过内部16。湿式洗涤器10还包括第四循环泵50a，其在流体地连接的吸收液体循环管52a中循环来自流体地连接的吸收液体槽26的吸收液体。吸收液体由第四循环泵50a经由流体地连接的循环管52a泵送至进入点40b处的吸收液体入口40a，进入流体地连接到第四喷雾级系统54a上的湿式洗涤器塔14中，该系统54a布置成在第三喷雾级系统54上方的湿式洗涤器塔14的中部42中水平地跨过内部16。图1中所示的距离CC通过从一个喷雾级系统(例如，第一喷雾级系统20)的进入点40b的竖直中点到另一个喷雾级系统(例如，第四喷雾级系统54a)的进入点40b的竖直中点进行测量来确定。距离CC按照距离CC内的喷雾级系统优选为大约0.3m到大约0.5m。距离CC在本实施例中显著地减小，因为使用了配备在各个喷雾级系统上的多个扁平较宽喷射角喷嘴56，而没有引起降低的二氧化硫除去效率的相邻喷雾级系统之间不想要的吸收液体喷雾干扰。较大的距离CC不太优选，因为较大的距离CC增大了所需的湿式洗涤器塔14的总体竖直高度，从而增加了投资和操作成本。将认识到，湿式洗涤器10可包括多于或少于四个喷雾级系统，例如，布置在湿式洗涤器塔14的内部16中的2到10个喷雾级系统。

第一喷雾级系统40包括管状部分58，其配备有一些流体地连接的雾化喷嘴56，以通过泵36来精细地分送供应至其的吸收液体。吸收液体由喷嘴56精细地分送，以实现吸收液体与向上流过湿式洗涤器塔14的内部16的烟道气体之间的有效接触。例如，所有或其中一些喷嘴56可为能够提供期望的扁平较宽喷射角的市售喷嘴，例如加宽的平的扇形喷雾器或加宽的中空喷雾器，其由Spraying Systems公司(美国，伊利诺斯州60187，惠顿市)、Bete Fog Nozzle公司(美国，马萨诸塞州，格林菲尔德市)和Lechler公司(美国，伊利诺斯州60174，圣查尔斯)制造。此类大约150到大约180度的扁平较宽角的雾化喷嘴可操作成用于在使用水测得的大约0.5bar的喷射压力下的大约17m³/小时的液体流，对应于17000升/小时或280升/分钟。

第二喷雾级系统48类似于(如果不是相同于)第一喷雾级系统40，且包括配备有一些流体地连接的雾化喷嘴56的管状部分60。第三喷雾级系统54包括配备有一些雾化喷嘴56的管状部分62。第四喷雾级系统54a包括具有一些雾化喷嘴56的管状部分62a。

除雾器64位于第四喷雾级系统54a上方，或湿式洗涤器塔14中的最上方的喷雾级系统上方。布置成在邻近过程气体出口68的上部66中水平地跨过内部16的除雾器64除去由清洁的烟道气体CF夹带的吸收液体微滴的至少一部分。因此，在经由过程气体出口68离开湿式洗涤器10之前，当清洁的烟道气体向上流过湿式洗涤器塔14的内部16时，吸收液体微滴从清洁的烟道气体CF被除去。

在湿式洗涤器10中，二氧化硫SO₂和烟道气体中的类似的此类酸性气体与吸收液体中的石灰石CaCO₃或备选地碱性钠溶液反应，以形成亚硫酸钙CaCO₃，其随后被氧化而形成石膏CaSO₄。亚硫酸钙的氧化优选地通过使用氧化布置26a使空气和氧气以气泡穿过吸收液体来执行，氧化布置26a经由源管26c流体地连接到空气源或氧源26b。因此，除石灰石之外，吸收液体还包括少量的亚硫酸钙，以及作为主要组分的石膏。通过该过程形成的石膏经由流体地连接的弃置管70从湿式洗涤器10除去至流体地连接的石膏脱水单元72。脱水的石膏可在商业上使用，例如，在墙板生产中。

除了二氧化硫SO₂之外，湿式洗涤器10还从烟道气体至少部分地除去其它污染物。此类其它污染物的示例包括三氧化硫SO₃、盐酸HCl、氢氟酸HF、以及其它酸性过程污染物。更进一步，湿式洗涤器10还可从烟道气体至少部分地除去其它类型的污染物，例如灰尘颗粒和汞。

图2示出了湿式洗涤器塔14的内部16内的喷雾级系统的从图1中的线II-II观察的示意性顶视图。各个喷雾级系统均具有相同的主要设计，配备有一些流体地连接的垂直管状延伸部74，其与喷雾级管状部分40、48、54和54a形成“网格”且从这些部分延伸。雾化喷嘴56流体地连接到管状延伸部74，且还可选地连接到管状部分40、48、54和54a，使得多个喷嘴56相当均匀地分布在湿式洗涤器塔14的内部16的整个水平截面上。

通常，各个喷雾级系统40、48、54、54a中的喷嘴56的数目将在从大约4到大约500的范围内。根据一个实施例，供应至喷嘴56的大致所有吸收液体在喷嘴16内沿所有方向喷射，即，进入穿过湿式洗涤器塔14的烟道气体流中。因此，喷嘴56雾化供应至其的吸收液体，且生成吸收液体的喷雾云状物SC。在该喷雾云状物SC中是烟道气体F和吸收液体AL的强烈互混。通常，穿过湿式洗涤器塔14，竖直烟道气体速度可为大约5到15m/s，通常是6到10m/s。然而，喷雾云状物SC中的吸收液体AL从烟道气体F相当缓慢地消散、清空或排出。缓慢的吸收液体AL消散导致湿式洗涤器塔14内的湍流的鼓泡床。喷雾云状物SC中的吸收液体AL和烟道气体F的强烈混合导致提高的二氧化硫吸收水平和由此二氧化硫从烟道气体F的有效除去。在从此排出之前在喷雾云状物SC中具有相对较长的平均停留时间之后，吸收液体AL最终从喷雾云状物SC排出。

喷嘴56布置在湿式洗涤器塔10内，使得供应至其的吸收液体的至少一半沿水平的垂直于烟道气流的方向喷射。实际上，作为沿所有方向喷射的备选方案，所有吸收液体可沿大体上水平的垂直于烟道气流的方向喷射。从各个喷雾级系统沿大体上水平方向或备选地沿所有方向将吸收液体喷射到喷雾云状物SC中布置成覆盖由距离CC代表的整个内部16喷雾区，其中喷雾云状物SC在烟道气体F接触吸收液体AL时形成。从喷嘴56喷射的吸收液体AL比现有技术的湿式洗涤器和上文所述的方法更有效地且以更低成本清洁过程气体。

将认识到，上文所述的实施例的许多变型在所附权利要求的范围内是可能的。

一种使用本湿式洗涤器10的方法包括将分别配备有多个扁平较宽喷射角喷嘴56的至少第一喷雾级系统40和第二喷雾级系统48紧凑地布置在大约0.3到大约0.5米的内部16湿式洗涤器塔14竖直高度距离CC内，将具有进入点的至少第一喷雾级系统40和第二喷雾级系统48中的每一个的吸收液体入口40a布置在湿式洗涤器塔14中与彼此水平地偏离至少大约10到大约20度，经由吸收液体入口40a将吸收液体AL供应到至少第一喷雾级系统40和第二喷雾级系统48以用于由多个扁平较宽喷射角喷嘴56雾化吸收液体AL，以及使过程气体F的向上竖直流以5到15m/s的速度穿过湿式洗涤器塔14以用于过程气体F和吸收液体AL的接触。过程气体F和吸收液体AL的接触提供了二氧化硫和类似环境污染物的除去以产生清洁的过程气体CF。

在上文中，描述了用于从过程气体除去二氧化硫的方法和湿式洗涤器。将认识到，所述的方法和湿式洗涤器还可用于从过程气体除去其它污染物。例如，本方法和湿式洗涤器可用于从过程气体除去二氧化碳。在此情况下，二氧化碳从过程气体的除去通常可在湿式洗涤器中进行，该湿式洗涤器为操作成用于二氧化硫除去的与湿式洗涤器相似的类型或相同的类型，但其相对于过程气体流的方向位于除去二氧化硫的湿式洗涤器的下游。此外，尽管石灰石通常可为除去二氧化硫的湿式洗涤器中的吸收液体的一部分，但是除去二氧化碳的湿式洗涤器可使用另一类型的吸收液体，例如包括氨化溶液或胺溶液的吸收液体。

总之，清洁过程气体F的湿式洗涤器塔14包括第一喷雾级系统40和第二喷雾级系统48，该第二喷雾级系统48例如紧凑地布置在湿式洗涤器塔14的内部16内的第一喷雾级系统40竖直上方0.3到0.5米内，各个喷雾级系统40、48均包括喷嘴56，该喷嘴56可操作成用于沿垂直于穿过湿式洗涤器塔14的烟道气流F的水平方向或沿湿式洗涤器塔14内的所有方向以扁平较宽喷射角雾化吸收液体AL。雾化的吸收液体AL接触过程气体F以用于过程气体F和吸收液体AL互混，从而除去二氧化硫并产生清洁的烟道气体。

尽管已经参照一些优选实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将会理解，可制作出各种变化，且等同方案可替代其元件，而不脱离本发明的范围。此外，可制作出许多改型，以使特定情形或材料适合本发明的教导内容，而不脱离其基本范围。因此，期望本发明不限于公开为用于执行本发明而构想出的最佳模式的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。此外，用语第一、第二等的使用并不表示任何顺序或重要性，而是用语第一、第二等用于将一个元件与另一个区分开。