湿法脱硫球型塔及其应用和湿法脱硫工艺

摘要

湿法脱硫球型塔，包括球型塔体、支撑结构、浆液循环泵和烟囱；球型塔体内自下至上依次设置有浆液区、吸收区、喷淋层和除雾层；浆液区设置有氧化风管，其上间隔设置有氧化风出口；球型塔体侧壁上对应浆液区设置有氧化风入口，氧化风管通过氧化风入口通入设置于浆液区；喷淋层设置有喷淋管道，喷淋管道上设置有喷嘴；除雾层包括除雾器层；球型塔体侧壁上对应吸收区切向设置入口烟气通道；支撑结构设置于球型塔体底部；球型塔体底部塔壁上设置有浆液出口；浆液循环泵包括吸入口和输出口，且通过吸入口和浆液出口连通至球型塔体，通过输出口连通至喷淋层；球型塔体的顶部设置有气体出口通道。该湿法脱硫球型塔，占地面积小、投资成本低，脱硫效率高。

说明书

技术领域

本发明属于湿法脱硫技术领域，具体涉及湿法脱硫球型塔及其应用和湿法脱硫工艺。

背景技术

随着中国经济的持续快速发展，城市进程和工业化进程的不断增加，环境污染日益严重，国家对环保的重视程度也越来越高。

目前现有锅炉烟气治理采用湿法脱硫、干法脱硫等，应用最广泛的为湿法脱硫，如电厂普遍采用的石灰石脱硫等，但湿法脱硫吸收塔均采用体积较大、高度较高的圆柱体吸收塔，吸收塔尺寸基本都在(φ10*40m)左右，钢材用量大、占用空间大，超低排放改造为了提高脱硫效率及液气比，吸收塔仍继续加高才能满足超低排放要求，投资成本大幅提升。

目前将脱硫系统升级改造，一般是提高液气比或采用氨法脱硫等，但这些改造方法都无法逃脱脱硫系统升级改造后占地面积增大、费用增加、维护成本增加等因素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种湿法脱硫球型塔，该湿法脱硫球型塔占地面积小、投资成本低，能够有效提高脱硫效率。

本发明的第二个目的在于提供一种前述湿法脱硫球型塔在湿法脱硫工艺中的应用。

本发明的第三个目的在于提供一种利用前述湿法脱硫球型塔的湿法脱硫工艺。

为实现本发明的第一个目的，采用以下的技术方案：

一种湿法脱硫球型塔，包括球型塔体、支撑结构、浆液循环泵和烟囱；

所述球型塔体内自下至上依次设置有浆液区、吸收区、喷淋层和除雾层；

所述浆液区设置有氧化风管，所述氧化风管上间隔设置有多个氧化风出口；所述球型塔体的侧壁上对应所述浆液区设置有氧化风入口，所述氧化风管通过所述氧化风入口通入设置于所述浆液区，用于向所述浆液区通入氧化风；

所述喷淋层设置有至少1层喷淋管道，所述喷淋管道上设置有喷嘴，用于喷洒喷淋浆液；

所述除雾层包括除雾器层，所述除雾器层设置有除雾器；

所述球型塔体的侧壁上对应所述吸收区切向设置有入口烟气通道，用于向所述吸收区通入烟气以与所述喷淋层喷洒的喷淋浆液反应；

所述支撑结构设置于所述球型塔体的底部，用于支撑所述球型塔体；

所述球型塔体的底部塔壁上设置有浆液出口；所述浆液循环泵包括吸入口和输出口，且通过所述吸入口和所述浆液出口连通至所述球型塔体的底部，通过所述输出口连通至所述喷淋层；

所述球型塔体的顶部设置有气体出口通道，用于连通所述烟囱。

优选地，所述球型塔体的内壁上还设置有折流板，所述折流板对应所述吸收区的烟气迎风面设置。

优选地，所述折流板以所述球型塔体的竖直中心轴为轴沿所述球型塔体的内壁非闭合环绕设置，且其所对应的中心角为90-270°。

优选地，所述折流板向下倾斜设置；优选所述折流板向下的倾斜角度为20-60°。

优选地，所述折流板的宽度为20-60cm。

优选地，所述喷淋层中，所述喷嘴包括第一喷嘴和第二喷嘴，所述第一喷嘴与所述球型塔体的内壁相邻接，所述第二喷嘴与所述球型塔体的内壁不邻接；且所述第一喷嘴的喷淋角度为60-90°和/或所述第二喷嘴的喷淋角度为90-150°。

优选地，所述除雾层还包括填料板层，所述填料板层设置有填料板，且位于所述除雾器层的下方。

优选地，所述除雾器为屋脊除雾器。

优选地，所述浆液循环泵上，所述吸入口为螺旋吸入口；

优选地，所述浆液循环泵至少有2台。

为实现本发明的第二个目的，提供一种如前所述湿法脱硫球型塔在湿法脱硫工艺中的应用。

为实现本发明的第三个目的，提供一种如前所述湿法脱硫球型塔的湿法脱硫工艺。

优选地，所述湿法脱硫工艺包括以下步骤：

(1)利用所述氧化风管将氧化风通入所述球型塔体内的浆液区进行鼓泡反应；然后利用所述浆液循环泵将所述浆液区内的浆液自所述浆液出口和所述吸入口输出至所述喷淋层进行循环喷淋；

(2)将烟气自所述入口烟气通道通入所述球型塔体内的吸收区，并与所述喷淋层喷洒的喷淋浆液发生接触反应而脱硫，得到脱硫烟气；

(3)脱硫烟气继续上行至所述喷淋层进行接触反应而进一步脱硫，然后继续上行至所述除雾层脱除其携带的浆液和水分；获得干净烟气；

(4)干净烟气继续上行至所述气体出口通道，然后经所述烟囱排出。

本发明的有益效果在于：

本发明的湿法脱硫球型塔，相对于传统的圆柱型脱硫塔，具有以下优势：

(1)传统的圆柱型脱硫塔的一般高度在30m以上，在低排要求下，要想达标还需进一步加高以及进一步增加喷淋层层数，改造费用及现场空间都有局限性，要完全达到要求耗资巨大；而

本发明的湿法脱硫球型塔，由于球形塔体的内部空间大，底部小，高度小，占地面积与空间小，其高度可控制在15m以内；高度比圆柱吸收塔高度降低2/3左右，可以减少设备投资，且脱硫效率高；

(2)传统的圆柱型脱硫塔中，烟气通过升压进入脱硫塔后直线上升，每一层喷淋层与烟气只能充分接触一次，烟气流速快，在4-8m/s左右，横截面积在66m

本发明的湿法脱硫球型塔，克服了高度的影响，烟气通过升压后切向进入球型塔体，利用球型塔体自身的结构特点，使烟气旋转进入球型塔体，烟气在球型塔体内流速减小，烟气与喷淋浆液多次逆流接触，增加了烟气与喷淋浆液在球型塔体内的滞留时间，增加了烟气与喷淋浆液中吸收剂的反应时间；可以提高脱硫效率；对于球型塔体而言，每层喷淋层效果能达到圆柱型脱硫塔中三层喷淋量的要求，只需要两到三层喷淋层，即可满足对烟气中二氧化硫的吸收效果；

(3)本发明的湿法脱硫球型塔，可利用球型塔体的表面弧度，有效降低烟气形成旁路盲区，烟气切向进入球型塔体内之后通过球型塔体表面弧度使烟气折流至喷淋层区域，迫使二氧化硫与喷淋浆液更充足反应，避免环保指标超标排放；

(4)本发明的湿法脱硫球型塔，在球型塔体的烟气迎风面内壁设计有折流板，烟气切向进入球型塔体内的吸收区后，折流板可将烟气折流至喷淋层底部的吸收区进行继续接触反应而脱除其中的二氧化硫；且结合球型塔体自身的结构特性，烟气在旋转过程中至少旋转三周，烟气在球型塔体内流速小于3m/s，烟气与喷淋浆液逆流接触三次以上，进一步增加了烟气与喷淋浆液的滞留时间，提高了喷淋浆液对烟气中二氧化硫的脱除效率提高脱硫效率，防止烟气通过球型塔体的塔壁迂回至喷淋层上部而降低二氧化硫的接触反应时间；

(5)传统的圆柱型脱硫塔，由于圆柱型脱硫塔的底部为平面，面积在66m

本发明的湿法脱硫球型塔，球型塔体的底部利用其自身的球型特性及氧化空气管道布置，可更好地使浆液区的浆液顺流而下至浆液循环泵的吸入口，有效降低浆液的沉淀，提高浆液的利用率；

(6)由于塔高度决定选泵的扬程流量，因此，传统的圆柱型脱硫塔对浆液循环泵的功率流量要求比较高，其泵扬程较大；而本发明的湿法脱硫球型塔，对浆液循环泵的功率流量要求比较高，其泵扬程较小。

附图说明

图1是本发明的湿法脱硫球型塔在一种实施方式中的结构示意图；

图2是图1所示湿法脱硫球型塔的A-A剖面图；

图3是本发明的湿法脱硫球型塔中烟气进入球型塔体内的烟气流向示意图；

图4是传统圆柱型脱硫塔中烟气进入圆柱型塔体内的烟气流向示意图；

图5是本发明的湿法脱硫球型塔中烟气在球型塔体内除雾层的烟气流向示意图；

图6是传统圆柱型脱硫塔中烟气在圆柱型塔体内除雾层的烟气流向示意图；

图7是本发明的湿法脱硫球型塔中浆液在球型塔体内的浆液流向示意图；

图8是传统圆柱型脱硫塔中浆液在圆柱型塔体内的浆液流向示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施方式/实施例对本发明的技术方案及其效果做进一步说明。以下实施方式/实施例仅用于说明本发明的内容，发明并不仅限于下述实施方式或实施例。应用本发明的构思对本发明进行的简单改变都在本发明要求保护的范围内。

本发明提供一种湿法脱硫球型塔，如图1所示，包括球型塔体1、支撑结构2、浆液循环泵3和烟囱4；

所述球型塔体1内自下至上依次设置有浆液区5、吸收区6、喷淋层7和除雾层8；

所述浆液区5设置有氧化风管9，所述氧化风管9上间隔设置有多个氧化风出口；所述球型塔体1的侧壁上对应所述浆液区5设置有氧化风入口，所述氧化风管9通过所述氧化风入口通入设置于所述浆液区5，用于向所述浆液区5通入氧化风；

所述喷淋层7设置有至少1层喷淋管道，所述喷淋管道上设置有喷嘴，用于喷洒喷淋浆液；

所述除雾层8包括除雾器层，所述除雾器层设置有除雾器；

所述球型塔体1的侧壁上对应所述吸收区6切向设置有入口烟气通道10，用于向所述吸收区6通入烟气以与所述喷淋层7喷洒的喷淋浆液反应；

所述支撑结构2设置于所述球型塔体1的底部，用于支撑所述球型塔体1；

所述球型塔体1的底部塔壁上设置有浆液出口；所述浆液循环泵3包括吸入口和输出口，且通过所述吸入口和所述浆液出口连通至所述球型塔体1的底部，通过所述输出口连通至所述喷淋层7；

所述球型塔体1的顶部设置有气体出口通道12，用于连通所述烟囱4。

本领域技术人员理解，所述烟气是指锅炉烟气，湿法脱硫主要是吸收除去锅炉烟气中的二氧化硫。本领域技术人员理解，所述氧化风可以是空气，其经氧化风机送风至氧化风管。

传统的圆柱型脱硫塔的高度一般在30m以上，在低排要求下，要想达标还需进一步加高塔体以及进一步增加喷淋层层数，改造费用及现场空间都有局限性，要完全达到要求耗资巨大；而本发明的湿法脱硫球型塔，由于球形塔体的内部空间大，底部小，高度小，占地面积与空间小，湿法脱硫球型塔的高度可控制在15m以内；高度比圆柱吸收塔高度降低2/3左右，可以极大减少投资，且脱硫效率高。

传统的圆柱型脱硫塔中，如图4所示，烟气通过升压进入脱硫塔后直线上升，每一层喷淋层与烟气只能充分接触一次，烟气流速快，在4-8m/s左右，横截面积在66m

而本发明的湿法脱硫球型塔，如图3所示，克服了高度的影响，烟气通过升压后切向进入球型塔体，利用球型塔体自身的结构特点，使烟气旋转进入球型塔体，烟气在球型塔体内流速减小，烟气与喷淋浆液多次逆流接触反应，增加了烟气与喷淋浆液在球型塔体内的滞留时间，增加了烟气与喷淋浆液中吸收剂的接触反应时间；可以提高脱硫效率；对于球型塔体而言，每层喷淋层效果能达到圆柱型脱硫塔中三层喷淋量的要求，只需要两到三层喷淋层，即可满足对烟气中二氧化硫的吸收效果。且本发明的湿法脱硫球型塔，可利用球型塔体的表面弧度，有效降低烟气形成旁路盲区，烟气切向进入球型塔体内之后通过球型塔体表面弧度使烟气折流至喷淋层区域，迫使二氧化硫与喷淋浆液更充足反应，避免环保指标超标排放。

传统的圆柱型脱硫塔，如图8所示，由于圆柱型脱硫塔的底部为平面，面积在66m

本发明的湿法脱硫球型塔，如图7所示，球型塔体的底部利用其自身的球型特性及氧化空气管道布置，可更好地使浆液区的浆液顺流而下至浆液循环泵的吸入口，有效降低浆液的沉淀，提高浆液的流动性和利用率。

传统的圆柱型脱硫塔，如图6所示，由于圆柱型脱硫塔内的烟气流速高，因此烟气经过除雾层的时间较短，除雾效果差，烟气携带水滴和浆液较多，一般若要达到设计雾滴75mg/m

本发明的湿法脱硫球型塔，如图5所示，可以利用球型塔体自身的结构特性，将经喷淋层继续上行的烟气在喷淋层与除雾层之间的较大空间内进行缓冲和集中，然后再集中进行除雾，烟气流速低，烟气经过除雾层的时间较长，从而能够提供除雾层的除雾效率，降低烟气中雾滴的携带量，降低单台脱硫塔的水耗和能耗。

因此，本发明的湿法脱硫球型塔，占地面积和空间小，高度小，设备投资少；烟气与喷淋浆液中吸收剂的接触反应时间长，脱硫效率高；可有效降低浆液区内浆液的沉淀，提高浆液的利用率；比表面积大，塔内液气比大，对烟气中二氧化硫的吸收效果好；所得干净烟气中所携带的雾滴量小，脱硫系统水耗和能耗降低。

在一种实施方式中，所述喷淋层7设置于所述球形塔体1在竖直方向的中部区域，从而具有更大的层面积，可以安装更多的喷淋管道以及设置更多的喷嘴，提高喷淋效果，进一步提高对烟气中二氧化硫的脱除效果。

在一种实施方式中，所述吸收区6位于所述球形塔体1在竖直方向的下半球。

在一种实施方式中，如图1、2、3所示，所述球型塔体1的内壁上还设置有折流板11，所述折流板11对应所述吸收区6的烟气迎风面设置，从而将烟气折流至吸收区继续进行接触反应而脱除其中的二氧化硫，烟气折流从而旋转进入球型塔体，且结合球型塔体1自身的结构特性，烟气在旋转过程中至少旋转三周，烟气在球型塔体内流速小于3m/s，烟气与喷淋浆液逆流接触三次以上，进一步增加了烟气与喷淋浆液的滞留时间(接触反应时间)，提高了喷淋浆液对烟气中二氧化硫的脱除效率，具体如图3所示。

在一种实施方式中，如图2所示，所述折流板11以所述球型塔体1的竖直中心轴为轴沿所述球型塔体1的内壁非闭合环绕设置，且其所对应的中心角为90-270°，比如120°、150°、180°、210°、240°和260°。

在一种实施方式中，所述折流板11向下倾斜设置；优选所述折流板11向下的倾斜角度为20-60°，比如25°、30°、35°、40°、45°、50°和55°。

本领域技术人员理解，这种情况下，所述折流板11的板面其实相当于一个截锥体的锥面部分，且由于所述折流板11沿所述球型塔体1的内壁是非闭合环绕设置，所以所述折流板11的板面其实相当于一个截锥体的一部分锥面。

本领域技术人员理解，向下倾斜的角度为20-60°，是指其与水平面的夹角为20-60°。

在一种实施方式中，所述折流板11的宽度为20-60cm，比如25cm、30cm、35cm、40cm、45cm、50cm和55cm。

在一种实施方式中，所述喷淋层7中，所述喷嘴包括第一喷嘴和第二喷嘴，所述第一喷嘴与所述球型塔体1的内壁相邻接，所述第二喷嘴与所述球型塔体1的内壁不邻接；且所述第一喷嘴的喷淋角度为60-90°，比如65°、70°、75°、80°和85°；和/或所述第二喷嘴的喷淋角度为90-150°，比如95°、100°、105°、110°、115°、120°、125°、130°、135°、140°和145°。

本发明中，与所述球型塔体1的内壁相邻接的位置，喷淋范围会受限，因此，在与所述球型塔体1的内壁相邻接位置设置的第一喷嘴，其喷淋角度较小即可实现较好的喷淋；而与所述球型塔体1的内壁不邻接的位置，喷淋范围不受限，因此，在与所述球型塔体1的内壁不邻接位置设置的第二喷嘴，其喷淋角度需要较大才可实现较好的喷淋。设置两种不同喷淋角度的喷嘴，不仅能实现全范围地覆盖喷淋，还能避免多余喷淋。

为了尽可能完全地除去经脱硫处理后烟气中的水和浆液，在一种实施方式中，所述除雾层8还包括填料板层，所述填料板层设置有填料板，且位于所述除雾器层的下方。

本发明通过在除雾器层下方设置填料板层，能够利用填料板层的波纹板去除大颗粒水滴和浆料液滴，然后上面的除雾器层进一步去除小颗粒水雾和浆料液雾，从而尽可能完全地除去经脱硫处理后烟气中的水和浆液，结合球型塔体自身结构特性对烟气流速的影响，可以将烟气中的雾滴降低至20mg/m

所述除雾器为本领域常用的除雾器，在一种实施方式中，所述除雾器为屋脊除雾器。

为了防止浆液循环泵3的吸入口堵塞，在一种实施方式中，所述浆液循环泵3上，所述吸入口为螺旋吸入口。

浆液循环泵3的吸入口设置为螺旋吸入口，能够对新加入的吸收剂(比如新鲜石灰石)进行充分扰动和扩散，从而避免浆液循环泵3的吸入口堵塞。

在一种实施方式中，如图1所示，所述浆液循环泵3至少有2台，比如3台、4台，只要能满足需要即可。

本发明还提供一种如前所述湿法脱硫球型塔在湿法脱硫工艺中的应用。

本发明的湿法脱硫球型塔可应用在本领域的湿法脱硫工艺中，比如，石灰石湿法脱硫工艺、氨硫酸铵法脱硫工艺、钠法脱硫工艺和镁法脱硫工艺等。

本发明还提供一种如前所述湿法脱硫球型塔的湿法脱硫工艺。

在一种实施方式中，所述湿法脱硫工艺包括以下步骤：

(1)利用所述氧化风管9将氧化风通入所述球型塔体1内的浆液区5进行鼓泡反应；然后利用所述浆液循环泵3将所述浆液区5内的浆液自所述浆液出口和所述吸入口输出至所述喷淋层7进行循环喷淋；

(2)将烟气自所述入口烟气通道10通入所述球型塔体1内的吸收区6，并与所述喷淋层7喷洒的喷淋浆液发生接触反应而脱硫，得到脱硫烟气；

(3)脱硫烟气继续上行至所述喷淋层7进行接触反应而进一步脱硫，然后继续上行至所述除雾层8脱除其携带的浆液和水分；获得干净烟气；

(4)干净烟气继续上行至所述气体出口通道12，然后经所述烟囱4排出。

本发明的湿法脱硫工艺中，步骤(2)中，烟气自所述入口烟气通道10通入所述球型塔体1内的吸收区6后，会撞上所述球型塔体1内位于烟气迎风面的弧形内壁以及折流板11，从而旋转折流回所述吸收区6进一步与喷淋浆液接触反应而脱除其中的二氧化硫，可延长烟气与喷淋浆液的接触反应时间，避免烟气流速过快而与喷淋浆液快速接触后直接上行，从而提高对烟气中二氧化硫的脱除效率；无需增加喷淋层层数，湿法脱硫球型塔的占地面积和空间小，设备投资小。

实施例1

在使用本发明的湿法脱硫球型塔对60万方烟气进行脱硫处理时，为获得二氧化硫含量低于35mg/Nm

球型塔体1的直径为15m；喷淋层有4层，且其中喷嘴包括第一喷嘴和第二喷嘴，所述第一喷嘴与所述球型塔体1的内壁相邻接，所述第二喷嘴与所述球型塔体1的内壁不邻接；所述第一喷嘴的喷淋角度为90°，所述第二喷嘴的喷淋角度为120°；所述除雾层8还包括填料板层，且位于所述除雾器层的下方；所述除雾器为屋脊除雾器；所述浆液循环泵3有4台，其吸入口为螺旋吸入口，其泵扬程为10m；所述折流板11所对应的中心角为180°，所述折流板11向下的倾斜角度为30°，所述折流板11的宽度为30cm。

对比例1

在使用传统的圆柱型脱硫塔对60万方烟气进行脱硫处理时，为获得二氧化硫含量低于35mg/Nm

圆柱型塔体的高度为40m，直径为12m；喷淋层有4层；浆液循环泵有4台，其吸入口为普通吸入口(管道)，其泵扬程为35m。

根据实施例1与对比例1的比较可知，在烟气处理量相同的情况下，为获得指标相同的干净烟气，相对于对比例1，采用实施例1的方法，其设备的占地面积与空间小，其高度较低，浆液循环泵的泵扬程较小，设备投资小。