煙氣除塵脫硫反應(yīng)器及煙氣脫硫方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種煙氣除塵脫硫反應(yīng)器及煙氣脫硫方法，屬于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，適用于煙氣及工藝尾氣除塵脫硫處理，可廣泛應(yīng)用于石油化工和環(huán)保等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在中國的大氣污染中，酸雨和浮塵是最主要的污染。十多年來，由于二氧化硫和氮氧化物的排放量日漸增多，酸雨的問題越來越突出。現(xiàn)在中國已是僅次于歐洲和北美的第三大酸雨區(qū)。SO2和粉塵是造成我國大氣污染的重要原因，也是我國當(dāng)前重點(diǎn)控制的大氣污染物。我國SO2排放總量已連續(xù)多年超過2000萬噸，2005年排放總量達(dá)到2549萬噸，居世界首位，盡管我國“十一五”期間削減二氧化硫10%的目標(biāo)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但我國目前的酸雨污染面積(占國土面積的30%)仍在不斷擴(kuò)大。每年因酸雨和SO2污染造成農(nóng)作物、森林和人體健康等方面的經(jīng)濟(jì)損失超過1000億元，二氧化硫排放控制仍然不容忽視。粉塵是指粒徑I?75微米的顆粒物。一般由工業(yè)生產(chǎn)上破碎、運(yùn)轉(zhuǎn)作業(yè)產(chǎn)生的。據(jù)分析，我國每年由工業(yè)和生活窖爐排入大氣的粉塵，超過1000萬噸。粉塵易被吸入人體呼吸道系統(tǒng)，直接威脅著人們的生命，尤其身處粉塵污染的環(huán)境會(huì)引起多種心血管、呼吸道疾病等。
[0003]煙氣脫硫按脫硫劑的種類劃分，可分為以下五種方法:以CaCO3 (石灰石)為基礎(chǔ)的鈣法，以MgO為基礎(chǔ)的鎂法，以Na2SO3為基礎(chǔ)的鈉法，以NH3為基礎(chǔ)的氨法，以有機(jī)堿為基礎(chǔ)的有機(jī)堿法。目前，公認(rèn)的脫硫除塵工藝包括水膜式、噴淋式、沖擊式和水浴式等。文丘里和湍沖作為強(qiáng)化氣液傳質(zhì)設(shè)備，在煙氣除塵脫硫裝置中被廣泛應(yīng)用，其中文丘里高度約16m?19m，且當(dāng)煙氣量比較大時(shí)，整個(gè)脫硫裝置為多個(gè)文丘里與脫硫塔環(huán)抱形式，占用空間和投資均比較大，如諾頓公司的煙氣脫硫技術(shù)。湍沖需要將液相升高6?Sm，以產(chǎn)生泡沫區(qū)，并通過泡沫的不斷更新，保持高效的氣液傳質(zhì)效果，但反應(yīng)器的高度和基礎(chǔ)投資也因此大大增大。
[0004]專利US3894563A與專利US2012000366A1均采用文丘里與旋流分離器組合實(shí)現(xiàn)除塵和氣液分離。專利 CN200920247553.1、CN200920200026.5 和 CN03142049.4 介紹的脫硫裝置或工藝中，湍沖洗滌塔均為單獨(dú)設(shè)置，占地面積大，投資費(fèi)用高。
[0005]專利US4110088介紹了一種高溫?zé)煔饧崩浣禍亍⒊龎m和脫除水溶性污染物的工藝及裝置。927?1038°C的高溫?zé)煔饨?jīng)兩級(jí)噴淋冷卻后，進(jìn)入旋流分離器分離出液滴和粉塵，再經(jīng)填料塔進(jìn)行脫除廢氣中污染物，凈化氣體進(jìn)入帶翅片板的折流板除霧器除霧后，最終經(jīng)文丘里噴射進(jìn)入排氣筒，凈化氣體經(jīng)文丘里高速噴出時(shí)，產(chǎn)生負(fù)壓，抽吸文丘里周圍空氣，使凈化氣體濕度降低。該工藝流程過長，壓降非常大，工藝中設(shè)置了兩次風(fēng)機(jī)，用以為煙氣提供動(dòng)力，能耗較大。
[0006]CN101301574A公開了一種多級(jí)煙氣脫硫噴淋塔，包括初級(jí)脫硫洗滌器和次級(jí)脫硫噴淋塔，所述的初級(jí)脫硫洗滌器的出口和次級(jí)脫硫噴淋塔的入口相連通。這種多級(jí)煙氣脫硫塔還包括回流管，這種連接管連接在初級(jí)脫硫洗滌器的底部與次級(jí)脫硫噴淋塔之間，由此，吸收液經(jīng)該回流管回流至次級(jí)脫硫噴淋塔，相當(dāng)于兩級(jí)脫硫單元共用一個(gè)循環(huán)池。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)效果是在初級(jí)脫硫洗滌器內(nèi)一次脫硫，在次級(jí)脫硫噴淋塔內(nèi)二次脫硫，該技術(shù)兩級(jí)脫硫單元共用一個(gè)循環(huán)池，沒有形成吸收液的級(jí)配區(qū)域，脫硫率不高，而且該技術(shù)吸收劑采用石灰石漿液，兩級(jí)脫硫單元之間的回流管僅靠重力回流，故回流管線很容易堵塞，該技術(shù)長周期運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性不足。
[0007]CN2608111Y公開了一種高濃度煙氣脫硫除塵設(shè)備，該技術(shù)把2套以上的脫硫單元串聯(lián)在一起，用一個(gè)外殼將串聯(lián)的脫硫單元罩在一起，底部共用一個(gè)循環(huán)槽，該技術(shù)循環(huán)池沒有針對(duì)高濃度煙氣的特點(diǎn)來處理，僅僅將兩套以上的脫硫單元串聯(lián)在一起，脫硫效率能夠保證，但是占地較大，不適合在場地預(yù)留較小的區(qū)域使用。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)中，高溫?zé)煔獾慕禍?除塵/脫硫雖采用兩級(jí)或多級(jí)氣液接觸吸收工藝，達(dá)到了污染物脫除效果，但每一級(jí)噴淋吸收均設(shè)置有相應(yīng)的液體輸送設(shè)備和吸收液霧化設(shè)備，能耗較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對(duì)現(xiàn)有文丘里洗滌器及湍沖洗滌器煙氣處理技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種煙氣除塵脫硫反應(yīng)器及煙氣脫硫方法，利用湍沖洗滌器吸收液的高位勢能和水滴形規(guī)整填料同時(shí)對(duì)煙氣進(jìn)行預(yù)處理，其中湍沖洗滌器位于水滴形規(guī)整填料的上方。湍沖洗滌器吸收液在下降過程中，因受預(yù)處理單元煙氣的風(fēng)力切割作用，被分散成細(xì)小的液滴/霧滴，當(dāng)氣液兩相同時(shí)穿過水滴形規(guī)整填料時(shí)，氣液兩相間在此發(fā)生強(qiáng)化傳質(zhì)作用，從而實(shí)現(xiàn)了一次噴淋，兩次強(qiáng)化傳質(zhì)吸收，液體輸送設(shè)備作用給湍沖洗滌器吸收液的能量得到充分利用，特別適用于含塵量較低的煙氣的除塵脫硫過程。
[0010]本發(fā)明提供了一種煙氣除塵脫硫反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器包括預(yù)處理單元和深度處理單元，二者構(gòu)成“H”形或“U”形雙塔結(jié)構(gòu)；其中所述的預(yù)處理單元自上而下包括煙氣入口、湍沖洗滌器、水滴形規(guī)整填料組件和一級(jí)持液槽，所述的深度處理單元自下而上包括二級(jí)持液槽、填料組件、除霧器組件和凈化煙氣出口 ；所述的預(yù)處理單元和深度處理單元通過中部的煙氣通道連通。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的煙氣除塵脫硫反應(yīng)器，其中所述的預(yù)處理單元還包括一級(jí)循環(huán)泵、和一級(jí)循環(huán)管路；同樣，所述的深度處理單元還包括二級(jí)循環(huán)泵、二級(jí)循環(huán)管路和二級(jí)噴淋系統(tǒng)。所述的二級(jí)噴淋系統(tǒng)位于填料的上方或下方。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的煙氣除塵脫硫反應(yīng)器，其中在所述的預(yù)處理單元中，在反應(yīng)器器壁的上部，優(yōu)選反應(yīng)器器壁與煙氣入口變徑的連接部設(shè)置水膜組件。所述的水膜組件可以采用本領(lǐng)域中任何適宜形式的結(jié)構(gòu)，如可以在塔壁四周設(shè)置環(huán)管，環(huán)管上設(shè)置面向塔壁的噴嘴。而在本發(fā)明中，優(yōu)選在反應(yīng)器器壁與煙氣入口變徑的連接部設(shè)置溢流式水膜組件。所述的溢流式水膜組件的結(jié)構(gòu)為:煙氣入口變徑的下端連接一段直筒，該直筒段的直徑大于預(yù)處理單元的反應(yīng)器直徑，在反應(yīng)器器壁與變徑的連接部形成一個(gè)底部封閉、上端敞口的環(huán)形槽，優(yōu)選在環(huán)形槽的敞口采用齒形結(jié)構(gòu)。該環(huán)形槽同一級(jí)持液槽通過管線連接。當(dāng)液體不斷注入環(huán)隙中時(shí)，液體會(huì)以溢流形式沿著筒體的上沿不斷沿筒體的內(nèi)壁流下，由上向下，從而覆蓋整個(gè)反應(yīng)器器壁。由于在反應(yīng)器入口干/濕交界面，熱煙氣第一次接觸到噴淋水，會(huì)產(chǎn)生高濃度的酸霧，所以在干/濕界面的腐蝕情況極為嚴(yán)重，通過采用水膜保護(hù)的形式，可以減少干/濕界面的腐蝕情況，并且將附著在反應(yīng)器內(nèi)壁上的結(jié)垢隨時(shí)沖洗下來，避免了垢下腐蝕，提高了材質(zhì)的防腐能力或者降低了高等級(jí)防腐材質(zhì)的用量，從而大幅降低了造價(jià)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的煙氣除塵脫硫反應(yīng)器，其中，所述的湍沖洗滌器由噴嘴和管線構(gòu)成。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的煙氣除塵脫硫反應(yīng)器，所述的水滴形規(guī)整填料組件包括至少一層由若干并聯(lián)的、水平放置的水滴形異形管構(gòu)成的填料區(qū)，所述的若干并聯(lián)、水平放置的水滴形異形管構(gòu)成了多個(gè)具有收集段、喉口和分散段的平行通道。所述的水滴形格柵式規(guī)整填料可制成一體或分割成若干塊模塊組合使用。
[0015]本發(fā)明的煙氣除塵脫硫反應(yīng)器中，所述的水滴形異形管的截面(即端面)為水滴形，其頂部為圓弧形，下部為銳角三角形，形成“上頭大下頭尖”的水滴形。水滴形異形管的頂部為圓弧面，將有利于氣體中含有的粉塵在濕態(tài)下，在自身重力及氣相的吹拂下，通過此滑移界面向下滑落，從而避免發(fā)生通道堵塞現(xiàn)象。
[0016]所述的水滴形異形管的兩個(gè)端面可以封閉或不封閉。
[0017]本發(fā)明的煙氣除塵脫硫反應(yīng)器中，優(yōu)選在水滴形異形管的外周設(shè)置若干平行的、隆起的凸臺(tái)，凸臺(tái)的截面可以為圓形、三角形或矩形，優(yōu)選圓形。所述的若干平行的、隆起的凸臺(tái)，極大地增加了單位體積填料的表面積，即極大地增加了氣液傳質(zhì)面積。
[0018]水滴形異形管兩側(cè)管壁設(shè)置的凸臺(tái)，可以對(duì)稱分布或不對(duì)稱分布。水滴形異形管下部兩側(cè)管壁開設(shè)的凸臺(tái)，有利于壁流液滴流出喉口后，在氣相吹動(dòng)下液滴被吹動(dòng)進(jìn)入凸臺(tái)與管壁形成的夾縫，并在夾縫內(nèi)實(shí)現(xiàn)聚并，從而可以消除霧沫夾帶，實(shí)現(xiàn)氣液分離。
[0019]本發(fā)明的煙氣除塵脫硫反應(yīng)器中，所述的水滴形異形管規(guī)整填料由并聯(lián)的若干異形管形成了具有收集段、喉口和分散段的通道。當(dāng)高溫氣體、液體及粉塵并流進(jìn)入該填料區(qū)時(shí)，首先進(jìn)入收集段(通道面積收縮)，氣體速度增加，實(shí)現(xiàn)液相分散，液相單位比表面積增大，塵粒附著濕潤，分散的極微液滴在高速氣體的壓迫作用下，由于水的延展性，將附著于管壁上形成液膜，實(shí)現(xiàn)了液滴的聚并和均溫過程。當(dāng)液膜通過喉口時(shí)，由于氣體速度的進(jìn)一步增加，又對(duì)液膜產(chǎn)生了強(qiáng)烈的壓迫和切割作用，液膜進(jìn)一步變薄，產(chǎn)生了二次分散作用；在經(jīng)過喉口后，氣體速度迅速下降，在此過程中，氣體中含有的大量粉塵由于氣體速度的變化，實(shí)現(xiàn)泥滴聚并，粉塵將沿著界面滑落，從而實(shí)現(xiàn)除塵功能，而液膜在水滴形異形管的兩側(cè)下部的管壁上往下流動(dòng)時(shí)，又被氣體擠入凸臺(tái)與水滴形異型管之間的夾縫中，實(shí)現(xiàn)了再次聚并，并最終成連續(xù)線狀由水滴形異形管的底部