一种顺流喷淋湿法脱硫系统及工艺的制作方法

1.本发明属于湿法烟气脱硫技术领域，具体涉及一种顺流喷淋湿法脱硫系统及工艺，可以高效吸收、低阻力地实现工业烟气或尾气中酸性气体的脱除，并协同脱除烟气中夹带的各种工业粉尘。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.湿法烟气脱硫工艺，以逆向空塔喷淋为主要流行的吸收工艺，空塔是指吸收塔内不设置任何填料，而使喷淋液形成颗粒与气相直接接触，该种工艺的接触反应效率较差，需要较高的液气比才能达到排放限值，这意味着需要设置多台大流量循环泵，液相能耗较大。此外，采取逆流喷淋方式时，大流量的液相喷淋液与上升烟气发生对冲碰撞，造成气相的阻力较大，将进一步增加引风机的能耗。
4.顺流吸收塔是指烟气从吸收塔顶部进入，从吸收塔中下部排出，与循环浆液的喷淋后的下落方向一致。该种脱硫方式具有气相阻力小的优势。但是由于烟气向下流动方向与浆液喷淋的下落方向一致，随着反应的持续进行，气相中酸性气体的浓度将越来越低，其吸收难度也将越来越大；加之喷淋浆液中的碱性脱硫剂浓度逐渐降低，其吸收能力越来越小。所以，传统顺流喷淋脱硫的方法的烟气中酸性气体的脱除效率偏低，难以满足越来越严格的环保要求，在环保行业里的应用案例较少。


技术实现要素：

5.针对现有逆流喷淋技术和顺流喷淋技术存在的不足，本发明的目的是提供一种顺流喷淋湿法脱硫系统及工艺。
6.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
7.第一方面，本发明提供一种顺流喷淋湿法脱硫系统，包括脱硫剂粉仓、流化装置和湿法脱硫吸收塔；
8.所述湿法脱硫吸收塔为顺流吸收塔，其顶端设置有烟气进口，烟气进口与烟气引入烟道的一端连接，烟气引入烟道的另一端分别与流化装置和烟气源连接，流化装置与所述脱硫剂粉仓连接；流化装置将脱硫剂粉流化后与烟气混合，然后将混合气体送入顺流吸收塔内；
9.湿法脱硫吸收塔的塔体内部自上而下依次为喷淋层、管束填料层、烟气出口和浆液池，浆液池通过循环泵与喷淋层连接；喷淋层至少为一层；
10.所述喷淋层设置双向喷头组件，为上喷(逆向喷淋)和下喷(顺向喷淋)；喷淋层与塔顶之间设置1～3m形成脱硫剂粉的捕捉空间。
11.脱硫剂粉仓中盛放的脱硫剂粉体定量排放至流化装置中进行流化后，输送至烟气引入烟道中，在烟气引入烟道中与烟气进行充分混合。烟气引入烟道将设置一定的长度，使得在进入吸收塔之前，细粉态的脱硫剂颗粒便在烟道中与烟气中的so2等酸性气体进行了
预反应，在一定程度上提前降低了烟气中so2等酸性气体的浓度。
12.发明人发现，如果在吸收塔的喷淋层只设置向下喷淋的喷头组件时，由于夹带有未反应的脱硫剂的烟气与喷淋浆液同向流动的时间较短，这样进入下方布置的管束填料层，难以在管束填料层上方对烟气中的脱硫剂进行充分捕捉；而当喷淋浆液进入管束填料层后，会在管束填料的内壁以液膜的形式存在，而烟气中的脱硫剂难以被液膜快速捕捉。所以，在该种情况下，即使提前在烟气中补充了细粉态的脱硫剂，由于脱硫剂无法被充分捕捉利用，难以发挥其预期的效果。
13.所以，发明人在喷淋层设置双向喷头组件，并且调整好上喷量与下喷量之间的比例关系；另外，喷淋层与塔顶间隔一定距离，形成对烟气带入的脱硫剂的捕捉空间，可以更好地捕捉烟气中的脱硫剂，其原理为：
14.首先，携带粉状脱硫剂的烟气进入吸收塔内后，由于吸收塔的横截面积大于烟道的横截面积，所以如果没有扰动作用下，烟气难以在短时间内在吸收塔内分布均匀。本发明设置均匀分布的双向喷头组件，其向上均匀喷出的脱硫浆液可以对烟气起到较好的扰动作用，对烟气的均匀分布起到加速作用，可以在一定程度上促进脱硫剂的捕捉。其次，在该脱硫剂捕捉空间内，脱硫浆液向上喷出，达到顶点后开始落下，所以喷淋的液滴密度较大，而且同时存在与烟气逆流和顺流的喷淋液滴，对脱硫剂(包括原始粉尘)的捕捉效果较好。
15.在脱硫剂捕捉空间内，烟气与喷淋的脱硫浆液接触，进行二次脱硫，使得烟气中的酸性气体含量进一步减小，该过程中虽然伴随着脱硫浆液中碱性脱硫剂的消耗，但是由于脱硫浆液捕捉到了烟气中添加的脱硫剂，使得喷淋的脱硫浆液中碱性脱硫剂的浓度不降反而升高，对循环浆液的吸收能力有较大幅度提高，在该区域内的脱硫效率较高，属于主反应区，同时也为下一阶段的管束式填料吸收阶段的脱硫效率提供了保证。
16.脱硫剂浓度升高后的脱硫浆液与烟气一起向下流动，流动过程中不断吸收烟气中的酸性气体。气液两相在喷淋层的充分混合，向下进入管束填料区。气液两相可以利用足够长的管道阵列组的内壁表面液膜，作为反应接触面，实现较为充分的膜式接触反应。
17.因此，本发明具有顺流吸收塔气相阻力小的优势，同时又拥有管式填料层接触强度、接触面积和停留时间方面的优势，故此能够气相系统阻力较小的情况下，保证脱硫反应效率，同时保证协同除尘效率。
18.脱硫剂粉可以为市售的脱硫剂粉末，如石灰粉、氢氧化钙粉末等。
19.在一些实施例中，烟气引入烟道的端部设置有喷头，喷头与所述流化装置连接，喷头的朝向与烟气流向垂直，且喷头位于烟气进口的下游。
20.将喷头的朝向与烟气流动方向垂直设置，使得流化后的脱硫剂的喷入方向与烟气的流向垂直，脱硫剂可以快速分散在烟气中。
21.在一些实施例中，所述烟气引入烟道的本体部分竖向设置。采用竖向设置的方式可以有效防止脱硫剂的沉降，且有利于提高脱硫剂在烟气中的分散均匀程度。
22.在一些实施例中，湿法脱硫吸收塔的烟气入口处设置有导流板组件。以提高入塔烟气的均布性。
23.优选的，导流板的厚度为4-10mm，其采用防腐耐磨材料制备。
24.在一些实施例中，双向喷头的向上向下流量分配为5-10:5-0。
25.优选的，双向喷头的喷射截面覆盖率为150％-300％。
26.最后的吸收反应阶段：采用管束式填料反应装置，强制汇集所有的喷淋浆液和烟气一起穿越管道内腔，进行膜式接触反应。管束式填料反应装置的开孔率取决于脱硫效率的需求，一般控制在25％-40％范围内，即：管道阵列的流通截面积合计，为吸收塔流通截面积的25％-40％，即：烟气将加速才能穿越管道内腔，穿越期间，烟气将与管道内壁上流动的浆液产生冲击式接触反应，尤其是采用倾斜式管束布置时，这将使得烟气中残余的so2等酸性气体被进一步吸收，而浆液中的石膏等固相颗粒物在冲击作用下向下流动。管束式填料反应装置将具有足够的管道长度，一般情况下管道长度控制在200-2000mm范围内，从而保证足够的接触面积和停留时间，进而保证脱硫效率。由于气液两相均是向下流动，穿越阻力相对较小。穿越阻力主要影响因素是开孔率，一般情况下，应采取适当的开孔率，保证气相阻力不超过400-1000pa。
27.在一些实施例中，所述管束式填料反应装置的开孔率为25％-40％，长度为200-2000mm，孔径为10-50mm。管束采用垂直(90
°
)布置或者倾斜布置，当采用倾斜布置时，其倾斜角度控制在45～90
°
之间，既能增强管内反应效果，又能避免石膏在管束内沉积。
28.第二方面，本发明提供一种顺流喷淋湿法脱硫工艺，包括如下步骤：将细粉态脱硫剂通过气力输送与烟气混合后，在引入烟道中进行一级脱硫(固-气接触反应)；
29.经过一级脱硫的气固混合物自顶部进入湿法脱硫吸收塔中，与向上喷淋的脱硫浆液接触，对烟气中携带的脱硫剂进行捕捉，同时对烟气进行二级脱硫(气液空间接触反应)；
30.经过二级脱硫的烟气与喷淋的浆液同向流下，进入管束填料层，进行三级脱硫(气液膜式接触反应)；
31.脱硫后的烟气外排。
32.在一些实施例中，细粉态脱硫剂的粒度为150-500目。按照发明人的经验，越细化的脱硫剂越能提高反应效率。
33.上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
34.顺流喷淋是指液相(喷淋浆液)和气相(烟气)均从吸收塔顶部进入，流动方向一致。从吸收反应动力学的角度来看，这种接触方式的吸收效果明显弱于逆流喷淋，因为一般情况下，随着反应的持续进行，气相中酸性气体的浓度将越来越低，这意味着对其吸收的难度越来越大，而这时顺流喷淋的吸收液因为吸收剂的消耗，其吸收能力变得越来越小。如果能够在顺流喷淋的反应过程中及时补充必要的碱性吸收剂，加强喷淋液的反应能力，则循环浆液吸收效果弱化的现象将被立即扭转，反而，顺流喷淋阻力小的优势便会立即凸现出来。
35.因此，本发明具有顺流吸收塔气相阻力小的优势，同时又拥有管式填料层接触强度、接触面积和停留时间方面的优势，故此能够气相系统阻力较小的情况下，保证脱硫反应效率，同时保证协同除尘效率。
附图说明
36.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
37.图1是本发明实施例的整体结构示意图；
38.图2是本发明实施例的管束式填料反应装置的纵向布置示意图；
30％的脱硫效率。脱硫剂颗粒越细，气固反应效果越好。脱硫剂和反应产物，随着烟气进入吸收塔继续反应历程。脱硫剂的喷入量将与烟气中的酸性污染物(如so2等)的进入总量形成平衡，从而保证脱硫效率。
55.所述脱硫剂，是指碳酸钙(caco3)、氧化钙(cao)或者氢氧化钙(ca(oh)2)、mg(oh)2等固态粉状颗粒物；脱硫剂需要有一定的纯度和反应活性；脱硫剂的细度控制在150-500目之间。
56.所述气力输送，是指将空气或者烟气作为输送介质，把干态粉状脱硫剂直接吹入烟道，与烟气混合后进入吸收塔内。
57.其中，脱硫剂粉仓
①
的容量将按照脱硫剂的储备时间来设计；旋转给料器
③
采用变频器，实现精确控制；输送风直接采用氧化空气；
58.输送风进行加热和干燥处理；输送管道采用衬陶瓷贴片的塑胶软管；进料喷头采用高耐磨材料制作。
59.第二个吸收反应阶段，吸收塔采用顺流喷淋(即烟气和喷淋浆液均从塔顶进入，并从塔中部或底部排出)；根据入口烟气中so2等酸性气体的浓度，塔内将设置多级喷淋层；喷淋液中的脱硫剂主要来自于吸收塔底部浆液池中的累积存量；喷淋层的喷嘴均采用双向式喷嘴，使循环浆液同时覆盖喷淋层的上方和下方区域，保证循环浆液雾滴与烟气充分混合，从而完成空塔喷淋脱硫反应过程。
60.该阶段将至少实现90～95％以上的脱硫效率，是主反应区域。另外，烟气中携带的、细粉态的脱硫剂颗粒将大部分被此区域中散布的浆液雾滴捕集，及时补充了此阶段中循环浆液中存量的脱硫剂的损耗，确保循环浆液的脱硫能力不会下降，为下一阶段管式填料吸收阶段的脱硫效率提供保证。
61.吸收塔顶部入口处设置膨胀节，该膨胀节应有足够的横向补偿量，能补偿入口垂直烟道与吸收塔的膨胀量方面的差值。
62.双向喷头，是指一种可以实现双向雾化的喷嘴，能够将一定比例的循环浆液同时向上和向下喷出，其中，向上喷出的喷淋液将直接与烟气进行逆相接触后下落，然后进入管束填料层
⑨
；而向下喷出的喷淋液将直接与管束填料层
⑨
的接触。最后，无论是向上喷出的喷淋液还是向下喷出的喷淋液，都将被烟气带入下部管束填料层
⑨
的管道内部，形成湿膜表面，与烟气继续保持较为强烈的接触反应。
63.相比其单向喷淋层，双向喷淋层将喷淋液展开两次，其脱硫反应效果明显优于单向喷淋层；
64.在本发明的技术方案里，双向喷淋层主要是为了加强吸收塔入口区域，即烟气含so2高的区域里，对脱硫剂、原始烟尘的捕集效果，从而大幅度提高该区域里的液相中反应剂的浓度，提高该区域里的脱硫反应效率。
65.第三个吸收反应阶段，采用管束式填料反应装置，强制顺流喷淋下来的浆液和烟气一起穿越管道内腔，进行膜式接触反应。开孔率取决于脱硫效率的需求，一般控制在25％-40％范围内，即：管道阵列的流通截面积合计，为吸收塔流通截面积的25％-40％，即：烟气将加速才能穿越管道内腔，穿越期间，烟气将与管道内壁上流动的浆液产生冲击式接触反应，使得烟气中残余的so2等酸性气体被进一步吸收。管束式填料反应装置将具有足够的管道长度，一般情况下管道长度控制在200-2000mm范围内，从而保证足够的接触面积和
停留时间，至少实现80％-90％以上的脱硫效率。由于气液两相均是向下流动，穿越阻力相对较小。穿越阻力主要影响因素是开孔率，一般情况下，应采取适当的开孔率，保证阻力不超过400-1000pa。
66.其中，上述管束式填料反应装置，是指一种采取垂直通道的、不限于垂直/倾斜管束阵列或蜂窝直板/斜板式填料等型式的结构体，类似于一种高速流态化的“沉降膜反应装置”。管道材料包括但不限于陶瓷/合金/hdpe/pvc/frp/pp等耐磨防腐材料，其管道口径范围在之间，其管道壁厚在1-20mm范围内；如果采用蜂窝直板型填料，其板材壁厚在0.5-3mm范围之间，其具体作用：(1)提高烟气的流速，强化气液两相接触强度；使脱硫浆液与烟气发生充分的脱硫反应，将残余的so2等酸性气体脱除殆尽；(2)提供足够的接触面积；(3)增大停留时间。该阶段还能完成对原烟气夹带的灰尘颗粒、喷淋雾滴颗粒的全部捕集，大幅度减轻后续烟道除雾器的工作负荷和工作频次。
67.管道内表面考虑一定的耐磨涂层处理,涂层厚度在1-4mm之间。
68.管束式填料层的结构既可以制作成一个整体，也可以制作成多个单体，然后再组合成一个整体，接受到上方、下方喷淋层浆液的充分覆盖和气流冲刷。
69.管束式填料层的材料采用具有亲水性好、接触面积大、空隙率低、阻力小的特点，当它处于循环喷淋液的覆盖下时，其孔道内壁全部变成湿膜表面。基于湿膜除尘理论，由于除尘装置内部的孔道较长，而孔径较小，故而孔长/孔径比值较大，当含尘气体在一定的速度条件下穿越孔道时，在布朗运动状态中的微粒状灰尘，有多次撞击孔道内壁而被湿膜捕集的几率。
70.管束填料层
⑨
的高度h值在200-2000mm之间，孔径b值在10-50mm之间；h值和b值的具体数值，由入口烟气的so2含量、含尘浓度和吸收塔气速决定；当so2含量较高或者含尘浓度较高时，h值将相应增大，b值相应减小；当吸收塔气速较高时，气液混合效果好，则h值将相应减小，b值相应增大。
71.上述管束填料加装在顺流吸收塔底部后，总的气液接触面积有较大幅度的增加，而且管束填料的管道内腔在一定程度上能延缓浆液下落，增加气液停留时间，因此该装置对协同除尘能力的提高也有较大的促进作用。
72.上述管束填料加装在塔内后，增加的烟气阻力在400-700pa之间，气阻相对较小。
73.本发明的工艺流程见如下描述：
74.(一)烟气系统流程：含尘、含酸性污染性气体的原烟气在引入烟道7中，粉状脱硫剂颗粒混合，产生初步的气固反应，然后进入湿法脱硫吸收塔
⑩
，从上向下流动(顺流)，与喷淋层接触，产生第二步脱硫反应，然后向穿过管束填料
⑨
，在其中管道内腔中完成第三步脱硫反应后，排至吸收塔顶部出口(后续进入烟道除雾器)。
75.其中，原烟气与本发明的吸收塔的顶部入口相接；
76.其中，净烟气与本发明的吸收塔的中下部出口相接。
77.(二)循环浆液喷淋流程：在吸收塔的喷淋区，浆液循环泵组将从湿法吸收塔循环浆液池中，抽取循环浆液，然后通过喷淋层喷出，喷出这些浆液将穿过管束填料层
⑨
，在其直管内壁上与穿越的烟气发生吸收反应，从而完成脱硫反应和协同除尘作用，完成
反应的浆液直接落入吸收塔循环浆液池中。
78.其中，浆液循环泵组的入口与吸收塔循环浆液池相连，其出口与喷淋管道相连，实现循环浆液的持续雾化与喷洒；其中，喷淋层的与喷淋管道相连，出口处设置喷嘴，将循环浆液向上、下两个方向喷出，覆盖管束填料层
⑨
，使其管道的内腔表面形成湿膜表面。
79.(三)脱硫剂流程：脱硫剂粉仓
①
将释放干态粉状的脱硫剂，经过旋转给料器
③
和流化装置
④
，被输料风机
②
吹送至到进料管道
⑤
，然后送往吸收塔入口烟道，与原始烟气混合，一同进入吸收塔。
80.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种顺流喷淋湿法脱硫系统，其特征在于：包括脱硫剂粉仓、流化装置和湿法脱硫吸收塔；所述湿法脱硫吸收塔为顺流吸收塔，其顶端设置有烟气进口，烟气进口与烟气引入烟道的一端连接，烟气引入烟道的另一端分别与流化装置和烟气源连接，流化装置与所述脱硫剂粉仓连接；流化装置将脱硫剂粉流化后与烟气混合，然后将混合气体送入顺流吸收塔内；湿法脱硫吸收塔的塔体内部自上而下依次为喷淋层、管束填料层、烟气出口和浆液池，浆液池通过循环泵与喷淋层连接；喷淋层至少为一层；所述喷淋层设置双向喷头组件，为逆向喷淋和顺向喷淋；喷淋层与塔顶间隔设定距离，形成脱硫剂粉的捕捉空间。2.根据权利要求1所述的顺流喷淋湿法脱硫系统，其特征在于：烟气引入烟道的端部设置有喷头，喷头与所述流化装置连接，喷头的朝向与烟气流向垂直，且喷头位于烟气进口的下游。3.根据权利要求1所述的顺流喷淋湿法脱硫系统，其特征在于：所述烟气引入烟道的本体部分竖向设置。4.根据权利要求1所述的顺流喷淋湿法脱硫系统，其特征在于：湿法脱硫吸收塔的烟气入口处设置有导流板组件。5.根据权利要求4所述的顺流喷淋湿法脱硫系统，其特征在于：导流板的厚度为4-10mm，其采用防腐耐磨材料制备。6.根据权利要求1所述的顺流喷淋湿法脱硫系统，其特征在于：双向喷头的向上向下流量分配为5-10:5-0。7.根据权利要求6所述的顺流喷淋湿法脱硫系统，其特征在于：双向喷头的喷射截面覆盖率为150％-300％。8.根据权利要求1所述的顺流喷淋湿法脱硫系统，其特征在于：所述管束式填料的开孔率为25％-40％，长度为200-2000mm，孔径为10-50mm。9.一种顺流喷淋湿法脱硫工艺，其特征在于：包括如下步骤：将细粉态脱硫剂通过气力输送与烟气混合后，进行一级脱硫；经过一级脱硫的气固混合物自顶部进入湿法脱硫吸收塔中，与向上逆向喷淋的脱硫浆液接触，对烟气中携带的脱硫剂进行捕捉，同时对烟气进行二级脱硫；经过二级脱硫的烟气与喷淋的浆液同向流下，进入管束填料层，进行三级脱硫；脱硫后的烟气外排。10.根据权利要求9所述的顺流喷淋湿法脱硫工艺，其特征在于：细粉态脱硫剂的粒度为150-500目。

技术总结
本发明属于湿法烟气脱硫技术领域，公开了一种顺流喷淋湿法脱硫系统及工艺，包括脱硫剂粉仓、流化装置和湿法脱硫吸收塔；所述湿法脱硫吸收塔为顺流吸收塔，其顶端设置有烟气进口，烟气进口与烟气引入烟道的一端连接，烟气引入烟道的另一端分别与流化装置和烟气源连接，流化装置与所述脱硫剂粉仓连接；湿法脱硫吸收塔的塔体内部自上而下依次为喷淋层、管束填料层、烟气出口和浆液池，浆液池通过循环泵与喷淋层连接；所述喷淋层设置双向喷头组件，为上喷和下喷；喷淋层与塔顶间隔设定距离，形成脱硫剂粉的捕捉空间。本发明能够在气相系统阻力较小的情况下，保证脱硫反应效率，同时保证协同除尘效率。证协同除尘效率。证协同除尘效率。


技术研发人员：刘述平 吕茂辉 周永跃 高星磊 田婷 刘莹 吕和武 管闯 尹鹏 李智洋 卢忠阳 杨凤岭 董如鑫 王义富 仇洪波 吕扬 冯超 董莉莉
受保护的技术使用者：山东国舜建设集团有限公司
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/7/26