一种可分离烟气中有机胺盐液滴的气液旋流器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及烟气脱硫技术领域，更为具体地涉及在有机胺法烟气脱硫技术中的应用的可分离烟气中有机胺盐液滴的气液旋流器。
【背景技术】
[0002]有机胺法烟气脱硫技术中，吸收塔塔型结构为喷淋填料塔，外排烟气必然夹带一定量的有机胺盐并随着烟气逃逸出塔外，造成有机胺的损失从而影响吸收塔的脱硫效率。
[0003]烟气中有机胺盐被夹带的程度与吸收解吸的工艺流程、塔内工艺条件、有机胺的物理性质有一定的关联，具体的，1、有机胺法烟气脱硫是一个连续循环的吸收、解吸过程，在这一过程中生成的热稳定盐会逐渐在有机胺盐水溶液中积累，易使有机胺产生发泡现象；2、在气液传质过程中，有机胺会产生液沫现象；3、有机胺在塔内喷淋及液体分布过程中，有轻微的发泡现象。这些关联势必使得净化后的烟气夹带有机胺盐。通过检测表明吸收塔出口净化烟气的冷凝水中有机胺含量在一定的范围变化，造成吸收塔内进行吸收反应的有机胺盐由于被夹带，造成有机胺液损失及塔内脱硫效率下降。
【发明内容】
[0004]本实用新型解决的技术问题是，提供一种可分离烟气中有机胺盐液滴的气液旋流器，以解决含硫烟气经脱硫净化后存在着有机胺盐被夹带的现象。利用旋风分离原理，迫使进入气液旋流器的烟气产生旋流以形成离心力，使烟气中的有机胺盐液滴在离心力的作用下从烟气中分离出来，降低了烟气中有机胺盐的夹带量，减少了有机胺的损失。
[0005]本实用新型通过对烟气夹带有机胺这一现象的分析表明:1、烟气中的有机胺盐以小液滴形式存在的，烟气量变化时，烟气夹带量会增大，突出了烟气分布的重要性;2、烟气中有机胺盐液滴的粒径具有相当分散的尺寸分布，可回收利用的范围广。
[0006]具体来说，本实用新型提出了如下技术方案。
[0007]第一方面，本实用新型提供了一种一种可分离烟气中有机胺盐液滴的气液旋流器，所述气液旋流器I自下而上包括:烟气一次布气加速区10、有机胺分离区20和烟气二次布气区30;气液旋流器入口位于烟气一次布气加速区10，气液旋流器出口位于烟气二次布气区30;
[0008]所述烟气一次布气加速区10设有数片导流片12;
[0009]所述有机胺分离区20设有I道或2道以上旋流叶片21;
[0010]所述气液旋流器I出口上方设有导气帽31;所述导气帽31为圆锥体结构。
[0011 ]优选的，其中，所述气液旋流器I在烟气一次布气加速区10的直径，沿轴向朝气液旋流器I入口的方向变大。
[0012]优选的，其中，每片导流片12的片体呈曲线形设置在所述烟气一次布气加速区10的内壁上，每片导流片12的片体在其下部与气液旋流器I的轴向中心线呈平行态，每片导流片12的片体在其顶部偏离气液旋流器I的轴向中心线40°?50°。
[0013]优选的，其中，所述气液旋流器I在烟气二次布气区30的直径，沿轴向朝气液旋流器I出口的方向变大。
[0014]优选的，其中，每道旋流叶片21与气液旋流器I内壁间留有间隙；每道旋流叶片21的螺旋升角为15°?25°。
[0015]优选的，其中，所述导气帽31的锥角角度大于等于100°且小于等于180°。
[0016]优选的，其中，一次布气加速区10的高度hi占气液旋流器I总高度H的25?30%，有机胺分离区20的高度h2占气液旋流器I总高度H的50?60%，烟气二次布气区30的高度h3占气液旋流器I总高度H的15?20%。
[0017]优选的，其中，导气帽31与气液旋流器I出口的高度Hl大于等于旋流器I总高H的4
?5% ο
[0018]第二方面，本实用新型提供了一种脱硫吸收塔，包括设置在吸收塔吸收段填料层上方的气液分离装置，其中气液分离装置包括第一方面任一条所述的气液旋流器I和阻流板2;所述阻流板2上开设有数个孔，每个孔内设有气液旋流器I，且所述气液旋流器I的外周与所述孔密闭接触;阻流板2的边缘与吸收塔的内壁密闭接触。
[0019]优选的，其中，气液旋流器I伸出阻流板2的高度h大于等于旋流器I总高H的30?40%。
[0020]本实用新型利用旋风分离原理，迫使进入气液旋流器的烟气产生旋流以形成离心力，使烟气中的有机胺盐液滴在离心力的作用下从烟气中分离出来，降低了烟气中有机胺盐的夹带量，减少了有机胺的损失。本实用新型可根据吸收塔处理烟气量的大小，通过模块化组装气液旋流器，操作弹性大，适应范围广。本实用新型气液旋流器本身结构具有良好的气流分布特性，分离效率高，实际分离效率大于90%。本实用新型气液旋流器通过模块化组装，工作压降仅为50?150Pa，无需对烟气再增加额外的动压头。
[0021]下面结合附图和各个【具体实施方式】，对本实用新型及其有益技术效果进行详细说明。
【附图说明】
[0022]图1是一种可分离烟气中有机胺液滴的气液旋流器内部结构示意图。
[0023]图中箭头方向:夹带有机胺的烟气流动方向。
[0024]图2是图1气液旋流器沿A-A线的剖面示意图。
【具体实施方式】
[0025]本实用新型利用旋风分离原理，迫使进入气液旋流器的烟气产生旋流以形成离心力，使烟气中的有机胺盐液滴在离心力的作用下从烟气中分离出来，降低了烟气中有机胺盐的夹带量，减少了有机胺的损失。
[0026]本实用新型所述“含硫烟气”是指含硫氧化物(SO2和SO3)的烟道气或其他工业废气。本实用新型所述“脱硫”是指从烟道气或其他工业废气中除去硫氧化物(SO2和S03)。本实用新型所述“有机胺”是指常规能够应用于有机胺湿法脱硫的有机类物质，包括但不限于乙醇胺、二乙醇胺、甲基二乙醇胺等。本实用新型所述“有机胺盐”是指以亚硫酸根、亚硫酸氢根、硫酸根形式存在的有机胺的盐。本实用新型所述“烟气”是指经过脱硫处理后，夹带有有机胺盐的净化烟气。
[0027]如图1所示，一种可分离烟气中有机胺液滴的气液旋流器I。图1所示气液旋流器I为圆筒形，然而气液旋流器I的结构不限于圆筒形，也包括有利于气流分布的双曲线形、圆台形等结构。
[0028]本实用新型气液旋流器I两端开口，自下而上包括:烟气一次布气加速区10、有机胺分离区20和烟气二次布气区30;气液旋流器入口位于烟气一次布气加速区10，气液旋流器出口位于烟气二次布气区30。一次布气加速区10的高度hi占气液旋流器I总高度H的25?30%，有机胺分离区20的高度h2占气液旋流器I总高度H的50?60%，烟气二次布气区30的高度h3占气液旋流器I总高度H的15?20%。这里的“自下而上”是指沿烟气流动方向，烟气入口方向为下，烟气出口方向为上。
[0029]所述的烟气一次布气加速区10首先对气体进行气体分布，其次迫使气体产生旋流。具体的，烟气一次布气加速区10采用扩张口结构11，朝向气液旋流器I入口方向，所述的烟气一次布气加速区10沿轴向其直径逐渐变大，即气液旋流器入口直径Dl大于烟气一次布气加速区10末端直径D2。这里的“末端”是指沿烟气流动方向，烟气离开烟气一次布气加速区10的位置。优选的，烟气一次布气加速区10为喇叭形，双曲线形和其他利于气体导流的结构。
[0030]如图2所示，在烟气一次布气加速区10的内壁设有导流片12。导流片12数量的多少可以通过烟气量的大小确定，一般为3?7片。每个导流片12的一边侧边固定在烟气一次布气加速区10的内壁上。每个导流片12的布置方式为顺着气流的方向呈曲线形，即导流片12的片体在其下部与气液旋流器I的轴向中心线呈平行态，然后导流片12的片体向一边弯曲逐渐偏离轴向中心线，导流片12的片体在其顶部与气液旋流器I的轴向中心线偏离40°?50°，以利于进入烟气一次布气加速区10的气体产生旋流。所有导流片12偏离轴向中心线的方向一致，整体呈顺时针方向或逆时针方向，使得烟气产生旋流。
[0031]每个导流片12的高度小于烟气一次布气区10的高度hi。每个导流片12的材质与气液旋流器I的材质相同，满足使用条件下的强度和刚度要求及耐腐蚀要求的金属材质即可，例如不锈钢等。可以通过铸造、焊接等方式将导流片一次性加工成型到气液旋流器内。
[0032]所述的有机胺分离区20用于提高通过的旋流烟气的气速，引导烟气呈螺旋形上升，并实现烟气中夹带的有机胺液滴的分离。具体的，有机胺分离区20为旋流叶片式结构，其内壁分布有旋流叶片21。旋流叶片21数量的多少结合烟气一次分布区10后端直径D2的大小确定，可以是I道也可以是2道以上。每道旋流叶片21的螺旋升角α在15°?25°之间，顺着气流的方向呈螺旋形向上分布。每道旋流叶片21的布置高度小于或等于有机胺分离区20的高度h2。每道旋流叶片21与气液旋流器I的内壁设计有一定的间隙b。
[0033]每道旋流叶片21的首尾两端设有安装孔，孔径小于旋流叶片21的宽度，以便于安装在气液旋流器I内壁上的固定突起物22上，安装方式可以采用螺栓固定或销钉固定。
[0034]本实用新型中，固定突起物22设在气液旋流器I的内壁上，其伸出气液旋流器I内壁表面的尺寸要大于旋流叶片21的厚度，优选的，其伸出气液旋流器I内壁表面的尺寸为旋流叶片21厚度的1.05倍。固定突起物22可以与气液旋流器I共同制作成型，旋流叶片21的材质可以与气液旋流器I的材质相同，均为金属材料，也可以选择非金属材质。无论采用何种材质制作的旋流叶片21，都需要满足使用条件下的强度和刚度要求及耐腐蚀要求。
[0035]在一个【具体实施方式】中，如图2所示，气液旋流器I的内壁设计为一道旋流叶片21，其螺旋升角α在15°?25°之间。该旋流叶片21顺着气流的方向呈螺旋形向上分布，旋流叶片21与气液旋流器I内壁的固定突起物22的固定方式为螺栓23固定。旋流叶片21与气液旋流器I内壁之间的间隙b的数值在Imm?1.5mm之间。
[0036]通过气液旋流器I的烟气在有机胺分离区20，因旋流产生的离心力，迫使有机胺盐液滴从烟气中分离出来，并甩向有机胺分离区20的内壁，然后有机胺盐液滴顺着间隙b向下流动。当本实用新型气液旋流器I与吸收塔组合使用时，有机胺盐液体向下流动返回吸收塔吸收填料层。
[0037]所述的烟气二次布气区30对旋流的烟气进行二次布气。具体的，烟气二次布气区30采用扩张口结构，朝向气液旋流器I出口方向，烟气二次布气区30的直径逐渐变大，即气液旋流器出口直径D3大于烟气二次布气区30前端直径。这里的“前端”是指沿烟气流动方向，烟气进入烟气二次布气区30的位置。优选的，烟气二次布气区30为喇叭形，双曲线形和其他利于气体导流的结构。另外，气液旋流器出口直径D3是气液旋流器入口直径Dl的I?1.15倍。烟气二次布气区30的高度h3占气液旋流器I总高度H的15?20%。
[0038]所述的气液旋流器I出口上方设有导气帽31。从气液旋流器I出口流出的烟气经导气帽31向四周扩散，实现烟气的二次布气。导气帽31的中轴线与气液旋流器I的轴向中心线吻合，避免烟气产生偏流。具体的，导气帽31为圆锥体结构，以一定的间距Hl安装在气液旋流器I的上方，优选的导气帽31与气液旋流器I之间的间距Hl大于等于气液旋流器I总高H的4?5%。导气帽31采用椎角向下或椎角向上的方式布置，即采用“V”形或倒“V”形布置。无论布置的方式如何，圆锥体锥角β的角度大于等于100°且小于等于180°。导气帽31圆锥体底部的外径D4是气液旋流器出口直径D3的1.15?1.25倍。
[0039]如图1所示，在一个【具体实施方式】中，导气帽31设有连接杆32，连接杆32—端安装在气液旋流器I筒壁的外侧，另一端与导气帽31连接。两端的安装方式均可以采用螺栓固定、销钉固定或焊接方式。连接杆32优选采用3组。导气帽31与连接杆32的材质可以采用金属材料，也可以采用非金属材料，无论采用何种材质制作的导气帽31和连接杆32，都需要满足使用条件下的强度和刚度要求及耐腐蚀要求。选用连接杆连接的方式仅是本实用新型的一种【具体实施方式】，其他的能将导气帽31设置在气液旋流器I出口上方的实施方式，均在本实用新型的保护范围之内。
[0040]当选用连接杆32作为连接方式时，优选在烟气二次布气区30上部的筒壁上加工三个安装孔，孔径大小与连接杆32上设置的孔径大小一致，且沿着圆周方向均匀分布，高度为h4。如果连接杆32采用焊接方式固定在烟气二次布气区30的筒壁外侧，则不需加工安装孔。
[0041]本实用新型提供了一种脱硫吸收塔，包括设置在吸收塔吸收段填料层上方的气液分离装置。如图1和图2所示，气液分离装置包括气液旋流器I和阻流板2;所述阻流板2上开设有数个孔，每个孔内设有气液旋流器I，且所述气液旋流器I的外周与所述孔密闭接触;阻流板2的边缘与吸收塔的内壁密闭接触。
[0042]阻流板2的材质可以选择金属材料的板材，板材厚度8-lOmm之间。当选用不锈钢板材，不需要进行防腐处理。如果选用普通碳钢的板材，待气液旋流器I模块化组装完成后，表面进行防腐处理。防腐处理的材料可采用耐腐蚀玻璃钢覆盖，高分子材料的喷涂等。阻流板2的材质也可以选择彳_金属材料，板材厚度在10-20_之间。
[0043]气液旋流器I可模块化组装在阻流板上组成气液分离装置，使夹带有机胺的烟气仅通过气液旋流器向上方流动。本实用新型可根据吸收塔处理烟气量的大小在阻流板2上任意组合气液旋流器I的数量，数量十几个至几十个均可。气液旋流器I在阻流板2上的分布可以是均匀的也可以是不均匀的，优选同心阵列的形式。如图1所示，气液旋流器I伸出阻流板2的高度h大于等于旋流器I总高H的30?40%。
[0044]本实用新型气液分离装置能够应用于常规喷淋填料塔类型的脱硫吸收塔。吸收塔吸收段通常包括有机胺盐水溶液进液管、液体分布器和填料层，本实用新型气液分离装置设置在吸收塔吸收段填料层上方。
[0045]下面通过具体实施例来说明本实用新型气液旋流器的结构以及特点。以下实施例的实验均为秘密实验。
[0046]实施例1
[0047]采用某球团厂含硫烟气进行对比实验。该含硫烟气中SO2含量为2580ppm，烟气量为42万Nm3/h。处理用的有机胺盐水溶液中有机胺浓度为12wt %?18wt %。
[0048]实施例1-1
[0049]采用现有吸收塔处理该含硫烟气，该吸收塔为填料喷淋塔，总高23.5m。该吸收塔包括有机胺水溶液进液管、液体分布器、填料层、有机胺水溶液出液口、烟气入口和烟气出口。有机胺水溶液进液管穿过吸收塔塔壁，连接液体分布器，填料层位于液体分布器下方。有机胺水溶液由有机胺水溶液进液管进入吸收塔，经液体分布器均匀分布至填料层。含硫烟气从位于吸收塔塔底的烟气入口进入吸收塔内。有机胺水溶液与含硫烟气在填料层内逆流接触，完成烟气中SO2的吸收、净化过程。有机胺水溶液经过填料层后，从有机胺水溶液出液口排出吸收塔。净化烟气经冷凝从烟气出口排出吸收塔。
[0050]经过检测:含硫烟气进吸收塔温度为55?60°C，烟气工作压力为4.0kPa。吸收塔净化后外排烟气的冷凝水中有机胺含量为0.052wt%。依据外排烟气量42万Nm3/h，烟气温度为58°C，烟气中水分含量为174g/Nm3，烟气冷凝水量为73m3/h，计算得到烟气夹带有机胺的损失量为38kg/h，91 Okg/d ο经过检测:入塔烟气中SO2含量为7845mg/m3，净化后烟气中SO2含量为358mg/m3，脱除率达到95.44 %。
[0051]实施例1-2
[0052]在吸收塔内应用本实用新型的气液旋流器I。气液旋流器I结合阻流板2，设置于液体分布器上方，该吸收塔设有24个气液旋流器I。每个气液旋流器I自下而上包括:烟气一次布气加速区10、有机胺分离区20和烟气二次布气区30;气液旋流器入口位于烟气一次布气加速区10，气液旋流器出口位于烟气二次布气区30。空塔气速为1.8Nm/s。每个气液旋流器I在烟气一次布气加速区10的内壁设有导流片123片。每个导流片12顺着气流的方向呈曲线形，在其片体顶部与气液旋流器I的轴向中心线偏离40°。每个气液旋流器I在有机胺分离区20内壁分布有一道旋流叶片21 ο每道旋流叶片21的螺旋升角α在15°，每道旋流叶片21与气液旋流器I的内壁设计有间隙1_。每个气液旋流器I的导气帽31锥角的角度为150°。
[0053]经过检测:含硫烟气进吸收塔温度下降至50?55°C，有机胺盐水溶液的有机胺浓度维持在20wt%?24wt%，吸收塔外排烟气的冷凝水中有机胺含量为0.018wt%。经过检测:入塔烟气中SO2含量为9850mg/Nm3，净化后烟气中SO2含量为128mg/Nm3，脱除率达到98.70%。依据外排烟气量40万Nm3/h，烟气温度为54V，烟气中水分含量为140g/Nm3，烟气冷凝水量为56m3/h，计算得到烟气夹带有机胺的损失量为10kg/h，240kg/d。
[0054]实施例2
[0055]采用某球团厂含硫烟气进行对比实验。该含硫烟气中SO2含量为12000ppm，烟气量为12万Nm3/h ο处理用的有机胺盐水溶液的有机胺浓度为22wt %?26wt %。
[0056]实施例2-1
[0057]采用现有吸收塔处理该含硫烟气，该吸收塔为填料喷淋塔，包括有机胺水溶液进液管、液体分布器、填料层、有机胺水溶液出液口、烟气入口和烟气出口。有机胺水溶液进液管穿过吸收塔塔壁，连接液体分布器，填料层位于液体分布器下方。有机胺水溶液由有机胺水溶液进液管进入吸收塔，经液体分布器均匀分布至填料层。含硫烟气从位于吸收塔塔底的烟气入口进入吸收塔内。有机胺水溶液与含硫烟气在填料层内逆流接触，完成烟气中SO2的吸收、净化过程。有机胺水溶液经过填料层后，从有机胺水溶液出液口排出吸收塔。
[0058]含硫烟气进吸收塔温度为50?55°C，烟气工作压力为2.5kPa。经过检测:入塔烟气中SO2含量为36260mg/Nm3，净化后烟气中SO2含量为550mg/Nm3，脱除率达到98.48 %。吸收塔夕卜排烟气的冷凝水中有机胺含量为0.065%。依据外排烟气量12万Nm3/h，烟气温度为52°C，烟气中水分含量为124g/Nm3，烟气冷凝水量为15m3/h，计算得到烟气夹带有机胺的损失量为9.75kg/h，235kg/d。
[0059]实施例2-2
[0060]在吸收塔内应用本实用新型的气液旋流器I。气液旋流器I结合阻流板2，设置于液体分布器上方，该吸收塔设有22个气液旋流器I。每个气液旋流器I自下而上包括:烟气一次布气加速区10、有机胺分离区20和烟气二次布气区30;气液旋流器入口位于烟气一次布气加速区10，气液旋流器出口位于烟气二次布气区30。空塔气速为2.0Nm/s。每个气液旋流器I在烟气一次布气加速区10的内壁设有导流片127片。每个导流片12顺着气流的方向呈曲线形，在其片体顶部与气液旋流器I的轴向中心线偏离50°。每个气液旋流器I在有机胺分离区20内壁分布有一道旋流叶片21。每道旋流叶片21的螺旋升角α在25°，每道旋流叶片21与气液旋流器I的内壁设计有间隙1.5_。每个气液旋流器I的导气帽31锥角的角度为150°。
[0061]经过检测:含硫烟气进吸收塔温度下降至48?50°C，有机胺水溶液的胺浓维持在20wt %?24wt %，净化烟气冷凝水中有机胺含量无法检测出。入塔烟气中SO2含量为32450mg/Nm3，净化后烟气中SO2含量为55mg/Nm3，脱除率达到99.83 %。吸收塔外排烟气的冷凝水中有机胺含量为0.025%o依据外排烟气量12万Nm3/h，烟气温度为53 V，烟气中水分含量为130g/Nm3，烟气冷凝水量为15.6m3/h，计算得到烟气夹带有机胺的损失量为3.9kg/h，93.6kg/d0
【主权项】
1.一种可分离烟气中有机胺盐液滴的气液旋流器，其特征在于，所述气液旋流器(I)自下而上包括:烟气一次布气加速区(10)、有机胺分离区(20)和烟气二次布气区(30);气液旋流器入口位于烟气一次布气加速区(10)，气液旋流器出口位于烟气二次布气区(30); 所述烟气一次布气加速区(10)设有数片导流片(12); 所述有机胺分离区(20)设有I道或2道以上旋流叶片(21); 所述气液旋流器(I)出口上方设有导气帽(31);所述导气帽(31)为圆锥体结构。2.根据权利要求1所述的气液旋流器，其特征在于，所述气液旋流器(I)在烟气一次布气加速区(10)的直径，沿轴向朝气液旋流器(I)入口的方向变大。3.根据权利要求2所述的气液旋流器，其特征在于，每片导流片(12)的片体呈曲线形设置在所述烟气一次布气加速区(10)的内壁上，每片导流片(12)的片体在其下部与气液旋流器(I)的轴向中心线呈平行态，每片导流片(12)的片体在其顶部偏离气液旋流器(I)的轴向中心线40°?50°。4.根据权利要求2或3所述的气液旋流器，其特征在于，所述气液旋流器(I)在烟气二次布气区(30)的直径，沿轴向朝气液旋流器(I)出口的方向变大。5.根据权利要求4所述的气液旋流器，其特征在于，每道旋流叶片(21)与气液旋流器(I)内壁间留有间隙;每道旋流叶片(21)的螺旋升角为15°?25°。6.根据权利要求5所述的气液旋流器，其特征在于，所述导气帽(31)的锥角角度大于等于100°且小于等于180°。7.根据权利要求1所述的气液旋流器，其特征在于，一次布气加速区(10)的高度hi占气液旋流器(I)总高度H的25?30 %，有机胺分离区(20)的高度h2占气液旋流器(I)总高度H的50?60%，烟气二次布气区(30)的高度h3占气液旋流器(I)总高度H的15?20%。8.根据权利要求7所述的气液旋流器，其特征在于，导气帽(31)与气液旋流器(I)出口的高度Hl大于等于旋流器(I)总高H的4?5%。
【专利摘要】本实用新型提供一种可分离烟气中有机胺液滴的气液旋流器。所述气液旋流器1自下而上包括：烟气一次布气加速区10、有机胺分离区20和烟气二次布气区30；气液旋流器入口位于烟气一次布气加速区10，气液旋流器出口位于烟气二次布气区30；所述烟气一次布气加速区10设有数片导流片12；所述有机胺分离区20设有1道或2道以上旋流叶片21；所述气液旋流器1出口上方设有导气帽31；所述导气帽31为圆锥体结构。本实用新型利用旋风分离原理，迫使进入气液旋流器的烟气产生旋流以形成离心力，使烟气中的有机胺盐液滴在离心力的作用下从烟气中分离出来，降低了烟气中有机胺盐的夹带量，减少了有机胺的损失。
【IPC分类】B01D45/16
【公开号】CN205386378
【申请号】CN201521142416
【发明人】汪爱民, 崔鹏, 陈家欢, 史成武, 魏凤玉, 徐洁书, 李正贤, 罗松志
【申请人】铜陵有色金属集团股份有限公司铜冠冶化分公司, 合肥工业大学
【公开日】2016年7月20日
【申请日】2015年12月31日