本发明涉及空气污染排放物的去除，具体涉及一种用于从气体中洗涤多种污染物的设备。
背景技术：
煤炭、城市固体废弃物和生物质燃烧产生的大气污染排放物，以及化学和工业过程产生的大气排放物已经越来越受到政府环保机构的限制，这是由于公众对环境保护的需求增加以及污染减排技术的进步，该进步使得更严格的标准得以实施。这些限制因国家，地区和空气污染源到人口中心的距离而异。该法规针对范围广泛的燃烧副产品，包括颗粒物质；诸如二氧化硫，氯化氢和氟化氢之类的酸性气体以及诸如汞的金属和对人体健康有害的金属族。目前公用事业和工业过程中使用的许多污染减排系统都有一个发展的历史，该历史可以追溯到第一个环境法规开始。这些装置采用已知的化学和机械过程从气流中除去受管制的污染成分。目前有效的严格的排放限值以及待实施的更严格的限值要求采用替代方法。这些替代方法包括对现有技术进行改进以提高其污染物去除效率。
船舶和发电应用中柴油燃料燃烧产生的排放物也是管制排放物的来源。运载国际贸易货物的一般货物和集装箱船舶燃烧含硫量在2.5％到2.7％之间的燃料级燃料。此外，这些船用柴油发动机产生大量的灰烬、煤烟和未燃烧的燃料，排放到世界海洋的大气中。硫和颗粒的排放比环境法规所允许的陆地作业要大。国际海事组织正在通过区域和国家环境机构以及国际水域实施领水和码头排放条例。满足这些规定要求的选项包括增加洗涤技术或将船舶的燃料供应改为低硫燃料。
上述燃烧过程的排放技术通常可以分为湿式和干式系统。干式系统利用不同的技术来解决酸性气体和颗粒物的去除问题。干法烟气脱硫通常通过诸如喷雾干燥塔的装置完成。颗粒干燥系统中常见的有袋式过滤器和静电除尘器。
与燃烧烟道气一起使用的湿式系统通常使用含有诸如石灰石，石灰，熟石灰或增强石灰的碱性物质的水基浆料作为中和剂。湿法洗涤系统采用多种方法在含水浆料和污染的烟气之间产生相互作用。一种简单的方法是在喷雾塔或类似装置中使用喷雾器将浆料散布到烟道气中，以通过与浆料反应而除去二氧化硫、氯化氢和氟化氢以形成钙基化合物。烟气和喷雾浆料之间的相互作用通常是本质上的，并不像强制湿法洗涤系统那样有效。
强制湿法洗涤系统采用将烟道气转化成为包含在含水浆液中的碱性试剂的设计方法。这些系统的设计产生了一个湍流反应区，该湍流反应区增加了反应时间，并确保了烟道气和碱性浆料之间完全的相互作用从而提高了酸性气体的去除效率。另外，湍流区为烟道气中的颗粒物转移到洗涤流体创造了一个环境。这些湍流区由含有浸入洗涤流体内的端口的洗涤头部产生。烟道气以高速通过端口，在洗涤溶液中形成湍流区，该湍流区转移颗粒物并提供用于化学相互作用的反应区。
因此，这种湿式系统能够一次性清除多种污染物。然而，其限制于在洗涤流体贮存器中，通常位于洗涤器底部的单个相互作用下进行操作。其方法不允许堆积洗涤头部，以便在气体通过洗涤器上升时获得多个洗涤区。
为了控制来自燃烧，工业和化学过程的大气污染物而对工业施加更严格的排放限制，所述限制需要增强的方法，以提供高效率和高成本效益的减排系统。
技术实现要素：
本发明提供了一种用于从污染气流中去除多种不同污染物的垂直定向洗涤器装置，其具有一洗涤器容器，该洗涤器容器具有顶板，底板，连接顶板和底板的圆柱形壁，多个垂直间隔开的头部，每个头部上方的隔膜，进气口，引风机和出气口；浸没下部头部，其水平放置在洗涤器容器下端，其中浸没式头部包括具有多个延伸贯穿的窄槽的水平板；第一洗涤流体贮存器，其设置在浸没式头部下方的洗涤器容器的底端，以及第一反应区容积，其达到浸没式洗涤头部上方的所需水平，第一洗涤流体被选择以从污染的气流中去除第一组污染物；第一洗涤流体入口，其延伸到浸没式头部上方的第一隔膜中；第一喷射装置，其与第一洗涤流体入口流体连接，用于将第一洗涤流体喷射到第一洗涤流体反应区容积中；以及底板上的第一洗涤流体出口；第一溢流头部，其水平延伸穿过位于第一洗涤流体入口上方的洗涤器容器的整个横截面，其中第一溢流头部包括具有多个延伸贯穿的窄槽的板；第二洗涤流体反应区容积，其设置在第一溢流头部上方的所需水平，第二洗涤流体被选择为从污染气流中去除第二组污染物；以及第二洗涤流体入口，其延伸到第一溢流头部上方的第二隔膜中；第二喷射装置，其与第二洗涤流体入口流体连接，用于将第二洗涤流体喷射到第二洗涤流体反应区容积中；以及第二洗涤流体出口，其在通过洗涤器容器壁的第一溢流头部之上。
本发明还提供了一种用于从污染气流中去除多种不同污染物的垂直定向洗涤器装置，其具有洗涤器容器，该洗涤器容器具有顶板，底板，连接顶板和底板的圆柱形壁，多个垂直间隔开的头部，每个头部上方的隔膜，进气口，引风机和出气口；第一洗涤流体贮存器，其设置在洗涤器容器的底端达到所需水平，第一洗涤流体被选择用于从污染气流中去除第一组污染物；第一溢流头部，其水平延伸穿过位于进气口上方的洗涤器容器，以界定第一洗涤流体贮存器和第一溢流头部之间的第一隔膜，其中第一溢流头部包括具有多个延伸贯穿的窄槽的板；第一洗涤流体反应区容积，其设置在第一溢流头部上方的所需水平，反应区容积通过一个或多个溢流管与贮存器流体连接，每个溢流管从第一洗涤流体贮存器通过第一溢流头部延伸到第一溢流头部上方的所需水平；第一洗涤流体入口，其延伸穿过所述壁进入第一溢流头部上的第二隔膜；第一喷射装置，其与第一洗涤流体入口流体连接，用于将第一洗涤流体喷射到第二洗涤流体反应区容积中；以及底板上的第一洗涤流体出口；第二溢流头部，其水平延伸穿过位于第一溢流头部上方的洗涤器容器的整个横截面，以界定第一洗涤流体反应区容积与第二溢流头部之间的第二隔膜，其中第二溢流头部包括具有多个延伸贯穿的窄槽的板；第二洗涤流体反应区容积，其设置在第二溢流头部上方的所需水平，第二洗涤流体被选择以从污染气流去除第二组污染物；以及第二洗涤流体入口，其延伸到第二溢流头部上方的第三隔膜中；第二喷射装置，其与第二洗涤流体入口流体连接，用于将第二洗涤流体喷射到第二洗涤流体反应区容积中；以及第二洗涤流体出口，其在通过洗涤器容器壁的第二溢流头部的上方。
洗涤器装置可具有一个或多个附加溢流头部，该附加溢流头部水平延伸穿过洗涤器容器的整个横截面，并垂直堆叠在其他头部的上方，每个头部界定一个关于下方的头部的附加隔膜；一个或多个附加洗涤流体反应区容积，每个附加洗涤流体反应区容积设置在相应的溢流头部上方的所需水平，每个附加洗涤流体被选择以从污染气流中去除所需的附加污染物组；以及一个或多个附加洗涤流体入口，其延伸穿过所述壁进入相应附加溢流头部上方的相应附加隔膜中；附加相应喷射装置，其与附加洗涤流体入口流体连接，用于将附加洗涤流体喷射到相应的附加洗涤流体反应区容积；以及一个或多个相应附加流体出口，其在通过洗涤器容器壁的相应溢流头部的上方。
进气口可以位于容器的顶端，并且进气口管将气体传导至最低处头部的下方位置；或位于容器的侧面，并且进气口管将气体传导到最低处头部的下方位置；或者位于容器的最低处头部的下方。
该设备可以进一步包括由延伸穿过洗涤器容器的吸收性网构成的除雾器。每个喷射装置可以是一个或多个喷嘴。溢流头部的槽的尺寸可以被选择为在位于头部下方的加压气体的存在下防止洗涤流体从其中通过。
本发明还提供了根据包含以下步骤的方法从污染气流中去除多种污染物的这种洗涤器装置的用途：将第一洗涤流体引入装置中至最低处洗涤器头部上方的所需液位；将第二洗涤流体引入到装置中至下一个最高洗涤器头部上方的所需水平；使用现有技术的气体调节器冷却污染的过程气体；将冷却的污染气体在引风机的压力下引入位于最低处洗涤器头部下方的装置中；允许气体向上通过最下面的洗涤器头部，以将第一组污染物从污染气体转移到位于最低处洗涤器头部上方的第一洗涤流体反应区容积的第一洗涤流体中；允许气体继续向上通过下一个最高洗涤器头部，以将第二组污染物从污染气体转移到位于下一个最高洗涤器头部上方的第二洗涤流体反应区容积的第二洗涤流体中；喷射排出气体以去除附加污染物并减慢气体流速；允许排出气体离开洗涤装置；分别从洗涤器中去除第一和第二洗涤流体以保持每种洗涤流体的所需水平；并清洗排出的洗涤流体以在洗涤设备中重新使用。
本发明提供一种用于从污染气流中去除多种污染物的洗涤器装置，其包括洗涤器容器，该洗涤器容器具有一系列垂直堆叠的洗涤器头部，每个洗涤器头部浸没在不同的洗涤流体，每种洗涤流体经选择以从污染气流中去除所需的污染物，其中污染气体在压力下从最低处洗涤器头部下方向上流动穿过一系列浸没的洗涤器头部。
该装置可用于从污染气流中去除多种污染物，这些污染物选自包含颗粒物质，金属，氯化氢，氟化氢，一氧化二氮，一氧化氮，二氧化碳和二氧化硫的污染物组。
本发明采用占据整个洗涤器横截面的专有溢流式水平洗涤头部。污染气体通过切入头部的端口阵列从下方头部传到上方头部。当气体以高速通过端口时，洗涤流体被气体支撑在头部的上方，从而在被支撑洗涤流体内形成湍流反应区。洗涤流体的液位由溢流管或槽控制，流体通过位于湍流区上方的分配喷嘴不断加入。在洗涤器横截面的垂直间隔处，可以在初始头部的上方添加更多的溢流式水平头部。使用溢流式头部方法，本发明允许在多个层上完成湿法洗涤，每一层能够用不同的中和试剂操作。多个洗涤区的容量提供了提高总体去除效率的机会，总体去除效率的提高是通过为颗粒和酸性气体去除添加抛光反应区或者通过使用不同的中和溶液操作扩大所去除污染物的范围，或者通过这些操作条件的组合。
本发明采取了一种新颖的方法来在多个层中的每一层上创建湍流洗涤反应区，并且能够在每一层使用不同的中和试剂。尽管传统方法使用穿过洗涤头部的压力差迫使气体通过浸入流体的端口阵列，但是本发明使用压力差来支撑水平洗涤头部顶部的洗涤流体。水平洗涤头部包含端口阵列，气体通过该端口垂直向上进入溢流区。压力差和端口设计加速气体充分地在头部上方的溢流区中产生所需的高湍流反应。洗涤头部的水平方向允许多个头部堆叠在同一洗涤器本体内。溢流式洗涤器头部占据洗涤器本体的整个横截面，该洗涤器本体的100%横截面积用于洗涤和输送气体。水平方向允许洗涤头部为洗涤设备可用空间所需的任何形状。因为它具有一次性清除多种污染物的能力，所以系统的占地面积比它所取代的设备的堆积体更小，并且作为一个单元，它比多个单一目的单元更具成本效益。溢流头部可以结合到新的洗涤器设计中，或者使用在最低层的浸没头部设计方法改装到现有的湿式洗涤器中。
溢流式洗涤器头部系统基于洗涤器本体的垂直方向和溢流式洗涤头部的水平方向。气体进入洗涤器本体底部的洗涤流体贮存器上方和第一溢流头部下方的集齐区。通过引风机将气体移动到集齐室，该引风机能够提供本设计中烟道气排放所需的容积和支撑位于洗涤头部液位上方的多个反应区所需的压差。集气室中的压力足以迫使气体通过头部上的端口并进入头部上方的湍流反应区。头部上端口的大小，形状和多个使得气体被充分加速以在头部的上方产生所需的湍流深度和活力。
每个头部上的流体不断循环。洗涤流体从流体贮存器泵送到流体分配喷嘴的网络系统，流体分配喷嘴将洗涤流体输送到每个头部上方的区域。到贮存器的返回通过诸如溢流槽或将流体输送回贮存器的立管的流体液位控制装置提供。监测返回流体的状态以控制诸如ph的控制因素，并且使用附加中和试剂调节贮存器以使流体在重新分配到头部上方之前返回其最佳反应条件。另外，流体可以通过诸如水力旋流器的固体去除装置进行处理，以去除由洗涤流体收集的颗粒物质。
随着溢流头部洗涤器中的气体继续上升，遇到具有相同端口配置附加溢流式洗涤头部，流体分配并溢流到流体贮存器。在使用不同洗涤流体的情况下，溢流指导交替洗涤。
在离开最终头部的湍流区时，气体通过除雾器或类似装置上升，以从气体中除去游离水。气体可以输送到烟囱或者如果需要的话可以进一步处理。
溢流头部系统可以与洗涤器基层的浸没式洗涤头部一起使用。在离开浸没式洗涤头部上方的湍流区之后，气体在压力下上升到溢流头部，所述溢流头部以与上述相同的方式在洗涤器的箔片横截面中操作。
附图说明
以下仅通过举例的方式并参考以下附图来提供优选实施例的详细描述，其中：
图1a是本发明的溢流式洗涤器头部的一个实施例的俯视示意图；
图1b是图1a所示的溢流式洗涤器头部的ib-1b的横向剖视图；
图1c是图1a所示的溢流式洗涤器头部的实施例的一个角的放大示意图；
图2是在每个洗涤层上具有本发明的溢流式洗涤器头部的多级洗涤器的剖视图；和
图3是系统的一个实施例的示意图，其中初始洗涤由浸没式洗涤头部进行，并且本发明的溢流洗涤器头部用于在初始头部上方的后续层上洗涤。
具体实施方式
本发明提供了在单个洗涤器容器11内产生多个湿式洗涤相互作用层2，4的装置，其中每个层都能够用不同的洗涤流体洗涤100％的气流。本发明使用洗涤器头部设计，其水平方向和溢流操作特性允许单个湿式洗涤器本体内多个头部的堆叠。将附加洗涤相互作用区并入单一系统中的能力提供了提高诸如颗粒物质、酸性气体或金属的污染物的整体去除效率的机会，整体去除效率的提高通过增加抛光步骤或者通过利用其它中和试剂去除附加监管污染物。通过将本发明的溢流式洗涤器头部结合在湿式洗涤器设计中，所得到的系统将具有较低的投资成本，较小的占地面积和较高的多种污染物去除效率。
参照图1a至1c，洗涤头部50示出为通用形式以展示头部的元件。头部50在水平方向操作。头部可以由具有足够强度，刚度以及耐热和耐化学性能的任何片材或板材制成。典型的材料是金属板，优选的材料是不锈钢。头部的水平横截面形状符合洗涤器本体的形状，从而允许在洗涤器头部的外围与洗涤器容器的内围之间密封配合。头部包含多个端口61，端口61可以是任何形状，数量和相对于头部的任何方向。优选的端口形状是长度在125-200mm范围内、宽度为2mm的槽。端口的间距63通常在20-25mm范围内。端口和头部的边缘之间的边缘65是均匀的，优选距离为40mm。头部可以包含与头部成直角定向的加速板71。加速板等分地划分端口61的排之间的空间。加速板和端口61之间的边缘65保持在40mm的优选距离。加速板的高度通常为150mm，并且在头部的甲板水平处包含泄水孔以允许洗涤流体的横向传送。加速板与洗涤器头部采用相同的材料。在本发明的范围内，允许端口、边缘和加速板的其他参数。
参照图2，描述了一个洗涤器系统的例子，该洗涤器系统并入了本发明的溢流式洗涤器头部，洗涤器系统由包含两个溢流头部12，14的洗涤容器（11）组成。
使用图2的系统去除气体污染物的过程开始于从产生颗粒物质、酸性气体和所需去除金属的燃烧或工业过程引入污染气体1。气体进入最低处的集气室3，集气室3由下方的第一洗涤流体31（或固态膜）的贮存器和上方的溢流头部12界定。气体在由引风机（未示出）产生的正压下进入。气体压力足以支撑头部12，14上放的第一洗涤流体的所需深度，并克服气体在通过头部的端口时所引起的压降。最低处的集气室3中的优选压力是450mm水柱。气体以20-25米/秒的速度通过最低处头部12的端口上升。气体进入湍流第一洗涤流体反应区容积33，气体和第一洗涤流体在此区剧烈混合。选择第一洗涤流体，使其与目标去除的第一组污染物具有反应性。最低处头部12上的第一洗涤流体液位由溢流管控制，溢流管穿过头部到达第一洗涤流体贮存器31，第一洗涤流体贮存器31通常位于洗涤器容器11的底部。溢流第一洗涤流体37由来自第一洗涤流体入口分配集管13的经调节的第一洗涤流体34替换，以便保持流体液位和与被去除污染物的反应性。除化学反应性外，湿式洗涤器产生的强烈湍流将有效地去除气体中颗粒物质并将其转移到洗涤流体中。在离开湍流第一洗涤流体反应区容积之后，气体在剩余压力下上升穿过第二溢流头部14进入湍流第二洗涤流体反应区容积35以重复该过程。为了说明的目的，第二洗涤流体反应区容积35的深度由第二洗涤流体出口控制，该第二洗涤流体出口可以是多个溢流槽23，溢流槽23将第二洗涤流体从洗涤器容器转移并且将其引至未示出的第二洗涤流体贮存器中。使用这种方法，头部14上的第二洗涤流体可以与头部12上的洗涤流体不同，因此允许抛光或替代的污染物被去除。头部14上的第二洗涤流体经常被经调节的洗涤流体36替换。离开第二洗涤流体反应区容积35的净化气体7可以用管道输送到堆叠区或进一步处理。使用这种相同的方法，附加溢流式洗涤头部可以在洗涤器主体内垂直连续添加，以进一步抛光或去除工艺要求的其他空气污染物。
参考图3，示出了包括洗涤容器11的系统的示例，洗涤容器11包含用作第二洗涤头部的溢流头部14下方的浸没最低处头部22。
图3中的过程从产生颗粒物质、酸性气体和所需去除金属的燃烧或工业过程产生的污染气体1开始。气体被导入浸没式洗涤器头部22。气体在由引风机（未示出）产生的正压下进入。气体压力足以克服由最低处头部22上的第一洗涤流体的深度所产生的压力，并且支撑第二洗涤流体的深度以支撑在第二溢流头部14上。附加气体压力被结合到设计中以克服气体通过头部上的端口导致的压降和气体管道输送导致的损耗。最低处集气室3的优选压力是450mm水柱。气体以头部的设计决定的速度通过浸没头部22中的端口上升。气体进入湍流第一洗涤流体反应区容积33，气体和第一洗涤流体在湍流第一洗涤流体反应区容积中剧烈混合。选择第一洗涤流体，使其与目标去除的第一组污染物具有反应性。浸没式头部22上的第一洗涤液位由诸如差压传感器的传感器控制，差压传感器启动控制阀以调节流体的流量，该流体通过容器底板的第一洗涤流体出口32离开用于再循环。通过第一洗涤流体入口分配集管13添加经调节的第一洗涤流体34，以保持与被去除污染物的反应性。除化学反应性外，湿式洗涤器产生的强烈湍流将有效地从气体中去除颗粒物质并将其转移到洗涤流体中。在离开湍流第一洗涤流体反应区容积33之后，气体在剩余压力下穿过溢流头部14进入湍流第二洗涤流体反应区容积35上升以重复该过程。为了说明的目的，第二洗涤流体反应区容积35的深度由第二洗涤流体出口控制，该第二洗涤流体出口可以是多个溢流槽23，其将第二洗涤流体从洗涤器容器转移并且将其引至第二洗涤流体贮存器（未示出）中。使用这种方法，上溢流头部14可以用不同于浸没式头部22上使用的洗涤流体操作，从而允许抛光或添加替代试剂以去除其他监管污染物。溢流头部14上的第二洗涤流体不断地被第二洗涤流体入口分配集管15携带的经调节的第二洗涤流体36替换。离开第二洗涤流体反应区容积的净化气体7可以用导管输送到堆叠区或进一步处理。使用这种相同的方法，附加溢流式洗涤头部可以在洗涤器容器内垂直连续添加，以进一步抛光或去除工艺要求的其它空气污染物。
如本发明所体现的一个或多个溢流式洗涤头部相对于以浸没式洗涤头部为代表的现有技术提供了优点。其优点之一是能够在单一洗涤本体内的有不同中和试剂的多个相互作用区提供100％气体的湿法洗涤。该特性允许单个洗涤装置以更高的去除效率去除更广泛的污染物。利用溢流头部设计的洗涤器将具有更小且高度灵活的占地面积，更低的投资成本，可扩展性以及在单个设备中去除多种污染物的能力。溢流头部可应用于包括煤炭，生物质和城市固体废弃物在内的燃烧过程，其中主要污染物是颗粒物质，包括二氧化硫、氯化氢和氟化氢的酸性气体，包括汞的金属。此外，在化学和工业过程中使用的、要求去除灰尘、气味和酸性气体的洗涤器都是新型和改型装置中的溢流头部设计的选择。
从上文中可以看出，本发明很好地适用于实现在此阐述的所有目标和目的，以及系统固有的其他显而易见的优点。将理解的是，某些特征和子组合是有用的，并且可以参考其他特征和子组合来使用。这由权利要求的范围限定并在权利要求的范围内。在不脱离权利要求的范围的情况下，本发明可以有多种可能的实施例。应该理解的是，这里阐述和附图中显示的所有内容应解释为说明性的而不是限制性的。本领域技术人员将会理解，在不偏离本发明的范围的情况下，也可以实施优选实施例的其他变型。