一种烟气除尘脱硫塔及烟气脱硫方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种烟气除尘脱硫塔及烟气脱硫方法，属于环境保护领域，适用于烟气及工艺尾气除尘脱硫处理，可广泛应用于石油化工和环保等领域。
【背景技术】
[0002]在中国的大气污染中，酸雨和浮尘是最主要的污染。十多年来，由于二氧化硫和氮氧化物的排放量日渐增多，酸雨的问题越来越突出。现在中国已是仅次于欧洲和北美的第三大酸雨区。SO2和粉尘是造成我国大气污染的重要原因，也是我国当前重点控制的大气污染物。我国SO2排放总量已连续多年超过2000万吨，2005年排放总量达到2549万吨，居世界首位，尽管我国“十一五”期间削减二氧化硫10%的目标已经实现，但我国目前的酸雨污染面积(占国土面积的30%)仍在不断扩大。每年因酸雨和SO2污染造成农作物、森林和人体健康等方面的经济损失超过1000亿元，二氧化硫排放控制仍然不容忽视。粉尘是指粒径I?75微米的颗粒物。一般由工业生产上破碎、运转作业产生的。据分析，我国每年由工业和生活窖炉排入大气的粉尘，超过1000万吨。粉尘易被吸入人体呼吸道系统，直接威胁着人们的生命，尤其身处粉尘污染的环境会引起多种心血管、呼吸道疾病等。
[0003]烟气脱硫按脱硫剂的种类划分，可分为以下五种方法:以CaCO3 (石灰石)为基础的钙法，以MgO为基础的镁法，以Na2SO3为基础的钠法，以NH3为基础的氨法，以有机碱为基础的有机碱法。目前，公认的脱硫除尘工艺包括水膜式、喷淋式、冲击式和水浴式等。文丘里和湍冲作为强化气液传质设备，在烟气除尘脱硫装置中被广泛应用，其中文丘里高度约16m?19m，且当烟气量比较大时，整个脱硫装置为多个文丘里与脱硫塔环抱形式，占用空间和投资均比较大，如诺顿公司的烟气脱硫技术。湍冲需要将液相升高6?Sm，以产生泡沫区，并通过泡沫的不断更新，保持高效的气液传质效果，但反应器的高度和基础投资也因此大大增大。
[0004]专利US3894563A与专利US2012000366A1均采用文丘里与旋流分离器组合实现除尘和气液分离。专利 CN200920247553.1、CN200920200026.5 和 CN03142049.4 介绍的脱硫装置或工艺中，湍冲洗涤塔均为单独设置，占地面积大，投资费用高。
[0005]专利US4110088介绍了一种高温烟气急冷降温、除尘和脱除水溶性污染物的工艺及装置。927?1038°C的高温烟气经两级喷淋冷却后，进入旋流分离器分离出液滴和粉尘，再经填料塔进行脱除废气中污染物，净化气体进入带翅片板的折流板除雾器除雾后，最终经文丘里喷射进入排气筒，净化气体经文丘里高速喷出时，产生负压，抽吸文丘里周围空气，使净化气体湿度降低。该工艺流程过长，压降非常大，工艺中设置了两次风机，用以为烟气提供动力，能耗较大。
[0006]CN101301574A公开了一种多级烟气脱硫喷淋塔，包括初级脱硫洗涤器和次级脱硫喷淋塔，所述的初级脱硫洗涤器的出口和次级脱硫喷淋塔的入口相连通。这种多级烟气脱硫塔还包括回流管，这种连接管连接在初级脱硫洗涤器的底部与次级脱硫喷淋塔之间，由此，吸收液经该回流管回流至次级脱硫喷淋塔，相当于两级脱硫单元共用一个循环池。该技术实现的技术效果是在初级脱硫洗涤器内一次脱硫，在次级脱硫喷淋塔内二次脱硫，该技术两级脱硫单元共用一个循环池，没有形成吸收液的级配区域，脱硫率不高，而且该技术吸收剂采用石灰石浆液，两级脱硫单元之间的回流管仅靠重力回流，故回流管线很容易堵塞，该技术长周期运转可靠性不足。
[0007]CN2608111Y公开了一种高浓度烟气脱硫除尘设备，该技术把2套以上的脱硫单元串联在一起，用一个外壳将串联的脱硫单元罩在一起，底部共用一个循环槽，该技术循环池没有针对高浓度烟气的特点来处理，仅仅将两套以上的脱硫单元串联在一起，脱硫效率能够保证，但是占地较大，不适合在场地预留较小的区域使用。
[0008]现有技术中，高温烟气的降温/除尘/脱硫虽采用两级或多级气液接触吸收工艺，达到了污染物脱除效果，但每一级喷淋吸收均设置有相应的液体输送设备和吸收液雾化设备，能耗较高。
【发明内容】
[0009]针对现有文丘里洗涤器及湍冲洗涤器烟气处理技术的不足，本发明提供了一种烟气除尘脱硫塔，利用纺锤形规整填料组件和湍冲洗涤器吸收液的高位势能同时对烟气进行预处理，其中纺锤形规整填料组件位于湍冲洗涤器的上方。气相首先被一级喷淋系统喷淋降温后，气液两相又同时穿过纺锤形规整填料组件，在此发生强烈的传质反应和除尘降温。湍冲洗涤器吸收液在喷淋过程中，因受烟气的风力切割作用，被分散成细小的液滴/雾滴，从而实现了又一次喷淋强化传质吸收。
[0010]本发明提供了一种烟气除尘脱硫塔，其特征在于，所述脱硫塔包括预处理单元和深度处理单元，二者构成“H”型或“U”形双塔结构，其中所述的预处理单元自上而下包括烟气入口、一级喷淋系统、纺锤形规整填料组件、湍冲洗涤器和一级持液槽，所述的深度处理单元自下而上包括二级持液槽、填料组件、除雾器和净化烟气出口，预处理单元和深度处理单元通过中部的烟气通道连通。
[0011]根据本发明的烟气除尘脱硫塔，其中所述的预处理单元还包括一级循环泵1、一级循环泵II和一级循环管路；同样，所述的深度处理单元还包括二级循环泵、二级循环管路和二级喷淋系统。所述的二级喷淋系统位于填料组件的上方或下方。
[0012]根据本发明的烟气除尘脱硫塔，其中在所述的预处理单元中，在脱硫塔的塔壁上部，优选塔壁与烟气入口变径的连接部设置水膜组件。所述的水膜组件可以采用本领域中任何适宜形式的结构，如可以在塔壁四周设置环管，环管上设置面向塔壁的喷嘴。而在本发明中，优选在塔壁与烟气入口变径的连接部设置溢流式水膜组件。所述的溢流式水膜组件的结构为:烟气入口变径的下端连接一段直筒，该直筒段的直径大于预处理单元的塔径，在塔壁与变径的连接部形成一个底部封闭、上端敞口的环形槽，优选在环形槽的敞口采用齿形结构。该环形槽同一级持液槽通过管线连接。当液体不断注入环形槽中时，液体会以溢流形式从环形槽敞口不断沿脱硫塔的内壁流下，由上向下，从而覆盖整个反应器器壁。由于在反应器入口干/湿交界面，热烟气第一次接触到喷淋水，会产生高浓度的酸雾，所以在干/湿界面的腐蚀情况极为严重，通过采用水膜保护的形式，可以减少干/湿界面的腐蚀情况，并且将附着在反应器内壁上的结垢随时冲洗下来，避免了垢下腐蚀，提高了材质的防腐能力或者降低了高等级防腐材质的用量，从而大幅降低了造价。
[0013]根据本发明的烟气除尘脱硫塔，所述的纺锤形规整填料组件I包括至少两层由若干并联的、水平放置的纺锤形异形管构成的填料层，每层所述的若干并联、水平放置的纺锤形异形管构成了多个具有收集段、喉口和分散段的平行通道。其中相邻的两层纺锤形异形管上下交错间隔设置，即下层填料的异形管与上层填料形成的平行通道相对齐。本发明的纺锤