一种海水脱硫辅机系统及脱硫方法_2

文档序号:8464292阅读:来源:国知局
,本发明中所述的金属网格的网格形状为波纹状,且布水管的截面积大于等于各喷孔截面积之和的3倍,从而可以增加布水面积,同时使得布水面积均匀度最大且流速也较高,从而进一步提高了脱硫效率。此外,本发明通过设置筛网,所述的筛网为酚醛树脂类纳米级筛网,筛网的孔径为10?lOOnm,从而可以使粉尘在筛网的一端沉积下来并且能有效防止排气口气体压力过大而降低管道寿命的问题,同时该筛网抗酸性腐蚀、耐高温,可过滤掉烟气中绝大部分的粉尘,使得收尘效率大于99%,降低了对环境的危害性。另外,本发明换热后的烟气通过增压风机和引风机进行优化,增加一组旁路挡板,从而避免了增压风机单独克服脱硫系统的阻力,进一步提高了脱硫效率,降低了系统总功耗,缩短了脱硫时间。此外,本发明中,吸收塔中通过利用超声波发生装置取代填料层,并且超声波发生装置采用单频场或混频场,将导入海水中的大分子烟气打碎成小分子,从而使得气泡直径下降,气泡上升速度减缓,气含率增大,从而可以进一步提升脱硫速率,提高了脱硫效率;同时利用本发明中的超声波发生装置,结合数字式智能型混凝土超声波检测仪,还可检测出吸收塔内的结构强度,便于维修、管理。据大量数据统计表明,采用本发明的吸收塔后,脱硫效率可进一步提高8%。最后,本发明通过采用GLS海水换热器(气液换热器)将烟气与海水进行换热,不仅相对于GGH换热器的换热效率更高,而且换热产生的物质直接进入液体流动(不存在酸露点的概念),从根本上避免了浓酸液对换热元件及壳体造成的腐蚀以及粘附大量飞灰堵塞换热元件通道的现象;同时本发明通过在GLS海水换热器设置自由移动的浮头,从而方便气热换热器方便维护,同时节约了造价成本。
[0029]发明人经过大量的研宄试验发现,通过以鼓泡塔的原理对吸收塔进行设计,以填料塔的样式对吸收塔结构进行改进,尤其是在吸收塔的内壁上设置超声波发生装置将大分子烟气打碎成小分子,及设置喷淋水管道和喷淋装置对烟气进行二次吸收,综合考虑了多种因素对于脱硫效率的影响,经ASPEN PLUS计算后出,采用本发明的脱硫装置可将脱硫效率提高至97.1%。另外,本发明采用DTM(Design Transducers Method)进行计算,从多频超声场声强分布、气泡半径、气泡上升速度、气含率等四个方面对脱硫吸收过程进行了分析,得出:吸收塔在超声场的作用下可大幅度提高脱硫效率,而且在吸收塔的内壁上涂覆(固化型)聚氨酯弹性涂料和/或镍锌铁氧体涂料,不仅能够防止海水对塔体结构的侵蚀,还能进一步防止超声对塔体结构的共振,从而进一步提高脱硫效率;此外,通过在吸收塔中设置喷淋装置,从而从二次布水网格的角度来看,强化了二次空气和水传热传质的效果,同时通过在吸收塔的出口处设置筛网,对烟气中的悬浮颗进行过滤,从而使得烟气中的悬浮颗粒浓度趋近于O。
[0030]具体的说,为了验证上述效果,发明人针对脱硫效率和脱硫速率进行了以下试验研宄:
[0031]现阶段对于传统的海水脱硫工艺改进,若提高脱硫效率,则会降低脱硫速率;若提高脱硫速率,则会降低脱硫效率。本发明人经过大量的试验研宄,以气体填充水间隙的方法对van der Waals方程、水合溶解定律、Herry定律进行计算,求解van der Waals方程得出:当气体半径与水分子间隙半径相近时,吸收效率最高;同时验证水合溶解定律得出:当气泡半径很小时,吸收效率可达到正无穷;上述二者求和符合Herry定律,即可提高脱硫效率;而上述过程可用Arrhenius方程式表示,填隙吸收可提高脱硫速率,故缩小气泡半径可以同时提高脱硫效率与脱硫速率。本发明中,发明人以鼓泡塔为基体进行改进,在塔壁安装超声波发生装置进行超声震荡,将烟气气泡打碎为小气泡,从而即可有效提高脱硫效率,同时提升脱硫速率。
[0032]为了模拟这一过程,发明人采用DTM(Design Transducers Method)对超声波进行理论分析和设计,进行超声模态和谐振分析。气泡特征参数是衡量气泡行为的重要指标,直接决定鼓泡塔中气含率的径向分布以及气液相互作用行为,同时气泡特征参数主要包括气泡大小、上升速度、气含率等,本发明主要对气泡大小、上升速度、气含率在塔内的分布规律进行了试验研宄。
[0033]首先对DTM进行参数设计,超声波的波长λ为塔高h的四分之一的整数倍,即超声波波长λ =0.251^,取11 = 2,3,5时的λ最小值,即λ为20、50、100kHz,由于c = λ f,即波长越大,声强越大,多频超声场的声强大于单频超声场的声强。(其中,c为速率,λ为波长,f为频率)
[0034]气泡产生并被连续不断的刺破后,会得到连续矩形方波,其中气泡直径D与气泡速度V、气泡持续时间Wt有关,而气泡速度V与轴向位置L、频率f有关,气泡持续时间W
比于频率f,相关系数为(!,即满足1) = 7/1= aL/f2,常数a可通过多频超声场声强的径向分布关系确定。故随着组合的超声频率之和增大,直径D减小,在20-50-100kHz多频场下,气泡直径随表观气速的变化最小,此混声频率所形成的驻波场能将气泡相对固定在某一波节而不易聚集,适宜吸收,此时气泡半径约为10_6m。
[0035]气泡上升速度Vave与气泡速度V、气泡数Nb有关,气泡速度V与轴向位置L、频率f有关,气泡数Nb反比于频率f,比例系数为,即满足Vave=V/Nb=L/Nbdt= f3Lf2,常数β可通过多频超声场声强的径向分布关系确定。随着组合的超声频率之和越大,气泡直径越小,气泡速度也越小。这说明:超声能有效的减小气泡的上升速度,在组合频率20-50-100kHz下,气泡滞留时间由7s延长至11s,减小最大幅度约为57%,延长了气泡与液相的接触时间,有效的提高了吸收效率。
[0036]气含率%为气相占气液混合物体积的百分率;气含率ε 8与气泡持续时间WJP气泡延迟时间dt有关,即正比于频率f的二次方,比例系数为γ,SP: eg=wt/dt= YLf2,常数γ可通过多频超声场声强的径向分布关系确定。随着组合频率的增加,气含率增大,由于超声波的干涉叠加,声强分布均匀且声场强度高,有利于气泡湍动,延长气泡停留时间,气含率提高,有利于提高吸收效率;且据大量数据统计表明:当超声波发生装置的个数为4,同时,各个超声波发生装置的频率分别为f = c/h、f = 2c/h、f = 3c/h和f = 5c/h,从而使得吸收塔内形成多频超声场,并且脱硫效率最大(超声波发生装置的能耗、共振与其脱硫效率达到最大平衡)。
[0037]以上参数α、β、γ为气泡特征参数,通过超声波塔内径向点分布函数确定,波函数为三种矩形波的叠加。
【附图说明】
[0038]图1是辅机系统的结构连接示意图;
[0039]图2是吸收塔的结构示意图;
[0040]图3是吸收塔中超声波发生装置的放置方式示意图;
[0041]图4是GLS海水换热器的结构示意图;
[0042]图5是增压风机优化后的系统运行示意图;
[0043]图6是布水器的结构示意图;
[0044]图7为布水器和布水管的连接结构示意图;
[0045]图8是SO2检测仪、温度检测装置和流量检测装置的联动控制系统示意图;
[0046]图9是整个脱硫控制系统的逻辑结构设计示意图。
[0047]附图标记:1-除尘装置,2-空气分离装置,3-氮压缩机,4-GLS海水换热器,5_虹吸井,6-吸收塔,7-超声波发生装置,8-喷淋水管道,9-喷淋装置,10-布水器,11-布水管,12-喷淋淋头,14-金属网格,15-喷孔,16-吸水层,17-出气口,18-筛网,19-换热管,20-固定端管板,21-折流板,22-钩圈,23-浮头管板,24-浮头端盖,25-壳体,26-引风机,27-增压风机,28-旁路烟道,29-旁路挡板,30-进气管道,31-B阀门,32-供应池,33-出水口,34-进水管道,35-循环水进口,36-隔板,37-气体入口,38-A增压风机,39-B增压风机,40-A引风机,41-B引风机,42402检测仪,43-温度检测装置,44-电动调节阀,45-流量检测装置,46-反馈控制器,47-前馈控制器,48-可编程逻辑控制器,49-管箱法兰,50-拉杆,51-外头盖法兰,52-壳盖,53-管箱垫片,54-支座,55-烟囱。
[0048]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的说明。
【具体实施方式】
[0049]本发明的实施例1:一种海水脱硫辅机系统,如图1?图6所示,包括:除尘装置1、空气分离装置2、氮压缩机3、GLS海水换热器4、虹吸井5和吸收塔6,所述的空气分离装置2分别与氮压缩机3、除尘装置I和GLS海水换热器4连接,GLS海水换热器4分别与吸收塔6和虹吸井5连接。所述的吸收塔6包括:多个超声波发生装置7,所述的多个超声波发生装置7均匀的设置于吸收塔6的内壁上。所述的吸收塔6还包括:喷淋水管道8和喷淋装置9,其中,喷淋水管道8固定于吸收塔6的内壁上;喷淋装置9包括:布水器10和布水管11,布水器10与喷淋水管道8固定连接,布水管11设于布水器10上;所述的布水器10包括:喷淋淋头12和多层金属网格14,所述的金属网格14设于喷淋淋头12与喷淋水管道8之间;喷淋淋头12的顶端设有多个喷孔15 ;所述的布水器10还包括吸水层16,所述的吸水层16设于金属网格14与喷淋水管道8之间。所述的金属网格14的网格形状为波纹状,且布水管11的截面积大于等于各喷孔15截面积之和的3倍。所述的吸收塔6还包括:出气口 17和筛网18,所
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