烟塔合一湿法脱硫消除“石膏雨”的龙卷风钢烟囱的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及‘烟塔合一湿法脱硫消除“石膏雨”的龙卷风钢烟囱’，具体涉及一种适用于火电厂、钢铁行业烧结机等大烟气量的烟塔合一石灰石-石膏法脱硫装置，消除其产生的“石膏雨”，解决其二次污染问题。
【背景技术】
[0002]我国火电厂、钢铁行业烧结机烟气脱硫的主流技术是石灰石-石膏法。结合中国国情，为了降低投资、避免GGH(热的原烟气与冷的脱硫后烟气之间的旋转蓄热式换热器)的腐蚀、密封泄漏和堵塞问题，在消化引进国外技术的基础上加以改进，多采用吸收塔顶部不设湿式电除尘器，改设折流板式除雾器，并在装置流程中取消GGH和独立烟囱，将烟囱直接设置在吸收塔顶部的“烟塔合一”技术。这一技术在削减了大量二氧化硫的同时，又会产生大量形成雾霾天气的PM2.5因子(脱硫浆液雾化夹带、脱硫产物结晶析出，即众所周知的“石膏雨”)，从而助长了雾霾的发生。尽管该技术脱硫效果比较稳定，但同时也是一个PM2.5发生器和大型空气加湿器，这早已成为环保界高层人士的广泛共识！
[0003]火电厂湿法脱硫是将烟气温度由130°C用水降低至50°C排放，这样，就会有大量的水蒸气雾滴通过烟囱排放进入大气中。“一台30万千瓦的燃煤发电机组，湿法脱硫每小时要耗费大概30?40吨的水，其中大部分都变成了雾状的水汽，这样仅一台机组一天排放的水雾滴就有几百?近千吨。加之如果脱硫剂的投放剂量和除尘能力不足，排放的污染因子会成倍增多，这就为PM2.5的快速形成创造了条件。”更有环保界高层专业人士大胆地假设:“如果现在河北将采用湿法脱硫空塔喷淋技术的脱硫装置全部关停，不运行，不脱硫，雾霾天气将远离河北！ ”当然这只能是假设，因为停止脱硫的危害恐怕会更大。
[0004]本发明应用于这种简化流程的烟塔合一湿法脱硫装置中，完全可以消除“石膏雨”，为驱散雾霾、节能减排出一份力。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种结构简单，烟气流场稳定，消除“石膏雨”效果极佳的钢烟囱。运用Fluent软件进行多相流流场分析及实际工程运行情况表明，本发明不仅能有效地消除烟塔合一湿法脱硫装置产生的“石膏雨”，引风机还可以节电10%?15%。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0007]本发明自下而上的主要结构包括:烟气旋流发生器、烟塔过渡段、钢烟囱筒体、螺旋型扰流翅片、变螺距旋流翅片、冷凝液回流导流锥体、烟囱出口筒体。
[0008]所述的烟气旋流发生器为石化行业气-液传质塔类设备通用的，水平放置的，叶片与水平面夹角为45°的“旋流板塔盘”。
[0009]所述的烟塔过渡段为钢烟囱与吸收塔塔体之间的旋压压制的过渡段壳体。
[0010]所述的钢烟囱筒体为圆筒形壳体，其顶部向外翻，并设有多个冷凝液回流孔。
[0011]所述的螺旋型扰流翅片共3条，焊接在烟囱壳体外侧，是防止卡门涡街引起烟囱共振的扰流翅片。
[0012]所述的变螺距旋流翅片为焊接在烟囱筒体内壁上均匀分布的数条旋流翅片，其底部螺旋角为45°，顶部螺旋角为25°。
[0013]所述的冷凝液回流导流锥体设在烟囱筒体与烟囱出口之间，目的是将高速旋转烟气中分离出的带有脱硫石膏的冷凝水通过回流孔流至烟囱内壁。
[0014]所述的烟囱出口筒体下端向内收，以阻挡“石膏雨”逃逸，并将消除了 “石膏雨”的烟气排放至大气。
[0015]本发明采用实际工程的真实数据，经过严谨的工艺计算，并运用Fluent软件进行多相流流场分析加以验证，烟气流场、温度场、压力场都很均勾、稳定；消除“石膏雨”效果很好；引风机节电效果明显；节能减排效果突出。
【附图说明】
[0016]图1为本发明‘烟塔合一湿法脱硫消除“石膏雨”的龙卷风钢烟囱’三维结构示意图。
[0017]图中:1.烟气旋流发生器、2.烟塔过渡段、3.钢烟囱筒体、4.螺旋型扰流翅片、5.变螺距旋流翅片、6.冷凝液回流导流锥体、7.烟囱出口筒体。
[0018]图2为本发明‘烟塔合一湿法脱硫消除“石膏雨”的龙卷风钢烟囱’外形示意图。
[0019]图中:2.烟塔过渡段、3.钢烟囱筒体、4.螺旋型扰流翅片、6.冷凝液回流导流锥体、7.烟囱出口筒体。
[0020]图3为烟气旋流发生器三维结构示意图。
[0021]图4为冷凝液回流导流锥体结构示意图。
[0022]图中:3.钢烟囱筒体、4.螺旋型扰流翅片、5.变螺距旋流翅片、6.冷凝液回流导流锥体、7.烟囱出口筒体。
【具体实施方式】
[0023]参见图1，本发明的独特结构为:烟气旋流发生器为石化行业气-液传质塔类设备通用的，水平放置的，叶片与水平面夹角为45°的“旋流板塔盘”;烟塔过渡段为钢烟囱与吸收塔塔体之间的旋压压制的过渡段壳体；钢烟囱筒体为圆筒形壳体，其顶部向外翻，并设有多个冷凝液回流孔；螺旋型扰流翅片共3条，焊接在烟囱壳体外侧，是防止卡门涡街引起烟囱共振的扰流翅片；变螺距旋流翅片为焊接在烟囱壳体内均匀分布的数条旋流翅片，其底部螺旋角为45°，顶部螺旋角为25° ;冷凝液回流导流锥体设在烟囱筒体与烟囱出口之间，目的是将高速旋转烟气中分离出的带有脱硫石膏的冷凝水通过回流孔流至烟囱内壁；烟囱出口筒体下端向内收，以阻挡“石膏雨”逃逸。
[0024]石灰石-石膏法采用湿法脱硫空塔喷淋技术，烟气由下向上流动，脱硫剂及水滴由上向下喷淋，二者相互碰撞、传质、传热、反应，脱除S02及粉尘；脱硫后的烟气向上流动，通过折流板式除雾器进入本发明系统。首先经过烟气旋流发生器，将轴向流动的烟气变为逆时针的旋转流动。又在烟囱内壁变螺距旋流翅片的诱导作用、以及地磁场的联合作用下，形成烟气切向流速不断提升的稳定的螺旋流，动能不断增加，势能逐渐减小，即人造龙卷风。吸收塔顶部的烟气流速为4?5m/s，塔顶烟囱筒体底部的烟气流速为13m/s左右，烟囱筒体顶部烟气切向流速将达到20m/s以上。烟气中的石膏粉末受到烟气的曳力及壁面的双重作用，在流道内加速碰撞凝聚结团。当烟气运行到烟囱高度的4/5左右，烟气中的脱硫石膏粉末及过饱和水份凝聚体、集中于螺旋流中轴的负压带，该旋转凝聚体重心稍一偏离，即被甩到烟气内外旋涡交界处跌落而下。继续上升的螺旋流烟气中残留的脱硫石膏粉末及雾滴，受到的离心力增大至其重力的数百?近千倍，流经烟囱筒体顶部时被甩进冷凝液回流导流锥体，通过回流孔流至烟囱内壁向下流动。经过两次分离消除了“石膏雨”的净烟气通过烟囱出口筒体排放至大气。由于烟气流速高，升空高度增加，扩散距离远，稀释效果好，环境影响减小。
[0025]本发明的优点在于:
[0026]1)烟气旋流发生器流体阻力小，将轴向流动的烟气变为逆时针的旋转流动。
[0027]2)在烟气旋流发生器的强制作用、变螺距旋流翅片的诱导作用、以及地磁场的联合作用下，形成烟气切向流速不断提升的稳定的螺旋流，动能不断增加，势能逐渐减小，即人造龙卷风。
[0028]3)圆形钢烟囱筒体与变螺距旋流翅片组成了类似旋风分离器的设备，由于烟气的切向流速不断增大，烟气中的石膏粉末受到烟气的曳力及壁面的双重作用，在流道内加速碰撞凝聚结团。当烟气运行到烟囱高度的4/5左右，烟气中的脱硫石膏粉末及过饱和水份凝聚体、集中于螺旋流中轴的负压带，其重心稍一偏离，即被甩到烟气内外旋涡交界处跌落而下。消除了产生“石膏雨”的最大成因。
[0029]4)切向流速大于20m/s的烟气螺旋流流经烟囱筒体顶部时，烟气中残留的脱硫石膏粉末及雾滴，受到的离心力超过其重力的数百?近千倍，被甩进冷凝液回流导流锥体，完成了对“石膏雨”的第二次消除。
[0030]5)烟塔过渡段采用旋压压制壳体，可以降低阻力，有利于防腐蚀施工。
[0031]6)焊接在烟囱筒体外侧的螺旋型扰流翅片，即是钢烟囱的防震阻尼器。可以有效破除卡门涡街，防止钢烟囱的疲劳损伤，延长其使用寿命。
[0032]7)由于本发明烟囱中的烟气流动为人造龙卷风，借用了地磁场的能量，逆时针的螺旋流中心部位产生了局部真空，其抽吸作用可使引风机节电10%?15%，节能效果显著。
[0033]8)本发明经过两次消除“石膏雨”，消除效果很好，烟囱出口烟气流速高，升空高度增加，扩散距离远，稀释效果明显，环境影响小。
【主权项】
1.烟塔合一湿法脱硫消除“石膏雨”的龙卷风钢烟囱，其特征在于:由下而上的其主要结构为:烟气旋流发生器(1)为石化行业气-液传质塔类设备通用的、水平放置的、叶片与水平面夹角为45°的“旋流板塔盘”;烟塔过渡段(2)为钢烟囱与吸收塔塔体之间的旋压压制的过渡段壳体；钢烟囱筒体(3)为圆筒形壳体，其顶部向外翻，并设有多个冷凝液回流孔；焊接在钢烟囱筒体⑶外侧的螺旋型扰流翅片(4)共3条，是防止卡门涡街引起烟囱共振的扰流翅片；变螺距旋流翅片(5)为焊接在钢烟囱筒体(3)内壁均匀分布的数条旋流翅片；冷凝液回流导流锥体(6)设在烟囱筒体与烟囱出口之间；烟囱出口筒体(7)位于钢烟囱最顶端。2.根据权利要求1所述的烟塔合一湿法脱硫消除“石膏雨”的龙卷风钢烟囱，其特征是:所述的变螺距旋流翅片(5)为焊接在钢烟囱筒体(3)内壁均匀分布的数条旋流翅片，其底部螺旋角为45°，顶部螺旋角为25°。
【专利摘要】本实用新型烟塔合一湿法脱硫消除“石膏雨”的龙卷风钢烟囱，应用于烟塔合一湿法脱硫吸收塔。烟气在旋流发生器的强制作用、变螺距旋流翅片的诱导作用、以及地磁场的联合作用下，形成人造龙卷风。烟囱筒体与变螺距旋流翅片组成了类似旋风分离器的设备，由于烟气的切向流速不断增大，烟气中的石膏粉末受到烟气的曳力及壁面的双重作用，在流道内加速碰撞凝聚结团。当烟气运行到烟囱高度的4/5左右，烟气中的脱硫石膏粉末及过饱和水份凝聚体、集中于螺旋流中轴的负压带，其重心稍一偏离，即被甩到烟气内外旋涡交界处跌落而下。切向流速大于20m/s的烟气螺旋流流经烟囱筒体顶部时，烟气中残留的脱硫石膏粉末及雾滴，受到的离心力超过其重力的数百～近千倍，被甩进冷凝液回流导流锥体，再次被消除。
【IPC分类】F23J15/00, F23J13/00, B01D45/12, F23J11/00
【公开号】CN205002135
【申请号】CN201520227099
【发明人】刁经中, 赵钰慧, 夏敏, 黄灵芝
【申请人】北京博朗环境工程技术股份有限公司, 刁经中
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年4月16日