一种烟气净化塔的制作方法

专利名称：一种烟气净化塔的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种从烟气净化塔顶直接排放净化烟气的净化排放一体化设备，尤其涉 及从含有二氧化硫的烟气中回收二氧化硫生产硫酸盐产品的环保和化工设备，适用领域包括 电厂或烟气，以及钢铁、有色或建材行业的排放烟气的净化。
背景技术：
以煤或石油为燃料的火力发电厂和锅炉，以及钢铁或有色冶金，以及建材行业排放大量 烟道气，经过烟囱直接排向大气。排放烟囱高度在120 250m之间， 一般都采用钢筋混泥土 材料作为强度外壳。由于烟气中含有SOx、 NOx、 HC1和HF等酸性气态物质，尤其其中的 S03气体，使得烟气表现出酸露点腐蚀性。烟气的酸露点随烟气中S03和水汽含量增加而增 加， 一般在100 150。C之间。为了确保烟气排放过程中不出现酸露点腐蚀，通常的输送烟气 的风机出口的烟气温度比露点高15 25°C。
随着环保要求越来越严格，都需要安装烟气脱硫装置，且主流的烟气脱硫技术都是含水 浆液洗涤吸收的方法，或称为湿法，脱硫剂是碱性物质，比如天然的石灰石，即碳酸钙，氧 化镁/碳酸镁，氢氧化钠/碳酸钠，或者合成氨等，脱硫产品分别是石膏(二水硫酸钙晶体)， 七水硫酸镁晶体，硫酸钠或硫酸铵。这些方法的一个共同点都是，脱硫尾气排放温度低于酸 露点腐蚀温度，而且接近烟气水饱和的水露点温度，在40 60。C之间，尽管在脱硫设备，通 常称为脱硫塔中，S03的脱除效率也很高，但是由于S03遇水会形成酸雾，不可能00%去除， 脱硫后的尾气含有硫酸雾，仍然表现出明显的腐蚀性。
消除脱硫尾气酸雾不能釆用加热的办法，因为硫酸的沸点大于320°C，不可能消耗巨大 的能量将尾气加热到超过硫酸的沸点。
现有的方法是对原有烟囱进一歩实施防腐蚀处理，在烟囱内壁衬一层防腐蚀材料，增强 其防腐蚀能力。对于新建机组，增强性防腐使施工周期大大延长，而且增强性防腐使烟囱建 设费用增加，后续维护和防腐材料更新的难度也很大。对于老机组，如果对原有烟囱进行新 的防腐处理，施工难度大，施工周期长，更关键的是，这对机组或锅炉的生产会造成较大影 响，在实践中缺乏应用价值。
发明内容
本实用新型需要解决的技术问题是公开一种新型的顶排式烟气净化排放一体化设备，尤 其公开了一种从烟气中回收硫氧化物的设备。它把烟气净化后，直接从脱硫设备的排烟道排 放，使烟气不需再经原来的烟囱排放。这样，原来的烟囱不再需要进行防腐增强处理，甚至 原来的烟囱被完全废弃，克服了现有技术存在的上述缺陷。
本实用新型的实质在于，使净化后尾气可以不经过原烟囱排放，而直接从顶排烟管排放。 本实用新型的主要技术创新在于，顶排烟管与设置在所述烟气净化塔的塔顶上的烟气出口相 连接，使得整体结构简单，造价降低，设备阻力和能耗都可以降低。因此，本实用新型提到 的顶排烟管，或者顶排烟筒，或者顶排烟道，或者顶排烟囱，就是与净化塔相连接的，可以 直接向大气排放尾气的构件，安装该构件的净化设备可以直接排放净化气体，完全废弃原来 使用的烟囱。
具体而言，本实用新型公开的烟气净化塔包含如下排式烟气净化排放一体化设备，该设 备为圆筒形的塔，该塔的创新性设计还包括 塔体
塔体侧面设置的烟气进口，其相对位置位于塔体高度方向的10%~70%之间的部分； 设置在塔顶上，并位于塔顶中心或近似中心位置，与塔顶直接相连接的烟气出口； 在塔体内部由下至上依次设置的鼓泡段，喷淋段和填料段； 设置在烟气出口之上，并与烟气出口直接相连接的顶排烟管。
所谓圆筒形的塔是指竖直方向安装，其水平方向上的横截面为圆形或近似圆形，包括塔 体，塔顶和塔底三个基本部分，而且，塔底连接在塔体的最下端，塔顶连接在塔体的最上端， 塔体、塔底和塔顶具有一定的厚度。这种形状的设备与其它形状的设备相比较，耗材少，制 造工期短，占地面积小，成本低，维护量小。
本实用新型设计的净化塔的塔体的壁厚在10 100mm之间，材质可采用金属，比如碳钢， 或不绣钢；也可以采用非金属，比如有机和无机非金属复合材料；还可以采用金属和非金属 的复合材料。
净化塔是烟气净化过程的核心设备。含有污染物(包括硫氧化物，氮氧化物，卤素化合 物及烟尘等，其中硫氧化物是主要的)，且温度较高(比如80 200。C)的烟气被倒入净化塔， 同时也向净化塔倒入含有碱性净化原料(也称为脱硫剂，或脱硫原料)的水溶液，也称为洗 涤吸收液，使烟气和吸收液在净化塔中充分接触，同时发生激烈的传质、传热和化学反应过 程，实现以上污染物的高效和低能耗的净化。因此，本实用新型的净化塔，也称脱硫塔，还 称洗涤塔，是一个同时发生多种物理的和化学的过程的多功能设备，由于其主要和核心的特 征是化学反应，因而可以称为多功能反应器。
烟气净化原料，或称脱硫原料可采用天然的碱性物质，比如含有碳酸钙的石灰石矿物质， 或含有石灰石的其他矿物质，比如同时含有碳酸钙和碳酸镁的矿物质，还可以采用这些矿物 质的焙烧后的氧化物，比如生石灰，氧化镁等，但是由于这些物质几乎不溶于水，为了促进 这些脱硫剂在水中的溶解速度，需要研磨成极为细小的粉末，粒度大部分小于100微米。还 可以采用合成的碱，比如氨，和烧碱(NaOH)或纯碱(Na2C03)，这些碱性物质易溶于水。
烟气脱硫过程的目的是将烟气中的主要污染物质，二氧化硫(S02)气体转化为硫酸盐固 体产品。它包括三个反应歩骤-
(1) 化学吸收变为亚硫酸盐，比如亚硫酸钙，亚硫酸铵，亚硫酸钠或亚硫酸镁；
(2) 亚硫酸盐被氧化为硫酸盐，比如硫酸钙，硫酸铵，硫酸钠或硫酸镁；
(3) 水溶液中的硫酸盐结晶为固体状态的硫酸盐。 -以上三个反应过程是串联进行的，可以分别简称为吸收、氧化和结晶歩骤。 早期的技术是将以上三个步骤设计在独立的三个设备，或者两个设备中进行的，设备投
资和占地面积较大。本实用新型将以上三个步骤设计在一个设备中进行，优点是节省设备投 资，节省设备占地面积，节省能耗，具有多个优点。
因此， 一般而言，在同一个净化设备中实现脱硫过程的三个步骤，使得脱硫塔划分为多 个区域，分别具有吸收功能，氧化功能和结晶功能。但是，现有的技术是将氧化功能区和结 晶功能区分开设置的，具有设备结构复杂和易造成结构堵塞的缺点。
本实用新型将氧化和结晶功能区结合为一个区域，统称为氧化结晶区，使得亚硫酸盐的
氧化步骤和硫酸盐的结晶步骤可以同时同地进行，其优点是显著简化了设备结构，削弱了结 垢堵塞现象。
而且， 一个特征是，吸收区和氧化结晶区之间的塔体上设置烟气进口，氧化结晶区位于 净化塔内部的下部分，其最下端就是塔底，最上端就是烟气进口。吸收区在氧化结晶区的上 方。因此，本实用新型设计的净化塔下部分是一个可以储存液体和固体混合物，或称为浆状 溶液，或称为料浆的池，灌，槽或釜，简称为氧化结晶釜。
氧化结品区，或称氧化结晶釜的第一特征是具有空气鼓泡，向含有亚硫酸盐的溶液，或 称浆液中鼓入空气，形成细小的气泡，使得空气中的氧气(02)可以快速向溶液中传递，将 溶液中的亚硫酸盐氧化为硫酸盐，使溶液中的硫酸盐浓度随着净化或称脱硫过程的不断进行， 不断增加，在超过特定条件下的溶解度(即饱和浓度)情况下，使溶液中的硫酸盐结晶为固 体硫酸盐。因此，本实用新型将氧化结晶区，或称氧化结晶釜简称为鼓泡段。
鼓泡段的功能有四(1)通过净化塔外鼓入的空气氧化从喷淋段落入的亚硫酸盐，使其 变为硫酸盐，称为氧化功能；(2)硫酸盐在过饱和的情况下结晶为固体硫酸盐，称为结晶功 能；(3)溶解吸收剂，或称脱硫原料的功能，称为溶解功能；(4)作为循环槽的功能，用以 储存循环吸收液，称为储存功能。 '
鼓泡段还特别设置了空气鼓泡器，和搅拌器。鼓泡器的目的是空气的分布或鼓泡，促进 气-液传质，搅拌器的目的包括空气分布、鼓泡，也是促进气-液传质；还包括液-固传质，促 进硫酸盐结晶；其第三个功能是促进气-液和液-固混合，防止固体沉积在净化塔底部，或称 为固体悬浮。
吸收区位于烟气进口的上方。由于吸收液是含有固体的浆状水溶液，存在较为严重的堵 塞倾向，在常规化工中普遍应用的可以提供较大液膜比表面的填料和可以提供较大泡膜表面 的筛板结构都不适合于烟气净化塔。本实用新型采用可以提供较大液滴比表面的吸收液雾化 方式，避免了堵塞问题。
因此，吸收区的主要特征是设置有可以使吸收液雾化的吸收液喷淋器，因而称为喷淋段。 喷淋器由三部分组成，母管或称总管，连接在所述母管上的支管或称分管，以及连接在所述 支管上的喷嘴，这种构成和组合方式可以确保吸收液能够在整个净化塔的烟气流通界面，或 称横截面上实现均匀分布和细密雾化。 一般情况下，雾化液滴的粒径过小容易导致烟气的液 体夹带严重，加重后续的除沫器的负担，同时也要求较高的循环泵压头，能耗较大；过大会 降低气-液传质表面积，难以保证效率，本实用新型设计的喷嘴能够获得比较优化的液滴尺寸， 在0.5-2.0mm之间。所述喷嘴为螺旋喷嘴，具有阻力低，雾化细密和抗堵塞的优点。
吸收液一般由鼓泡段取出，通过塔外布置的循环泵增压输送到喷淋器的母管。
喷淋段的功能是洗涤吸收烟气中的污染物质，包括S02、 S03，和其他酸性物质，比如 N0X、 HC1和HF等，它们与吸收液中含有的碱性物质，比如氨等反应为相应的盐，特别是亚 硫酸盐，而且烟气中含有的烟尘也被洗涤下来， 一起向下进入位于喷淋段下部，或称净化塔 底部的鼓泡段。洗涤净化后的烟气向上进入填料段。因此，喷淋段是净化塔中最关键的部分， 可以同时高效地去除多种污染物质。
此外，喷淋段中设置有烟气分布器，和液体壁流挡板。
喷淋段中的烟气分布器是一个重要的构件，它可以使烟气沿着净化塔的横截面均匀分布， 防止气体短路，对于保证净化效率起着重要的作用。此外，特别设计的克服液体壁流的挡板
可以消除或削弱吸收液的短路，提高吸收效率。 洗涤净化后的烟气向上进入填料段。
填料段中设置了两段填料，并且每段填料之上都布置有喷水器，填料段用波纹状塑料板 片平行排列而成，片间距20 50mm，所选塑料为聚丙烯或者它与玻璃纤维的复合材料，塑料 板片的厚度介于1.0mm 5.0mm之间，优选在2.0mm 3.5mm之间。填料段的功能是气-液分离， 将从喷淋段上来的被洗涤净化的烟气中夹带的液沫或液滴，也称为雾滴，利用惯性撞击原理 除去，使离开净化塔的净化烟气中的液滴或雾滴含量达到某一标准，比如小于50mg/Nm3烟 气。被除去液滴的烟气称为净化烟气，向上通过净化塔烟气出口离开净化塔，液滴则向下返 回到喷淋段。
因此，本实用新型公开的烟气净化塔的主要特征之一是在所述净化塔内部，由下至上依 次设置了三个功能区，或称功能段，即氧化结晶、洗涤吸收和气液分离段，分别对应着三种 结构区，或称结构段，即鼓泡、喷淋和填料段。
而且，
所述塔体上的烟气进口的流通截面为矩形，或者近似矩形，并且所述矩形的短边与长边 之比在0.25-0.5之间；
顶排烟管的横截面为圆形、椭圆形、方形，或者矩形；
顶排烟管的横截面积是塔体横截面积的0.10~0.25倍，优选在0.125 0.175m之间； 顶排烟管的高度在20~100m之间，优选在30~70m之间；
顶排烟囱与烟气出口采用法兰方式连接，或者焊接方式连接，或者插接方式连接。 此外，所述烟气进口是指使烟气进入所述净化塔的一个开口，包括与所述开口相连接的 构件，也称为进口短接，或进口短管，或进口接管，而且， 一般情况下，进口短接与塔体以 小于90度的角度连接；所述烟气出口是指使净化烟气排出所述净化塔的一个开口，包括与所 述开口相连接的构件，也称为出口短接，或出口短管，或出口接管。
本实用新型公开的烟气净化塔按照如下方式操作
含有S02 (含量一般在500-15000mg/Nm3)， S03 (含量一般在10-300 mg/Nm3 )， NOx (含 量一般在100-1000 mg/Nm3 )， HC1/HF (含量一般在10-100 mg/Nm3 )，尘(含量一般在50-500 mg/Nm3)等污染物，且温度为100-160。C的烟气，从烟气进口进入净化设备，向上流经喷淋 段，与从喷淋器喷淋下来的洗涤吸收液逆流接触，发生气-液传质和液相中的化学反应，脱出 以上污染物。在喷淋段，烟气中的S02变为亚硫酸盐，S03变为硫酸盐，HC1变为氯化物， 比如氯化钙，氯化铵，氯化镁或氯化钠等，由不同的方法而定。这些强酸性污染物的脱出效 率可达到95%。烟气中的粉煤灰(尘)的脱出效率大于60%-90%。烟气被洗涤吸收液冷激， 温度降低到40-60°C。
洗涤吸收液为含有碱性脱硫剂、硫酸盐及其结晶固体的浆状水溶液，而且一般都是被硫 酸盐饱和或过饱和的浆状水溶液。
对于机组或锅炉容量大，或者烟气中S02浓度高的情况，如果采用溶解度极低的钙原料 (钙法)或镁原料(镁法)，洗涤液流量将十分巨大，现有的泵技术难以满足大流量的要求， 通常采用多台循环泵并联的方法。尤其是，每一台循环泵都对应一套洗涤液进口和洗涤液喷 淋器。因此，这种情况下，烟气必须经过多级喷淋器，再进入填料段。
烟气从喷淋段向上进入填料段，目的是除去从喷淋段带来的液滴，或称液沫，除沫效率
大于95%。填料段有两层填料，每层填料上方都有一组喷水器，用以冲洗除沫填料上粘附的 固体，比如石膏，硫酸铵或硫酸镁等，防止持续累积堵塞填料中的气体通道。连续运行状态 下，下层填料的喷水器运行，停车时，必须运行上层填料的喷水器一段时间，优选优选上、 下层填料的喷水器同时运行1~5分钟。
经过填料段后的烟气称为净化烟气，通过净化烟气出口从顶排烟管直接排入大气。 从喷淋段下来的洗涤吸收液，直接进入位于净化设备底部的鼓泡段。在鼓泡段，吸收液 经过空气氧化后，亚硫酸盐变为硫酸盐，并在过饱和情况下析出硫酸盐晶体。鼓泡段还充当
了脱硫剂溶解槽的功能。 一般情况下，新鲜的脱硫剂比如粒度在250-325目以上的石灰石粉 末浆液，氧化镁/碳酸镁浆液，或液化氨/气化氨/氨水，直接加到鼓泡段，与吸收液混合、溶 解、稀释。鼓泡段还充当了吸收液循环槽的作用，经过脱硫塔外的循环泵不断将含有脱硫剂 的吸收液输送到喷淋段，不断吸收烟气中的污染物，尤其S02，再回到脱硫塔底部的鼓泡段。
同时也必须从鼓泡段不断排除吸收液，进入后续的硫酸盐固体分离和加工设备，以维持 洗涤吸收液中硫酸盐固体的含量。
由上述公开的技术方案可见，本实用新型的烟气净化排放一体化设备包括了四个部分 从下至上分别为鼓泡段、喷淋段、填料段和顶排烟管，使在净化设备中脱出烟气中的污染物 质，'尤其S02之后，净化尾气不经过原来的烟囱排放，从而避免了现有技术需要对烟囱增强 防腐，进而影响锅炉或电力正常生产的问题。


图1为烟气净化塔的结构示意图。
具体实施方式

参见图1，本实用新型的顶排式烟气净化塔，为圆筒形或方形的塔，包括 塔体(1);设置在塔体(1)下部的位于塔体内的鼓泡段(2)，鼓泡段(2)中设置有空 气分布器，和侧进轴搅拌器；设置在塔体(1)中下部至中上部之间位置的烟气进口 (3);设 置在塔体(1)中上部的位于塔体内的喷淋段(4)，喷淋段(4)中设置有烟气分布器，吸收 液喷淋器和液体壁流挡环；设置塔体(1)上部的位于塔体内的填料段(5)，填料段(5)中 设置两段填料，每段填料之上都布置有喷水器；设置在塔顶部(8)中心位置的净化烟气出口 (6);设置在净化烟气出口 (6)之上，并与烟气出口 (6)通过法兰(9)直接连接的顶排烟 筒(7)。顶排烟筒(7)的横截面是圆形，其面积是塔体(1)的横截面积的比例为0.125，顶 排烟筒(7)的高度是55米。
权利要求1、一种烟气净化塔，包括圆筒形塔体(1)；所述塔体(1)上连接着的烟气进口(3)；所述塔体(1)最上端连接着的塔顶(8)；其特征在于，所述塔顶(8)上直接连接有烟气出口(6)。
2、 根据权利要求1所述的烟气净化塔，其特征在于，烟气出口 (6)上方连接有顶排烟 管(7)。
3、 根据权利要求1所述的烟气净化塔，其特征在于，所述烟气进口 (3)在所述塔体(1) 高度方向的相对位置位于所述塔体(1)总高度的10%~70%之间。
4、 根据权利要求1所述的烟气净化塔，其特征在于，所述塔顶(8)的外形为梯形。
5、 根据权利要求4所述的烟气净化塔，其特征在于，所述塔顶(8)的外壁连接有加强筋。
6、 根据权利要求2所述的烟气净化塔，其特征在于，所述顶排烟管(7)的外壁连接有 加强筋。
7、 根据权利要求1所述的烟气净化塔，其特征在于，所述烟气出口 (6)位于所述塔顶 (8)的中央位置，或者近似中央位置。
8、 根据权利要求2所述的烟气净化塔，其特征在于，所述顶排烟管(7)的高度在30~70m 之间。
9、 根据权利要求2所述的烟气净化塔，其特征在于，所述顶排烟管(7)的横截面为圆 形，其直径是塔体(1)的直径的0.25 0.50倍。
10、 根据权利要求4所述的烟气净化塔，其特征在于，所述梯形的上圆和下圆的直径之 比在0.25-0.50之间。
专利摘要本实用新型涉及一种塔顶直接排放式烟气净化塔，包括塔体(1)，烟气进口(3)，塔顶(8)，以及塔体(1)内部由下至上依次设置的鼓泡段(2)，喷淋段(4)和填料段(5)，而且，塔顶(8)直接连接有烟气出口(6)，烟气出口(6)上方连接有顶排烟管(7)，其实质在于，净化烟气可以不经过原烟囱排放，而直接从顶排烟管(7)排放，尤其是，顶排烟管(7)与塔顶(8)上的烟气出口(6)相连接，使得整体结构简单，降低设备造价、设备阻力和能耗。
文档编号B01D53/50GK201186203SQ20082005801
公开日2009年1月28日 申请日期2008年5月5日 优先权日2008年5月5日
发明者娄爱娟 申请人:娄爱娟