一种多级洗涤湿法烟气污染物高效脱除一体化装置及方法与流程

本发明涉及钙基湿法脱硫技术领域，特别是涉及一种多级洗涤的湿法烟气高效脱除SO2、SO3和颗粒物的一体化装置及方法。

背景技术：

目前，我国对火力发电厂的环保要求越来越严格，火电厂大气污染物排放标准进一步提高，火力发电机组面临的脱硫减排任务越发严峻。根据国家环境保护部《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)，大多数火电厂现有的脱硫、除尘装置都不能满足新的排放要求，需要对现有的脱硫、除尘技术进行技术创新和技术替代。

传统的洗涤式钙基湿法脱硫技术主要采用含吸收剂的洗涤浆液对烟气进行循环洗涤，含SO2的原烟气直接进入吸收塔内经过一次洗涤后，洗涤后的烟气就经过两级除雾器、净烟道、烟囱排放，反应后的石膏浆液直接进入旋流器、真空皮带脱水机等设备脱除水分、析出石膏晶体。该方法中烟气中的SO2、SO3只经过一次喷淋洗涤，在技术经济合理的情况下，脱硫效率受到多重参数制约，一般情况下SO2的脱硫效率只有97.5％，SO3的脱硫效率只有40％左右；另外经过一次浆液喷淋洗涤和两级屋脊除雾器后，液滴只能控制在75mg/Nm3，颗粒物会携带出去，吸收塔脱除除颗粒物效果受到制约，一般只有50％左右。

技术实现要素：

本发明提供了一种多级洗涤湿法烟气污染物高效脱除一体化装置及方法，目的在于引入三级超声波淋浴层技术，解决现有钙基湿法脱硫技术中SO脱出率低的问题，实现硫尘协同脱除达到超低排放。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多级洗涤湿法烟气污染物高效脱除一体化装置，主体为吸收塔，所述吸收塔的底部设烟气进口，顶部设烟气出口，其特征在于：所述吸收塔为多级洗涤吸收塔，自下而上包括一级循环喷淋洗涤层、二级循环喷淋洗涤层、三级超声波淋浴层和塔顶除雾器；所述一级循环喷淋洗涤层自下而上包括吸收塔浆池、一级吸收区和一级浆液喷淋层；所述二级循环喷淋洗涤层自下而上包括二级浆液收集盘、二级吸收区和二级浆液喷淋层；所述三级超声波淋浴层自下而上包括集水盘、超声波团聚室和超声波淋浴盘，所述超声波团聚室内设超声波放大器，所述超声波放大器与塔体外的超声波发生器信号连接；所述集水盘、超声波淋浴盘与塔体外侧的淋浴盘循环水箱通过管路连通形成循环回路。

其中，所述集水盘水平安装在吸收塔内，形状尺寸与吸收塔的横截面形状尺寸相同；所述集水盘的盘面上预留有气体上升通道，所述气体上升通道周围的集水盘面卷起形成槽帮，所述气体上升通道之上设有超声波团聚室。

进一步优选的，所述集水盘是由环形水槽和间隔平行设置在环形水槽中间的一组横向水槽组成，所述环形水槽和横向水槽互相连通，所述环形水槽的外径与吸收塔的横截面外径相适应；相邻横向水槽之间的缝隙为气体上升通道，所述气体上升通道之上设有超声波团聚室。

进一步优选的，所述超声波团聚室为倒“V”型的升气帽结构，其竖直投影面积大于集水盘上对应气体上升通道的面积。

进一步的，所述超声波团聚室可以支设在集水盘的盘面上。

此外，所述超声波团聚室也可以悬设在顶部的水平梁上，所述水平梁的两端固定在吸收塔侧壁上。

优选的，所述淋浴盘循环水箱为外置清水储罐。

优选的，所述二级循环喷淋洗涤层包括1～3级喷淋洗涤层，其级数根据烟气处理的要求和性能指标要求确定。

更优选的，所述除雾器为屋脊式除雾器。

本发明还涉及利用上述多级洗涤湿法烟气污染物高效脱除一体化装置进行的一种多级洗涤湿法脱硫方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)未经处理的烟气从吸收塔底部的烟气进口进入吸收塔，自下而上通过一级循环喷淋洗涤层，与自上而下来自一级浆液喷淋层的低pH值的雾化浆液逆流接触，烟气中部分SO2、SO3和部分颗粒物在一级吸收区中被除去；

2)经一级喷淋进行洗涤的烟气通过吸收塔二级浆液收集盘区的烟气环形通道自下而上进入二级循环喷淋洗涤层，与自上而下来自二级循环喷淋洗涤层的高pH值的雾化浆液逆流接触，烟气中SO2、SO3和部分颗粒物在二级吸收区中被二次脱除；

3)烟气进入三级超声波淋浴层，从集水盘上的气体上升通道进入超声波团聚室，在倒“V”型升气帽内声波放大器的作用下，颗粒物间频率碰撞发生团聚，粒径增大后在超声波淋浴盘清水喷淋下进入集水盘，进一步脱除SO3和微细颗粒物；

4)洗涤后的烟气经塔顶除雾区，经塔顶的屋脊式除雾器除去液滴后，通过吸收塔烟气出口排出吸收塔。

本发明采用浆液分区多级洗涤的方式，使烟气在吸收塔中经过多级串联的循环喷淋洗涤过程，使烟气中的SO2、SO3和颗粒物被洗涤吸收，与现有钙基湿法脱硫工艺相比，多本发明通过采用浆液分区得到不同pH的洗涤浆液对烟气进行分级洗涤，首先通过低pH值的浆液对烟气进行一次洗涤后使烟气中SO2、SO3含量降低，然后再通过高pH值的浆液对一次洗涤后的烟气进行二次洗涤，进一步脱除SO2、SO3；最后经过三级高效超声波淋浴盘后脱除SO3、烟尘、石膏等其它气溶胶细微颗粒物，其技术优势在于：

(1)在吸收剂消耗量相同的情况下，本发明技术系统中吸收剂浆液通过二级循环浆液箱加入吸收塔，pH达到5.8～6.4以上，使本装置入口烟气的SO2浓度高达10000mg/Nm3时，吸收塔出口烟气中的SO2浓度仍可降低至20mg/Nm3以下，SO2脱除效率可高达99.8％及以上，满足国家超低的排放标准；

(2)本发明采用外置两级循环浆液洗涤和三级超声波淋浴洗涤后，在高效脱除SO2的同时，能有效的脱除SO3和含石膏、烟尘等的颗粒物以及其它微细气溶胶，使得SO3脱除率达到80％，颗粒物脱除率达到75％-85％，最终达到超低排放要求；

(3)采用倒“V”型升气帽并联合声波发生器，强化颗粒物凝并及惯性脱除，兼用淋浴盘循环水箱内的清水洗涤以避免浆液夹带，最终保证脱硫塔出口颗粒物排放浓度达到国家超低排放要求。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：

图1是本发明涉及的多级洗涤湿法烟气污染物高效脱除一体化装置的整体结构示意图；

图2为本发明涉及的三级超声波淋浴层的结构示意图；

附图标记：1-烟气进口，1-吸收塔浆池，3-一级循环浆液泵，4-一级浆液喷淋层，5-石膏排出泵，6-吸收塔氧化风机，7-二级浆液收集盘，8-二级循环浆液箱，9-二级循环浆液泵，10-二级浆液喷淋层，11-超声波淋浴盘，12-超声波团聚室，13-淋浴盘循环水箱，14-淋浴盘循环水泵，15-超声波发生器，16-屋脊式除雾器，17-烟气出口、18-集水盘、19-超声波发生器、20-气体上升通道。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的多级洗涤湿法烟气污染物高效脱除一体化装置的实施例。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。

实施例参见图1所示，本发明应用于2*300MW机组的烟气脱硫工程，脱硫装置进口烟气量标态湿基，实际氧为1336450Nm3/h，脱硫装置进口烟气温度为130℃，脱硫装置进口SO2浓度:3594mg/Nm3(标态、干基，6％O2)，脱硫装置进口SO3浓度:50mg/Nm3(标态、干基，6％O2)；脱硫装置进口烟尘浓度:20mg/Nm3(标态、干基，6％O2)；多级洗涤湿法烟气污染物高效脱除一体化装置的主体为吸收塔，所述吸收塔的底部设烟气进口2、吸收塔氧化风机6和石膏排出泵5，顶部设烟气出口17，其特征在于：所述吸收塔为多级洗涤吸收塔，自下而上包括一级循环喷淋洗涤层、二级循环喷淋洗涤层、三级超声波淋浴层和塔顶的屋脊式除雾器16；所述一级浆液喷淋层自下而上包括吸收塔浆池1、一级吸收区和一级浆液喷淋层4；所述二级循环喷淋洗涤层自下而上包括二级浆液收集盘7、二级吸收区和二级浆液喷淋层10，二级循环喷淋洗涤层包括1～3级喷淋洗涤层，其级数根据烟气处理的要求和性能指标要求确定。如图2，所述三级超声波淋浴层自下而上包括集水盘18、超声波团聚室12和超声波淋浴盘11，所述超声波团聚室12内设超声波放大器15，所述超声波放大器15与塔体外的超声波发生器19信号连接；所述集水盘18、超声波淋浴盘11与塔体外侧的淋浴盘循环水箱13通过管路连通形成循环回路，淋浴盘循环水箱13为外置清水储罐。

其中所述集水盘18水平安装在吸收塔内，形状尺寸与吸收塔的横截面形状尺寸相同；所述集水盘18的盘面上预留有气体上升通道20，所述气体上升通道周围的集水盘面卷起形成槽帮，所述气体上升通道之上设有超声波团聚室12。优选所述集水盘18是由环形水槽和间隔平行设置在环形水槽中间的一组横向水槽组成，所述环形水槽和横向水槽互相连通，所述环形水槽的外径与吸收塔的横截面外径相适应；相邻横向水槽之间的缝隙为气体上升通道20，所述气体上升通道20之上设有超声波团聚室12。

所述超声波团聚室12为倒“V”型的升气帽结构，其竖直投影面积大于集水盘18上对应气体上升通道20的面积，其可以支设在集水盘18的盘面上，也可以悬设在顶部的水平梁上，所述水平梁的两端固定在吸收塔侧壁上。

1)未经处理的烟气从吸收塔底部的烟气进口2进入吸收塔，自下而上通过一级循环喷淋洗涤层，与自上而下来自一级浆液喷淋层4的低pH值的雾化浆液逆流接触，烟气中部分SO2、SO3和部分颗粒物在一级吸收区中被除去，一级循环浆液的液气比为7.9L/Nm3，脱硫效率为85％，一级吸收区所需的喷淋浆液由吸收塔浆池1提供，并回到吸收塔浆池1进行循环利用，此循环通过一级循环浆液泵3实现。

2)经一级喷淋进行洗涤的烟气通过吸收塔二级浆液收集盘7区的烟气环形通道自下而上进入二级循环喷淋洗涤层，与自上而下来自二级循环喷淋洗涤层10的高pH值的雾化浆液逆流接触，烟气中SO2、SO3和部分颗粒物在二级吸收区中被二次脱除，二级循环浆液的液气比为15.9L/Nm3，脱硫效率为97.0％，所述二级吸收区所需的喷淋浆液由吸收塔外置的二级循环浆液箱8提供，洗涤后的浆液经过吸收塔内的二级浆液收集盘7收集回到二级循环浆液箱8进行循环利用，此循环通过二级循环浆液泵9实现。

3)烟气进入三级超声波淋浴层，从集水盘18上的气体上升通道20进入超声波团聚室12，在倒“V”型升气帽内声波放大器15的作用下，颗粒物间频率碰撞发生团聚，采用清水循环洗涤，粒径增大后在超声波淋浴盘11清水喷淋下进入集水盘18强化颗粒物凝并及惯性脱除且避免浆液夹带，在声波的作用下，SO3、烟尘、石膏等其它气溶胶细微颗粒物进行二次凝并增大，烟气再经过三级超声波淋浴洗涤进一步脱除，最终保证脱硫塔出口SO3、气溶胶、颗粒物排放浓度达到国家超低排放要求，三级超声波淋浴层的淋浴水通过塔内集水盘18收集后汇流到塔外的淋浴盘循环水箱13；超声波淋浴盘11所需的喷淋水由吸收塔外置的淋浴盘循环水箱13提供，清水循环通过淋浴盘循环水泵14实现。

4)洗涤后的烟气经塔顶除雾器除去液滴后通过吸收塔烟气出口排出吸收塔，装置出口烟气中SO2浓度为18mg/Nm3(标态干基，6％O2)，实际脱硫效率为99.5％；装置出口烟气中SO3浓度为10mg/Nm3(标态干基，6％O2)，实际脱硫效率为80％；装置出口烟气中烟尘浓度为5mg/Nm3(标态干基，6％O2)，实际脱硫效率为75％；脱硫石膏表面含水率为7％，得到高品质的脱硫石膏。多级洗涤吸收塔装置的脱除污染物按如下公式计算：

η＝η1+(1-η1)*η2+(1-η1)*(1-η2)*η3

η——装置脱硫率，％；

η1——装置一级循环洗涤脱出污染物，％；

η2——装置二级循环洗涤脱出污染物，％；

η3——装置三级淋浴洗涤脱出污染物，％；

上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。