一种高效旋流式喷雾脱硫塔的制作方法

本实用新型设计化工设备领域，尤其涉及一种适用于工业领域的应用于脱硫作业的装置。

背景技术：

旋流板塔一般用于除尘脱硫，主要机制是尘粒与液滴的惯性碰撞，离心分离和液膜粘附等。旋流板塔中的旋流板由于开孔率较大，允许高速气流通过，因此负荷较高，处理能力较大，压降较低，操作弹性较大。其气液接触时间较短，适合于气相扩散控制的过程，如气液直接接触传热、快速反应吸收等。

现有技术的主要弊端是由于旋流板塔盘的气速高，离心力大，液滴受强力的分离，因而塔内空间未能充分地用于气液接触，因而效率较低，一般脱硫效率为80％。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是，由于现有技术结构的不合理，而导致的旋流板塔的脱硫效率无法满足工作的需求的问题，进而提供了一种优化结构的旋流板塔。

本实用新型所采用的技术方案是，一种高效旋流式喷雾脱硫塔，在壳体内由上至下依次设置有倒置的旋流板、喷淋管、若干层旋流式喷雾脱硫单元、进气管和脱硫液收集管，所述壳体顶部连通排气管，所述壳体内位于每层旋流式喷雾脱硫单元的上部还设置有悬吊组件，用于悬挂固定旋流式喷雾脱硫单元，所述壳体外位于每层旋流式喷雾脱硫单元处还设置有人孔，所述喷淋管和进气管通过支架固定在壳体内；旋流式喷雾脱硫单元包括，通过牛腿筋板固定在壳体上的旋流板和固定在旋流板下方的降液旋流板，所述倒置的旋流板用于使脱硫后的气流除雾；所述旋流喷雾脱硫单元由上向下依次包括，径向角大于0度旋流叶片组、位于旋流叶片组中心的盲板、位于旋流叶片边缘的罩筒、开缝线旋向与旋流叶片组相反的降液旋流板，使进气管引出的气流经降液旋流板和旋流叶片组后的气流方向相反，降低气流流速，使喷淋管引出的吸收液经所述旋流喷雾脱硫单元，至少三次被向上升的气流吹散成液滴，并朝反方向运动。

进一步地，所述旋流叶片组、罩筒、盲板组成旋流板，所述罩筒至少由外向内至少设置两圈，罩筒直径一次递减，所述旋流叶片组绕盲板沿圆周均匀分布，旋流叶片组包括，在外侧罩筒和内侧罩筒之间设置的第一旋流叶片，和在内侧罩筒和盲板之间设置的第二旋流叶片。

具体优选地，所述旋流板通过牛腿旋筋板固定在壳体上。

具体优选地，所述第一旋流叶片和所述第一旋流叶片的仰角为5-25向角分别为20-25度和20-25度，第一旋流叶片和第二旋流叶片绕旋流板圆心的旋转方向相同均为内向板。

进一步地，所述悬吊组件包括固定在所述壳体内的环形台、用于支撑环形台的支撑牛腿、搭挂在环形台上的法兰，由法兰内缘斜向内翻折的锥形围片。

优选地，所述降液旋流板为梯形薄板，下底固定连接所述锥形围片底缘和外侧罩筒的延伸段端部，降液旋流板沿锥形围片圆周均匀分布，锥形围片的高度长于外侧罩筒的延伸段的长度，使降液旋流板的仰角为65-70度。

进一步地，所述降液旋流板的内开缝线径向角大于0度，外开缝线径向角等于0度。

优选地，所述降液旋流板上底均与环形支架连接，环形支架通过悬挂杆连接盲板，环形支架的截面积为进气管截面积的40-50％。

优选地，所述旋流板的开孔率为30-40％。

本实用新型的高效旋流式喷雾脱硫塔工作过程，如下：S1.使吸收液被盲板分散到旋流板的旋流叶片组上被自下向上螺旋上升的气流吹散成雾态液滴；

S2.使液滴被气流甩至脱硫塔内壁，沿锥形围片、降液旋流板表面分布形成液膜；

S3.使气流经过降液旋流板时，吹散分布在降液旋流板表面的液膜形成雾态液滴；

S4.使气流经过降液旋流板时和经过旋流叶片组时形成的螺旋上身气流方向分别相反。

本实用新型提供的技术方案提供的脱硫塔对比于传统的仅设有旋流板和降液管的脱硫塔，有以下优点：1.本实施例有更多的供吸收液展开的表面积，吸收液与含硫气体接触的表面积更大；2.吸收液在旋流式喷雾脱硫单元内分三次与相向运动的含硫气体接触，相当于使在重力作用下降的吸收液在旋流式喷雾脱硫单元内分三次减速下降，延长了吸收液在脱硫塔内的与气体的接触时间； 3.吸收液在旋流式喷雾脱硫单元内分三次与相向运动的含硫气体接触，被连续破碎形成细滴状液滴，液滴的直径比传统的旋流板吹散的液滴更小，所有液滴的总表面积更大；4.进气管引入的含硫气体在旋流式喷雾脱硫单元内经降液旋流板改变一次方向，再经第一旋流板、第二旋流板第二次改变方向，然后经下一层的旋流式喷雾脱硫单元再被降液旋流板改变方向，降低了含硫气体通过脱硫塔的流速，延长了脱硫气体在脱硫塔内的与气体的接触时间；5.本实用新型的脱硫塔比于填料式脱硫塔、折流板式脱硫塔阻力小，吸收液和含硫气体与气体的接触时间长，形成的液膜更薄，传质效率更高。

附图说明

图1为本实用新型的脱硫塔剖视结构示意图；

图2为本实用新型图1中旋流脱硫单元的结构示意图；

图3为本实用新型图1中旋流脱硫单元的俯视结构示意图；

图4为本实用新型图1中降液旋流板的俯视结构示意图；

图5为本实用新型图1中旋流板正置时的俯视结构示意图；

图6为对比例1的旋流脱硫单元的结构示意图

图7为传统未设降液旋流板的脱硫塔的结构示意图；

图8为A-S填料脱硫塔净化焦炉煤气时H2S、CO2吸收率与时间的关系图。

其中，2为脱硫液收集管；11为进气管；12-1为环形支架；12-2为降液旋流板；12-3为支角筋板；12-4为罩筒；12-6为第一旋流叶片；12-7为盲板； 12-8为第二旋流叶片；12-9为悬挂杆；13为人孔；14为旋流板；17为排气管；18为支架；19为喷淋管；20为喷淋管口；21为悬吊组件；22为壳体；24为补偿垫片；25为牛腿筋板；26为法兰；27为锥形围片；28为环形台；29为支撑牛腿。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细描述，但本实用新型的保护范围并不限于此。

实施例1

如图1、2所示，本实用新型涉及一种高效旋流式喷雾脱硫塔，在壳体22 内由上至下依次设置有倒置的旋流板14，喷淋管19，若干层旋流式喷雾脱硫单元，进气管11和脱硫液收集管2；壳体22顶部连通排气管17，壳体22内位于每层旋流式喷雾脱硫单元的上部还设置有悬吊组件21，用于悬挂固定旋流式喷雾脱硫单元，壳体22外位于每层旋流式喷雾脱硫单元处还设置有人孔13，喷淋管19和进气管11通过支架18固定在壳体22内。

旋流式喷雾脱硫单元包括，通过牛腿筋板25固定在壳体22上的旋流板14 和固定在旋流板14下方的降液旋流板12-2，旋流板14包括盲板12-7和至少两圈同心设置的罩筒12-4，两圈罩筒12-4由外至内直径递减，在外侧罩筒和内侧罩筒之间设置有第一旋流叶片12-6，在内侧罩筒和盲板12-7之间设置有第二旋流叶片12-8，第一旋流叶片12-6和第二旋流叶片12-8同时均匀分布在以旋流板14中心为圆心的圆周上，第一旋流叶片12-6和第一旋流叶片12-6的仰角为 25度，其径向角分别为25度和25度，第一旋流叶片12-6和第二旋流叶片12-8 绕旋流板14圆心的旋转方向相同均为内向板；

悬吊组件21包括固定在壳体22内的环形台28、用于支撑环形台28的支撑牛腿29、搭挂在环形台28上的法兰26，由法兰26内缘斜向内翻折的锥形围片 27，降液旋流板12-2为梯形薄板，其下底固定连接锥形围片27底缘和外侧罩筒12-4的延伸段端部，沿锥形围片27圆周均匀分布，锥形围片27的高度长于外侧罩筒12-4的延伸段的长度，使降液旋流板的仰角为65度，且如图3降液旋流板12-2靠近旋流板14圆心侧的内开缝线57的径向角大于0度，形成内向板，而远离的旋流板14圆心侧的外开缝线46的径向角为0度，为径向板，降液旋流板12-2绕旋流板14圆心的旋转方向与第一旋流叶片12-6、第二旋流叶片12-8的旋转方向相反，降液旋流板12-2上底67均与环形支架12-1连接，环形支架12-1通过悬挂杆12-9连接盲板12-7，环形支架12-1的截面积为进气管11截面积的40％。

本实用新型在使用过程中，含硫气体通过进气管11自下而上进入旋流式脱硫塔内，吸收液由喷淋管19由上至下进入工作区；气流与吸收液在塔内作相对运动。位于塔顶的旋流板14倒置安装，使旋流板14作为外向板，使经过的脱硫后气体走向偏外，具有离心力，用于除雾；位于喷淋管19下方每一层的旋流板14均正置安装，作为内向板用于传质，使经过的含硫气体通过此板时有向心分速度，离心力较小，液滴的运动路程长，汽液接触时间延长，提高传质效率；旋流板14开孔率为30％，用于强制通过含硫气体，使气流螺旋上升运动，从喷淋管19或降液旋流板12-2下降的液流从盲板12-7分配到各第一旋流叶片12-6 和第二旋流叶片12-8上，形成液膜并部分被气流喷散成液滴，液滴随气流旋转，由于具有向心分速度，液滴的运动路程长，但仍被离心力甩至壳体22，形成液膜流下，经法兰26和锥形围片27向降液旋流板12-2汇集，吸收液自上而下运动经过降液旋流板12-2成形螺旋向下运动液流，向下一层旋流式喷雾脱硫单元的盲板12-7集中，同时含硫气体经降液旋流板12-2向上运动时，形成螺旋上升气流，与沿降液旋流板12-2下降运动的液膜碰撞，使部分液膜被吹散形成液滴，由于降液旋流板12-2为梯形，下底45固定于外侧罩筒12-4的延伸段和锥形围片27地缘，使降液旋流板12-2靠近旋流板14圆心侧的内开缝线57与半径的夹角大于0，形成内向板，使形成的液滴具有向心分速度，液滴的运动路程长，汽液接触时间延长，提高传质效率；经过降液旋流板12-2上升的螺旋气流的旋转方向，与经过第一旋流板12-6和第二旋流板12-8下降的螺旋液流的旋转方向相反，使螺旋上升的气流减速，同时使螺旋下降的液流减速，如图4，箭头方向为气流经过降液旋流板12-2后的旋转方向，液流流出的方向相反，一方面延长了含硫气体和吸收液在旋流式喷雾脱硫单元内的与气体的接触时间，另一方面在旋流式喷雾脱硫单元内吸收液和含硫气体三次相向运动，将吸收液三次吹散形成液滴增大了吸收液与含硫气体的接触面积；此外沿降液旋流板12-2 下降的吸收液还有部分经降液旋流板12-2远离旋流板14圆心侧的外开缝线46 流至降液旋流板12-2外侧形成螺旋液流，由于该外开缝线46为径向板，使经该外开缝线46下落的液体向外甩均匀分布至下一层旋流式喷雾脱硫单元的第一旋流叶片12-6和第二旋流叶片12-8表面。

旋流式喷雾脱硫单元设置15层，喷淋管19喷向盲板12-7的吸收液在每层旋流式喷雾脱硫单元内被分成沿旋流板14下降的一股液滴；被旋流板14自下向上的气流吹散后甩向壳体22内壁，再沿降液旋流板12-2汇流的一股；沿降液旋流板12-2内开缝线57向环形支架12-1中心汇聚的一股；沿降液旋流板12-2 外开缝线46向下一层旋流板14螺旋下降的一股；如图5中箭头方向为经过旋流板后上升的气流方向，液滴经旋流板下降的流动方向与气流方向相反。

使本实施例提供的脱硫塔对比于传统的仅设有旋流板和降液管的脱硫塔： 1.本实施例有更多的供吸收液展开的表面积，吸收液与含硫气体接触的表面积更大；2.吸收液在旋流式喷雾脱硫单元内分三次与相向运动的含硫气体接触，相当于使在重力作用下降的吸收液在旋流式喷雾脱硫单元内分三次减速下降，延长了吸收液在脱硫塔内的与气体的接触时间；3.吸收液在旋流式喷雾脱硫单元内分三次与相向运动的含硫气体接触，被连续破碎形成细滴状液滴，液滴的直径比传统的旋流板吹散的液滴更小，所有液滴的总表面积更大。

进气管11引入的含硫气体在旋流式喷雾脱硫单元内经降液旋流板12-2改变一次方向，再经第一旋流板12-6、第二旋流板12-8第二次改变方向，然后经下一层的旋流式喷雾脱硫单元再被降液旋流板12-2改变方向，降低了含硫气体通过脱硫塔的流速，延长了脱硫气体在脱硫塔内的与气体的接触时间。

本实施例相比于填料式脱硫塔、折流板式脱硫塔阻力小，吸收液和含硫气体与气体的接触时间长，形成的液膜更薄，传质效率更高。

由于降液旋流板12-7和第一旋流板12-6、第二旋流板12-8上方为旋转气流的低压区，吸收液采用浓度为12-14％的NaOH溶液，进气管11处的气体初始 H2S浓度为6500mg/m³，排气管17处的H2S浓度为800mg/m³，脱硫效率为88％。

本实用新型设计多套旋流板装置，经过初级净化的烟气旋转上升，旋流气动装置具有导向和接力作用，利用废气自身的动能产生气动旋流，气液两相充分接触，进行传质反应，废气在塔内经过多级旋流装置的脱硫，可确保净化效率达到技术要求。

实施例2

在壳体22内由上至下依次设置有倒置的旋流板14，喷淋管19，若干层旋流式喷雾脱硫单元，进气管11和脱硫液收集管2；壳体22顶部连通排气管17，壳体22内位于每层旋流式喷雾脱硫单元的上部还设置有悬吊组件21，用于悬挂固定旋流式喷雾脱硫单元，壳体22外位于每层旋流式喷雾脱硫单元处还设置有人孔13，喷淋管19和进气管11通过支架18固定在壳体22内,旋流式喷雾脱硫单元包括旋流板14和固定在旋流板14下方的降液旋流板12-2，旋流板14包括盲板12-7和至少两圈同心设置的罩筒12-4，两圈罩筒12-4由外至内直径递减，在外侧罩筒和内侧罩筒之间设置有第一旋流叶片12-6，在内侧罩筒和盲板 12-7之间设置有第二旋流叶片12-8，第一旋流叶片12-6和第二旋流叶片12-8 同时均匀分布在以旋流板14中心为圆心的圆周上；第一旋流叶片12-6和第一旋流叶片12-6的仰角为5度，其径向角分别为20度和20度；第一旋流叶片12-6 和第二旋流叶片12-8绕旋流板14圆心的旋转方向相同均为内向板；悬吊组件 21包括固定在壳体22内的环形台28、用于支撑环形台28的支撑牛腿29、搭挂在环形台28上的法兰26，由法兰26内缘斜向内翻折的锥形围片27，降液旋流板12-2为梯形薄板，其下底固定连接锥形围片27底缘和外侧罩筒12-4的延伸段端部，沿锥形围片27圆周均匀分布，锥形围片27的高度长于外侧罩筒12-4 的延伸段的长度,使降液旋流板的仰角为70度；且如图3降液旋流板12-2靠近旋流板14圆心侧的内开缝线57的径向角大于0度，形成内向板，而远离的旋流板14圆心侧的外开缝线46的径向角为0度，为径向板，降液旋流板12-2绕旋流板14圆心的旋转方向与第一旋流叶片12-6、第二旋流叶片12-8的旋转方向相反，降液旋流板12-2上底67均与环形支架12-1连接，环形支架12-1通过悬挂杆12-9连接盲板12-7，环形支架12-1的截面积为进气管11截面积的 40％。

气流通道截面积为塔盘开孔区面积在通道截面方向上的投影，开孔面积 A0＝π/4(Dx²-Dm²)sina

α为旋流板的仰角为5度

β为旋流板径向角等于20度，β＝arcsin(Dm/Dx)＝20度

设计Dm1，Dm2为第一第二旋流板叶片的盲板直径，Dm2＝740mm，Dm1＝1500mm，旋流板至环形支架的高度h为2114mm，环形支架直径d为1290mm

Dx1，Dx1为第一第二旋流板叶片外径，Dx2＝2163.74mm，Dx1＝4385.96mm

A0＝π/4(4385.96²-1500²+2163.74²-740²)sin5＝1444933mm²

采用模拟焦炉煤气对比实施例2、德国史梯尔公司的A-S填料脱硫塔、传统旋流板塔净化焦炉煤气的效果，吸收焦炉煤气中的硫化氢，模拟焦炉煤气净化前，每立方米的焦炉煤气含H2S 10000mg、HCN 3000mg、NH3 4000、CO2 55000mg 温度20℃，采用含NH3为5％的氨水喷洒，喷洒量为800公斤/km³模拟焦炉煤气，进塔气量75000m³/h

对比例1

采用实施例2提供的装置，气体的穿过第一第二旋流板叶片穿孔速度ω0＝75000/(3600×1.444933)＝14.418m/s，旋流板叶片的径向分速度为14.418 ×cos5＝4.0898m/s，液滴甩出旋流板叶片再到达塔壁的时间约为 1.5825/4.0898＝0.3869s,即为旋流板叶片甩出的液滴与气体的接触时间。

塔盘直径D为3165mm，由于图2中A-A方向看降液旋流板与半径的夹角为 45度，每个降液旋流板按弧度11.25度均匀沿罩筒圆周分布，见图6所示，旋流板的外径为2600mm，故降液旋流板间的间距较大对塔内气体的叶片阻力可忽略不计，故两层降液旋流板至旋流板间的气体垂直向上的分速度为ω1＝75000/ (3600×3.14×3165²/4)＝2.649m/s,吸收液在降液旋流板表面全程受到气流的阻力作用，相当于对液滴施加了2.649m/s的反向初速度，在塔内各层旋流板间距H为2114mm时，增加了吸收液在塔内与H2S的接触时间,即液滴在-2.649m/s 的初速度下降落至下一层旋流板的时间，为1.11s，即甩出降液旋流板的液滴与气体的接触时间，总液滴与气体的总接触时间约为1.49s，如表1所示，如图8，单个旋流式喷雾脱硫单元的脱硫效率为75％。

设置15层旋流式喷雾脱硫单元的脱硫塔，使排气管排出的气体H2S浓度为 500mg/m³，脱硫效率为95-97％。

对比例1

采用德国史梯尔公司的A-S填料脱硫塔，氨水在塔内与模拟焦炉煤气接触时间为8.1s，脱硫效率81％，而CO2的脱除效率为18％。

在吸收时由于NH3与H2S可以直接结合，反应较快，而CO2在与NH3反应前先与水合成碳酸，需要较长时间，如图8，因此采用A-S填料脱硫塔净化焦炉煤气为81％的脱硫效率，当氨水吸收H2S时，应将模拟焦炉煤气与洗液的接触时间调节到只有很少的CO2被结合。

CO2分子的扩散速度对H2S洗除起决定性作用，为阻止CO2的洗出，A-S填料脱硫塔操作时需采用无湍流洗除法，在填料上形成的洗涤液膜表面，在整个洗涤塔中保持不变，这样提高了操作难度，A-S填料脱硫塔主要操作指标如下：

脱硫塔阻力为1.5KPa，进脱硫塔的煤气压力为11.5KPa，操作温度为 23-26℃，进脱硫塔的氨水量130t/h。

对比例2

采用传统未设降液旋流板的脱硫塔，如图7，吸收液在旋流板201被吹散后被离心力甩至塔壁，直接沿塔壁向下流动，再经降液管601流至下一层旋流板盲板处被再次分散，在沿降液管下降过程中受塔壁效应的影响液相全程未受到阻力，液滴在降液管内形成无湍流液膜与气体接触传质，液滴刚附着在塔壁刚开始下降时的初速度为0m/s,塔内各层旋流板间距H为2114mm，液滴从上一层旋流板将至下一层旋流板的时间为0.66s，即为液膜与气体的接触时间。

同时旋流板叶片径向角为小于0时，液滴的运动路程较长，增加了气液接触时间，其板效率比旋流板叶片径向角为0时高4.7％，塔盘直径3165mm，径向角为5度，盲板直径为740mm，气流穿过旋流板叶片的穿孔速度为14.418m/s, 旋流板叶片的径向分速度为14.418×cos5＝4.0898m/s，液滴甩出旋流板叶片再到达塔壁的时间约为1.5825m/4.0898m/s＝0.3869s,即为旋流板叶片甩出的液滴与气体的接触时间，如表1。

单层旋流板的脱硫效率约为50-60％。

对比于以上传统未设降液旋流板的脱硫塔，实施例2吸收在两层旋流板或旋流板至环形支架间降落所需的时间如表1所示。

表1

本实用新型采用全塑材料制成，具有耐腐蚀性好、强度高、本体重量轻、不易老化、结构合理、不易变形、维护方便等优点。