促成高速吸收器中良好的气流模式的低压降入气口设计的制作方法

专利名称：促成高速吸收器中良好的气流模式的低压降入气口设计的制作方法
发明的背景1．发明的领域本发明总的涉及烟气脱硫吸收器，尤其涉及一种新颖实用的吸收器配置，它在介于包含有液浆液位的直径较大的下罐体部与直径较小的上吸收部之间的过渡结构上设有入气口。
2．相关技术领域的描述由于高速吸收器带来了诸如资金成本较低、房产需求较小、吸收器的体积较小以及提高SO2去除率之类的经济效益，因此高速吸收器正进行着商业化发展。另一方面，高速也存在着某些不足，例如增大了气流阻力并提高了系统在气相和液相的液压工作状态中发生变化的灵敏度。物理模型研究表明气体流过吸收器入气口时的速度会影响气体在吸收器中的分布，同时还会影响吸收部和除雾器的性能和工作状态。
不考虑吸收器的物理形状，可将气流阻力分为有用阻力和寄生阻力。有用阻力被直接且整个地转换成洗涤效能，并参与诸如吸收部压降之类的气体再分布。寄生阻力被消耗，以使气体流过吸收器区域，而不会有效地参与化学过程。入气口和出气口阻力是此类阻力比较典型的例子。采用旋转叶片或其它气体分布装置可简单地解决出气口阻力。但入气口压降却不易减小，这是因为该入气口压降是气体和洗涤液在整个吸收器中相互作用的组合。
传统的吸收器入气口的形状和尺寸有所不同，但入气口的形状基本上是相同的。

图1示出了被广泛实用的入气口设计方案(不具备保护性遮蓬件(awning))。在该设计方案中，流出吸收器器壁12或由附近的喷头所喷射的液体流入到入气口壳体14内，并在导致分布不均和高阻力的湿／干界面上形成了固态生成。为了克服这个问题，如图2所示，在入气口14的顶部设置保护性插入式遮蓬件16(参见5，281，402号美国专利)。该遮蓬件将接触点(热气体与液帘流之间的接触点)从入气口附近移到了吸收器的中心。由于气体在热气体与入气口烟道表面之间的接触面积最小的区域内湿化，因而避免了固体沉积。这种设计已被证实当在气体到达除雾器、进而直到器壁12之前，喷射区阻力大得足以影响均匀分布时，该设计对传统的气体速度会起作用。然而，随着气体速度的增大，液帘阻力会显著地增加总的系统寄生压降，同时气流模式的变形变得更为严重。
虽然液帘可用于湿化且有助于气体再分布，但它仍有明显的不足。与不具备遮蓬件的入气口相比，它大大增大了入气口压降，同时当气体上升通过吸收器时，它还使流动模式发生变形。
在一种新颖的改进型高速吸收器中，气体速度被设定在大约每秒15到20英尺。气流模式中较小的变形会使局部气体高速接近或超过除雾器的临界速度，并会引起除雾装置失效。
为了克服入气口中气体高速的消极作用，一种方法可增大入气口的流动区域，并将气体速度限制到传统的每分钟3，000英尺。这种方法虽然简单且实用，但它将引起较大的入气口高宽比(高度-宽度)，并且增大吸收器的高度和入气口阻力。吸收器高度的增大将使由高速洗涤所具有的优越性减至最小。其它方法还有用于新颖的改进型高速吸收器的先进的低压降入气口，或者在系统中采用可买到的、用于使气流进行再分布而不会显著增大入气口阻力的装置。
目前工业中的入气口设计通常在入气口14的顶部安装保护性遮蓬件16，以使浆状物偏离热烟气流，并防止固体沉积在湿／干界面处。然而，在吸收器气体高速的情况下，由于高密度的液帘阻塞了气体通道而会使气体偏向导致气体速度增大和可能变形的一侧。
从模型研究和操作经验中可得出在吸收器速度介于每秒大约1至12．5英尺的情况下，目前的入气口设计提供了以低于或等于每分钟大约3，000英尺的入气口速度穿过吸收器的良好的气体分布。这种良好的气体分布一部分是由自遮蓬件下落到流入的气体上的液帘的阻力所提供的。遮蓬件的主要作用是使入气口保持干燥且防止发生固体沉积，并提供了足够的阻力以降低流入的气体的速度，从而使气体有足够的时间在吸收器的流动区域内进行再分布。在吸收器气体速度低于每秒12．5英尺的情况下，吸收器中合理的气体变形不会接近除雾器的临界失效速度。
在气体速度增大到每秒12．5英尺以上且接近每秒大约20英尺或更高的情况下，自遮蓬件下落的液帘的阻力变得相当得大，并加大了气流变形的效果。
已作了若干尝试来减小遮蓬件阻力，首先通过引入非插入式遮蓬件的一种新颖的改进型设计来进行尝试。在这些设计中，将遮蓬件自入气口气流移到入气口上方。参见5，403，523；5，558，818和5，648，022号美国专利。这些开发中的每一种开发都是致力于减小由于最初将遮蓬件插入到气体流动通道中所引起的入气口寄生压降。然而，这些设计使吸收器的高度增加了3英尺，并且它们之中还没有一个能完全消除高密度液帘的作用。
这些已有的努力在减小入气口的寄生阻力方面有了很大的作为，但在任何情况下，液帘阻力仍保持原样。考虑到一英寸(水位)的压降对动力装置的使用寿命估计会有将近一百万美元的价值，吸收器寄生阻力的减小提供了显著的竞争优势。表1将具备遮蓬件和不具备遮蓬件的入气口的压降进行了比较。
表1对于不具备和具备遮蓬件的设计的入气口压降的比较描述 插入式遮蓬件 非插入式 无遮蓬件遮蓬件入气口压降4．59 3．50 2．50(英寸水位)*入气口速度每分钟约3，600英尺，液体流量每平方英尺约60加仑，吸收速度每秒约15英尺。
发明概述本发明提供了一种先进的入气口组合，它可防止在湿／干区域中产生固体沉淀，并可将液帘的密度减小至与不具备遮蓬件的入气口设计中的密度相同。该新型入气口不会在气体通道内形成密度较高的液帘，由此减小了使用装配在入气口中的遮蓬件的寄生压降。这种新颖的设计将入气口设置在介于直径较大的罐体部与直径较小的吸收部之间的过渡结构中。
本发明的成功应用估计其成本可小于现有设计大约一百万美元，并可在原有插入式遮蓬件的设计的基础上节省大约二百万美元以上。
本发明适用于具有扩口形(flared)罐体的吸收器。入气口位于介于罐体部与吸收部之间的过渡结构中。由于这种定位方式，入气口的顶板延伸大约1至10英尺超出了底板。这种延伸为入气口提供了一种自然的保护，以防浆状物回流到热的气体区域中。直径较小的吸收部限制了液体下落到罐体中心的面积，从而在下落的浆状物中留下一个环形空间供气体流动。这种设置不再需要入气口环管(bustle)，并可利用环形区域为气体提供一条低阻力的通道。下落的液体对流入的气体具有吸气(aspiration)作用，从而促进气体沿着过渡结构的周长分布。入气口侧壁的轮廓跟随锥形过渡结构的轮廓。可装设侧防护件(shield)以免入气口发生飞溅，但原则上是不希望添加这些侧防护件的。罐体部与吸收部之间的平滑过渡可使气体平缓且均匀地流入吸收部。
因此，本发明的一个目的在于提供在一种吸收器中，该吸收器具有直径较大的下罐体部、直径较小的上吸收部和低压降入气口组件，其中下罐体部用于容纳其液位位于该罐体部中的浆状物，液态洗涤介质在上吸收部中与烟气混合并吸收来自该烟气的杂质，低压降入气口组件包括介于罐体部与吸收部之间的、用于在罐体部与吸收部之间构成密封的气体流动通道和液体流动通道的过渡结构，以及与该过渡结构相连且连通的、用于将烟气输入到介于罐体部与吸收部之间的过渡结构中去的入气口壳体。
本发明的另一个目的在于提供一种用于吸收塔的低压入气口组件，它设计简单、结构坚固且制造经济。
附属于本揭示内容且构成其一部分的权利要求中明确指出了体现本发明特征的各个新颖性特点。为了更好地理解本发明、其操作优点以及使用其后所达到的特定目的，请参阅本发明一较佳实施例的附图和描述内容。
附图简介在这些附图中图1是已有技术中一种吸收塔的局部示意图；图2与图1相似，它示出了已有技术中的另一种吸收塔；图3是本发明一种吸收塔的局部侧剖图；图4是本发明该吸收塔的正视图；图5是沿着图4中的线5-5剖切的剖视图；图6与图4相似，它示出了已有技术中另一种吸收塔；
图7是沿着图6中的线7-7剖切的剖视图；图8是示出了本发明吸收塔的过渡结构的局部剖视图；以及图9是该过渡结构与图8相似的视图，它示出了本发明的入气口组件。
较佳实施例的描述现在请详细参阅附图，如图3和4所示，本发明系总的由标号10所表示的吸收塔，它具有直径相对较大的下罐体部20、直径相对较小的上吸收部22和过渡结构24，其中下罐体部通过过渡结构与上吸收部相连，并且过渡结构为介于罐体部20与吸收部22之间的气体和液体提供了气液密封通道。
与已有技术相一致的是，罐体部20包含有来自于吸收过程的、由吸收液、微粒和杂质所构成的浆状物，该浆状物上升至位于罐体部20中、过渡结构24之下的高度26上。如同传统的吸收器、尤其用于使烟气脱硫的气体吸收器一样，吸收部22包含有有助于将上升的烟气与下降的液体分隔开、以使两种流体之间彼此密切相通的多孔板或底板30。在底板30的上方间隔地设有若干(图3中为三个)吸收器喷头32，它们接收呈现来自于罐体部20的某些再循环浆状物形式的吸收流体和诸如石灰石或石灰浆之类、未曾使用过的吸收液。初级除雾器34横穿吸收部22的内腔、在喷头32的上方延伸。在该初级除雾器34的上方设有过喷头36，而在该过喷头36的上方则设有二级除雾器38。经洗涤过的气体经由顶部出气口(由图3中的标号40所表示)流出。
根据本发明，烟气最初经由入气口壳体42沿箭头44所示的方向流入吸收塔10。该入气口壳体42具有一开口，该开口与过渡结构24相通，以便接收流入到塔内的气体44，该入气口壳体具有标准高度X-标准宽度Y的高宽比，高度X被限制在过渡结构24的高度范围内，宽度Y则绕过渡结构的周边局部延伸。图4示出了形成为已知的用于浆状物的再循环结构的一部分的再循环管道46。
为对比起见，图6示出了一种总的由标号100所表示的已知的吸收塔，它具有下罐体部120、上吸收部122和过渡结构124。还设有用于使来自于罐体部120的浆状物进行再循环的再循环结构146。根据已有技术，入气口142与上吸收部122相连且连通，并同样存在上述已有技术中所存在的问题。
图5示出了气体是如何经由过渡结构24中的入气口结构42流入、如何不费力地环绕无液体存在的环形过渡区域进行扩散、以及如何环绕吸收部22进行更为均匀地分布的。这主要是由于在环绕吸收部的环形空间中的过渡区域内几乎不存在液体，而只留下气体环绕着该环形区域迅速且不费力地自由扩散的原因所致。
图7与图6所示结构相似，但它示出了所有经由入气口结构142流入的气体最初是如何被限制在含有液体的吸收部122的一侧范围内的。
入气口42的高度(X)决定了过渡结构24的高度和该过渡结构所处的过渡角25。可采用介于大约15到90度之间的过渡角。也可采用大锥角(小于约15度)。出于结构目的，入气口42的宽度(Y)通常被限制在顶角约为90度的扇形范围内。在吸收器壳不具备或具备用于根据机械设计的需要而将入气口分隔成两个或更多部分的中间承载部的情况下，还可采用横跨吸收器的整个直径的较大的入气口宽度。
由于不存在伸出到气／液流中的遮蓬件，从而将液帘密度减小至可与无遮蓬件配置相比的厚度，由此将液帘的寄生压降减小至无遮蓬件设计的级别。另外，沿着罐体部的周长所形成的无液体存在的环形区域可使气体以低速环形扩散。气体流速的骤减将引起在早先的诸设计中所消耗的某些速度压力的复原。随着气体的冷却及湿化，希望有更多的压力复原。然而，这在目前的入气口设计中也已实现。
本申请的新颖的入气口配置具有下列优点1．将入气口设置在过渡部分内可使入气口的压降减小等同于液帘压降的量。附加的压降减小可被看作是环形区域中的气体低速以及较佳的气体分布的结果。
2．吸收部中较佳的气体分布可使液体-气体之间的接触面积最大，并使吸收器的脱除效率最优。
3．吸收器的总高度最少降低约2．5到3英尺，以适应本遮蓬件设计。
4．这种设计较为简单，它不再需要为早先的高速入气口设计所需的外部环管。
5．将喷头减低约2至3英尺可使泵压力下降，从而提高了吸收器设计的经济效益。
6．减少了用于构造遮蓬件及辅助(false)底部的合金材料。
7．不采用或采用较小的侧防护件将进一步减少所采用的高合金材料，由此可促成环形区域中更低的气体速度。
8．不再使用环管是减少所用材料和吸收器总重量的另一个原因。
9．设置环形区域以便沿着罐体部的周长分布气体，并可指望在吸收部的底部提供更佳的气体分布。
10．由下落的液浆的作用而在环形区域中所形成的吸气可在吸收器阻力中产生适当的阻力降低。
图8示出了过渡结构24的一个实施例，它可包含有环绕吸收部22的下部开口端延伸360°的顶横架或裙板27。
图9与图8相似，只是圆周位置上有所偏移，它示出了入气口壳体42。在图9所示实施例中，横架27延伸穿过入气口壳体42。
虽然已详细图示且描述了本发明的特定实施例，以便示出本发明的原理，但应当理解的是，在不脱离这些原理的情况下，本发明还可以其它形式来实施。
权利要求
1．在一种吸收器中，所述吸收器具有直径较大的下罐体部和直径较小的上吸收部，其中所述下罐体部用于容纳其液位位于所述罐体部中的浆状物，液态洗涤介质在所述上吸收部中与烟气混合并吸收来自所述烟气的杂质，其特征在于，还包括低压降入气口组件，所述组件包括介于所述罐体部与所述吸收部之间的、用于在罐体部与吸收部之间构成密封的气体流动通道和液体流动通道的过渡结构；以及与所述过渡结构相连且连通的、用于将烟气输入到介于罐体部与吸收部之间的过渡结构中去的入气口壳体。
2．如权利要求1所述的吸收器，其特征在于，所述改进之处包括所述过渡结构以大约15至90°的角度延伸。
3．如权利要求1所述的吸收器，其特征在于，所述入气口壳体的高度大致等同于所述过渡结构的垂直高度，其宽度则绕所述过渡结构的周边局部延伸。
4．如权利要求3所述的吸收器，其特征在于，所述宽度绕所述吸收部的周边延伸直到大约90至180°。
5．如权利要求1所述的吸收器，其特征在于，还包括位于所述吸收部中的、用于喷射自所述罐体部局部再循环的浆状物的喷射装置，位于吸收部中的至少一多孔板和位于吸收部中的所述喷射装置上方的至少一除雾器。
6．如权利要求1所述的吸收器，其特征在于，还包括环绕所述吸收部的下部开口延伸、且大致处于所述过渡结构的上端的横架。
7．如权利要求1所述的吸收器，其特征在于，还包括位于所述吸收部中的、用于喷射自所述罐体部局部再循环的碱性液体的喷射装置。
8．一种用于利用具有直径较小的上吸收部和直径较大的下罐体部的吸收塔来吸收来自烟气的杂质的方法，它包括下列步骤利用用于在所述罐体部与吸收部之间构成密封的气液通道的有角度的过渡结构来将罐体部的上端与吸收部的下端相连；使烟气经由入气口流入所述过渡结构后升至所述吸收部内；以及将吸收液向下喷射到吸收部中的气体上。
9．如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤使液体自所述罐体部至所述吸收部进行再循环，以便喷射到所述烟气上。
全文摘要
一种高速吸收器(10)具有直径较大的下罐体部(20)、直径较小的上吸收部(22)和低压降入气口组件,其中下罐体部用于容纳其液位(26)位于该罐体部(20)中的浆状物,液态洗涤介质在上吸收部中与烟气(44)混合并吸收来自该烟气的杂质,入气口组件具有介于罐体部(20)与吸收部(22)之间的、用于在罐体部(20)与吸收部(22)之间构成密封的气体流动通道和液体流动通道的过渡结构(24)。入气口壳体(42)与过渡结构(24)相连且连通,用于将烟气(44)输入到介于罐体部(20)与吸收部(22)之间的过渡结构(24)中去。
文档编号B01D53/50GK1290187SQ99802755
公开日2001年4月4日 申请日期1999年2月8日 优先权日1998年2月11日
发明者W·F·戈哈拉, W·H·霍尔, E·J·皮亚塞科斯基 申请人:巴布考克及威尔考克斯公司