一種提高脫硫效率的湍流管柵塔的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種提高脫硫效率的湍流管柵塔。通過增加管柵結構均布煙氣流場，均布噴淋漿液，并在裝置上部形成持液層，增大氣液接觸面積，從而提高脫硫效率。同時，所述持液層還可起到一定的除塵作用。且相較于托盤塔及旋匯耦合塔，其結構簡單，制造工藝也化繁為簡，阻力也大大降低，減少了生產與運營成本，還方便進行檢修維護。采取的技術方案是：一種提高脫硫效率的湍流管柵塔，包括塔體、煙氣入口及噴淋層；在煙氣入口與噴淋層之間布置有一管柵結構，包括平行分層布置的至少兩層管列；所述管列包括若干根平行布置的管；任意一根管與其所述管列的相鄰管列中的管在垂直方向上的投影無重合或部分重合。
【專利說明】
一種提高脫硫效率的湍流管柵塔
技術領域
[0001]本發明涉及環保技術領域，尤其涉及濕法煙氣脫硫設備，具體涉及一種提高脫硫效率的湍流管柵塔。
【背景技術】
[0002]《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014-2020)》要求東部地區(遼寧、北京、天津、河北、山東、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、海南等11省市)新建燃煤發電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值(即在基準氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50毫克/立方米)，中部地區(黑龍江、吉林、山西、安徽、湖北、湖南、河南、江西等8省)新建機組原則上接近或達到燃氣輪機組排放限值，鼓勵西部地區新建機組接近或達到燃氣輪機組排放限值。到2020年，東部地區現役30萬千瓦及以上公用燃煤發電機組、10萬千瓦及以上自備燃煤發電機組以及其他有條件的燃煤發電機組，改造后大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值。
[0003]目前在煤質條件偏差的情況下，單塔單循環脫硫塔的脫硫效率很難達到國家環保部的新標準要求。
[0004]為了提高脫硫效率，現有技術很多采用巴威公司的托盤塔。托盤塔中起湍流作用的多孔托盤裝置的制造工藝非常復雜，其裝置原材料選用的是昂貴的高強度合金材料，且由于其多孔的特征，導致托盤極易堵塞，一旦發生堵塞，整個吸收塔內的流場會變得更加不均勻，同時增加不堵塞部分的液體通量，進而引起更嚴重的堵塞，甚至在一些情況下需要停機檢修。另外托盤塔的裝置阻力也較大，需要配備大功率的鼓風機或引風機，因而對管道的強度要求也較高，這樣一來，會大大地增加運營成本。
[0005]另外一種被較多采用的是旋匯耦合塔，該旋匯耦合塔同樣存在制造工藝復雜、清理困難、阻力較大及制作、運營成本較高的問題，且旋匯耦合塔需要達到理想的脫硫效果，需要根據工作環境進行大量的計算以調整旋流板的傾斜角度、尺寸規格及布置方式等，一旦工作環境有了變化，旋匯耦合塔的脫硫效率就有可能降低。
【發明內容】
[0006]針對上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種提高脫硫效率的湍流管柵塔。通過增加管柵結構均布煙氣流場，均布噴淋漿液，并在裝置上部形成持液層，增大氣液接觸面積，從而提高脫硫效率。同時，所述持液層還可起到一定的除塵作用。且相較于托盤塔及旋匯耦合塔，本發明的結構簡單，制造工藝也化繁為簡，阻力也大大降低，減少了生產與運營成本。另外，還方便進行檢修維護。
[0007]為了實現上述目的，本發明采取的技術方案是:
[0008]—種提高脫硫效率的湍流管柵塔，包括塔體、煙氣入口及噴淋層；
[0009]在煙氣入口與噴淋層之間布置有一管柵結構，包括平行分層布置的至少兩層管列；
[0010]所述管列包括若干根平行布置的管；任意一根管與其所屬管列的相鄰管列中的管在豎直方向上的投影無重合或部分重合。
[0011]優選地，所述管柵結構包括分層布置的兩層管列，其中一管列中的管與另一管列中的管互相交錯平行。
[0012]優選地，所述管柵結構包括分層布置的兩層管列，其中一管列中的管與另一管列中的管的在豎直方向上的投影之間具有90-150°的夾角。
[0013]優選地，所述管柵結構包括分層布置的兩層管列，其中一管列中的管與另一管列中的管的在豎直方向上的投影互相垂直。
[0014]優選地，任一層所述管列所占塔體橫截面的孔隙率為0.3?0.6之間。
[0015]優選地，同一管列中的管的橫向間距為管徑的0.5-2.0倍，相鄰管列中的管的垂直間距為管徑的1-2倍。
[0016]優選地，所述管柵結構安裝于所述煙氣入口上方1.5-4米處。
[0017]優選地，所述管為外壁直徑為?45-100mm的圓管。
[0018]優選地，所述管為外壁短軸為30-70_，橢圓率為0.4-0.7的橢圓管。
[0019]優選地，所述管的材質選自合金鋼、塑料、碳鋼襯防腐材料。
[0020]通過采取上述技術方案，可選用標準尺寸圓管或橢圓管組合成需要的排列方式，加工制造工藝簡單，在堵塞問題上也得到有效改善，且湍流管柵裝置間形成的交替流通流道的結構相比托盤塔的篩板小孔及旋匯耦合塔的旋流板，可有效降低裝置阻力。
[0021]綜上，本發明具有裝置簡單、不增加額外占地面積、運行成本低、維護管理方便等特點，具有極高的推廣應用價值。相較于現有技術，本發明提出的湍流管柵塔在達到同樣效果的前提下，工藝更簡單，能耗更低，維護更方便。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明的湍流管柵塔在一實施例中的結構組成示意圖。
[0023]圖2為圖1中A-A方向的剖視圖。
[0024]圖3為本發明的湍流管柵塔在另一實施例中的局部結構組成示意圖。
[0025]圖4為圖3中B-B方向的剖視圖。
[0026]圖5為本發明的湍流管柵塔在又一實施例中的局部結構組成示意圖。
[0027]圖6為圖5中C-C方向的剖視圖。
[0028]圖7為本發明的湍流管柵塔在一實施例中的Fluent流場模擬中的速度云圖。
[0029]圖8為本發明的湍流管柵塔在一實施例中的Fluent流場模擬中的速度矢量圖。
[0030]圖9為本發明的湍流管柵塔在一實施例中的Fluent流場模擬中的調整布置間距后的速度云圖。
[0031]圖10為本發明的湍流管柵塔在一實施例中的Fluent流場模擬中的調整布置間距后的速度矢量圖。
[0032]圖11為本發明的湍流管柵塔在另一實施例中的Fluent流場模擬中的速度云圖。
[0033]圖12為本發明的湍流管柵塔在另一實施例中的Fluent流場模擬中的速度矢量圖。
[0034]圖13為本發明的湍流管柵塔在又一實施例中的Fluent流場模擬中的速度云圖。
[0035]圖14為本發明的湍流管柵塔在又一實施例中的Fluent流場模擬中的速度矢量圖。
[0036]圖15為本發明的湍流管柵塔在又一實施例中的Fluent流場模擬中的調整布置間距后的速度云圖。
[0037]圖16為本發明的湍流管柵塔在又一實施例中的Fluent流場模擬中的調整布置間距后的速度矢量圖。
[0038]附圖標記說明:1_管柵結構；2_煙氣入口 ；3_噴淋層；4_除霧器；5_煙氣出口。
【具體實施方式】
[0039]首先介紹本發明的工作原理:
[0040]本發明的提高脫硫效率的湍流管柵塔在煙氣入口上方與第一層噴淋層之間加裝湍流管柵結構，在進行濕法煙氣脫硫處理過程中，石灰石漿液由湍流管柵結構上方的噴嘴噴到管柵結構上方的管列上，煙氣從下方經過管柵結構下方的管列進入管柵結構，經過管柵結構的整流后，再與石灰石漿液接觸傳質，吸收SO2，最后經除霧器后由煙氣出口排出。
[0041]本發明的瑞流管棚■塔能夠提尚脫硫效率的具體理由說明如下:
[0042]1.一般情況下，煙氣在正壓或負壓作用下(正壓負壓一般由鼓風機或引風機提供)，由煙氣入口側面進入向上流動，煙氣的氣體分布不均勻性很大，會產生很大的渦流區，是造成脫硫效率地下的重要原因。安裝管柵結構后，煙氣由下至上通過管柵結構得以整流，使其在塔體內部流動均勻，避免了煙氣入口出現偏流和短路現象，并均勻通過塔體內的噴淋區，使脫硫過程在比較穩定的狀態下進行。
[0043]2.煙氣在經過管柵結構時，會在管束間交替收縮和擴張形成的交替流通的流道，在管束間產生強烈的湍流和渦流作用，強化了煙氣對漿液的擾動，提高了氣液傳質系數，使煙氣與漿液接觸更加充分，從而使脫硫效率得到提高。
[0044]3.在運行過程中，由下方上升的煙氣氣流經過管柵結構后產生的高速氣流能夠將較大的漿液液滴粉碎，在管柵結構上方產生持液層，持液層中液體為連續相，氣體為分散相，極大增加氣液傳質面積，有效降低液氣比。
[0045]本發明的關鍵點是裝置采用圓形或橢圓形管道為原材料，根據模擬流場計算排列組合成湍流管柵裝置，成本低，加工工藝簡單，極易推廣實現。
[0046]為使本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖作詳細說明如下。
[0047]實施例1:
[0048]如圖1所示，本發明的提高脫硫效率的湍流管柵塔，包括煙氣入口 2、噴淋層3、除霧器4及煙氣出口 5 ;在煙氣入口 2與噴淋層3之間布置有管柵結構1，包括平行分層布置的至少兩層管列；所述管列包括若干根平行布置的管；任意一根管與其所屬管列的相鄰管列中的管在豎直方向上的投影無重合或部分重合。管柵結構I安裝于所述煙氣入口 2上方
1.5-2.5米處。煙氣入口與所述噴淋層之間垂直距離為3-5米。而旋匯耦合塔中旋流裝置自身高度即在2米左右，故對煙氣入口與第一層噴淋間距要求較大，至少需4米以保證足夠的安裝位置。因此，與旋匯耦合塔相比，本發明的湍流管柵的塔體高度能夠降低，不僅減少了制造和安裝成本，也能夠降低修理維護的難度和危險性。
[0049]其中，從圖1及圖2中可直接看出，管列為兩層，其中一管列中的管與另一管列中的管互相交錯平行。管為圓管，一般選用外壁直徑為?45-100mm的標準管材。管材的材質選自合金鋼、塑料、碳鋼襯防腐材料等。
[0050]根據模擬流場計算，結果表明，一層所述管列所占塔體橫截面的孔隙率為0.3?
0.6之間，同一管列中的管的橫向間距為管徑的0.5-2.0倍且相鄰管列中的管的垂直間距為管徑的1-2倍時能夠獲得最佳的脫硫增效效果，具體的模擬流場計算過程如下:
[0051]利用Fluent流場模擬軟件，對不同孔隙率布置形式下的煙氣流場情況進行模擬，可看到如上所述布置方式時管列間的湍流效果最佳，對煙氣的均布效果更佳，可增加氣液混合效果并增加停留時間，模擬結果如下所示。
[0052]A)布置參數:管徑65mm，橫向間距115mm，橫向間距:縱向間距=1:0.5 ;其速度云圖及速度矢量圖如圖7、圖8所示。
[0053]B)布置參數:管徑65mm，橫向間距115mm，橫向間距:縱向間距=1:0.9 ;其速度云圖及速度矢量圖如圖9、圖10所示。
[0054]實施例2:
[0055]如圖3及圖4所示，在實施例1的基礎之上做一些調整，其中一管列中的管與另一管列中的管垂直方向上的投影互相垂直。通過模擬流場計算表明，相鄰管列中的管空間垂直布置同樣能夠獲得較佳的脫硫效果。具體的模擬流場計算過程如下:
[0056]利用Fluent流場模擬軟件，對不同孔隙率布置形式下的煙氣流場情況進行模擬，可看到管列間垂直布置時也可得到較好的湍流效果，通過裝置后煙氣流場十分均勻，可以較好的避免貼壁流的問題。
[0057]A)布置參數:管徑為65mm，橫向間距固定為115mm，橫向間距:縱向間距=1: 0.8 ;其速度云圖及速度矢量圖如圖11、圖12所示。
[0058]實施例3:
[0059]如圖5及圖6所示，管列中的管還可選用外壁短軸為30-70mm，橢圓率為0.4-0.7的橢圓管，同時一管列中的管與另一管列中的管互相交錯平行。具體的模擬流場計算過程如下:
[0060]利用Fluent流場模擬軟件，對不同孔隙率布置形式下的煙氣流場情況進行模擬，可看到采用橢圓管時，可以增加管間流道寬度，管間湍流范圍增大，并可適當降低管間流速，降低氣流對管件的沖擊。
[0061]A)布置參數:橢圓管尺寸為84*65mm，橫向間距114mm，縱向間距10mm ;其速度云圖及速度矢量圖如圖13、圖14所不。
[0062]B)布置參數:橢圓管尺寸為84*56mm，橫向間距114mm，縱向間距IlOmm ;其速度云圖及速度矢量圖如圖15、圖16所示。
[0063]通過以上實施例可以說明，采用本發明湍流管柵塔的結構，能夠大大地提高脫硫效率。當然，上述實施例僅為說明本發明的技術方案的較佳實現方式，本發明并不以此為限，實際上，管列層數至少為兩層，根據實際的需要，在進行模擬流場計算之后，可以結合成本考慮安裝更多層數的管列。管列的排列方式也不僅僅以上述實施例為限，相鄰管列中的管還可以交叉布置，其投影之間的夾角可任意選自90-150°之間。
[0064]下面通過對具體的設備運行數據和效果的分析，說明本發明與同類技術相比，所具有的優越之處。
[0065]1.本發明的湍流管柵塔與現有技術的托盤塔、旋匯耦合塔相比，同樣能夠使塔內的流場的分布更趨于均勻化，抵消了部分進口不均和漩渦對流場的不利影響，從而大幅度提高脫硫效率。在浙江大學10000Nm3/h脫硫中試平臺進行試驗，在液氣比12，漿液pH =
5.8，塔內流速3.7m/s的情況下進行試驗，調節入口 SO2濃度。實驗證明，SO2入口濃度為2700mg/Nm3時，本發明的脫硫效率已高達99.96% ;入口 SO2*度低于3600mg/Nm3時，可保證脫硫效率在99.5%以上，出口 302濃度彡15mg/Nm30 SO2入口濃度為6000mg/Nm3時，SO2出口濃度也低于35mg/Nm3，脫硫效率達99.4%。
[0066]而相比較而言，本發明的結構無疑更加簡單，制造及安裝工藝大大的簡化，制造和運營成本大大降低，且進行檢修和維護也更便捷。
[0067]2.在達到相同的湍流效果前提下，本發明的湍流管柵塔與現有技術的托盤塔及旋匯耦合塔相比，阻力明顯降低。
[0068]以目前實際運行的某600麗燃煤機組為例，脫硫系統滿負荷運行，開啟三層噴淋時，裝置阻力僅為250-300Pa。而目前已投入商業應用的旋匯耦合塔，在達到相同提效效果時，阻力增加為lOOOPa。
[0069]3.在進行噴淋層檢修時，可直接在管柵結構上搭建檢修平臺。系統進行小修，在塔體內漿液未排空的情況下，檢修人員便可進入塔內，檢查、清理噴淋層、噴嘴以及塔內防腐情況，維護檢修方便。
[0070]4.另外，相對托盤塔及旋匯耦合塔而言，本發明的湍流管柵塔在材料選擇上范圍更寬，有助于降低生產成本，不銹鋼、合金鋼、塑料、碳鋼襯防腐材料等材質的標準管材均可選用，而一般托盤塔及旋匯耦合塔只能選用造價較高的高強度合金材料。
[0071]5.湍流管柵塔具有良好的傳質效果，從而可以減少噴淋層數和漿池高度，使吸收塔的高度降低，塔體重量減輕，防腐面積減少，進一步降低投資和運行維修等綜合成本。在同等流速情況下，要達到相同的脫硫效果，湍流管柵塔高度比噴淋空塔低4米，比旋流塔低2米以上。
【主權項】
1.一種提高脫硫效率的湍流管柵塔，包括塔體、煙氣入口及噴淋層；其特征在于， 在煙氣入口與噴淋層之間布置有一管柵結構，包括平行分層布置的至少兩層管列； 所述管列包括若干根平行布置的管；任意一根管與其所屬管列的相鄰管列中的管在豎直方向上的投影無重合或部分重合。2.如權利要求1所述的提高脫硫效率的湍流管柵塔，其特征在于，所述管柵結構包括分層布置的兩層管列，其中一管列中的管與另一管列中的管互相交錯平行。3.如權利要求1所述的提高脫硫效率的湍流管柵塔，其特征在于，所述管柵結構包括分層布置的兩層管列，其中一管列中的管與另一管列中的管的在豎直方向上的投影之間具有90-150。的夾角。4.如權利要求3所述的提高脫硫效率的湍流管柵塔，其特征在于，所述管柵結構包括分層布置的兩層管列，其中一管列中的管與另一管列中的管的在豎直方向上的投影互相垂直。5.如權利要求1所述的提高脫硫效率的湍流管柵塔，其特征在于，任一層所述管列所占塔體橫截面的孔隙率為0.3?0.6之間。6.如權利要求1所述的提高脫硫效率的湍流管柵塔，其特征在于，同一管列中的管的橫向間距為管徑的0.5-2.0倍，相鄰管列中的管的垂直間距為管徑的1-2倍。7.如權利要求1所述的提高脫硫效率的湍流管柵塔，其特征在于，所述管柵結構安裝于所述煙氣入口上方1.5-4米處。8.如權利要求1所述的提高脫硫效率的湍流管柵塔，其特征在于，所述管為外壁直徑為45-100mm的圓管。9.如權利要求1所述的提高脫硫效率的湍流管柵塔，其特征在于，所述管為外壁短軸為30-70_，橢圓率為0.4-0.7的橢圓管。10.如權利要求1所述的提高脫硫效率的湍流管柵塔，其特征在于，所述管的材質選自合金鋼、塑料、碳鋼襯防腐材料。
【文檔編號】B01D53/80GK105879645SQ201510316288
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年6月10日
【發明人】趙怡凡, 谷小兵, 肖志均, 申鎮, 王長清, 江澄宇, 齊勇
【申請人】大唐環境產業集團股份有限公司