CN1309456C - 分流法或外部强制氧化法烟道气脱硫系统的斗式集流器 - Google Patents

Abstract

一种用于收集内部集流槽上游浆液的斗式集流器，该斗式集流器与降液管保持流体间的相通。降液管至少接收部分收集的浆液，从而维持浆液通过斗式集流器连续流动不发生堵塞。收集的浆液通过斗式集流器或降液管排出处理。一种在湿FGD脱硫涤气器的应用，是将排入内部反应槽前的部分反应了液体的涤气试剂和涤气副产物的废浆液收集于斗式集流器。这样在添加新鲜试剂改变料液的pH值之前，可将部分反应了的液体涤气试剂和涤气副产物排出进行处理。

Description

分流法或外部强制氧化法烟道气脱硫系统的斗式集流器

发明领域

本发明涉及湿烟道气脱硫(FGD)涤气器，特别涉及采用分流法或在外部将亚硫酸盐强制氧化为硫酸盐的系统。

背景技术

典型的湿烟道气脱硫(FGD)涤气器(有时称作吸收器)有两个主要部分：涤气区和反应槽：气体在涤气区被洗涤，反应槽可高效利用反应试剂。喷洒在涤气区的液体试剂吸收二氧化硫生成亚硫酸盐和亚硫酸氢盐。如果亚硫酸盐氧化为硫酸盐的氧化率低于15％(抑制氧化法)或大于98％(强制氧化法)，这些系统在运行中不会结垢。使空气鼓泡通过循环的反应试剂，从而将亚硫酸盐强制氧化为硫酸盐，是控制FGD系统中结垢的一种手段。

现有的许多湿FGD涤气器是单回路强制氧化系统，其中涤气区和反应槽组成一个整体，置于湿式涤气器中，称为内部强制氧化。图1所示为已知的一种单回路、内部强制氧化的湿FGD涤气器。烟道气从位于内部反应槽上方的进口12进入涤气器，并通过涤气区，涤气区装有一组多层喷淋液管14，其上的喷嘴16喷洒从内部反应槽循环的液体试剂，泵18用来使液体试剂循环。在内部反应槽中引入空气，以促进亚硫酸盐氧化为硫酸盐的过程。内部反应槽中也会发生诸如反应试剂溶解等一些其它反应。在烟道气通过出口2排出到烟囱(图中未示出)之前，向烟道气中喷洒液体反应试剂，可除去由煤、燃油或其它化石燃料燃烧所产生的大量硫氧化物。液体反应试剂通常为碱性的石灰、石灰石、添加了石灰的碱性飞灰、镁加强石灰的浆液或碳酸钠溶液。喷洒于涤气区的液体试剂吸收二氧化硫，生成亚硫酸盐和亚硫酸氢盐。离开涤气区的部分反应了的液体试剂的pH值下降到pH4.5左右，随反应试剂、化学计量、二氧化硫浓度及其它设计参数不同，其具体数值不同。然后，这一低pH值的涤气液向下流入反应槽，在反应槽中加入新鲜的液体试剂，使槽中pH值回到预定水平，如5.8～6.2。

为使反应槽中不结垢，需将亚硫酸盐氧化为硫酸盐。通常用如下典型的方法实现这一氧化过程：用一台泵(图中未示出)将空气送入集管22，然后开启被分布到位于反应槽中的一组多孔喷雾管24，在此处空气鼓泡进入反应槽，从而使亚硫酸盐在反应槽中被强制氧化成硫酸盐。

较早的一些系统的设计是将反应试剂置于一个外部独立的反应槽中，使空气自其中鼓泡通过，从而使亚硫酸盐氧化，然后将所生成的硫酸盐分离后排出。这些系统被称作外部强制循环氧化系统。另外一些系统是从内部反应槽中分流出部分反应试剂，使空气鼓泡通过这部分试剂使亚硫酸盐氧化，然后将反应试剂返回至反应槽中，其结构介于外部氧化系统与内部氧化系统之间。

在一些外部氧化系统中，将部分反应了的液体试剂收集在内部反应槽中，向其中加入新鲜的碱性试剂以代替反应了的试剂并调节pH值。从内部反应槽中移去一部分液体试剂循环至涤气区，从内部反应槽移去的另一部分液体送至外部独立的反应槽(有时又称作氧化器或氧化槽)中。对外部氧化槽中的氧化过程，试剂的pH值最好为5或5以下。然而，由于加入了新鲜的碱性试剂，在内部氧化槽中重新调节过的试剂的pH值为5.8，可能更高。因此，需要向待氧化的物料或外部独立反应槽中加入硫酸，以中和碱性，将pH值调节至能促进氧化过程的范围。

在另外一些较早期的系统中，采用了半内部强制氧化系统，其中用一个斗式集流器收集几乎所有喷洒出的液体试剂，将其送至外部氧化槽。然后用一台泵将该氧化槽内的物料直接送回FGD塔，而不是送至脱水系统。只是从过程液体中分出含有新鲜碱液的液流去脱水。

另有一种FGD系统采用一种集流槽，以双回路操作方式来收集FGD系统中吸收器段的全部液体试剂，但是没有采取措施以最大限度减少硫酸用量。

在双回路系统中，两个回路实际上是相互独立的。涤气回路含有新鲜的碱性液体试剂，将液体试剂喷洒于多层填料上以增强系统除去二氧化硫的能力。液体试剂在填料上与烟道气接触，使离开填料的液体试剂的pH值下降，这一点类似于单回路系统。然后，部分反应了的且pH值很低的试剂被收集在一个集流槽中，再送至外部反应槽或外部氧化器中。

在双回路系统中，将新鲜液体试剂加入到外部反应槽中，以维持过程设定的pH值，然后将氧化槽中调节了pH值后的液体试剂循环喷洒在填料上。来自外部反应槽的液体试剂溢流至集流槽下方的涤气器底部，并通过第二个回路循环至同样位于杯式集流器下方的一组集管，这些集管的作用是使进入涤气器的烟道气增湿，避免形成干/湿界面沉积物，从而促进涤气过程。根据预设的液位，从涤气器底部将部分反应了的反应液抽出。下部回路运行的pH值通常低于上部回路，这样可改善石灰石的利用率，使操作成本降低。

图2所示为一已知的双回路烟道气脱硫系统，包括一个箱(housing)5，靠近其底部有一个进口12，为烟道气进口。顶部的出口2为箱5中经过洗涤后的烟道气的出口。

新鲜的液体试剂进入加料槽10，通过与加料槽10、泵30和上层喷淋液管20相连接的加料管32，泵30将新鲜的液体试剂泵送至靠近的箱5顶部的上层喷淋液管20。由上层喷淋液管20喷洒的液体试剂具有较高的pH值，喷洒在填料40上，以促进二氧化硫在高pH值液体试剂中的吸收，并使出口烟道气在经出口2流出之前得到过滤。填料通常分层放置，填料层高2～3英尺。

从上层喷淋液管20喷洒的液体试剂流过填料40，用一个同心安装在箱5内径上的箍环50改变其流向，使其经过箍环50的内孔流向直接位于箍环50下方的集流槽60。箍环50和集流槽60阻止上部回路的液体试剂流入位于箱5底部的内部反应槽。收集在集流槽60中的液体试剂通过与集流槽60和加料槽10相连接的回流管62流入进料槽10。

随着加料槽10中液体反应试剂的液位上升，溢出的液体反应试剂通过溢流管80溢流回至箱5而进入内部反应槽70，溢流管80在内部反应槽70处连接加料槽10和箱5。通过与内部反应槽70相连的下部加料管72，用急冷剂泵71将内部反应槽中的液体试剂泵送至下层喷淋液管90。泵71和下层喷淋液管90用来急冷并洗涤烟道气，从而改善箱5中反应试剂的利用率。利用放空的方式，即通过排液7使内部反应槽70中液体反应试剂的液位保持低于进口12。

发明概要

本发明涉及一种改进的集流装置，即改进的斗式集流器，用于收集内部反应槽上游的、尚未添加新鲜试剂的FGD液体试剂。分流法或外部氧化法的湿FGD系统的外部氧化槽中需保持适宜的pH值，使用这种装置可使这部分的酸用量大大减少。然而这类装置常常容易堵塞。本发明改进的斗式集流器包括一个降液管，该降液管的设计成使液体反应试剂通过降液管保持连续流动，从而避免斗式集流器发生堵塞。

据此，本发明的一个目的是提供一种能够防止斗式集流器或其它用于收集并输出容器中料浆的装置堵塞的装置。

本发明的另一个目的是提供一种系统，使得分流法或外部强制氧化法湿FGD系统中硫酸的消耗量达到最小。

本发明第三个目的是提供一种从烟道气中脱除硫氧化物的方法，该法可最大限度地降低硫酸用量，同时可防止设备堵塞。

本发明一个实施方案中，包括一个分流装置，至少能分流部分流向内部集流槽的反应产物和部分反应了的液体试剂，该内部集流槽有一槽液位。该装置包括一个斗式集流器，至少部分延伸横穿集流槽液位上方，其造形使在操作过程中反应产物和部分反应了的液体试剂在集流器中能形成一定的液位。斗式集流器有一个出口。该装置还包括一个带有供流体流过的进出口的降液管。降液管的进口保持与流体连通，并与斗式集流器出口相连。操作过程中降液管出口在位于内部集流槽中液位下方，从而能够将斗式集流器中的反应产物和部分反应的液体试剂连续排入内部集流槽中。

本发明另一个实施方案中，包括一个从烟道气中脱除硫氧化物的系统。该系统包括一个湿烟道气脱硫涤气器，其中包括一个涤气区，将硫氧化物转变为涤气产物，以及向涤气区提供硫氧化物吸收液的装置。该系统中有一个内部反应槽，位于涤气区下方，用来收集涤气区中部分反应了的液体试剂和涤气产物。内部反应槽中有一定的液位。该系统还包括一个带有出口的斗式集流器，至少部分延伸横穿反应槽液位上方，其造形使在操作过程中，反应产物和部分反应了的液体试剂在集流器中能形成一定的液位。该系统还包括一个带有供流体通过的进出口的降液管。降液管的进口保持与流体连通，并与斗式集流器出口相连。操作过程中降液管的出口位于内部反应槽中液位下方，从而能够将斗式集流器中的部分反应的液体试剂和涤气产物连续排入内部反应槽中。

在本发明另一个实施方案中，涉及一种从烟道气中脱除硫氧化物的方法，包括：设置一个带有涤气区的湿烟道气脱硫涤气器，涤气区位于内部反应槽上方，然后使烟道气在涤气区中与液体试剂接触，将硫氧化物转化成涤气副产物，生成含有部分反应了的液体试剂和涤气副产物的废浆液。第一部分废浆液收集到内部反应槽中，向槽内废浆液中添加新鲜液体试剂，然后将这部分废浆液和新鲜的液体试剂从内部反应槽中循环回至涤气区。第二部分废浆液收集在内部反应槽和涤气区之间，其中一部分排出，在外部强制氧化槽中加以处理，另一部分直接排入内部反应槽。

权利要求书中具体指出作为本发明各种特征的新颖性，为本发明内容的一部分。为了更好地理解本发明，并能从其使用中得益，可参考附图及其说明，这是本发明内容的一部分，阐述了本发明较好的一种实施方案。

附图简述

附图作为本发明说明书的一部分，对各图中所有相同或相应的部件以相同的数字标记。

图1所示为一种已知的采用内部强制氧化法的单回路湿FGD涤气器的透视图。

图2所示为一种已知的采用外部强制氧化法的双回路湿FGD涤气器的示意图。

图3所示为本发明所使用的采用外部强制氧化法的湿FGD涤气器的部分示意图。

图4所示为本发明图3放大了的示意图。

较好几种实施方案的描述

参见上述附图，图中相同或类似的部件以相同的数字标出，图3所示为湿FGD涤气器200。烟道气从进口112进入并通过涤气区，涤气区由多层带有许多喷嘴116(图中未示出)的喷淋液管114组成，位于进口112的下游(相对于主烟道气流动方向而言)。由泵118(为清楚起见，图中只标出一台泵)从内部反应槽170循环而来的诸如镁加强石灰等液体试剂通过喷嘴116喷洒。液体试剂在湿FGD涤气器200中向下流动时，与烟道气中的二氧化硫反应，生成亚硫酸盐和亚硫酸氢盐涤气副产物。二氧化硫在水存在时生成酸，并与喷洒的液体试剂中的碱发生反应，降低pH值。净化了的烟道气通过涤气器出口102排出湿烟道气涤气器200。

在湿FGD气器200中装有集流装置，即斗式集流器150，用来收集涤气区中部分反应了的液体试剂和生成的副产物。斗式集流器150至少将一部分所收集的涤气副产物和部分反应了的液体试剂排入降液管154。降液管154的进口端152位于斗式集流器150的底部，其出口端156位于内部反应槽170中液位175的下方。

将降液管出口端156置于内部反应槽170中液位175的下方，维持斗式集流器150和降液管154中的液位。如图3和4所示，斗式集流器150中的液位105维持在高于或近乎等于内部反应槽中的液位175上。斗式集流器的设计和安装的目的是为了截留比过程需求量更多的液体试剂，从而保证部分反应了的液体试剂和涤气副产物连续流动通过降液管154。降液管154的大小以维持必要的液位即液体试剂的液位为准，同时要保证液体试剂和涤气副产物以一定流量流过降液管154以防止堵塞。

在直径约40英尺，设计能处理250MW燃煤发电厂烟道气的大型湿FGD涤气器中，降液管直径为1英尺的斗式集流器被证明能够成功地运转而不发生堵塞。若没有降液管，同一个斗式集流器在几周内就会堵塞。在这一特定的系统中，斗式集流器截留了大约10％的进入涤气区的液体试剂，大约比过程需求量多50％。

在图3和4所示的实施方案中，降液管出口端156位于与混合器180相同的高度上，以促进从降液管154流下的流体与内部反应槽170中液体的混合。

斗式集流器150可安装在涤气器200中位于喷嘴集管114下方、内部反应槽170液位175上方的任何部位，视烟道气和液体试剂需求量而定。

部分反应了的液体试剂和涤气副产物可以从降液管154排出，例如通过图3和4所示泵抽吸管140排出，或者直接从斗式集流器150排出，至外部反应槽，如氧化槽190(图中未示出)中进行处理。

在一个实施方案中，一部分被抽出的流体通过循环管160返回到斗式集流器150中。通过调节送入氧化槽190的流体量与经循环管160返回斗式集流器150的流体量之间的分流比，可以控制内部反应槽170中的液位175。如果内部反应槽170中的液位175在上升，则将更多流体泵入氧化槽190。若液位175在下降，则将更多的流体经循环管160泵回斗式集流器150。

降液管154可防止斗式集流器150堵塞。由于斗式集流器150不再会在运转后不久就发生堵塞，这使得斗式集流器150可以连续使用，从而使被分流出的流体中或外部强制氧化过程中需添加的硫酸的量达到最少。本发明也允许湿FGD涤气器200在较高的pH值下操作，这样可在试剂消耗最少的同时提高二氧化硫的去除效果。

本发明可以与各种FGD系统常用的试剂一起使用，包括含钠、镁和钙的碱性化合物，但不仅限于此。斗式集流器150的具体形状不是最关键的，并且斗式集流器150和降液管154可用任何合适的材质制造，如317LMN不锈钢。

尽管本发明特别适用于采用分流法或外部强制氧化法的湿FGD脱硫系统，也适用于其它传统的FGD系统，以最大限度减少试剂的用量，如用于采用内部强制氧化法的系统。本发明可普遍用于收集从其它过程循环来的部分浆液。

尽管以上出示和描述了本发明的几个实施方案和/或详细流程图，用以说明本发明原理的应用，但不用说，可以按权利要求中更全面的描述对本发明进行实施，或只要不偏离上述原则，可以按专业人员熟知的其它方式进行实施。

Claims (14)

1.一种用于将至少部分反应产物和部分反应了的液体试剂分流流入内部集流槽的装置，所述内部集流槽具有一定的液位，该装置包括：

带有出口的斗式集流器，至少部分延伸横穿集流槽液位上方，其造形使在操作过程中反应产物和部分反应了的液体试剂在集流器中能形成一定的液位；和

带有供流体通过的进出口的降液管，降液管的进口与斗式集流器出口保持流体连通并相连，操作过程中降液管的出口位于内部集流槽中液位下方，从而能够将斗式集流器中的反应产物和部分反应的液体试剂连续排入内部集流槽中。

2.权利要求1所述的装置，其特征在于所述装置还包括可维持斗式集流器中液位高于槽中液位的装置。

3.权利要求2所述的装置，其特征在于所述维持斗式集流器中液位高于槽中液位的装置包括下述几部分：与斗式集流器和降液管之一相连接的抽吸管、排液入斗式集流器的循环管、位于两者之间的泵。

4.权利要求1所述的装置，其特征在于所述装置还包括用于将反应产物和部分反应了的液体试剂输送至外部反应槽的装置，该装置与斗式集流器和降液管之一相连接。

5.权利要求4所述的装置，其特征在于所述斗式集流器具有足够的面积，可以收集超过供应外部氧化槽所需的反应产物和部分反应了的液体试剂量。

6.一种用于从烟道气中脱去二氧化硫的系统，包括：

湿烟道气脱硫涤气器，其涤气区将硫氧化物转化成涤气产物；

向涤气区供应吸收硫氧化物的液体试剂的装置；

内部反应槽，位于涤气区下方，用于收集涤气区部分反应了的液体试剂和涤气产物，内部反应槽中保持一定的液位；

带有出口的斗式集流器，至少部分延伸横穿反应槽液位上方，其造形使在操作过程中反应产物和部分反应了的液体试剂在斗式集流器中能形成一定的液位；和

带有供流体通过的进出口的降液管，降液管的进口与斗式集流器出口保持流体连通并相连，操作过程中降液管的出口位于内部反应槽中液位下方，从而能够将斗式集流器中的反应产物和部分反应的液体试剂连续排入内部反应槽中。

7.权利要求6所述的系统，其特征在于所述系统还包括可保持斗式集流器中液位高于槽中液位的装置。

8.权利要求7所述的系统，其特征在于所述保持斗式集流器中液位高于槽中液位的装置包括下述几部分：与斗式集流器和降液管之一相连接的抽吸管、排液入斗式集流器的循环管、位于两者之间的泵。

9.权利要求6所述的系统，其特征在于所述系统还包括用于将反应产物和部分反应了的液体试剂输送至外部反应槽的装置，该装置与斗式集流器和降液管之一相连接。

10.权利要求9所述的系统，其特征在于所述斗式集流器具有足够的面积，可以收集超过供应外部氧化槽所需的反应产物和部分氧化了的液体试剂量。

11.一种使用权利要求1所述装置或权利要求6所述系统从烟道气中脱除硫氧化物的方法，包括：

提供一个带有涤气区的湿烟道气脱硫涤气器，涤气区位于内部反应槽上方；

使烟道气在涤气区中与液体试剂接触，将硫氧化物转化成涤气副产物，生成含有部分反应了的液体试剂和涤气副产物的液体和固体的废浆液；

在内部反应槽中收集第一部分废浆液，向该槽内废浆液中添加新鲜液体试剂，然后将这部分废浆液和新鲜的液体试剂从内部反应槽中循环回至涤气区；

在内部反应槽和涤气区之间收集第二部分废浆液，其中一部分排出，在外部强制氧化槽中加以处理，另一部分直接排入内部反应槽。

12.权利要求11所述的方法，其特征在于所述液体试剂选自下述各种溶液之一：碳酸钠、石灰浆、石灰石和添加了石灰的碱性飞灰。

13.权利要求11所述的方法，其特征在于所述涤气副产物包括亚硫酸盐、亚硫酸氢盐和硫酸盐。

14.权利要求11所述的方法，其特征在于与烟道气接触的液体试剂的pH值为5.8左右，外部强制氧化槽中的pH值在5左右或5以下。

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