專利名稱：氣液接觸器和濕式煙道氣脫硫系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能有效地讓氣體與淤漿溶液發(fā)生接觸的氣液接觸器，還涉及使用該接觸器的濕式煙道氣脫硫系統(tǒng)。
在目前的濕式煙道氣脫硫系統(tǒng)當中，罐內(nèi)氧化型占主導(dǎo)地位。該類型如此稱謂的原因是空氣導(dǎo)入吸收塔的罐中，在這里它與已從煙道氣中吸收二氧化硫的淤漿溶液(屬于鈣化合物如石灰石)發(fā)生接觸并進行氧化反應(yīng)，免去氧化塔。使用這一類型的系統(tǒng)，空氣和淤漿溶液的接觸效率多高是節(jié)約空氣和動力消耗，加速處理，減少罐尺寸以及其它改進的關(guān)鍵。將空氣供入罐中與淤漿溶液接觸的裝置，即氣液接觸器，它僅包含一排安裝在罐內(nèi)實施鼓泡的空氣供入管。與壓力型的氧化塔等相比較，這一裝置在性能上并不完全令人滿意。對于這一點，本申請人最近開發(fā)和投入使用二種所謂旋臂型(arm rotating type)的氣液接觸器，其中在罐內(nèi)回轉(zhuǎn)的攪拌棒后方供入空氣，以及還有一種使用接觸器的濕煙道氣脫硫系統(tǒng)。
圖3以示意圖方式示出了采用旋臂型氣液接觸器的濕石灰—石膏脫硫系統(tǒng)的布置方式。該接觸器包括在吸收塔1的罐2內(nèi)由中空旋轉(zhuǎn)軸3懸掛的攪拌棒4，以便由馬達(未畫)驅(qū)動進行水平運轉(zhuǎn)；從中空旋轉(zhuǎn)軸3分出的空氣供入管5，其中開口端5a延伸到攪拌棒4的下方；和將中空旋轉(zhuǎn)軸3的上端聯(lián)通到空氣源(未畫)的聯(lián)軸器6。中空旋轉(zhuǎn)軸3被帶動運轉(zhuǎn)的同時空氣被強迫進入中空軸，從而空氣C能夠供入在回轉(zhuǎn)攪拌棒4的后面所形成的氣相區(qū)域。由攪拌棒4的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的旋渦力會扯碎氣相區(qū)域的尾部，從而產(chǎn)生許多大小基本均勻的細小氣泡。這一現(xiàn)象促進了在空氣與罐2中已吸收二氧化硫的吸收性淤漿溶液之間的有效接觸，直到淤漿被全部氧化得到副產(chǎn)物形式的石膏。
在所畫出的系統(tǒng)中，未處理的煙道氣A被導(dǎo)入吸收塔1的煙道氣入口1a，與通過循環(huán)泵7從集管8噴出的吸收性淤漿溶液進行接觸，被脫除二氧化硫，然后作為處理過的煙道氣B從煙道氣出口1b排出。從集管8噴出的吸收性淤漿溶液向下流動，同時從煙道氣中吸收二氧化硫，經(jīng)填料填充段9，進入罐2。在罐內(nèi)部，淤漿溶液通過攪拌棒4進行攪拌，通過與從扯碎現(xiàn)象產(chǎn)生的無數(shù)氣泡進行接觸而被氧化，然后通過中和反應(yīng)轉(zhuǎn)化成石膏。在這一處理過程中發(fā)生的主要反應(yīng)由以下反應(yīng)式(1)～(3)表示(在吸收塔中)①(在罐中)②③因此，在罐內(nèi)部懸浮了石膏和少量石灰石(作為吸收劑)。它們由淤漿泵10從罐中抽出并導(dǎo)入增稠器，然后，所得濃縮溶液D由另一淤漿泵11a供入到固一液分離器12，在這里將它過濾，取出低水含量的濾餅，作為石膏E。同時，來自增稠器11的上層清液F和從固液分離器12排出的濾液都送至濾液罐13，向其中加入石灰石G，然后，以吸收性淤漿溶液形式的混合物由淤漿泵14送回到罐2中。
為了在操作過程中保持高的脫硫速度和石膏純度，由傳感器鑒測未處理煙道氣中的二氧化硫濃度，罐中的PH和其它參數(shù)，然后根據(jù)所鑒測到的信息，通過控制器(未畫出)適當?shù)卣{(diào)節(jié)石灰石和吸收性淤漿溶液等的供料速度?？諝夤┤牍?的開口端5a向下延伸，通常在攪拌棒4下側(cè)以下約200mm。延伸的端部能允許濺沫(它可以在操作過程中進入管內(nèi))下流，從而在長時間的操作過程中能防止污垢沉積在空氣供入管5的內(nèi)壁上。
在上述結(jié)構(gòu)的氣—液接觸器中，必要的是，攪拌棒4離罐2底部的高度H2應(yīng)高于淤漿溶液中固體(它在停止攪拌棒4或循環(huán)泵7時會在罐2中下沉)的沉積高度Ht(后一高度在本文中稱作“淤漿沉積高度”)。在因煙道氣純化系統(tǒng)出故障而突然停機的情況下，攪拌棒4會埋在固體沉積物中，它們也許無法克服沉積物的阻力重新啟動，如果通過提供額外的動力以在緊急情況保持攪拌棒4運轉(zhuǎn)或者通過為棒4增大驅(qū)動扭矩來預(yù)防這一可能性，那么成本是驚人的。
現(xiàn)有技術(shù)的氣液接觸器的建造需要那些比正常所需更大的罐，維修起來很麻煩。由扯碎現(xiàn)象產(chǎn)生的氣泡在從攪拌棒4附近上升到液面的同時與淤漿溶液進行接觸。這意味著，有效氧化體積代表在攪拌棒4的旋轉(zhuǎn)位置和液面之間的區(qū)域；攪拌棒4下面的罐底部實際上對氣液接觸或氧化反應(yīng)不起任何作用。為了維修吸收塔1，罐2中的淤漿溶液有時必須在攪拌下由淤漿泵排出。當液面下降至淤漿沉積高度時，攪攔棒4不再產(chǎn)生攪拌作用，而是空轉(zhuǎn)，最后不得不用手刮掉固體在罐2底部的沉積物。
這些問題對于現(xiàn)有技術(shù)正顯得越來越嚴重，因為目前燃料中硫合量趨向于變高，勢必在煙道氣中留下越來越高的二氧化硫濃度。為了由簡單實用的過濾處理或類似的處理從煙道氣獲得高純度的石膏，同時保持高脫硫速度，對于煙道氣脫硫系統(tǒng)來說，通常將罐2中固體濃度固定在約30％(重量)的高水平是必要的。例如，當從攪拌棒4測量的淤漿溶液的液面高度H1被設(shè)定在約4米以便確保有效氧化體積時，攪拌棒4離罐底的高度H2必須是約2米，或者大大高于淤漿沉積高度Ht(Ht＝0.3×H，或者在此情況下為約1.8米)，它們加起來得液體液面高度H約6米，需要足夠深和大的罐2來全部容納它們。當為了維修該系統(tǒng)時必須排出淤漿溶液時，約2米的深度無法攪拌，必須手工刮除至少0.6米厚的底部固體層。該罐大到約10米的直徑，這可是一項艱苦的勞動，明顯增加了維修的費用和時間。
本發(fā)明為其目的提供了一種包括攪拌棒的氣液接觸器，該攪拌棒甚至在被罐底固體沉積物覆蓋時，仍能通過部分地驅(qū)散沉積物而被啟動，和提供一種采用該氣液接觸器的濕式煙道氣脫硫系統(tǒng)。
為了實現(xiàn)這一目的，根據(jù)本發(fā)明的氣液接觸器包括用來裝淤漿溶液的罐，裝在罐底上方的可水平旋轉(zhuǎn)的一套攪拌棒，多根用于將氣體供入攪拌棒附近的氣體供入管，對著攪拌棒旋轉(zhuǎn)所經(jīng)過的區(qū)域或?qū)χ涓郊臍怏w供入管，本發(fā)明實施方案中的接觸器具有噴嘴單元，其形式為多個噴嘴沿攪拌棒旋轉(zhuǎn)所經(jīng)過的環(huán)形區(qū)域安裝，它們的銳孔對著該區(qū)域的多個點。
根據(jù)本發(fā)明的濕式煙道氣脫硫系統(tǒng)是罐內(nèi)氧化型，它包括吸收塔，罐(它設(shè)置在吸收塔的底部且提供了鈣化合物的吸收性淤漿溶液)，用來將吸收性淤漿溶液從該罐泵入吸收塔上部的煙道氣入口以便讓它與煙道氣進行接觸的循環(huán)泵，一套安裝在罐底部可以水平旋轉(zhuǎn)的攪拌棒，多根用來將氧化用的空氣供入攪拌棒附近的空氣供入管，對著攪拌棒旋轉(zhuǎn)所經(jīng)過的區(qū)域或?qū)χ涓浇膰娮靻卧?，和幾根用來將液體供入噴嘴單元的液體供入管。
本發(fā)明一個實施方案中的系統(tǒng)具有噴嘴單元，其形式為多個噴嘴沿攪拌棒旋轉(zhuǎn)所經(jīng)過的環(huán)形區(qū)域配置，它們的銳孔對著該區(qū)域的多個點。
在本發(fā)明系統(tǒng)的另一實施方案中，噴嘴和循環(huán)泵的出口通過液體供入管相聯(lián)通，循環(huán)泵的抽吸側(cè)在高于淤漿沉積高度的位置與罐相連，提供控制閥以便將由循環(huán)泵排出的溶液有選擇地壓入煙道氣入口或液體供入管。
根據(jù)本發(fā)明，甚至在停機過程中當攪拌棒被埋入自淤漿沉積在罐底上的固體物中時，通過在高壓下向液體供料管供入液體(例如水)從而從棒附近驅(qū)散淤漿固體物從而能夠使攪拌棒簡單地再啟動。具體地說，通過液體供料管壓入噴嘴的液體然后噴向攪拌棒旋轉(zhuǎn)所經(jīng)過的區(qū)域或區(qū)域附近，從該區(qū)域攪拌開和移動開固體沉積物的程度取決于所使用的噴射流速和壓力。攪拌棒所面臨的旋轉(zhuǎn)阻力基本上減少了，甚至在它們由簡單地按正常操作所需據(jù)矩估算的馬達驅(qū)動時攪拌棒仍不難重新啟動。
因此，除了降低設(shè)備成本之外，該系統(tǒng)還具有下優(yōu)點(a)攪拌棒的高度(H2)被降低了，使罐的尺寸變淺變小。
(b)當該罐待排空進行維修時，淤漿溶液在被攪拌棒攪拌的同時由淤漿泵排出，直到液面下降接近罐底為止。結(jié)果，最大程度減少了殘余淤漿量，有可能大大節(jié)約人力工時和縮短維修工作時間。
尤其當多個噴嘴沿著攪拌棒旋轉(zhuǎn)經(jīng)過的環(huán)形區(qū)域配置時，它們的孔對著環(huán)形區(qū)域的多個點，少量流動液體能有效地減少旋轉(zhuǎn)阻力并使得短時間內(nèi)重新啟動。
同樣，當噴嘴和脫硫系統(tǒng)中循環(huán)泵的輸出側(cè)聯(lián)通，循環(huán)泵的抽吸側(cè)在高于淤漿沉積高度的位置與罐聯(lián)通，和提供控制閥迫使由循環(huán)泵輸出的溶液有選擇地進入煙道氣導(dǎo)入口或液體供料管時，有可能僅通過開通控制閥引起循環(huán)泵將來自罐的上層清液流體經(jīng)過噴嘴噴出；不再需要提供用來重新啟動攪拌棒的額外泵。這節(jié)約了設(shè)備成本。


圖1作為本發(fā)明實例的，說明了采用氣液接觸器的濕式煙道氣脫硫系統(tǒng)的示意圖。
圖2是體現(xiàn)本發(fā)明的濕式煙道氣脫硫系統(tǒng)的攪拌棒和附件的安裝方式的透視圖；和圖3是現(xiàn)有技術(shù)的典型的濕式煙道氣脫硫系統(tǒng)的示意圖。
根據(jù)本發(fā)明的氣液接觸器和濕式煙道氣脫硫系統(tǒng)將參考示出其實例的圖1和2進行敘述。與在圖3中所示現(xiàn)有技術(shù)的濕煙道氣脫硫系統(tǒng)中使用的那些部件相同的部件是由相同編號或符號表示，省略了說明。如圖1所示的濕式煙道氣脫硫系統(tǒng)的這一實例包括固定在罐2內(nèi)攪拌棒4上方的環(huán)形集管21，自環(huán)形集管21向下突出的噴嘴22，將環(huán)形集管21聯(lián)通到循環(huán)泵7輸出側(cè)的輸出側(cè)支管23，將循環(huán)泵7抽吸側(cè)在高于淤漿沉積高度Ht的水平高度聯(lián)通到罐2的抽吸側(cè)支管24，循環(huán)泵7的輸出側(cè)主管7a，和電磁閥25，26，27，28，分別用在輸出側(cè)主管7a。輸出側(cè)支管23，抽吸側(cè)主管7b和抽吸側(cè)支管24。根據(jù)本發(fā)明，這里環(huán)形集管21和輸出側(cè)支管23用作液體供料管，而電磁閥25，26用作控制閥。
環(huán)形集管21例如由罐2的周圍內(nèi)壁或底部經(jīng)支桿或支柱(示畫出)支承。如圖2所標明的，它處在與中空轉(zhuǎn)軸3同軸的位置，與攪拌棒4尖端進行旋轉(zhuǎn)運動所經(jīng)過的環(huán)形區(qū)域平行。噴嘴22在多點處(在圖2的設(shè)計是4個四等分的點)自環(huán)形集管21以一定角度朝下或朝上對著環(huán)形區(qū)域。輸出側(cè)支管23從輸出側(cè)主管7a分出，延伸通過罐2的環(huán)壁，并聯(lián)通到如圖2所示的環(huán)形集管21。
對于整個系統(tǒng)，電磁閥25，26，27，28例如由整個系統(tǒng)的控制單元或類似裝置所控制。在正常操作中，電磁閥25，28一般保持開通狀態(tài)而電磁閥26關(guān)閉。當發(fā)現(xiàn)有必要從罐中排出固體沉積物時，電磁閥轉(zhuǎn)換成再起動狀態(tài)，關(guān)閉閥25，28和開通閥26，27。
設(shè)計好控制單元，使得當在經(jīng)過有意操作或者因(例如)脫硫系統(tǒng)引起的某種故障，突然停止攪拌棒4讓固體物在罐2內(nèi)沉積所給定時間之后，想要重新啟動脫硫系統(tǒng)時，它能開通準確的閥門以重新啟動并能操縱循環(huán)泵。為了重新啟動，控制單元能自動控制電磁閥處于重新啟動狀態(tài)并操縱循環(huán)泵7，而且能在預(yù)定時間的重新啟動操作之后啟動驅(qū)動攪拌棒4的馬達。然后，只有當馬達的電流值低的于允許極限時，電磁閥轉(zhuǎn)換成正常狀態(tài)，恢復(fù)整個系統(tǒng)的操作。當在啟動驅(qū)動攪拌棒的馬達時電流值超過允許極限(即扭矩過載)時，控制單元重復(fù)停機操作程序，然后再啟動馬達。當馬達的電流值在重復(fù)預(yù)定次數(shù)的操作程序過后沒有下降，它會給出信號、指示或聲音，告訴無法再啟動。
在所述實例中，攪拌棒4離罐2底部的高度H2被固定低于淤漿沉積高度Ht，可以降低液面高度H和降低罐2尺寸(深度)。例如，盡管與現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)一樣液面離攪拌棒4的高度H1是4米，但攪拌棒4離罐底的高度H2是約0.5米，從而將液面總高度降低至僅僅約4.5米，在這種情況下，如果在操作過程中罐2內(nèi)淤漿濃度是30wt％，那么淤漿沉積高度Ht是0.3×4.5米，或大約1.35米。
現(xiàn)解釋如上所構(gòu)造的濕式煙道氣脫硫系統(tǒng)的操作。在正常操作中，電磁閥25，26，28處在正常狀態(tài)，開通輸出側(cè)主管7a和抽吸側(cè)主管7b，同時關(guān)閉輸出側(cè)支管23。結(jié)果，循環(huán)泵與圖3中所示現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的對應(yīng)部件作用方式一樣。系統(tǒng)按關(guān)于現(xiàn)有系統(tǒng)所描述的方式操作，將煙道氣脫硫和附帶產(chǎn)生石膏。
當一旦因一些故障或任何其它原因?qū)е峦蝗煌C，讓固體在罐2內(nèi)沉積足夠長的時間再啟動整個系統(tǒng)時，電磁閥因受控制單元的作用而自動開通處于再啟動狀態(tài)，循環(huán)泵7被驅(qū)動。然后，上層清液由循環(huán)泵7通過抽吸側(cè)支管24從罐2抽出，并經(jīng)輸出側(cè)支管23和環(huán)形集管21送至噴嘴22，再噴向攪拌棒4旋轉(zhuǎn)的區(qū)域(主要是周圍范圍)。由于循環(huán)泵7是大宗設(shè)備，其額定輸出流量為約1000m3/h和額定壓力為10米(揚程)，在足夠高的流量和壓力下進行噴射，至少攪拌開沉積時間短的固體物。因此，它能將固體沉物從攪拌棒4的旋轉(zhuǎn)區(qū)域(尤其周圍范圍)完全驅(qū)散開。沉積固體對攪拌棒的阻力幾乎減至零，整個系統(tǒng)在控制單元的控制下輕便地啟動攪拌棒4恢復(fù)操作。
噴嘴22的安裝(其中它們的孔對準攪拌棒4的前端部分的旋轉(zhuǎn)通路)有助于驅(qū)散開比靠近旋轉(zhuǎn)中心的固體更多的遠離旋轉(zhuǎn)中心的固體。以這種方式，噴嘴有效地降低了所沉積固體的旋轉(zhuǎn)阻力(暫時)。
甚至在極不常見的情況下，即當用噴嘴22噴射不能充分驅(qū)散因(例如)停機時間太長而變硬的固體時，控制單元會重復(fù)再啟動操作程序，一直到它最終通知無法起動，能讓脫硫系統(tǒng)的操作人員快速判斷需要采取什么步驟。通過按以上所注明的調(diào)節(jié)控制單元，也可能手工開通電磁閥至再啟動位置和驅(qū)動循環(huán)泵。在單元自動控制失敗的情況下，操作者能適當?shù)卣{(diào)控，讓噴嘴22噴射上層清液并實施再啟動。
對于如上述所的體現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)，攪拌棒4的高度H2設(shè)置在淤漿沉積高度Ht以下，還有，在正常的突然停機之后系統(tǒng)在不需要任何特殊工作的情況下再啟動。為了那一目的所增加的僅有的幾件硬件是十分廉價的和小型的裝置如噴嘴、管道系統(tǒng)和電磁閥。即不需要附加的動力供給設(shè)備，又不需要供攪拌棒4使用的較高功率的馬達。
除了設(shè)備成本保持較低，該系統(tǒng)擁有以下突出的優(yōu)點(a)由于攪拌棒4的高度H2可低至約0.5米，罐2的深度和吸收塔1的總體高度顯著地降低了。在上述實例的情況下，液面高度H為約4.5米，或比現(xiàn)有技術(shù)的液面高度低1.5米。
(b)當為了維修從罐中排出淤漿溶液時，淤漿泵能連續(xù)出料，同時攪拌棒攪拌溶液，直到液面下降幾乎到罐底為止。這最大程度減少殘留淤漿體積，從而減少了維修所需工時數(shù)和縮短了工作持續(xù)時間。在上述實例的情況下，淤漿泵排出淤漿溶液，降低液面高度至0.5米，因此，殘留固體層只有0.15米厚，或者至少小于普通罐內(nèi)的厚度。
本發(fā)明并不局限于上述實例，卻可以表現(xiàn)各種各樣。例如，該配置可以免去循環(huán)泵(它作為將液體供入噴嘴的泵)；而是只提供將液體供入噴嘴的管道系統(tǒng)，這樣使用者可適當?shù)貙⑼獠康谋寐?lián)通于管道并將工業(yè)用水或類似物泵入系統(tǒng)。棒攪拌4的高度H2甚至可以固定在低于0.5米的值。然而，為了避免從空氣供入管5發(fā)出的氣流對罐2底上的襯層(防止生銹或其它腐蝕的保護性涂層)的磨損，希望在空氣供入管5的開口端5a和罐2底部之間的距離是大約200mm。當空氣供入管5延伸超過攪拌棒4的那段長度是200mm時，棒的高度H2希望是400mm或更高。
應(yīng)該明白，本發(fā)明的氣液接觸器并不限于它用作罐內(nèi)氧化型濕式煙道氣脫硫系統(tǒng)的吸收塔(如上所述)的一部分；當然，它同樣適用于涉及到在淤漿溶液和氣體之間需要有效接觸的方法的其它領(lǐng)域和其它系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.氣液接觸器，包括用來裝淤漿溶液的罐，固定在罐底上方可水平旋轉(zhuǎn)的一套攪拌棒，幾根用來將氣體供給攪拌棒附近的氣體供入管，對著攪拌棒旋轉(zhuǎn)所經(jīng)過的區(qū)域或?qū)χ涓浇膰娮靻卧蛶赘脕韺⒁后w供入噴嘴單元的液體供料管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所要求的接觸器，其中該噴嘴單元包括多個沿該攪拌棒旋轉(zhuǎn)所經(jīng)過的環(huán)形區(qū)域配置的噴嘴，其孔瞄準該區(qū)域的多個點。
3.罐內(nèi)氧化型濕式煙道氣脫硫系統(tǒng)，它包括吸收塔，在吸收塔底提供的并裝有鈣化合物的吸收性淤漿溶液的罐，用來將吸收性淤漿溶液從罐中泵入吸收塔上部內(nèi)煙道氣入口讓它與煙道氣進行接觸的循環(huán)泵，安裝在罐底部分的且可以水平旋轉(zhuǎn)的一套攪拌棒，用來將氧化用空氣供給攪拌棒附近的多根空氣供入管，對著攪拌棒旋轉(zhuǎn)所經(jīng)過的區(qū)域或?qū)χ涓浇膰娮靻卧?，和用來將液體供入噴嘴單元的多根液體供料管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所要求的系統(tǒng)，其中該噴嘴單元包括多個沿該攪拌棒旋轉(zhuǎn)所經(jīng)過的環(huán)形區(qū)域配置的噴嘴，其孔瞄準該區(qū)域中的多個點。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所要求的系統(tǒng)，其中該噴嘴單元和該循環(huán)泵的輸出側(cè)通過該液體供入管相聯(lián)通，該循環(huán)泵的抽吸側(cè)在高于吸收性淤漿內(nèi)固體組分的沉積高度的位置聯(lián)通到該罐，和提供控制閥，將由該循環(huán)泵輸出的溶液有選擇地壓入該煙道氣入口或該液體供料管。
全文摘要
本發(fā)明涉及用來有效地讓氣體與淤漿溶液進行接觸的氣液接觸器，和使用該接觸器的濕式煙道氣脫硫系統(tǒng)。引入該系統(tǒng)的接觸器包括用來裝淤漿溶液的罐，安裝在罐底上方且可以水平旋轉(zhuǎn)的一套攪拌棒，多根用來將氣體供向攪拌棒附近的氣體供入管，對著攪拌棒旋轉(zhuǎn)所經(jīng)過的區(qū)域或?qū)χ涓浇膰娮欤投喔脕韺⒁后w供入噴嘴的液體供料管。
文檔編號B01D53/77GK1131580SQ9511814
公開日1996年9月25日 申請日期1995年10月31日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月8日
發(fā)明者岡添清, 中山喜雄, 志賀陽一, 鬼塚雅和 申請人:三菱重工業(yè)株式會社