專利名稱：將上流/下流式濕煙道氣脫硫系統(tǒng)轉變?yōu)閱位芈飞狭魇綕駸煹罋饷摿蛳到y(tǒng)的方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及濕煙道氣脫硫(WFGD)系統(tǒng)，具體地而言，涉及將上流/下流式WFGD系統(tǒng)轉變?yōu)閱位芈飞狭魇絎FGD系統(tǒng)，來降低上流/下流式WFGD系統(tǒng)中壓降，并提高其收集效率的新方法。
背景技術：
煙道氣脫硫，特別是發(fā)電廠煙道氣脫硫問題一直是很多研究工作的主題。聯(lián)邦政府和州政府關于空氣質量的法規(guī)已經制定了越來越嚴格的排放標準，特別是針對諸如硫氧化物等眾所周知的污染物。由于燃煤和燃油發(fā)電廠會排放出大量的燃燒副產物-硫氧化物，因此大量的工作都是針對煙道氣脫硫，將電廠的硫氧化物排放減少到允許的范圍。
在燃煤和燃油發(fā)電廠和使用其它化石燃料的發(fā)電廠以及那些利用廢渣發(fā)電的工廠排放的煙道氣中，以及其它工業(yè)過程的廢氣中，都有主要以二氧化硫存在的硫氧化物。另外，在含硫燃料如煤和石油渣油的不完全燃燒或氣化過程中會產生含硫(特別是二氧化硫)氣體。因此，控制由于二氧化硫排入大氣導致的空氣污染問題就越來越急迫。
燃煤和燃油發(fā)電廠中最常用的煙道氣脫硫方法為“濕滌氣”法。該方法中，用堿性水溶液或由包含石灰、石灰石、純堿或其它含鈉、鎂、鈣的化合物的漿狀試劑來洗滌含二氧化硫的煙道氣，上述滌氣劑中可還含有各種添加劑，用以增強脫硫效果、控制脫硫的化學過程并減少化學結垢。
濕滌氣技術提供在各種不同結構的系統(tǒng)中的氣液接觸。這些系統(tǒng)最主要一點是由下流式急冷器和上流式吸收器組成。待處理的熱煙道氣進入裝有文丘里滌氣器或噴淋頭的急冷器，文丘里滌氣器或噴淋頭與漿液或水源相連，產生的液滴可在熱煙道氣向下流過急冷器時促進其快速冷卻。離開急冷器后，冷卻了的煙道氣排入橫向通道，通過該通道后再向上流過吸收器，在吸收器中，氣體與堿性漿狀試劑逆流密切接觸從而得到洗滌。漿狀試劑通過噴淋頭上的噴嘴引入吸收器，并在填料或塔板上流過。在靠近吸收器出口處有捕沫器以除去煙道氣中額外的水分。
盡管上流/下流式WFGD系統(tǒng)一般有較好的二氧化硫脫除效果，但該系統(tǒng)的壓力損失高于目前相同處理容量的單回路WFGD系統(tǒng)。結果，該系統(tǒng)要求的風機功率和泵功率要高于單回路WFGD系統(tǒng)，這又使該系統(tǒng)的運行和維護成本高于相同處理容量的單回路WFGD系統(tǒng)。
換言之，本發(fā)明使得降低煙道氣流動阻力從而降低系統(tǒng)運行和維護成本成為可能。
如前所述，污染控制已經趨向更加嚴格，這樣，許多工廠就面臨著對已有的污染控制設備進行改進或更新，以達到更佳性能。另外廠主/管理者也常常愿意改進或更新已有的污染控制設備來實現(xiàn)通過提高效率而降低運行和維護成本的利益。許多情況下，由于場地空間和/或動力消耗方面的考慮，使得空氣污染控制系統(tǒng)的更新或改進較為困難。本發(fā)明的優(yōu)點是，使設備的更新適應于現(xiàn)有場地，并通過降低污染控制系統(tǒng)中的壓降來降低風機和泵的功率要求，以及提高煙道氣脫除二氧化硫的效率，從而解決場地和/或動力消耗問題。本發(fā)明可將系統(tǒng)的壓降減少5英寸水柱。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種通過將上流/下流式WFGD系統(tǒng)轉變?yōu)閱位芈飞狭魇絎FGD系統(tǒng)來降低系統(tǒng)壓降的方法。上流/下流式系統(tǒng)包括下流式急冷器和上流式吸收器，以及位于兩者之間的橫向流動通道。下流式急冷器包括安裝在管道系統(tǒng)(duct work)中的文丘里滌氣器，該通道將煙道氣送入急冷器，排放到橫向通道，流動通過吸收器。在實際操作中，文丘里滌氣器，即使是在那些聲稱使用了非常細小液滴的滌氣器，利用的液滴尺寸遠遠大于最佳液滴尺寸，用來提高文丘里滌氣器收集效率的主要方法一直是減小噴口的尺寸，或增加氣體流過系統(tǒng)的總速率。這兩種方法使污染物顆粒與液滴通過文丘里滌氣器中噴口時，兩者間的速度差增加，使兩者間發(fā)生更多的相互作用，從而提供污染物的脫除效果。然而，用這種方式來增加收集效率是以顯著增大系統(tǒng)的能量輸入為代價的，從而導致運行成本提高。而由于減小了噴口直徑導致總阻力增加，或提高了通過文丘里滌氣器的總氣速，而增加了額外的能量消耗。在上述任一情況下，都使通過文丘里滌氣器的壓降增加，從而要求更高的風機和泵容量。
本發(fā)明方法中，用將煙道氣直接送入吸收器的旁通管來代替管道系統(tǒng)、急冷器和橫向通道(下文中的一種實施方案除外)。急冷區(qū)被移至吸收器內，并由噴霧層代替。該噴霧層包括許多安裝在平行排列的噴淋頭上的噴嘴。這些噴嘴將二氧化硫-還原劑的漿液噴灑在噴霧區(qū)中，使之在向下通過吸收器過程中與煙道氣逆流接觸。漿狀試劑收集于吸收器儲槽或反應槽中，一部分循環(huán)通過吸收器與煙道氣流接觸。在被替換了的管道結構中，用于向急冷器輸送漿狀試劑的管道可以改道至吸收器中的噴嘴噴頭。用一層噴嘴代替旁路急冷器，使得流過該系統(tǒng)的煙道氣中二氧化硫的總脫除率得到提高。在吸收器入口的上方安裝保護篷，以防止?jié){狀試劑進入吸收器入口，并使最初方向向下的煙道氣轉向，從而使煙道氣在向上流過吸收器的過程中達到更均勻的分布。旁通管結構中的彎頭數(shù)目少于管道系統(tǒng)，從而可減少壓力損失。吸收器的前壁延伸到吸收器入口下方，成為儲槽的前壁，以適應用旁通管代替橫向通道這一變化，并在此處將旁通管與吸收器相連接。在儲槽的前壁加裝溢流管，以維持儲槽中理想的或預設的漿狀試劑和污染物顆粒的量，過量的漿狀試劑和污染物顆粒通過降液管排至收集槽中。旁通管、保護篷以及儲槽的前壁采用抗氧化性和還原性介質腐蝕的材料制造，因而可以防止局部腐蝕作用。
為應急亦可在旁通管中加裝備用急冷器。
在旁通管中可安裝導流元件，如在彎頭(特別是管道系統(tǒng)中的銳角彎頭)前后安裝轉向葉片，促進煙道氣的層流，從而進一步減少壓力損失。
可將橫向通道不必換去而只要對其進行改造，即封閉其頂部的煙道氣入口孔，代之以開口于前壁的煙道氣入口。然后將旁通管與橫向通道前壁與新開的煙道氣入口的交界部分相連接。在橫向通道頂部的氣體一側，必須增加一組噴淋頭和噴嘴，噴灑堿性溶液，主要防止頂部過熱。
需注意，除去管道結構和文丘里滌氣器型的急冷器，將不僅會由于減少了系統(tǒng)的壓降而使風機功率和泵功率的要求降低，而且還會消除與文丘里滌氣器噴口有關的維護費用。


從下面的詳細闡述，特別是參照附圖，可更好地理解本發(fā)明內容以及本發(fā)明的優(yōu)點。
圖1為本發(fā)明已知的上流/下流(downflow/upflow)式WFGD系統(tǒng)的簡要剖視圖。
圖2為采用本發(fā)明方法，對圖1系統(tǒng)得到的單回路上流式WFGD系統(tǒng)的簡要剖視圖。
圖3為本發(fā)明的另實施方案的簡要剖視圖，其中繪出安裝在旁通管中的應急急冷器。
圖4為本發(fā)明的另一實施方案的簡要剖視圖，其中繪出安裝在旁通管中的轉向葉片。
圖5為本發(fā)明的又一實施方案的簡要剖視圖，其中繪出與橫向通道相連接的旁通管。
圖6為本發(fā)明的又一實施方案的簡要剖視圖，其中繪出分配儲槽的布局方式。
具體實施例方式
本發(fā)明宜應用于鍋爐煙道氣的處理，為了說明本發(fā)明及其優(yōu)點，將對這一實施方案進行說明。但本發(fā)明不限于此說明性的實施方案，預計本發(fā)明可應用于各種燃燒系統(tǒng)溶出物、填充的或其它類型的滌氣裝置，以及各種試劑并流和/或逆流流動的情況。
以下將參照附圖進行說明，各個附圖中相同的參考數(shù)字標注相同的部件。
參照附圖，特別是圖1，上流/下流式WFGD系統(tǒng)10為本領域已知的，該系統(tǒng)包括煙道氣管道11，用于接收從諸如燃煤電廠或工業(yè)鍋爐(圖中未示出)過來的煙道氣12，煙道氣最好已經過靜電沉淀器或纖維織物過濾器(圖中均未示出)去除了顆粒物。煙道氣12通過位于割線點52和53之間的管道系統(tǒng)17由管道11疏輸送并通過安裝在管道系統(tǒng)17中的急冷器14。急冷器14包括文丘里滌氣器16組成，如圖所示，而文丘里滌氣器是由入口錐管18、噴射喉部20和出口錐管22組成。
同樣已知，隨著煙道氣12流經文丘里滌氣器16，由于入口錐管18和喉管20的橫截面積減小，煙道氣被加速，然后，由于出口錐管22的橫截面積增大，煙道氣被減速。煙道氣流動的加速和減速過程促進了滌氣流體的液滴與煙道氣12中酸性氣體顆粒之間的相互作用，這樣部分污染物顆粒被液滴捕獲，從煙道氣12中除去。
在本說明實例中，堿性漿狀試劑通過管24供給文丘里滌氣器16，并通過位于噴淋頭23上的噴嘴25噴入煙道氣流中。噴嘴25噴射出較大的、均勻的懸浮液滴，與喉管20中的煙道氣并流或錯流接觸。針對入口錐管18壁面向下逐漸收縮，噴射液的這種分布方式能夠使壁面較低的部位得到洗滌，從而保持壁面相對潔凈，同時防止在壁表面上形成沉積物。
離開文丘里滌氣器16后，煙道氣、成霧的漿液以及被捕獲的污染物顆粒向下并流流動，并通過橫向通道30的入口孔27排放。入口孔27位于橫向通道30的頂部29，緊鄰其前壁47。煙道氣、噴霧的漿液以及被捕獲的污染物顆粒流過通道，與被收集于反應槽或儲槽32中的漿狀試劑和污染物31接觸。儲槽32中的漿狀試劑和污染物31通過降液管33將過量的漿狀試劑和污染物排到收集槽35，從而保持儲槽32中的漿狀試劑和污染物31的理想或預設的液位。經過急冷并部分洗滌的煙道氣12通過入口28進入吸收器26。這樣，由于煙道氣向下流過急冷器14，此時轉向180°，橫向通過通道30，再向上通過吸收器26。在煙道氣12向上流過吸收器26時，煙道氣通過多孔板21，該板可促進氣液接觸，其結構一般為本申請人在US.Pat.4,263,021中所公開的類型。因此，煙道氣12流過由兩層噴嘴層36a和36b組成的噴霧區(qū)34，在此處獲得更多的氣液接觸。噴嘴層36a和36b包括安裝在一組噴頭38上的噴嘴40。通過集管(圖中未示出)和管43，將堿性漿狀試劑供給噴頭38。在煙道氣12到達捕沫器44之前，在噴嘴層36a上方設置分離區(qū)42。捕沫器44上配有人字紋45，從煙道氣12中除去額外的水分。洗滌后的煙道氣12離開捕沫器44，并經過出口46流出吸收器26，進入煙道48，通過煙囪(未示出)排放。
根據(jù)本發(fā)明，特別是參照圖2，如圖1所述，管道部分或管道系統(tǒng)17在割線點52處與煙道氣管路11斷開，在割線點53處與通道30的入口27斷開。這樣，如圖2所示，在將上流/下流式WFGD系統(tǒng)10轉換為單回路上流式WFGD系統(tǒng)15的一部分工作就是從操作系統(tǒng)中拆除了包括急冷器14的管道系統(tǒng)17，如圖所示。另一部分改造是如圖2所示，將管道或旁通管56安裝在煙道氣管道11與吸收器26之間。旁通管56的一端連接到割線點52處的煙道氣管路11，如圖1所示，另一端連接到吸收器26的入口28邊界的吸收器前壁39和儲槽前壁37的部分區(qū)域。這樣，如圖1所示的，通道30就在改造過程中移走，并可將其拆除。旁通管56接收從管道11流來煙道氣12，并將其送至吸收器26的入口28。
同樣，在轉換過程中，如圖1所示，急冷器14的作用轉變到位于吸收器26中的急冷區(qū)58來實施，急冷區(qū)58位于吸收器26中處于噴霧層36b與入口28之間。急冷區(qū)58由噴霧層60構成，噴霧層60包括一組噴頭64和噴嘴66組成。堿性漿狀試劑經過管24通過噴頭64供給噴嘴66，管24在圖1所示的急冷器14處斷開，改道并通過集管(未示出)與噴頭64再連接?；蛘撸部梢园惭b一根新的管道(未示出)，向噴嘴66輸送堿性漿狀試劑。轉換工作的另一部分是在吸收器26的入口28上安裝保護篷72，以防止?jié){狀試劑進入旁通管56，并將向下方向的煙道氣12在進入吸收器26時轉向，從而使煙道氣12在其后向上流過吸收器2時得到更好的分布，保護篷72為本申請人在U.S.Pat.4,263,021中公開的類型。在向上流動通過吸收器26過程中，煙道氣12通過可以促進氣液接觸的多孔板21，然后，流過由兩層噴嘴層36a和36b組成的噴霧區(qū)34，在此處獲得更多的氣液接觸。噴嘴層36a和36b包括安裝在一組噴頭38上的噴嘴40。通過集管(圖中未示出)和管43，將堿性漿狀試劑供給噴頭38。噴嘴40噴射相對較大的懸浮液滴，與煙道氣12逆流接觸數(shù)秒鐘。煙道氣中二氧化硫的吸收大部分就發(fā)生在這一很短的接觸時間內。在煙道氣12到達捕沫器44之前，在噴嘴層36a上方設置分離區(qū)42。設置分離區(qū)42的目的是為了將最大的液滴分離并使其籍重力返回噴霧區(qū)34。在大多數(shù)滌氣器中捕沫器44采用人字紋45結構，從煙道氣12中除去額外的水分。人字紋45結構與波紋板間隔很小，在波紋板處通過撞擊來收集漿狀液滴。洗滌后的煙道氣12離開捕沫器44，經過出口46流出吸收器26，進入煙道48，通過煙囪(未示出)排放。由于離開吸收器26的煙道氣12被水蒸氣飽和，表面冷凝現(xiàn)象是不可避免的，這種冷凝液可成為強酸性的，因此鈣鹽就可能沉積在壁面上?？梢圆捎脙煞N方式來減少這些影響一是再加熱煙道氣(未示出)，另一法是采用煙道和煙囪(未示出)。在后一種方法中，煙道48襯以耐腐蝕材料，煙囪(未示出)襯以耐酸磚或其它合適的材料。再用排水系統(tǒng)(未示出)來容納冷凝的水蒸氣。另外，作為轉換的一部分，將吸收器26的前壁39延伸到吸收器26的入口28的下面，使之亦成為儲槽32的前壁37。在儲槽32的前壁37加裝溢流管41，以維持儲槽32中漿狀試劑和污染物顆粒31的理想或預設的液位，過量的漿狀試劑和污染物顆粒31通過降液管33a和33b排到收集槽35中。
參見圖3，所示為另一種實施方案，圖中繪出了煙道氣管道11和吸收器26的分級部分，旁通管56，保護篷72，以及煙道氣12流過管11、旁通管56和吸收器26時的方向。按照這一實施方案，在旁通管56中安裝了應急備用急冷器76。例如，該備用急冷器76安裝在旁路，以節(jié)約能源，可包括一組噴頭78和噴嘴80。經過管82向集管84提供堿性溶液或水，然后通過噴頭78送至噴嘴80。當送至旁通管56的煙道氣超過理想的或預設的溫度時，可用控制設備自動觸發(fā)備用急冷器76。
圖4所示為本發(fā)明的又實施方案，圖中繪出了煙道氣管道11和吸收器26的分級部分，旁通管56，保護篷72，以及煙道氣12流過管11、旁通管56和吸收器26時的方向。按照這一實施方案，在旁通管56的彎頭88處安裝了轉向葉片形式的導流裝置74，以引導煙道氣12沿彎頭88流過，促進煙道氣12的均勻流動，從而通過減少彎頭88處的轉向損失而降低通過旁通管的壓降。
圖5所示為本發(fā)明的又實施方案，圖中繪出了旁通管56和吸收器26的分級部分，旁通管56，保護篷72，以及煙道氣12流過管11、旁通管56和吸收器26時的方向。按照這一實施方案，在旁通管56沒有替代圖1中的橫向通道30，而是將煙道氣12排入橫向通道30，通道30再將煙道氣12送入吸收器26。保留的通道30已經被改造，包括封閉位于通道30頂部29的入口27，并如圖1所示，或安裝新的沒有入口孔的頂部，并在通道30的前壁47開一入口孔86來接收從旁通管56排出的煙道氣12，旁通管56與緊鄰入口孔86處的前壁47的一部分相連接。在頂部29的氣體一側必須增加一組噴頭90和噴嘴92，以防止煙道氣使頂部29過熱，這也是通道30改造的一部分。由管94通過集管(未示出)輸送堿性溶液，然后通過噴頭90送至噴嘴92。，提供控制裝置(未示出)來構成對堿液噴射屏蔽，以保護當煙道氣超過理想的或設定的溫度時頂部29。進入通道30的煙道氣12流過通道，與收集在儲槽32中的漿狀試劑和污染物顆粒31接觸。儲槽32中過量的的漿狀試劑和污染物顆粒31通過降液管33排到收集槽35。
圖6所示也是本發(fā)明的實施方案，圖中繪出了旁通管56和吸收器26的一部分，以及煙道氣12流過旁通管56和吸收器26時的方向。按照這一實施方案，儲槽32被分為32a和32b兩部分。將儲槽32分為32a和32b兩部分的分配器49，上有開孔51，使32b中過量的漿狀試劑和污染物顆粒31(除了通過降液管33b排到收集槽35的那部分)，能夠從32b部分流向32a部分，然后流過位于儲槽32的前壁37處的溢流管41。從溢流管41排出的漿狀試劑和污染物顆粒31通過降液管33a流入收集槽35。
盡管以上參照具體方法、材料和實施方案對本發(fā)明進行了闡述，但應理解在不偏離本發(fā)明的精神和范圍時，可以各種方式進行變通，因此不限于這些公開的具體情況，而可擴展到在下述權利要求的范圍內的所有同等的情況。
權利要求
1.一種在上流/下流式煙道氣脫硫系統(tǒng)中，通過將上流/下流式系統(tǒng)轉變?yōu)閱位芈窡煹罋饷摿蛳到y(tǒng)來降低壓降的方法，該方法包括以下步驟提供上流/下流式煙道氣脫硫系統(tǒng)，包括下流式急冷器、上流式吸收器、位于急冷器和吸收器之間的橫向通道、向急冷器提供工作流體的裝置、具有煙道氣入口的吸收器、至少位于橫向通道和吸收器下方的儲槽，將流入的煙道氣送至橫向通道的管道系統(tǒng)、安裝在管道系統(tǒng)中的急冷器；用旁通管取代管道系統(tǒng)；在吸收器上方加裝噴霧裝置；以及向噴霧裝置輸送工作流體。
2.權利要求1所述方法，其特征在于所述方法還包括將旁通管延伸至吸收器入口的步驟。
3.權利要求2所述方法，其特征在于所述橫向通道有頂部，所述方法還包括在通道和頂部之間加裝噴霧裝置的步驟。
4.權利要求1所述方法，其特征在于所述方法還包括用旁通管代替橫向通道的步驟。
5.權利要求1所述方法，其特征在于所述方法還包括減少約5英寸水柱壓降的步驟。
6.權利要求1所述方法，其特征在于所述向噴霧裝置提供工作流體的步驟還包括改變工作流體的方向，使其從流向急冷器改為流向噴霧裝置。
7.權利要求1所述方法，其特征在于所述方法還包括在噴霧裝置下面放置多孔板的步驟。
8.權利要求1所述方法，其特征在于所述方法還包括在吸收器的煙道氣入口上面設置保護篷的步驟。
9.權利要求1所述方法，其特征在于所述方法還包括在旁通管中安裝備用急冷器的步驟。
10.權利要求1所述方法，其特征在于所述方法還包括使旁通管結構中彎頭的數(shù)目少于煙道氣管道系統(tǒng)的步驟。
11.權利要求1所述方法，其特征在于所述方法還包括在旁通管中設置導流裝置，以促進煙道氣在其中的流動的步驟。
12.權利要求1所述方法，其特征在于所述方法還包括在吸收器入口處加裝壁以容納旁通管的步驟。
13.權利要求10所述方法，其特征在于所述方法還包括提供通過壁的儲槽溢流管的步驟。
14.權利要求11所述方法，其特征在于所述方法還包括將儲槽溢流管設置在吸收器入口下面的步驟。
15.權利要求11所述方法，其特征在于所述分配裝置將儲槽分為兩個分開的部分，所述方法還包括提供通過分配裝置的開孔的步驟。
全文摘要
一種通過將上流/下流式WFGD系統(tǒng)轉變?yōu)閱位芈飞狭魇絎FGD系統(tǒng)，降低上流/下流式濕煙道氣脫硫(WFGD)系統(tǒng)中的壓降，并提高二氧化硫總脫除率的方法。方法包括用旁通管替換下流式急冷器以及相應的管道系統(tǒng)，用以將煙道氣管道與上流式吸收器相連接，以及在包括噴頭的吸收器中增加急冷區(qū)。
文檔編號B01D53/14GK1493391SQ0317873
公開日2004年5月5日 申請日期2003年7月16日 優(yōu)先權日2002年7月16日
發(fā)明者R·L·古德, D·W·約翰遜, D·W·墨菲, R·B·邁爾斯, J·F·蘇列克, D·R·伯利, P·J·利布, R L 古德, 伯利, 利布, 墨菲, 約翰遜, 蘇列克, 邁爾斯 申請人:巴布考克及威爾考克斯公司