专利名称：一种对冲式喷枪强制氧化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于湿法烟气脱硫强制氧化领域，尤其是指一种在吸收塔浆液区采取
对冲式喷枪强制氧化亚硫酸钙的装置。 石灰石/石膏湿法烟气脱硫技术(WFGD)目前应用广泛，它采用石灰石做吸收剂，与烟气中的S02发生反应，经S02溶解与吸收、CaS03氧化、CaC03中和、石膏结晶等过程，生成副产品石膏。在CaS03氧化过程中，烟气自身含氧可完成部分自然氧化；如果氧化率达不到一定程度，则不能产生足够可供石膏附着生长的晶种，导致石膏在脱硫设备内形成CSS垢(Calcium Sulfate and Sulfite, CaS03与CaS04的混合晶体)。脱硫系统的结垢和堵塞在湿法脱硫工艺中经常发生，高硫煤电厂中尤为突出。 实施强制氧化，加快已溶解S02的电离和氧化，降低石膏浆液中CaS03的含量是防止CSS垢的关键。在强制氧化中，通过向浆液中鼓入空气，使SO/—的氧化反应趋于完全，并保持足够的桨液含固量(约12wt^)，以提供石膏结晶所需的晶种。此时，石膏晶体的生长占优势，可有效控制结垢。强制氧化的引入还有助于提高脱硫效率、改善脱硫浆液的处理性能、提升石膏质量，并使得脱硫系统对烟气参数具有较大的负荷适应性。[0004] 根据空气导入和分散方式不同，强制氧化装置大致有管网喷射式(spargegrids)又称固定喷射器(fixed air sparger,縮写FAS);搅拌器和空气喷枪组合式(agitator air lance assemilies，縮写ALS);喷气混合器/曝气器(jet-mixer/
aerators);径向口十轮下方喷身寸式(sparging beneathradial impellers);多孑L板式
(perforated plates);多孔喷射器式(porousdiffusers);旋转式空气喷射器/叶轮臂式(arm rotary air sparger/impellerarms)等。其中前两禾中在大型工禾呈中应用最为广泛。[0005] FAS强制氧化装置是在吸收塔浆液氧化区底部的断面上均布若干根氧化空气母管，母管上有众多分支管。空气喷嘴均布于整个断面上(3.5个/tf左右)，通过固定管网将氧化空气分散鼓入氧化区，再由顶进式搅拌器混合分散。其缺点是空气管网布置复杂、投资昂贵、附属支撑部件多，施工和检修困难；母管和支管因受到剧烈扰动浆液和高速气流的频繁冲刷而容易发生挠曲变形或摩擦损坏；各支管因承受风压和流场不同，容易发生脱落或结垢堵塞；浆液区易发生氧化空气分布不均，从而导致塔内局部结垢，影响脱硫效率和石膏质量。连州发电厂1、2号机组的脱硫装置运行时间不长，即发生了 FAS氧化风管及其支架断裂事故，严重影响了系统脱硫效率。 ALS强制氧化装置采取侧进式搅拌器，每台搅拌器的左下方配置一根喷枪，氧化空气经喷枪末端高速冲入吸收塔浆液中，迅即被高速旋转的桨叶切割分裂成细小气泡，并推流弥散至整个浆液区。其缺点是喷枪因管径过粗、伸入浆液区的垂直段过长而难以固定支撑；氧化空气通道过大，气泡剪切不彻底，氧化空气利用效率低，氧气停留时间短，迅速逸散的气体会对液面造成强烈扰动；高速喷射的气流易造成塔底防腐层或支撑部件的损坏；此外，因为氧化空气流量太大且超过液流分散能力时会导致大量气泡涌出，出现泛气现象，严
背景技术重时搅拌器叶片吸入侧也汇集大量气泡，使得叶片输送流量性能下降，易于造成浆液循环泵或石膏取出泵发生气蚀事故。 另一方面，传统的FAS和ALS强制氧化装置，均是基于稳定的烟气参数而设计，通过氧化空气管路系统与脱硫岛内氧化风机(如空气压縮机、罗茨风机或离心风机等)配合应用的。但在具体脱硫工程中，配煤配矿品质不同、烟气产生工况各异，烟气量、烟气含氧量、S02浓度等烟气参数也有较大波动，在这种情况下，既定的氧化空气量和氧化空气分配模式就难以满足工程的实际需要，往往出现氧化程度不足或过量的情况，由此给系统顺行和石膏质量带来一系列问题(CN 1587057A)。
发明内容针对湿法烟气脱硫工艺中，传统FAS和ALS强制氧化装置所存在一系列问题，如管路布置复杂、投资昂贵、施工和检修困难、附属部件多、长期稳定可靠性不佳；或安装固定不易、氧化空气利用率低、液面扰动大，易于泛气并引起气蚀事故；以及对烟气参数变化的适应性差等问题。 本实用新型的目的是设计一种对冲式喷枪强制氧化装置，完成浆液区亚硫酸钙的氧化过程。具有固定安装简单、氧化风量调节方便、氧化效率高、对液面波动影响小、可消除气泵出现气蚀、可促进浆液流场加速扰动和石膏结晶过程加速进行等特点。[0010] 本实用新型的技术方案是 —种对冲式喷枪强制氧化装置，其包括，氧化风机；氧化空气母管，其一端接氧化风机，氧化空气母管的管道上设冷却装置；两根氧化空气支管，对称设置， 一端相连接并连接于氧化空气母管，支管端口开设喷孔；气体流量计、气量调节阀、气体放空阀、旁路调节阀分别设置于氧化空气母管与氧化空气支管之间的管路中；两支对冲式喷枪，分别设置于两根氧化空气支管；搅拌叶片器，设置于两支对冲式喷枪喷孔之间一侧区域。[0012] 进一步，两根氧化空气支管平行对称布置。[0013] 又，所述的对冲式喷枪端部横截面为圆形。[0014] 所述的对冲式喷枪末端的喷孔为圆孔、均匀布置。[0015] 所述的对冲式喷枪末端的喷孔的开孔率为10 100%。 另外，本实用新型所述的对冲式喷枪与氧化空气支管为一体化结构，或采取内螺纹连接。 本实用新型所述的氧化空气母管上气体放空阀连接的气体放空管路装设消音器。[0018] 所述的搅拌器为搅拌叶轮或搅拌叶片。 在石灰石-石膏湿法烟气脱硫吸收塔浆液区，氧化空气经流量调节后，经由氧化空气母管分配至每台侧进式搅拌器两侧平行布置的支管中，氧化空气通过对冲式喷枪末端
的气喷孔喷射而出，两股气流在搅拌器轮毂附近发生激荡碰撞，同时被高速旋转的叶片切割打碎成微小气泡，推流弥散至整个浆液区，从而实现浆液区亚硫酸钙的强制氧化，以确保脱硫系统的稳定顺行。 在强烈扰动的吸收塔浆液氧化区，主要发生S02吸收和溶解、H2S03电离、CaS03氧化、CaC(^溶解与中和，及石膏结晶等5种反应过程，1)所述的对冲式喷枪，以每台侧进搅拌器轮毂为中心对称安装，水平布置于搅拌器两侧，两侧喷枪端口中心在一个水平线上，喷枪材质与支撑、末端开口形状完全相同。 为防止喷枪末端出现石膏垢物高温脱水沉积，在氧化空气母管内，可装设工艺水冷却装置，使得氧化风入浆液温度降至70°C以下。[0022] 本实用新型的有益效果 在常规烟气湿法脱硫工程中吸收塔浆液氧化区，多采用固定管网格栅喷射式(FAS)和搅拌器和空气喷枪组合式(ALS)强制氧化装置，由此带来一系列问题，如FAS的管路布置复杂、投资昂贵、施工和检修困难、附属部件多、长期稳定可靠性不佳；ALS的安装固定不易、氧化空气利用率低、液面扰动大，易于泛气并引起气蚀事故；以及两者共有的、对烟气参数变化的适应性差的问题。 本实用新型完成浆液区亚硫酸钙的氧化过程，具有如下优点 (1)适应烟气参数的变化，氧化风量调节方便本装置装设有气体放空管路，可根据烟气量、烟气S02浓度以及烟气自身含氧量调节氧化空气入塔量； (2)可与多种侧进搅拌器匹配运行侧进搅拌器选型不同，轴转速、叶端线速度、叶轮直径、轴向推流量等也有差异，为使得侧进搅拌和氧化空气的破碎切割处于最佳的匹配区间，需调整氧化空气的喷射速度。本装置可以通过两种手段来实现一是调节母管路的氧化风量，二是在管路和喷枪系统确定的情况下，改变喷枪末端气喷孔的开孔率，使得强制搅拌和气泡切割始终处于较好的水平； (3)固定安装简单与传统两种装置相比，本装置进入吸收塔浆液区的材料最少、喷枪可直接固定在塔壁上，更换和维修也较为简单； (4)氧气利用效率高，亚硫酸钙氧化更为彻底对冲式喷枪管径较细，末端为更细小的气喷孔均匀布置，且两侧气流本身就会发生激荡碰撞，再加上侧进搅拌器高速旋转产生的切割破碎作用，气泡平均粒径更小，氧气的溶解度更高，气液两相传质效率更好，由此导致亚硫酸钙氧化更为彻底； (5)氧化空气在塔内停留时间更长，对液面波动影响更小由于氧化空气的入塔方式为水平喷射，气喷瞬间即沿着吸收塔圆周迅速扩散，因此对液面垂直方向的波动更小(对于鼓泡塔、气喷旋冲吸收塔等吸收塔系统，液面波动的控制至关重要。)，微小气泡在塔内停留时间更长； (6)浆液区流场更为优化，避免了塔内结垢堵塞的隐患对冲式喷枪的强制氧化方式，使得浆液区流场更加紊乱，有利于石灰石溶解、石膏结晶等三相传质，可消除浆液循环泵或石膏取出泵出现气蚀现象； (7)对冲式喷枪结构更合理喷枪末端的若干个均匀开孔，相当于若干个单孔喷枪，增加了氧化空气与浆液的接触面积，同时，由于端口截面垂直于塔底，消除了石膏附着
其上沉积结垢的风险。
图1为本实用新型单套对冲式喷枪强制氧化装置管路示意图；[0033] 图2a 图2d为本实用新型四种气喷孔的示意图。
具体实施方式
参见图1、图2a 图2d，本实用新型的对冲式喷枪强制氧化装置，其包括，氧化风机1 ;氧化空气母管2，其一端接氧化风机1 ，氧化空气母管2的管道上设冷却装置3 ;两根氧化空气支管4、5，对称设置， 一端相连接并连接于氧化空气母管2，支管4、5端口开设喷孔；气体流量计6、气量调节阀7、气体放空阀8、旁路调节阀9分别设置于氧化空气母管2与氧化空气支管4、5之间的管路中；两支对冲式喷枪10、11，分别设置于两根氧化空气支管4、5 ;搅拌器12，设置于两支对冲式喷枪10、11喷孔之间一侧区域，该搅拌器为搅拌叶轮或搅拌叶片。 两根氧化空气支管4、5平行对称布置。 参见图2a 图2d，所述的对冲式喷枪10 (以对冲式喷枪10为例)端部横截面为圆形。所述的对冲式喷枪末端的喷孔101为圆孔、均匀布置；所述的对冲式喷枪末端的喷孔101的开孔率为10 100%。 另外，本实用新型所述的对冲式喷枪10与氧化空气支管4为一体化结构，或采取内螺纹连接。 本实用新型所述的氧化空气母管上气体放空阀连接的气体放空管路装设消音器。[0039]某钢铁企业小型烧结机烧结烟气量5 9万NmVh， S02浓度为300 800mg/Nm3，烟气含氧量4. 0 7. 5%采用气喷旋冲吸收塔湿法脱硫工艺进行脱硫除尘处理，以满足排放要求。 工艺流程为烧结烟气经冷却处理后，从原烟气进口进入气喷旋冲吸收塔，通过烟气喷射管进入浆液池，原烟气中的S02溶于浆液后，与石灰石反应生成亚硫酸钙，继而被氧化成二水硫酸钙；净烟气经烟气上升管，由净烟气出口排出吸收塔。 气喷旋冲吸收塔塔高12m，直径4m，液位高4m，沿塔身均匀布置有两台侧进式搅拌器(功率5KW，搅拌器法兰口距塔底0.8m)。原先吸收塔浆液区的强制氧化装置采用的是固定管网格栅喷射式(FAS)，运行数月后，出现母管挠曲变形、部分支管堵塞、塔内局部结垢、系统脱硫效率下降(< 90% )、脱硫石膏中亚硫酸钙(> 2% )含量偏高等问题，经分析后认定，强制氧化装置效能不佳，影响了整个系统运行。于是，在此脱硫岛内引入了对冲式喷枪强制氧化装置。 在石灰石-石膏湿法烟气脱硫吸收塔桨液区，氧化风机(罗茨风机，流量3. 91m3/min，风压47KPa)所产生的氧化空气，通过气体放空阀准确调节母管流量，氧化空气经流量计，分别进入位于侧进式搅拌器两侧水平对称布置的支管中，通过与支管分别连接的两只对冲式喷枪末端端口的喷孔喷射而出，两股气流在搅拌器轮毂附近发生激荡碰撞，同时被高速旋转的叶片切割打碎成微小气泡，推流弥散至整个浆液区。 应用本实用新型，脱硫岛内氧化风量可根据烟气参数合理调节，氧气利用效率提高了一倍，液面波动幅度减少了一半，塔内再无局部结垢产生，脱硫效率始终保持在95%以上，脱硫石膏中亚硫酸钙含量小于0. 5%，碳酸钙含量低于1. 0%。
权利要求一种对冲式喷枪强制氧化装置，其特征在于包括，氧化风机；氧化空气母管，其一端接氧化风机，氧化空气母管的管道上设冷却装置；两根氧化空气支管，对称设置，一端相连接并连接于氧化空气母管，支管端口开设喷孔；气体流量计、气量调节阀、气体放空阀、旁路调节阀分别设置于氧化空气母管与氧化空气支管之间的管路中；两支对冲式喷枪，分别设置于两根氧化空气支管；搅拌器，设置于两支对冲式喷枪喷孔之间一侧区域。
2. 如权利要求1所述的对冲式喷枪强制氧化装置，其特征在于所述的两根氧化空气 支管平行对称布置。
3. 如权利要求1所述的对冲式喷枪强制氧化装置，其特征在于所述的对冲式喷枪端 部横截面为圆形。
4. 如权利要求1或3所述的对冲式喷枪强制氧化装置，其特征在于所述的对冲式喷 枪末端的喷孔为圆孔、均匀布置。
5. 如权利要求4所述的对冲式喷枪强制氧化装置，其特征在于所述的对冲式喷枪末 端的喷孔的开孔率为10 100%。
6. 如权利要求1或2或3所述的对冲式喷枪强制氧化装置，其特征在于所述的对冲 式喷枪与氧化空气支管为一体化结构，或采取内螺纹连接。
7. 如权利要求1所述的对冲式喷枪强制氧化装置，其特征在于所述的氧化空气母管 上气体放空阀连接的气体放空管路装设消音器。
8. 如权利要求1所述的对冲式喷枪强制氧化装置，其特征在于所述的搅拌器为搅拌 叶轮或搅拌叶片。
专利摘要一种对冲式喷枪强制氧化装置，其包括，氧化风机；氧化空气母管，其一端接氧化风机，氧化空气母管的管道上设冷却装置；两根氧化空气支管，对称设置，一端相连接并连接于氧化空气母管，支管端口开设喷孔；气体流量计、气量调节阀、气体放空阀、旁路调节阀分别设置于氧化空气母管与氧化空气支管之间的管路中；两支对冲式喷枪，分别设置于两根氧化空气支管；搅拌器，设置于两支对冲式喷枪喷孔之间一侧区域。本实用新型完成浆液区亚硫酸钙的氧化过程。具有固定安装简单、氧化风量调节方便、氧化效率高、对液面波动影响小、可消除气泵出现气蚀、可促进浆液流场加速扰动和石膏结晶过程加速进行等特点。
文档编号B01D53/80GK201482416SQ20092020863
公开日2010年5月26日 申请日期2009年8月28日 优先权日2009年8月28日
发明者刘道清, 沈晓林, 王如意, 石洪志, 石磊 申请人:宝山钢铁股份有限公司