气液混合构件、烟气中SO3脱除系统及烟气脱硫方法与流程

本发明属于烟气脱硫领域，具体涉及一种气液混合构件、烟气so3脱除系统及烟气脱硫方法。

背景技术：

1、电力、冶金和石化等各行业生产过程中产生大量含so2和so3的烟气。现有资料表明，电力行业中，一般燃煤锅炉中0.5%~1.5%的硫分会被氧化为so3；在富氧再生条件下，催化裂化再生烟气中so3约占硫氧化物总量的5%~10%；钢铁行业中，烧结烟气中so3的排放量占总硫氧化物排放量的1%~2%。在普遍采用v2o5系活性组分的scr脱硝装置中，也会将部分so2氧化为so3，转化率约为0.5%~1.5%，尤其是在scr反应器低负荷运行时so2转化为so3的转化率会急剧增加。

2、so3具有强腐蚀性，会与烟气中的水蒸汽结合形成硫酸，在露点温度下凝结在金属部件表面，引起后续余热锅炉、co锅炉、空预器等设备的腐蚀穿孔，并影响装置的长周期运行；so3会与scr脱硝系统逃逸氨反应生成具有黏性的硫酸氢铵，大量生成的硫酸氢铵在低温时沉积在催化剂孔道，粘附飞灰，容易导致催化剂孔道堵塞而降低催化剂的活性，还会随烟气进入后续余热锅炉、co锅炉、空预器等下游设备并粘附在换热元件表面，引起积灰、结垢、堵塞和腐蚀；另外，为避免烟气中so3产生露点腐蚀，锅炉排烟温度普遍较高一般在180℃以上，造成烟气热量的极大浪费。排出烟囱的so3还会与大气中的水蒸汽形成h2so4气溶胶，而h2so4气溶胶是pm2.5的前驱体，造成雾霾的元凶之一，可被人体吸入进入肺泡，沉积在人体内难以排出，因而对人体健康的危害极大。

3、当含有气态so3的烟气通过湿法烟气脱硫系统时，烟气被急速冷却到酸露点之下，so3通过均相成核和以颗粒物为凝结核的异质成核作用，快速形成难于捕集的亚微米级的h2so4气溶胶。一般来说，烟气中颗粒较大的雾滴是可以被吸收塔除去的，但是对亚微米级的h2so4气溶胶，吸收塔则无能为力，形成的h2so4亚微米级气溶胶只能通过烟囱排入大气，在烟囱口形成“蓝烟”现象。

4、专利cn201610596916.7、cn201510298152.9、cn201620429006.5和cn201510652339.4均以干吸收剂脱除so3。干吸收剂为钠基、镁基或钙基，采用干吸收剂喷射脱除so3时，颗粒粒径越小，so3的脱除效率越高。而市售的碱性粉料粒径均较大，难以满足对吸收剂粒径的要求，因而需要对吸收剂进行研磨。而粉料在研磨过程中，温度会急剧上升，且存在粉尘静电爆炸的危险；湿法研磨时需使用分散剂和助剂，并控制温度，连续研磨时间需要几个小时甚至十几个小时，研磨几十次甚至上百次，研磨设备占地面积较大且产生噪音污染，湿法研磨之后还需要进行过筛、脱水、烘干处理，过程较为繁琐。另外，干吸收剂在烟道中进行喷射时难于与烟气混合均匀。专利cn201610265089.3、cn201621053463.5和cn201610573963.x采用湿法吸收剂脱除烟气中so3，但未设置烟气与所喷入碱液的混合构件，需要较长距离烟道用于烟气与吸收液的混合。专利cn201610254686.6和cn201610573963.x所采用的双流体雾化喷枪均采用空气作为冷却风，以防止喷枪枪管由于高温烟气导致吸收液蒸发结晶堵塞和磨损枪管，以及停运时受热过量变形。但因空气热容量较小，需要大量空气才能达到以上目的。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种气液混合构件、烟气so3脱除系统及烟气脱硫方法。

2、根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种气液混合构件。本发明的气液混合构件适用于半干法脱除高温烟气中酸性气时的气液混合工况，适用温度范围150～800℃。

3、一种气液混合构件，其呈竖直方向设置，所述气液混合构件包括导流筒和混合筒；所述导流筒内用于将气体和液体为并流或逆流导入混合筒；所述混合筒包括两层以上竖向设置的格栅，每层格栅均包括若干均匀设置、彼此间具有间隙的格栅板，相邻的两层格栅，其间隙交错设置；所述混合筒的末端设置底板。

4、进一步，所述格栅的上沿固定在导流筒的上沿或下沿。

5、进一步，所述格栅的横截面可以为圆形、正方形或其他适宜形状。设格栅板宽度为d，相邻的两层格栅之间的间距为（0.5～4）d，优选为（0.5～1.5）d；每层格栅的格栅板之间的间隙以气速（1～20）m/s设置，优选（5～10）m/s；格栅板间隙的宽度为（0.5～4）d，优选（0.5～1.5）d，总开孔面积为混合筒横截面积0.5～1.5倍。

6、进一步，所述底板可以为水平板或锥形板，优选为锥形板。所述底板的外沿通常不小于最外层的格栅的外沿，锥形底板与混合筒横截面夹角α不小于烟道内粉尘安息角。

7、进一步，所述混合筒优选地包括三层格栅，分别为内层环形格栅、中间层环形格栅和外层环形格栅，其中相邻两层格栅的间距为（0.5～1.5）d、每层格栅的格栅板之间的间隙与格栅间距相同，为（0.5～1.5）d。

8、进一步，设内层环形格栅横截面直径d，所述混合筒的高度为混合筒直径1.0～3.0倍。

9、进一步的，气液混合构件中导流筒与轴线夹角β为10～60°，优选30～40°。进一步，所述的气液混合构件优选用于烟气半干法脱硫系统，气液混合构件设置于150～800℃高温烟道内部，优选300～500℃烟道内部。

10、本发明中，所述气液混合构件的混合原理如下：烟气经气液混合构件的导流筒，与雾化吸收液同时进入混合筒，并由内层环形格栅板之间的缝隙流过。由于各层环形格栅的格栅板交错布置，烟气与吸收液流经内层环形格栅板之间的间隙时，流向会发生变化，即绕过中间层环形格栅板，而从两相邻的中间层环形格栅板之间的缝隙穿过，同样的现象发生在外层环形格栅。同时，烟气/雾化吸收液流经环形格栅过程中，在环形格栅板的背面产生负压，从而加速并强化了烟气与雾化吸收液的混合。烟气中so3与吸收液之间的反应本身就是无机盐之间的快速反应，该反应过程为传质控制，因此，烟气/雾化吸收液之间的混合过程也就是烟气中so3的脱除过程。

11、根据本发明的第二个方面，本发明还提供了一种烟气so3脱除装置，其中包括上面所述的气液混合构件。

12、一种烟气so3脱除装置，包括吸收液罐、吸收液供料泵、吸收液循环泵、双流体雾化喷枪、烟气/雾化吸收液气液混合构件和雾化喷嘴，所述烟气/雾化吸收液气液混合构件和雾化喷嘴设置于烟道内部横截面上；其中，

13、所述的双流体雾化喷枪设置于外部套管内部，所述外部套管包括循环液进口和循环液出口；

14、所述吸收液罐的第一出口通过管线、吸收液供料泵、与双流体雾化喷枪相连通；

15、所述吸收液罐的第二出口通过管线、吸收液循环泵与所述雾化喷枪外部套管的循环液进口相连通，所述外部套管的循环液出口通过管线与吸收液罐上的循环液入口相连通；

16、所述双流体雾化喷枪包括若干雾化喷嘴，若干雾化喷嘴的出口延伸至烟气/雾化吸收液混合构件的导流筒内部，雾化喷嘴与导流筒、混合筒和格栅同轴布置，向上延伸至导流筒内0.5d，向下深入混合筒内0.5d，以保证在烟气夹带作用下的雾化吸收液全部进入混合筒内。

17、进一步，所述双流体雾化喷枪和压缩风管线连通。

18、进一步，所述烟气so3脱除装置，包括烟道密封板和镶嵌在烟道密封板上的若干烟气/雾化吸收液混合构件，烟道密封板与烟气流动方向近乎垂直。

19、进一步，所述的烟气so3脱除装置设置于锅炉内scr脱硝反应器入口烟道、空预器/省煤器入口烟道、锅炉出口烟道或脱硫反应器入口烟道，所述烟道内设置有烟气流量测量装置，及三氧化硫浓度测量装置。

20、进一步，所述双流体雾化喷枪入口吸收液管道上设置有压力测量仪表，以实时监测进入喷枪的三氧化硫吸收液压力。

21、进一步，所述双流体雾化喷枪入口压缩空气管道上设置有流量计和调节阀，以对进入喷枪的压缩空气流量进行调节计量。

22、进一步，所述的吸收液罐还包括软化水和吸收剂固粉加注口，均位于吸收液罐顶部。

23、进一步，所述的吸收液罐中，循环液入口位于吸收液罐上液面以下0～0.50m。

24、进一步，所述的双流体雾化喷枪及外部套管分数根均布于烟道横截面上，并贯穿烟道设置，循环液进口和循环液出口分别设置在外部套管的两端。

25、根据本发明的第三个方面，本发明还提供了一种脱硫方法，其中应用了前面所述的烟气脱硫装置。

26、一种烟气脱硫方法，包括以下内容：

27、吸收液罐第一出口吸收液经吸收液供料泵输送至双流体雾化喷枪，在压缩空气作用下经双流体雾化喷枪雾化喷嘴喷洒进入烟气中，吸收液被雾化成微米级液滴，与高温烟气一起经气液混合构件导流筒进入混合筒；在混合筒内，雾化吸收液液滴与烟气由轴向流动改为径向流动，在依此通过内层环形格栅、中间层环形格栅和外层环形格栅过程中，吸收液与烟气发生快速混合，并在混合过程中发生酸碱中和反应，从而脱除烟气中so3。

28、进一步，因本发明混合筒末端设置有与混合筒横截面夹角α不小于烟道内粉尘安息角的锥形底板，因此烟气中的粉尘会随烟气流动，而不会沉积堵塞格栅间隙。

29、进一步，所述烟气脱so3吸收剂为na2so3、nahso3、na2co3或nahco3，也可为其中某几种吸收剂的混合物。

30、进一步，所述的吸收液为na2co3/nahco3混合溶液或na2so3/nahso3混合溶液。

31、进一步，所述na2co3/nahco3混合溶液的质量浓度为5%～30%，所述na2so3/nahso3混合溶液的质量浓度为5%～25%。

32、进一步，所述吸收剂加入量以na/s摩尔比计，为1：1～3：1。

33、以na2co3为例，当向烟气中喷入na2co3溶液后，本发明脱除烟气中三氧化硫的原理如下：

34、so3 + na2co3→na2so4 + co2①

35、因烟气中so2浓度远高于so3浓度，na2co3与烟气中so2反应：

36、so2 + na2co3→na2so3 + co2②

37、na2so3继续与烟气中so3反应：

38、so3 + na2so3→na2so4 + so2③

39、本发明中酸碱中和反应与烟气/雾化吸收液的混合过程同时发生。

40、与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：

41、1、本发明烟气/雾化吸收液的混合为径向混合，即通过设置混合构件，利用烟道径向距离完成烟气与雾化吸收液的均匀混合，大大降低烟气脱so3单元安装高度。当将烟气脱so3单元设置在锅炉内烟气scr脱硝反应器进口处时，仅需对脱硝反应器进行改造：将每层催化剂上部安装检修空间适当减小，即可安装烟气脱so3单元。

42、2、本发明将烟气/雾化吸收液混合构件底部设置成锥形，可消除粉尘累积和堵塞环形格栅的可能性，同时在烟气/雾化吸收液混合构件入口处设置导流筒，可最大限度减小烟气脱so3系统压降。

43、3、以吸收液代替冷却风作为双流体雾化喷枪的冷却介质，以防止雾化喷枪的高温变形和喷枪内吸收液因蒸发析出结晶而堵塞喷枪，可充分利用烟气热量以保持吸收液罐温度，防止吸收液罐中吸收剂结晶析出，同时也起到节能效果。