旋流水封塔及烟气净化泥浆清除工艺 本发明是一种对燃煤(包括燃油、燃气)锅炉烟气进行湿式净化和泥浆清除的工艺及其配套设备、设施，既能净化小吨位生活锅炉排放的烟气，又能净化大吨位发电锅炉排放的烟气。
早在1884年，国外有人用天然水对烟气中的SO2进行脱除试验，我国类似的脱硫实践，恐怕是六十年代末群众性革新运动中创造的某些湿式除尘方法，最有代表性的要算上海染化三厂的“湿式旋流除尘器”了。
至今为止，国内国外以脱硫为目的的湿式除尘器有很多。美国人A·V·Slack 1971年出版了一本《烟气脱硫》的书，收集了六十年代及以前世界各国电厂锅炉脱硫除尘的许多资料。85年之后，我们多次查阅有关湿法除尘脱硫工艺和湿式除尘器的中国专利，共计四十余种。90年开始，专门察看和跟踪CN88210969U、89218996.7、91218970.3三个专利湿式除尘器的试验和使用情况。最近又详细研究了89105028.0、90106120.4、93115510.X三个专利申请文献，得出的印象是，已有的湿式除尘器及其脱硫除尘工艺存在着这样那样的不足：脱硫率低，防腐问题没有很好解决，脱硫剂的使用不当，泥浆处理没有通盘考虑，循环水流经路线不科学，操作不简便等等。
从93年起，为了验证我们自己的除尘脱硫方案的实用性，做了两次小规模工业试验，本申请就是在已经试验过的基础上提出的。
本发明的目地就是要提供一种高效率的湿法除尘器和一种电能、水量、中和剂消耗较少的工艺，它还能广泛地适用于各种不同情况，既适用于燃煤锅炉，又适用于燃油或燃气锅炉，既适用于含硫低的燃料，又适用于含硫高的燃料，既适用于尘泥被抛弃，又适用于尘泥被利用的情况。
图一是旋流水封塔(即湿式脱硫除尘器)的结构示意图，
图二是大型旋流水封塔的进气、进水道的一种配置图，
图三是小型旋流水封塔的两种特殊溢流道图，
图四是排污沉降池结构示意图，
图五是本发明的典型实施例的工艺图，
本发明的关健设备是“旋流水封塔”，即一种湿式脱硫除尘器，它要做到除尘率≥98％，脱硫率≥95％。如附图一所示，塔体为园形，除尘、脱硫的任务是两个工序来实现的：旋流除尘脱硫和水封过滤除尘脱硫。旋流除尘脱硫工序：含尘含硫烟气通过进口(1)成下倾斜、切向进入旋流水封塔(D)底部，冲撞旋流子(2)。由于烟气的旋转和冲击，带动液体形成旋流，并撞碎为水花。进入的烟气具有＞100℃的高温，使液体一部分汽化、雾化。烟气和液体反复地撞击与混合，发生传热传质的变化。烟气中大于1微米(μ)的尘粒全部溶入水中，小于1微米的尘粒的大部分也溶入水中，SOx与碱性液体迅速中和生成亚硫酸盐和硫酸盐，烟气便这样得到净化。同时，进入塔内的烟气流动的动力，附带起着泵的作用，既把和旋流水封塔(D)连成一体的排污沉降池(F)中干净的碱性液体经过通道(3)吸入塔内，又把有一定浓度的稀泥浆从塔底部中心位置经溢流道(4)压出去，进入排污沉降池(F)。影响旋流效率的主要因素有二：一是旋流子(2)的倾角，二是烟气进口速度。从旋流中逃离的小于1微米的少数尘粒和有害气体上升到储水槽(6)下部，并从中心通道(j)进入储水槽里面，然后从水封筛板(7)的小孔(筛板上均匀布置的小孔面积占板面积的40％～60％)钻出，穿过水封层，得到第二次净化。储水槽中心通道(j)的顶上有四个缺口，起溢流作用，并使水封层具有稳定的厚度，为了使塔(D)内壁上不沉积污泥，装有一个圈形清洗管(5)，清洗水为自来水，管上有朝向内壁的喷水孔。储水槽里的水来自圈形布水管(8)，这些水是整个工艺流程中的补充水，它的进入由电磁阀(E)控制，与引风机联动，其水量则由阀门(i)调节。布水管(8)有若干小孔。旋流塔的出口(10)的下方是脱水板(9)，共两块(两层)，由小扁钢做成。清洗管(6)、水封筛板(7)用不锈钢制造，布水管(8)和脱水板(9)最好也用不锈钢制造，如用普通钢，要进行防腐处理。旋流子(2)用铸石粉料加防腐剂、防水剂、粘结剂做成，倾角从30°至0°，成扇形展开。储水槽(6)和塔体(11)的制作材料和安装方式：1、用防腐混凝土在现场浇灌；2、把塔体各部分事先予制成混凝土构件，现场组装；3、用钢板做外壳，筒体内壁进行防腐处理，整体运输和安装。
用于燃气的旋流水封塔与燃煤的区别是：旋流子与水封器之间的距离短，旋流子的厚度与倾角不一样。
大型旋流水封塔的烟气进口(1)和进水道(3)可设两个或两个以上。若是两个时，其中一个进水道(3)与渣沟(K)相连。若是两个以上时，塔体(11)周围增设进烟圈(12)和进水圈(13)，前者位于地面上，后者置于地面下，此时与排污沉降池(F)和渣沟(K)相连的进水道(3’)只与进水圈(13)直接相连。图二是大型旋流水封塔(D)一种进气进水配置图，其中烟气进口(1)和进水道(3)各是4个，溢流道(4)仍是一个。
旋流水封塔(D)的关健部件自然是水封器，它最终决定脱硫和除尘的效果，我们第一个工业试验所检验的水封器形式是一块带溢流管(6)的水封筛板(7)，如图三A所示，这种水封器的优点是简单，缺点有二，一是做不到废水零排放，二是旋流水封塔越大，水封板(7)也越大，板越大则板面不容易保持平坦，板不平坦则板面上水封层厚度不均匀，除尘和脱硫率不好控制在高效范围内。经过理论计算，把水封筛板(7)加厚到某种程度，用在20T/h以下的锅炉上在技术上是可行的，在经济上是合理的。对于1～4T/h的锅炉，特别是用于小城镇、环保要求不高的地区，水封器可以不要，如图三B所示，这时只有旋流工序，我们的第二个工业试验属于这种形式，测试表明，它的脱硫率只能达到70％，除尘率只能达到90％。
图三是适用小型锅炉(1-4吨/时)的溢流道(4)的两种特殊做法，因为许多用于洗澡、供应开水的旧有锅炉房不太可能按照图一的样子改装。在这里，溢流道(4)的作用仍然像典型方案一样，一是可靠地控制旋流水封塔(D)内部液体的水位，二是连续地把泥浆中的细小颗粒溢流出来。图中还表示，由于小锅炉往往采用手工、干式出碴，可利用的锅炉碱性排污水很少，因此，需要在排污沉降池(F)中加石灰。再有，图中表示，脱硫废水不是循环利用，废水不是零排放，其所以这样做，是通过实践，计算经济帐得出来的，因为，若要循环利用废水，电磁阀要改为水泵，要消耗电能，电费比水费持平或更高。
图四是排污沉降池(F)。池体长方形，容积根据锅炉吨位来定。它由三格构成：I-泥浆格，接受和临时储存由塔(D)底冲出来的泥浆，中和剂(锅炉排污水、水淬出碴水、碴场疏漏水、石灰)加入本格中，II-存水格，储存经过一定程度澄清的水，以便向塔(D)底输入，III-清水格，储存经过一定程度澄清的水，以备经过潜水泵(H2)向锅炉泵送水淬出碴之用的水，各格所占容积比例：I-60％～50％，II-20％～30％，III-20％～25％。池壁(15)由混凝土砌筑，隔墙(16)由活动木板组成，隔墙(17)由砖砌成，闸阀组(18)有若干个闸阀，上下闸阀之间距离20～30cm，最下面的闸阀位于池体水平中心线。池壁上的这些闸阀，是专门为那些锅炉采用间隙运行的情况而设置的，它们的使用方式如下：锅炉停止运行大约两个小时之后，池水的上部已经澄清，打开最上面的闸阀，把清水从I、II格放进第III格，余此类推，当池中的泥浆已变得相当稠的时候，则启动泥浆泵(H1)，把泥浆泵进临时炉碴堆场或外运的汽车里。当锅炉长期连续运行，又没有炉碴场的时候，池壁上的闸阀组(18)挪到碴车的车斗上。碴车车斗上的闸阀组(18)，其功能与操作方式和上述相同，只不过，这时从池中汲取泥浆的操作在锅炉运行之中进行。泵(H2)是为了向锅炉出碴点泵送清水而设置的。如前所述，旋流水封塔(D)是通过进水道(3)和溢流道(4)与排污沉降池(F)连成一体的，实际上，池(F)是塔(D)底部的容积的延伸。这种结构形式的优点就是除尘泥浆的清除工作对锅炉的连续运行没有任何妨碍，并且，从池(F)中汲取泥浆的工作，劳动强度小，速度快。
图五是本发明的典型实施例工艺图，它适用于大型燃煤锅炉、锅炉连续运行、采用水淬出碴的情况。如图所示，它包括烟气净化线路、净化液流经线路和泥浆处理三个方面。由锅炉出来的含尘含硫烟气首先进入干式旋风除尘器(B)再进入引风机(C)，这是为了减少烟尘粗颗粒对引风机的磨损。引风机(C)置于湿式除尘器即旋流水封塔(D)的前面而不是后面，这是为了防止引风机被旋流水封塔出来的潮湿的净化气腐蚀掉。进入旋流水封塔(D)的烟气温度120℃-180℃，流出的净化气温度约60℃，进入气体和流出气体的体积之比大约是1∶0.75。考虑到排出气体的体积缩小和脱硫率＞95％，故烟囱的高度可比常规的低矮，直经亦可变小。考虑到进入烟囱的净化气只有60℃，又没有采用除雾器，故烟囱内壁(特别是在烟囱下部内壁)需要采取防腐。烟气净化线路用框图六表示：对于4吨/时以下锅炉，一般不设置干式旋风除尘器(B)，铁皮烟囱的高度，可从30m缩短到5m，但烟囱直经加粗1/4～1/2，为的是减小烟囱口的净化气流速，使净化气不带水蒸汽排放。如图三B所示，用于环保要求不高的小城镇的小锅炉，除尘器只有旋流除尘脱硫一道工序，除尘脱硫率比较低，烟囱高度可保持原高30m，或略微降低。如图所示，锅炉水淬出碴水和除尘脱硫补充水，全部从净化液流经线路的起点，加入旋流水封塔(D)上部的水封器内，在储水槽(6)里形成水封层，从中心通道(j)的缺口溢流到塔底，被引风机的动力压出，由溢流道(4)进入排污沉降池(F)，其中一部经过进水道(3)再进入塔底，实现小循环，另一部由泵(H2)泵进锅炉的水淬炉碴沟(K)的加水点，淬碴降尘后，碴沟(K)中的碱性污水又溢流进入排污沉降池(F)，再进入塔底内部，实现大循环，达到零排放。整个循环过程中，水损耗在蒸发、汽化、灰碴夹带等各个环节，耗水量大约吨煤1.5吨水，这些水损耗是必须的、合理的。净化系统的中和剂，除了碱性碴水之外，还有锅炉定期排污水和连续排污水，一般来说，三种废水已经足够，不需要专门加入中和剂。需要专门加中和剂的例外情况是：1、没有炉渣或不采用水淬出碴的锅炉，2、除尘泥浆当化工原料，需要使用特定中和剂的锅炉。典型方案的净化液流动线路用框图七表示如下：上面框图中的“零排放”也有例外，即图二里面所说的情况。全部补充水首先加入储水槽(6)，其目的是保持水槽中的水为中性，使硫酸钙特别是亚硫酸钙不要在水槽(6)中积聚，这些物质有容易结垢、并引起堵塞的毛病。泥浆中的微小颗粒固体物有一个十分特殊的物理性质：轻、飘、浮，用抓斗和刮板机之类机械根本不可能把它们从水中捞上来。目前，实践中处理它们的办法有二，一是加水稀释，溢流排入下水道(或河流)，再从被堵塞的下水道挖出，二是在池中停留若干天、自然风干，再从池中挖出，这都不是好办法。针对这种情况，本发明的处理办法如下：1、锅炉间歇运行，(如采暖锅炉在晴天中午停炉约六个小时)，在停炉的几个小时中，用潜水泥泵(H1)把做了若干浓缩的泥浆从池(F)中汲出，泵到临时碴场或炉碴车中，具体操作方法前面已经叙述不再重复；2、锅炉连续运行，在不停炉的情况下，用潜水泥浆泵(H1)从池(F)的底部汲取泥浆，泵到碴场或炉碴车中，汲取过程中需要注意两点，一是要经常变换泵的汲取点，二是泥浆泵要沉到池底。至于泥浆做什么用，是当做化工原料，还是与炉碴一起当做建材原料，还是当做垃圾被抛弃，这已经与本发明无关。泥浆清除方式用框图表示如图八。
图五：a——锅炉连续排污，b——锅炉定期排污，c——碴沟溢流水，d——碴场疏漏水。