处理废气的涤气器 本发明涉及一种新颖有效的涤气器，可用于处理发电厂和化工厂的废气(fluegases)。将有害杂质如SO2、SO3、HCL、氮氧化物吸收到水基溶液中，其中基本上没有固体沉淀。
【发明背景】
来自发电厂和锅炉的废气含有燃烧燃料时产生的可变量的SO2、SO3、氮氧化物或酸、以及类似的酸性杂质。同样，许多化工厂排出的气体也含有这类化合物或类似的杂质。已知这些杂质会对环境造成危害，一般法规要求在这些气体排放至大气之前需经处理，以尽可能减少这些有害杂质的含量。有些情况下，CO2也在这一范畴。
实际使用的方法有很多，一般归为湿式废气脱硫(FGD)，这些方法包括使废气与一种水溶液或浆料接触，进行基础反应，以吸收有害杂质。这些方法可再分为：
a)含石灰或生石灰的碱性溶液，一般形成亚硫酸钙和／或硫酸钙晶体以及污染的水溶液排放液体的浆料，
b)碱金属(钾、钠)、碱土金属(钙、镁)、或铵的氢氧化物地碱性溶液，形成基本上没有固体沉淀的亚硫酸盐和／或硫酸盐溶液，
c)稀释的盐水，如海水，一次通过基础上使用。
要求废气与浆料或溶液密切接触，将酸性杂质吸收到水溶液中，使它们与接触的碱性反应组分反应。这样的接触在专门设计的设备，称作接触器、吸收器或涤气器中进行。尽管本领域范围包含有其它术语，但在本申请中使用术语涤气器。
使用的工业涤气器包括垂直塔，其中浆料或溶液向下流动，气体向下(为并流接触)或向上流动(为对流接触)。过去在较小规模的操作中使用填料塔和／或板式塔，但目前使用更多的是对流喷淋塔。尽管填料塔或板式塔与喷淋塔相比能达到更有效的接触，但是它们不能用浓缩的浆料进行操作，而且设备成本高得多，并形成较大的气流压降。
工业涤气器设计必须适应常规要求；一方面可通过有效的内部液体循环，将液体／气体体积流速调节至工作范围，另一方面，保持非常小的向前净液体流，提供用于进一步处理的浓缩溶液。
对流喷淋塔一般是(如图1所示)空的垂直圆柱室，进行下列步骤：
a)压力下抽出溶液或浆料，通过许多喷嘴喷淋在塔上部，喷嘴排列在一覆盖塔的整个水平截面的歧管系统，该系统处在一个或多个不同高度。
b)产生的液滴向下流动，收集在塔底部的储槽中；大部分的液滴在其下降过程中与其它液滴碰撞，聚结成更大的液滴。
c)从塔一面的水平管通入气体，当气体向着液滴的流动垂直向上流动之前，其流线方向必须改变90°；因此，产生不稳定的速率和死角区。
d)由于气体通过水的蒸发而被冷却，垂直接触导致部分吸收和温度平衡；有时小的液滴被上升的气流夹带。
e)在上排喷嘴的上面，气体在排放前一般除去夹带的液滴。
f)绝大部分的溶液或浆料从储槽泵回喷嘴，在该流体中加入新的溶液或浆料；因此，从储槽可连续排出溶液或浆料的排放物，并进一步加工，这是一个整体，是FGD法的必要组成部分。
许多生产亚硫酸钙或硫酸钙的FGD装置中一直使用这种普遍认可结构的喷淋塔涤气器，因为它简单易于制造，并且对用高浓度或较低浓度的浆料都能操作。然而，由于其具有的许多内在缺陷，阻碍其在其它方法中的有效应用；典型例子有：
a)涤气器以一个平衡阶段操作，大多数是因为较大的液体再循环速率是从结束到开始，而且液体循环中浓度变化相当较小。在一个喷淋塔涤气器中不能进行要求一个以上平衡阶段的方法(为达到排放气体中较低残留浓度的有害杂质)。在此术语对流被误解，因为对流仅指流体流动，而不涉及方法的结果。另外，为了达到一个阶段平衡，提供必需的传质驱动力，必须显著增加循环负荷，保持过量的反应物，导致排放有未使用的反应物的废物。
b)采用相对较低的气体垂直流速，一般小于1-3米／秒，以限制反混以及液体或浆料液滴的夹带，反混和夹带对吸收法不利。较低的气体速率，与较大体积的废气流动有关，一般会导致很大直径的工业用塔。
c)大直径和不同负荷要求的显著高度结合，(即收集储槽、气体转向段、接触段、分离和去雾)导致庞大的塔，以及高成本结构和基础问题。
d)显著的高度还增加用于循环浆料所消耗的泵能，需使用更昂贵的高压泵。
本发明的目的是提供一种新颖有效的涤气器，它避免或至少明显减少了上述喷淋塔涤气器所内在缺陷，尤其适用于高消除效率的FGD法，并且使用了水基溶液，该溶液中基本没有固体沉淀。
这类FGD法中，特别好的是使用氨水作为碱性反应物的那些方法，因为产生的硫酸铵的浓溶液可加工成各种化肥。
发明概述
新颖的涤气器包括(如图2所示)有长方形截面的卧式室，沿水平轴由除沫器划分为多个间格。气体由管道一端进入，从另一端排出。间格之间的“格栅”(picket-fence)除沫器确保气体流线在整个截面上均匀喷出，使间格之间液滴夹带保持最小。如果受布局限制或为了方便，水平轴可在任何方向弯曲或转向，甚至象马蹄形那样完全翻转。
每个间格中，有一收集液体的储槽和离心泵(可能最后一个另外)，它们将液体分配到一系列喷嘴，形成垂直于气流的3-5“下降帘”。液滴回到储槽。液体储槽的排列应使过量液体从一个储槽溢流到前一储槽，没有液体反流的可能。水或处理的溶液在后一间格中引入。从不同间格的溢流达到提高溶液的浓度，从第一个间格的储槽获得浓缩溶液。从更方便处理考虑，可以在任一间格，或数个间格通入碱性反应物。还可以在进入涤气器的热废气中喷入碱性反应物。
气流与在一系列间格中与不同控制浓度的液体完全接触，形成真正的多阶段对流处理结构。最后的间格还可用于气体排放前的最终除沫。
这种新颖的涤气器避免或至少显著减少了上面所列的喷淋塔涤气器的内在缺陷，考虑如下：
a)使真正的多阶段对流法结构代替一阶段法，通过在调节液体／气体体积流速至工作范围所需的内循环，和提供用于进一步处理的浓缩溶液所需的很小的向前净液体流之间分开，这会导致：
●由于更高的质量传递驱动力，从而需要更小的接触体积，和／或
●制得浓度更高的排放物用于进一步处理，和
●残留在排出气体中的有害杂质残留浓度更低
b)可以在比喷淋塔大得多气体速率下操作，因为气体以垂直于液滴重力方向流动，液滴轨迹仅横向移动，直到它们与垂直的“格栅”除沫器碰撞。这导致更小的横截面积和“径向”范围。
c)卧式结构适用于在任何高度的轻质结构，以及易于适合工业安装，因为它可以弯曲并能安装在顶部或上部。所需的储槽很浅，并可朝任何方向倾斜。
d)所需的泵压头较低，至少低五分之四，因此极大地降低能量成本，并且也不需要高压模式的泵。
e)溶液在不同间格中的分离使可以采用反馈控制反应物输入，有效调节至操作条件下的波动，因此这样的反应物的用量和浪费都最小。
附图简述
图1是常规喷淋塔涤气器的示意图。
图2是新颖涤气器设计的示意图。
图3是格栅除沫器截面图。
发明和附图的详细描述
新颖涤气器设计一般包括有长方形截面的卧式空室，沿水平轴，被“格栅”除沫器划分为许多间格。废气由一端进入，水平通过所有的间格，并从管道的另一端排出。最后一个间格用作气体排放之前的最后除沫。间格定位在气流方向。
这些“格栅”除沫器是3、4或5排从室顶部到其底部的直的桩，每个桩由一弯曲片材构成，片材对着气流方向打开弯曲一定角度，如图3(截面图)所示。“格栅”除沫器的作用是在整个截面上均匀喷入气流线，使间格之间液滴夹带最小。
尽管格栅除沫器是有效的，并且具有低压液滴，但仍可以使用其它类型的除沫器，如孔板、筛或棒、百叶等。
如果需要受布局限制或为了方便，水平轴可朝任何方向弯曲或转向，甚至象环形或马蹄形那样完全翻转。
每一间格的底部，液体储槽装有一离心泵(可能最后一个另外)，将液体分配到一系列喷嘴，造成垂直于气流的3-5“下降帘”。以这种方式，每个间格中的循环速率各自彼此独立固定。在同一间隔中收集液滴，返回储槽。碱性反应物可加入任何间格，或在数个间格之间分配，或将热的废气喷入系统。工艺过程的水或溶液从最后的间隔引入。
对具体的处理，可按照需要选择间格的数量。
可由不同间格中不同控制浓度液体的水的蒸发来急冷气流和热平衡，形成真正的多阶段对流处理结构。不同问格的液体储槽的排列应使过量液体从一个储槽溢流到前一储槽，没有液体反流的可能。从不同间格的溢流达到提高溶液的浓度，从第一个间格的储槽溢流到收集罐获得浓缩溶液(涤气器液体输出)。
如果需要冷却排放气体以限制卷流效应，可以使用来自最后间格中的集中冷却塔的水，并将它们从任意的中间间格循环到冷却塔。
总之，本发明基于下列特征的新颖组合，显著减少了喷淋塔涤气器普遍的内在缺陷：
a)分开的间格使其有较高质量传递驱动力的真正的多阶段对流法结构，代替了喷淋塔涤气器中的一个阶段，这是由于在调节液体／气体体积流速至工作范围所需的内循环，和提供应用进一步处理的浓缩溶液所需的很小的向前净液体流之间的分开作用。
这导致需要更小的设备体积，和／或用于进一步处理的更浓缩的排出溶液，和／或排出气体中更低残留浓度的有害杂质。
b)卧式结构可以使其在比喷淋塔大得多的气体速率下操作，因为气体以垂直于液滴重力方向流动，液滴仅以抛物线轨迹横向移动，直到它们与垂直的“格栅”除沫器碰撞。这导致更小的横截面积和“径向”范围，以及涤气器总体积。
c)卧式结构可实施柔性设计和轻质结构，在任何方便高度易于进行工业安装，不会损害其使用功能，因为它可以弯曲并能安装在顶部或上部。需要的储槽很浅，并可以朝任何方向倾斜。
d)需要的泵压头低得多，至少低五分之四，这降低了能量成本，并且也不需要昂贵的高压模式泵。
结合下面实施例中较好的实施方案描述本发明，应理解这些具体的实施方案不构成对本发明的限制。相反，它覆盖了由权利要求书定义的本发明范围中所包含的所有的变动、修改和同等事项。因此，包括较好实施方案的实施例用于说明本发明的实施，应理解具体的描述是通过举例方式，其目的仅为说明性讨论本发明的较好的实施方案，提供了可认为是最有用和易于理解过程以及本发明的原理和概念的描述。
除非特别指出，下面实施例中给出的百分数为重量基。
实施例1
400，000标准米3／小时的100℃废气流，含有2，360ppm(体积)的SO2和10％(体积)水，通入本申请描述的新颖设计的5间格涤气器中。以9，500千克／小时喷淋15％氨水溶液，并在进口管蒸发，将气体冷却至64℃，在最后间格中加入28℃的冷却水，排出的气体被冷却到40℃，原料中含有小于1％的SO2和小于10ppm(体积)的氨。从第二间格取出水循环至一体化冷却塔，其中很少量溢流到第一间格。在54℃时从第一间格以4，980千克／小时吸收获得30％亚硫酸铵。
实施例2
750，000标准米3／小时的150℃废气，含有745ppm(体积)的SO2和10％水(体积)，通入本申请描述的新颖设计的4间格涤气器中。以5，650千克／小时喷淋15％氨水溶液，并在进口管蒸发，气体冷却至139℃。在77℃时以2，840千克／小时第一间格溢流30％亚硫酸铵。在最后间格中加入28℃的冷却水，排出的气体被冷却到40℃，原料中含有小于3％的SO2和小于10ppm(体积)的氨。从第二间格取出水循环至同一体化冷却塔，其中很少量溢流到第一间格。
实施例3
1，750，000标准米3／小时的150℃废气，含有1，000ppm(体积)的SO2和10％水(体积)，通入本申请描述的新颖设计的6间格涤气器中。15％的氨水溶液(17，700千克／小时)与输入的气体混合，冷却至135℃。在72℃时从第一间格溢流制得的溶液包括4，980千克／小时的30％亚硫酸铵。在最后间格中加入28℃的冷却水，排出的气体被冷却到40℃，原料中含有小于1．5％的SO2和小于10ppm(体积)的氨。从第二间格取出水循环至一体化冷却塔，其中很少量溢流到第一间格。