一种用于中小型生活垃圾焚烧系统的烟气脱酸塔

1.本发明涉及生活垃圾焚烧烟气净化处理领域，尤其涉及一种用于中小型生活垃圾焚烧烟气净化处理的烟气脱酸塔。
技术背景
2.城乡生活垃圾焚烧处理是社会、经济、技术发展水平下的必然趋势。生活垃圾中往往含有硫、氯等元素，容易在高温焚烧过程中产生二氧化硫、氯化氢等酸性气体，所以焚烧烟气外排之前必须将其中的酸性气体进行有效处理，使其浓度满足规定的排放标准的要求。
3.由于湿法脱酸由于存在难以处理的工艺废液及沉渣、设备腐蚀、造价昂贵且总占地面积大等原因而很少在生活垃圾焚烧烟气治理领域采用。目前生活垃圾焚烧烟气一般基于经典的干法或半干法工艺进行改进的脱酸工艺，如德国llb公司开发的烟气循环流化床工艺(cfb)、丹麦f.l.smith公司研发的气体悬浮烟气脱硫工艺、法国alstom公司提出的加湿一体化脱硫(nid)工艺、德国wullf公司开发的回流式循环流化床烟气脱硫(rcfb-fgd)工艺等。这些工艺主要技术措施包括：增加脱酸剂颗粒在吸收塔内的浓度、增加塔内的气流湍流强度、优化脱酸剂颗粒周围的局部反应环境、延长脱酸剂在塔内的平均停留时间等方式，改善脱酸效果、提高脱酸剂的利用系数、降低脱酸剂的消耗量，而且脱酸的终产物是可流动的干态粉末，可进一步综合利用，无二次污染，因而取得了良好的综合效益。
4.但是，由于中小型生活垃圾焚烧系统产生的烟气的流量、温度并不稳定等原因，有些工艺需要借助于烟气中的内能而需要烟气具有较高的温度，有些工艺需维持吸收塔内的超密相(流化床)稳定而需要烟气的流量稳定，基于上述工艺的设备一般难以应用于中小型生活垃圾焚烧系统的烟气脱酸净化处理。
5.目前，我国中小型生活垃圾焚烧处理站一般采用控制及操作难度较小的湿法脱酸工艺进行焚烧烟气脱酸处理。由于湿法脱酸工艺需要建设脱酸剂溶液的勾兑及再生系统、工艺废液及沉渣的处理系统等，投资及运行成本很高、占地面积较大，中小型生活垃圾处理站对投资及运行成本敏感，承受能力较弱，故一般中小型垃圾焚烧处理站并未建设工艺废液、沉渣的处理系统，从而导致中小型焚烧处理站在处理生活垃圾的同时产生工艺废液、沉渣等新的污染因子，随着这些污染因子的逐渐积累，容易造成处理站周边环境污染，从而受到处理站周边居民的抵制，使得分散式生活垃圾焚烧处理模式在我国推行困难。
6.因此，研制一种适用于中小型生活垃圾焚烧烟气脱酸效果良好、不产生工艺废液及沉渣的脱酸装置，对我国发展中小型生活垃圾焚烧系统、推行生活垃圾分散式处理具有重要意义。


技术实现要素：

7.本发明针对目前中小型生活垃圾焚烧系统烟气脱酸处理面临的问题，提出了一种用于中小型生活垃圾焚烧系统的烟气脱酸塔，这种烟气脱酸塔基于nid工艺的特点，通过将
烟气与干态的脱酸剂粉末、工艺水进行掺混后形成三相流进入脱酸塔，并优化三相流在脱酸塔内的流场，一方面增加塔内湍流强度而增加脱酸剂与酸性气体之间的接触充分性，另一方面提高脱酸剂粉末在塔内的平均停留时间，从而具有脱酸效果好，脱酸剂利用系数高，不产生工艺废液、沉渣等二次污染因子等特征，从而具有很好的经济性和环保性。
8.为了实现上述目的，本发明的技术方案是，提供了一种用于中小型生活垃圾焚烧系统的烟气脱酸塔，包括竖直安置的进口朝下的圆柱形塔筒，所述的塔筒的内部设有中心体，所述中心体的中心线与塔筒的中心线重合，且通过支撑板安装于塔筒的内壁，所述的中心体外壁与所述塔筒内壁之间形成环形气流通道；所述塔筒的内侧壁上设有扰流柱，所述扰流柱在塔筒内的布设方式为，沿塔筒中心线从下往上设置多排，每排设置多个；所述塔筒的下方设有与之相连通文丘里管，所述文丘里管的中心线与所述塔筒中心线重合；所述文丘里管的下端，也即进口端设有与之联通的过渡腔；所述塔筒的上部设有与之相通的排气管。
9.优选的，所述的中心体包括圆筒段，所述圆筒段的上游，也即靠近文丘里管出口的一端设有头锥；下游，也即靠近排气管的一端设有尾锥。
10.进一步地，所述中心体的圆筒段的外侧壁上设有扰流柱。
11.优选的，所述的扰流柱在塔筒内的布设方式为，任意相邻的上、下两排扰流柱对应的个体之间存在错位。
12.优选的，所述的扰流柱为“v”形扰流柱，所述的“v”形扰流柱安装在所述的塔筒内侧壁时，其尖端指向所述塔筒的进口，也即尖端朝下。
13.优选的，所述的扰流柱为“λ”形扰流柱，所述的“λ”形扰流柱安装在所述的塔筒内侧壁时，其尖端指向所述塔筒的出口，也即尖端朝上。
14.优选的，所述的扰流柱为扰流平板，所述的扰流平板在所述塔筒内侧壁上的布设方式为，所述扰流平板的侧面所在的平面，与所述塔筒的中心线之间存在夹角α，所述α的取值范围为45-90
°
。
15.优选的，所述的扰流柱为扰流平板，所述的扰流平板在所述塔筒内壁的布设方式为，某一排所述扰流平板的侧面所在的平面，与所述塔筒的中心线的夹角为β，与之相邻的另一排所述扰流平板的侧面所在的平面与所述塔筒的中心线的夹角为γ；所述β、γ的取值范围皆为45-90
°
且二者方向相反；或者说，β的取值范围为45-90
°
、γ＝360
°‑
β。
16.优选的，所述扰流板可以为上述“v”形扰流柱、“λ”形扰流柱和扰流平板中的一种或几种的组合。
17.采用上述结构，所述的一种用于中小型生活垃圾焚烧系统的烟气脱酸塔工作时，含有酸性气体的烟气进入过渡腔，并在过渡腔内转为向上流动而进入文丘里管；在所述的文丘里管中，烟气与干态的脱酸剂粉末形成的颗粒群、工艺水形成水雾充分掺混，形成向上流动的气、液、固三相流，进入所述的塔筒内部。
18.在所述三相流中，工艺水会将脱酸剂粉末周围环境加湿，甚至在脱酸剂粉末的表面包覆一层液态水，使得烟气中的so2、hcl等酸性气体与脱酸剂粉末接触后发生反应，形成非气态的反应产物，从而去除烟气中酸性气体，生成硫酸钙、氯化钙等反应产物。
19.所述的三相流上行进至塔筒内部之后，进入所述的环形气流通道；所述三相流在所述的环形气流内自下而上地流动时，会遇到扰流柱；所述的扰流柱会产生三方面的效果：
首先，会使得环形气流通道内流场的湍流强度大幅提高，也即流场变得更加紊乱，从而提高脱酸剂粉末颗粒与酸性气体的接触充分性；其次，会在所述的扰流柱下游形成局部的回流区，使得延长脱酸剂粉末颗粒在塔内的平均停留时间；再次，所述三相流中的颗粒相，也即脱酸剂粉末与反应产物形成的颗粒群，与所述的扰流柱多次碰撞、局部流动方向反复改变，使得颗粒相与气相之间的平均滑移速度大幅增加，甚至出现部分颗粒相在塔内短时悬浮的现象，从而延长脱酸剂在塔内的平均停留时间。从而有利于提高脱酸效率、提高脱酸剂的利用系数，降低脱酸剂的总消耗。
20.随着三相流在塔筒内流动，三相流中的水分会逐渐蒸发，脱酸剂及反应产物会逐渐变成干态的粉末颗粒，在气流携带下，以成含尘烟气形式从排气管流出所述的塔筒而被下游的除尘设备而被拦截，从而完成烟气脱酸过程。
21.所以采用本发明的结构，有益效果在于：
22.1)脱酸剂在塔内的平均停留时间延长，从而提高脱酸剂的有效利用率、降低脱酸剂的消耗；
23.2)气流在塔内的湍流强度很高，有利于脱酸剂与烟气中酸性气体的接触更加充分，从而提高脱酸效果；
24.3)进入脱酸塔的工艺水全部蒸发，不会产生工艺废液、沉渣等新的污染因子，有利于节省总的投资成本；
25.4)可以实现自动化运行，当烟气流量发生变化时，出现颗粒相大范围塌床，也颗粒相大量进入过渡腔的可能性大幅降低，能够较好地满足中小型生活垃圾焚烧系统的要求。
附图说明
26.图1为本发明所提供的一种用于中小型生活垃圾焚烧系统的烟气脱酸塔的结构示意图；
27.图2为中心体的轴测图；
28.图3为扰流柱为“v”形扰流柱时，塔筒内壁展开后的结构示意图；
29.图4为对应图3，扰流柱为“v”形扰流柱时，塔筒内壁的轴测图；
30.图5为扰流柱为“λ”形扰流柱时，塔筒的内壁展开后的结构示意图；
31.图6为对应图5，扰流柱为“λ”形扰流柱时，塔筒内壁的轴测图；
32.图7为扰流柱为扰流平板、且所有的扰流平板与塔筒的中心线夹角相同时，塔筒的内壁展开后的结构示意图；
33.图8为对应图7，扰流柱为扰流平板、且所有的扰流平板与塔筒的中心线夹角相同时，塔筒内壁的轴测图；
34.图9为扰流柱为扰流平板时、且上下两排扰流平板与塔筒的中心线夹角方向相反时，塔筒的内壁展开后的结构示意图；
35.图10为对应图9，扰流柱为扰流平板时、且上下两排扰流平板与塔筒的中心线夹角方向相反时，塔筒内壁的轴测图。
36.图标：1-焚烧烟气；2-脱酸剂粉末；3-过渡腔；4-文丘里管；5-工艺水；6-三相流；7-塔筒；8-中心体；9-扰流柱；10-环形气流通道；11-支撑板；12-排气管13-含尘烟气；14
‑“
v”形扰流柱；15
‑“
λ”形扰流柱；16-扰流平板；81-头锥；82-圆筒段；83-尾锥。
具体实施方式：
37.本发明的核心为提一种用于生活垃圾焚烧系统的烟气脱酸塔及其工作原理，通过在脱酸塔的塔筒内设置扰流柱，当经工艺水、脱酸剂粉末、烟气经文丘里管掺混形成三相流进至塔筒之后，通过扰流柱增加烟气在塔内的湍流强度，加强酸性气体与脱酸剂之间的掺混，同时增加脱酸剂粉末颗粒与扰流柱之间的碰撞，增加颗粒相与气相之间的滑移速度，延长脱酸剂在塔内的平均停留时间；从而提高脱酸效果及脱酸剂利用系数，减低脱酸剂的消耗。
38.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
39.实施例：
40.提供了本发明的一种用于中小型生活垃圾焚烧系统的烟气脱酸塔，如图1、图2、图3、图4所示；包括竖直放置的圆柱形的塔筒7，上述的塔筒7的内部设有中心体8，上述中心体8的中心线与塔筒7的中心线重合，且通过支撑板11安装于塔筒7的内壁，上述中心体8外壁与上述塔筒7的内壁之间形成环形气流通道10，上述的环形气流通道10内设有扰流柱9；上述塔筒7的下方设有与之相连通文丘里管4，上述文丘里管4的中心线与上述塔筒7中心线重合；上述文丘里管4的下端，也即进口端设有与之联通的过渡腔3；上述塔筒7的上方设有与之相通的排气管12。
41.采用上述结构，含有酸性气体的烟气1进入过渡腔3，并在上述的过渡腔3内转为向上流动，进入文丘里管4；在上述的文丘里管4中，烟气1与干态的脱酸剂粉末2形成的颗粒群、工艺水5形成水雾充分掺混，形成气、液、固三相流6，进入上述塔筒7的内部，并在上述的环形气流通道10内自下而上流动。
42.在上述三相流6中，工艺水5会将脱酸剂粉末2周围的微观环境加湿，甚至在脱酸剂粉末2的表面包覆一层液态水，使得烟气中的so2、hcl等酸性气体与脱酸剂粉末2接触后发生反应，形成非气态的反应产物，从而去除烟气1中的酸性气体，生成硫酸钙、亚硫酸钙、氯化钙等反应产物。
43.上述的中心体8包括圆柱筒82，上述圆柱筒82的上游，也即靠近上述文丘里管4出口的一端，设有头锥81；下游，也就靠近上述排气管12的一端，设有尾锥83；这种结构，有利于降低上述的三相流6进入、流出环形气流通道10时的阻力。
44.上述的扰流柱9结构为，为“v”形扰流柱14，尖端朝下，设于上述塔筒7的内侧壁，其布设方式为：如图3、图4所示，沿上述塔筒7的中心线，从下往上设置n排，每排m个，上述的n为不小于3的自然数，m为不小于5的自然数；任意相邻的上、下两排“v”形扰流柱14对应的个体之间存在错位，也即图3中的尺寸a为大于零，且小于同一排中相邻的两个“v”形扰流柱14之间的距离a0。
45.上述扰流柱9的结构，还可为“λ”形扰流柱15，设于上述塔筒7的内侧壁，其布设方式与上述的“v”形扰流柱14在上述塔筒7内侧壁的布设方式相似，如图5、图6所示；相邻两排“λ”形扰流柱15对应的个体之间存在错位，也即图5中的尺寸b为大于零，且小于同一排中相邻的两个“λ”形扰流柱15之间的距离b0。
46.上述扰流柱9的结构，还可为扰流平板16，上述的扰流平板16在上述塔筒7的内侧壁布设时，如图7、图8所示，上述扰流平板16的侧面所在的平面，与上述塔筒7的中心线之间
存在夹角α，上述α的取值范围为45-90
°
，当α＝90
°
时，意味着上述的扰流平板16水平布设。
47.上述的扰流平板16在上述塔筒7的内侧壁布设时，还可如图9、图10所示：某一排上述扰流平板16的侧面所在的平面，与上述塔筒7的中心线的夹角为β，相邻的另一排上述扰流平板16的侧面所在的平面，与上述塔筒7的中心线的夹角为γ，上述β、γ的取值范围皆为45-90
°
且二者的方向相反；或者说，45
°
≤β≤90
°
，γ＝360
°‑
β。
48.上述的扰流柱9可以为上述的“v”形扰流柱14、“λ”形扰流柱15、扰流平板16中的一种或者几种的组合。
49.上述的扰流柱9也可设于上述的中心体8的圆筒段82的外侧壁。
50.上述的三相流6在环形气流通道10内流动时：上述扰流柱9会使其局部流动方向反复改变，从而增加流场的湍流强度以改善脱酸剂粉末2与酸性气体接触的充分性；并且，在上述的环形气流通道10内形成局部回流区，增加上述的酸剂粉末2在塔内的平均停留时间；以及，上述三相流6中的颗粒相与气相之间的平均滑移速度大幅增加，进一步促进脱酸剂粉末2在塔内的平均停留时间延长；从而提高脱酸效果、提高脱酸剂的利用系数、降低脱酸剂的消耗。
51.随着上述的三相流6在上述的环形气流通道10内自下而上地流动，其中的水分会逐渐吸热、蒸发，上述的三相流6会逐渐转化为由脱酸剂及反应产物组成的颗粒相、消减酸性气体之后的气相组成的含尘烟气13，从上述的排气管12流出上述的塔筒7，从而完成烟气脱酸过程。
52.通过以上实施例，对本发明所提供的一种用于生活垃圾焚烧系统的烟气脱酸塔进行了详细阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。
53.应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干实施例组合、修饰等，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
54.还需说明的是，第一，在本发明技术方案的描述中，为了清楚地描述本发明的技术特征所使用的一些方位词，例如“上”、“下”、“内”、“外”、“侧”等均是按照本发明的上述的一种用于中小型生活垃圾焚烧系统的脱酸塔正常安装时相对于地面的正常方位而言的，例如，相对远离地面的方位为“上”、靠近炉体竖直方向的中心线一侧为“内”，垂直于上下的方向为“侧”等等；第二，本发明主要用于中小型生活垃圾焚烧系统，但并不意味着本发明提出的结构不能适用于其它的场合，包括，用于医疗垃圾焚烧系统，工业固废焚烧系统，燃煤锅炉系统等，当本发明应用于其它场合时，本发明的权利要求也应受到保护。