一种提升二氧化硫解吸速率的空化解吸装置
技术领域
本实用新型属于能源与动力工程及环境工程的领域，具体涉及一种提升碱性硫酸铝脱硫富液二氧化硫解吸速率的空化解吸装置。
背景技术
目前，与煤炭共生的硫份燃烧生成SO2造成大气污染，是形成酸雨及雾霾天气的因素之一，同时我国又是一个可用硫资源贫乏国家。因此，高效脱除与回收利用燃煤烟气SO2的先进方法一直是人们研究探索的课题。
碱性硫酸铝解吸脱硫法，理论上讲，是一种脱除、解吸SO2效率高，脱硫富液解吸SO2后再生碱性硫酸铝循环使用，解吸产物—高纯度SO2可作为产品直接出售，或制造成硫酸、硫磺出售，具有二氧化硫污染治理与煤炭硫份资源化双重价值的脱硫技术。
现有公开的技术是用碱性硫酸铝溶液脱除SO2，其脱硫富液解吸SO2可用的方法之一是CN209475936U与CN109224769A公开的碱性硫酸铝脱硫富液空化解吸SO2的系统及方法，实用新型人试验表明，当解吸率接近94％，55℃条件下空化解吸1吨SO2伴随产生水蒸汽约6.7吨，水汽化需热量约15.856×106千焦。中国专利申请号为202020272450.7、202010152407.1利用工业排汽废热作为二氧化硫空化解吸热源，通过废热利用，解决了这一庞大热耗的费用问题。但目前公开的二氧化硫空化解吸装置，仍存在着不适应这种大热耗、小温差下快速解吸二氧化硫的问题。实用新型人经过大量观察和研究发现，主要是下述原因导致：一是空化解吸装置采用的水平平板受热面难以满足大热耗换热要求，水平平板的凝汽面上凝结水附着严重，呈圆形斑点状悬挂，将换热的平板与释放热量的水蒸汽隔离开，导致传热热阻大；二是小温差使得空化解吸装置，单位水平投影面积在单位时间内空化气泡产量少，SO2解吸速率慢，被解吸液体在空化解吸室内所需要的滞留时间长。为了达到解吸的效率要求，在这些问题存在下，只能通过增加解吸装置水平投影面积，来增大换热面积和滞留时间，但这均导致SO2空化解吸装置庞大，占地面积大、物耗多、投资大、解吸成本高。
有鉴于此，特提出本实用新型。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种提升二氧化硫解吸速率的空化解吸装置，解决空化解吸装置单位水平投影面积范围在单位时间内空化气泡产量少、SO2解吸速率慢和被解吸液体在空化解吸室内滞留时间长导致的空化解吸装置庞大带来的解吸成本高问题。
为了实现上述目的，本实用新型提供的一种提升二氧化硫解吸速率的空化解吸装置，包括空化解吸单元，
所述空化解吸单元由空化-凝汽界面分隔成上下两室，上室为迷宫空化解吸室，下室为迷宫蒸汽加热室；
所述空化-凝汽界面采用凹凸界面，所述凹凸界面采用竖直或倾斜的侧面。
本实用新型采用凹凸界面，增大了空化界面面积，使单位水平投影面积范围内空化气泡数量增加，减少了被解吸液体在空化解吸室内所需要的滞留时间；增大了凝汽面积，提高了单位水平投影面积范围内的蒸汽放热量；更重要的是，蒸汽放热后形成凝结水会在重力作用下沿竖直或倾斜表面向下流动，并在流动过程中由小水滴汇聚成大水滴加快流动并滴落，降低了凝汽界面凝结水膜产生的热阻，强化了传热。
所述凹凸界面可以为金属板上冲压形成的点状凹坑，但优选采用波浪槽，便于加工。最优选的是，波浪槽的走向是由空化解吸室解吸液入口到解吸液出口方向，与波浪槽走向与入口到出口垂直方向相比，解吸液流动方向与槽的方向一致，不易形成流动死角。
优选地，所述空化-凝汽界面的侧面与竖直方向的夹角为0-45°。
进一步地，还包括
解吸液进口联箱，用于将所述空化-凝汽界面上表面一侧的进液端相联通，并且将接收到的脱硫富液均匀分配于所述空化-凝汽界面的凹凸界面形成的多个凹槽内；
解吸液出口联箱，用于将所述空化-凝汽界面上表面一侧的出液端相联通，并且将解吸二氧化硫后的再生液体排出。
进一步地，还包括
气体出口联箱，用于将所述空化-凝汽界面下表面一侧的出气端相联通，并且将所述迷宫蒸汽加热室内的不凝结气体排出。
优选地，所述空化-凝汽界面的垂直于液体走向的横截面的形状为V形波浪、U形波浪或椭圆端部V形波浪。
本实用新型提供的一种提升二氧化硫解吸速率的空化解吸装置，具有如下有益效果：
1、本实用新型提供的提升二氧化硫解吸速率的空化解吸装置，非常适应以工业排汽为热源的小温差、大热量空化解吸SO2条件下工作；
2、空化-凝汽界面的侧面竖直或倾斜布局，显著增加了空化解吸装置单位水平投影面积范围的凝汽面积，并使空化-凝汽界面上的凝结水在重力作用下快速滑落脱离表面，有效降低了凝结水附着热阻；
3、波浪槽内的脱硫富液受到三面加热，显著增加了空化解吸装置单位水平投影面积范围在单位时间内空化气泡产量，一方面波浪槽内受解吸液体空化剧烈，极大地强化了波浪槽内脱硫富液的解吸速率，另一方面大量的空化蒸汽穿越厚度较大的淹没层，极大地发挥了汽提SO2的功能，在空化与汽提协同作用下，使脱硫富液SO2的解吸速率提升了1个以上数量级，显著缩减了空化解吸装置的建造规模、占地面积和物耗量，有效降低了SO2的解吸成本。
附图说明
图1为本具体实施方式中的提升二氧化硫解吸速率的空化解吸装置的结构示意图。
图2为图1中提升二氧化硫解吸速率的空化解吸装置的侧视剖面图。
图3为具体实施方式的三种空化-凝汽界面的剖面结构示意图。
附图中：1.空化解吸装置 2.空化-凝汽界面 2a.深V形空化-凝汽界面 2b.深U形空化-凝汽界面 2c.椭圆端部深V形空化-凝汽界面 3.迷宫空化解吸室 4.迷宫蒸汽加热室5.解吸液进口联箱 6.解吸液出口联箱 7.排气口 8.蒸汽进口 9.凝结水出口 10.气体出口联箱。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
如图1、图2所示，本专利公开的一种提升二氧化硫解吸速率的空化解吸装置，采用空化-凝汽界面2将空化解吸装置1分割为上下两室，上室为迷宫空化解吸室3，下室为迷宫蒸汽加热室4。空化-凝汽界面2采用凹凸界面，凹凸界面可以为金属板上冲压形成的点状凹坑，但优选采用波浪槽，便于加工，最优选的是，波浪槽的走向是由迷宫空化解吸室3解吸液入口到解吸液出口方向，与波浪槽走向与入口到出口垂直方向相比，解吸液流动方向与槽的方向一致，不易形成流动死角。
空化-凝汽界面2是由一系列竖直或倾斜布局的侧面组成的上下端部交替开口与闭合的波浪槽构成，所有波浪槽最高点位于同一个水平面，最低点位于另一个水平面，高处水平面和低处水平面相平行。空化-凝汽界面2采用凹凸界面，增大了空化界面面积，使单位水平投影面积范围内空化气泡数量增加，减少了被解吸液体在空化解吸室内所需要的滞留时间；增大了凝汽面积，提高了单位水平投影面积范围内的蒸汽放热量。
从立面观察迷宫空化解吸室3，由下至上分为底层、中层和顶层三个层面，底层是一组开口向上的纵向平行的狭窄波浪槽，受解吸液体从空化-凝汽界面2的上表面首端流向末端的过程中，空化-凝汽界面2的上表面的受解吸液体由波浪槽端部和侧面吸收大量热量发生剧烈空化，属SO2空化解吸层；中层为波浪槽被受解吸液体淹没层，气泡脱离波浪槽上升穿越厚度较大的淹没层逸出液面，属SO2汽提解吸层；顶层为SO2与水蒸汽混合气体汇集层。从立面观察迷宫蒸汽加热室4，由上至下分为顶层、中层和底层三个层面，顶层是一组开口向下的纵向平行的狭窄波浪槽，空化-凝汽界面2的下表面的蒸汽通过波浪槽端部和侧面与迷宫空化解吸室3内受解吸液体发生表面式换热，蒸汽放热凝结形成凝结水，并在重力作用下快速滑落脱离竖直或倾斜布局的侧面，并在流动过程中由小水滴汇聚成大水滴加快流动并滴落，有效降低了空化-凝汽界面2凝结水膜附着的热阻，强化了传热；中层为蒸汽配汽层，将加热蒸汽及时分配于开口向下的各个波浪槽内；底层为凝结水汇集层。
迷宫空化解吸室3连接解吸液进口联箱5和解吸液出口联箱6，解吸液进口联箱5是将所有波浪槽向上开口部分的进液端联通，并将脱硫富液均匀输送分配至各个波浪槽内，并将凹槽俺没至设定深度；解吸液进口联箱5在前部设有用于接收待解吸脱硫富液的进口。解吸液出口联箱6是将所有波浪槽向上开口部分的出液端联通，并均匀排出各个波浪槽内解吸SO2后的再生液体，出液端位于波浪槽向上开口部分的下部，解吸液出口联箱6的底部设有出口，用于排出再生液体。迷宫空化解吸室3设有排气口7，排气口7用于将水蒸汽与SO2混合气体排出。
迷宫蒸汽加热室4设有蒸汽进口8和凝结水出口9，蒸汽进口8用于引入蒸汽于迷宫蒸汽加热室4内，凝结水出口9用于将迷宫蒸汽加热室4凝结水及时排出。迷宫蒸汽加热室4连接气体出口联箱10，气体出口联箱10是将波浪槽向下开口部分的出气端联通，出气端位于波浪槽向下开口部分的上部，气体出口联箱10的顶部设有出口，用于排出各个波浪槽中的不凝结气体。
如图3所示，本实用新型提供的提升二氧化硫解吸速率的空化解吸装置1，采用的空化-凝汽界面2按照横截面形状分为深V形空化-凝汽界面2a、深U形空化-凝汽界面2b、椭圆端部深V形空化-凝汽界面2c三种典型结构形式，可根据实施具体情况选择一种即可。所述横截面是指垂直于波浪槽内液体走向的截面。
本实用新型提供的提升二氧化硫解吸速率的空化解吸装置，单级、多级脱硫富液空化解吸SO2系统均适用。
提升二氧化硫解吸速率的空化解吸方法，包括以下步骤：
(1)将待解吸SO2脱硫富液通过解吸液进口联箱送入迷宫空化解吸室3内并达到设定液位。
(2)通过迷宫空化解吸室3设置的排气口7将气体排出，使迷宫空化解吸室3内降压至脱硫富液设定空化解吸温度对应的饱和蒸汽压力值，空化温度不小于50℃。
(3)通过迷宫蒸汽加热室4设置的气体出口联箱10将迷宫蒸汽加热室4内的不凝结气体排出。
(4)通过蒸汽进口8将满足汽温要求值的蒸汽送入迷宫蒸汽加热室4，蒸汽温度高于空化-凝汽界面2上表面脱硫富液的设定空化温度，形成热传递所需温差。
(5)进入迷宫空化解吸室3的脱硫富液，从波浪槽进液端流向出液端的过程中，波浪槽内待解吸脱硫富液由端部和侧面吸收大量热量发生剧烈空化，空化产生的气泡脱离波浪槽上升穿越厚度较大的淹没层逸出液面，在空化与汽提协同作用下使SO2快速解吸，碱性硫酸铝再生，再生的碱性硫酸铝溶液经过解吸液出口联箱6排出至下一工艺流程。解吸的SO2与水蒸汽混合气体经排气口7排出至下一工艺流程。迷宫空化解吸室3波浪槽内脱硫富液发生空化吸收热量又使得迷宫蒸汽加热室4内水蒸汽在波浪槽的端部和侧面上冷凝为凝结水，并在重力作用下快速滑落脱离竖直或倾斜布局的侧面，在迷宫蒸汽加热室4底部汇集的凝结水经凝结水出口9排出至下一工艺流程。不凝结气体由气体出口联箱10汇集经出口排出至下一工艺流程。
采用现有公开的技术或方法，可以实现调节控制进、出空化解吸装置1的流体的相关参数；持续将待解吸脱硫富液送入迷宫空化解吸室3；持续将再生的碱性硫酸铝溶液经解吸液出口联箱6出口排出至下一工艺流程；持续将解吸的SO2与水蒸汽混合气体经排气口7排出至下一工艺流程，并维持空化解吸室脱硫富液设定空化解吸温度对应的饱和蒸汽压力值；持续将满足汽温要求值的蒸汽送入迷宫蒸汽加热室4；持续将迷宫蒸汽加热室4凝结水经凝结水出口9排出至下一工艺流程；持续将迷宫蒸汽加热室4不凝结气体经气体出口联箱10的出口排出至下一工艺流程。按照上述方法步骤使得所述提升二氧化硫解吸速率的空化解吸装置1实现持续稳定运行。
实施例1
设定迷宫空化解吸室3内的碱性硫酸铝脱硫富液空化解吸SO2温度为55℃，利用排气口7连接冷却系统使得迷宫空化解吸室3内降压，并且维持在温度55℃时脱硫富液对应的饱和蒸汽压力；利用汽轮机在背压12.34kPa下运行的排汽作为供给空化解吸SO2热量的热源，其排汽对应汽温约为50℃；设定迷宫蒸汽加热室4内蒸汽与迷宫空化解吸室3内碱性硫酸铝脱硫富液温差为5℃，利用蒸汽喷射泵将汽轮机排汽提升至60℃。空化解吸装置1采用椭圆端部深V形空化-凝汽界面2c，设定椭圆端部深V形空化-凝汽界面端部槽宽40mm，即波浪槽的相邻两端部顶点间距为40mm，波浪槽的槽深300mm，空化-凝汽界面顶部被受解吸液体淹没深度为300mm。
本实用新型提供的应用上述提升二氧化硫解吸速率的空化解吸装置1的空化解吸方法，其步骤如下。
(1)将待解吸SO2的脱硫富液通过解吸液进口联箱5送入迷宫空化解吸室3内并达到设定液位值。
(2)通过迷宫空化解吸室3设置的排气口7将不凝结气体排出，使迷宫空化解吸室3内降压至脱硫富液设定空化解吸温度55℃对应的饱和蒸汽压力值。
(3)通过迷宫蒸汽加热室4设置的气体出口联箱10将迷宫蒸汽加热室4内不凝结气体排出。
(4)通过蒸汽进口8将由蒸汽喷射泵提温至60℃的蒸汽送入迷宫蒸汽加热室4，蒸汽温度高于空化-凝汽界面上表面液体的空化解吸温度5℃，形成热传递所需温差。
(5)进入迷宫空化解吸室3的脱硫富液，从波浪槽进液端流向出液端的过程中，波浪槽内待解吸脱硫富液由波浪槽的端部和侧面吸收大量热量发生剧烈空化，空化产生的汽泡脱离波浪槽上升穿越厚度为300mm的淹没层逸出液面，在空化与汽提协同作用下使SO2快速解吸，碱性硫酸铝再生，再生的碱性硫酸铝溶液经过解吸液出口联箱6排出至下一工艺流程。解吸的SO2与水蒸汽混合气体经排气口7排出至下一工艺流程。迷宫空化解吸室3的波浪槽内脱硫富液发生空化吸收热量又使得迷宫蒸汽加热室4内水蒸汽在波浪槽的端部和侧面上冷凝为凝结水，并在重力作用下快速滑落脱离倾斜布局的侧面，在迷宫蒸汽加热室4底部汇集的凝结水经凝结水出口9排出至下一工艺流程。不凝结气体由气体出口联箱10汇集经出口排出至下一工艺流程。
采用现有公开的技术或方法，可以实现调节控制进、出空化解吸装置1的流体的相关参数；持续将待解吸脱硫富液送入迷宫空化解吸室3；持续将再生的碱性硫酸铝溶液经解吸液出口联箱6出口排出至下一工艺流程；持续将解吸的SO2与水蒸汽混合气体经排气口7排出至下一工艺流程，并维持迷宫空化解吸室3脱硫富液在设定空化解吸温度55℃时对应的饱和蒸汽压力值；持续将满足汽温要求值的60℃蒸汽送入迷宫蒸汽加热室4；持续将迷宫蒸汽加热室4凝结水经凝结水出口9排出至下一工艺流程；持续将迷宫蒸汽加热室4不凝结气体经气体出口联箱10的出口排出至下一工艺流程。按照上述方法步骤使得所述提升二氧化硫解吸速率的空化解吸装置1实现持续稳定运行。
该实施例采用了椭圆端部深V形空化-凝汽界面，空化-凝汽界面端部槽宽40mm，迷宫槽深300mm，与水平平板受热面结构相比较，在其它条件相同下，单位水平投影面范围换热面积增加了约15倍；另外，由于空化-凝汽界面侧面的大斜率倾斜布局，附着于侧面的蒸汽凝结水在重力作用下快速滑落脱离，有效减小了侧面凝结水附着引起的热阻；前述两项特征使得波浪槽内受解吸液体剧烈空化，空化产生的大量蒸汽穿越波浪槽顶部厚度为300mm的淹没层，充分发挥了空化与汽提协同解吸SO2的效应，使脱硫富液SO2的解吸速率提升一个以上数量级。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
