CN100434146C - 一种干式内外双循环流化床脱硫装置及其脱硫方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种干式内外双循环流化床脱硫装置和方法,该装置包括内循环流化床反应塔的底部设烟气进口,底部内壁上设置有脱硫剂喷嘴、喷水嘴和空气喷嘴;在连通烟气出口通过管道与除尘器管道之间安装旋风分离器,它的固体出口与分离箱连接,分离箱一出口通过管道与灰仓连接,另一出口通过机械阀与反应塔下部进口连接,该旋风分离器的顶部的气体出口通过输运管道与除尘器进口相通,除尘器底端的出灰口通过管子与灰仓连通,除尘器的净气体出口与烟囱相连。含有SO2的烟气从脱硫塔底部进入,同时从脱硫塔底部分别喷入粉状脱硫剂、空气和水,它们一起在脱硫塔内在向上运动,在这过程中SO2和脱硫剂发生化学发应,烟气中的SO2被脱除。

Description

一种干式内外双循环流化床脱硫装置及其脱硫方法

技术领域

本发明涉及一种烟气净化技术领域,尤其涉及一种干式内外双循环流化床烟 气脱硫方法及装置。

背景技术

烟气循环流化床脱硫(CFB-FGD)工艺是二十世纪八十年代德国鲁奇(Lurgi) 公司开发的一种新型干法脱硫工艺,此工艺以循环流化床原理为基础,通过吸收 剂的多次再循环,延长吸收剂与烟气的接触时间,大大提高了吸收剂的利用率。 它不但具有干法脱硫工艺的许多优点,如流程简单、占地少、投资小以及副产品 可以综合利用等,而且能在很低的f5硫比(Ca/S4.1-1.3)情况下接近或达到湿法工 艺的脱硫效率,即脱硫效率达90%以上。

目前烟气循环流化床脱硫工艺已经达到工业应用水平的主要有以下几种工艺 流程:

1德国Lurgi公司的烟气循环流化床脱硫工艺(以下简称CFB);

2德国Wulff公司的烟气回流式循环流化床脱硫工艺(以下简称RCFB);

3丹麦L.F.Smith公司的气体悬浮吸收烟气脱硫工艺(以下简称GSA) CFB工艺的特点是:吸收剂以干态的消石灰粉从反应塔上游的入口烟道喷 入,采用机械式除尘器。反应塔为空塔,主要依靠外置分离器进行循环。CFB工 艺中强调脱硫剂的外循环,当用于改造工程时一般需要对原有除尘器改造,加装 百叶窗式粗除尘,用于返料,因此会影响原有生产工段。

与CFB工艺相比,RCFB工艺主要在反映他的流场设计和塔顶结构上作了较 大改进,主要是反应塔内增加了扰流板和塔顶物料回流装置,强化了脱硫剂的塔 内循环,提高了吸收剂的利用率和脱硫效率。另外,吸收塔内产生回流使得塔出 的含尘浓度大大降低。塔内回流的固体物量一般为外部再循环量的30%-50%,因 此塔内颗粒浓度高,导致脱硫除尘器入口浓度高,当用于改造工程时需要对原有除尘器进行改造,会影响原有生产工段,

GAS工艺是一种以石灰石为吸收剂的半干法脱硫技术,由丹麦L.F.Smith公 司的开发。GSA系统中有一个竖直的反应器,在反应器内烟气与由石灰、反应产 物和飞灰组成的悬浮颗粒充分接触,并进行反应。约99%的悬浮颗粒经旋风除尘 器分离后送回反应器,旋风除尘器的出口烟气经过电除尘器或布袋除尘器后排 空。该工艺由吸收塔底部喷入石灰桨,需要增加石灰制浆系统,系统复杂投资和 运行成本增加,并且由于该工艺采用浆态进料,容易出现管路堵塞现象。

中国专利申请号:02135541.x ,发明名称:"一种双循环流化床脱硫装置" 的脱硫装置,该装置设有一二两级惯性分离器,降低了流动阻力,防止了粘壁现 象的发生。但该装置中外分离器物料全部返回到反应器中,不能对外循环量进行 调控,降低了该装置工作参数的调节范围,使外该装置的适应性降低。另外该装 置采用浆态进料,与CFB和RCFB相比较多了石灰制浆系统,系统复杂投资和 运行成本增加,并且输浆管路容易出现堵塞现象。

发明内容

本发明的目的在于:针对以上现有技术存在的问题,为了简化工艺流程,和 提高脱硫效率、降低脱硫剂消耗提供一种循环流化床脱硫方法;并且提供一种干 式内外双循环流化床脱硫装置,以提高脱硫装置的适应性。

为达到以上发明目的,本发明的技术方案是这样实现的:

本发明提供的干式内外双循环流化床脱硫装置,包括内循环流化床反应塔 1,在反应塔1的底部设有烟气进口 2,反应塔1的上部设有烟气出口 6,烟气出 口 6通过管道18与除尘器13连通;其特征在于:还包括旋风分离器10、分离 箱11、机械阀9、灰仓16;其中所述循环流化床反应塔1的底部内壁上设置有

脱硫剂喷嘴3、喷水嘴4和空气喷嘴8,并它们分别通过3根管道与脱硫剂供给 源、水管和气源连通;在连通烟气出口6与除尘器13管道之间安装所述的旋风 分离器IO,所述旋风分离器10下端固体出口与一分离箱11连接,分离箱ll有 两个出口, 一个出口直接通过管道与灰仓16连接,另一个通过一机械阀19与反 应塔1下部进口连接,该旋风分离器10的顶部有气体出口 12,该气体出口 12 通过输运管道9与除尘器进口 17相通,除尘器13底端有除尘器出灰口 15,该除尘器出灰口 15通过管道与灰仓16连通,除尘器13的净气体出口 14与烟囱相连。

在上述技术方案中,还包括在反应塔1的烟气进口 2上段设置为反应塔文丘 里段7。

在上述技术方案中,所述反应塔1上部的内壁上设置扰流板5,该扰流板5 呈错位布置2-5层,并且该扰流板5与反应塔1顶部的距离为反应塔1高度的1/5 到1/3。

在上述技术方案中,所述机械阀9还包括用螺旋给料机代替。

本发明提供的一种干式内外双循环流化床脱硫方法,包括以下步骤:

1) 将含有S02的烟气通过烟气进口2进入内循环流化床反应塔1,粉状脱 硫剂通过喷嘴3喷入到反应塔1内,根据进入反应塔1的烟气温度,分别由喷嘴 4和喷嘴5喷入水和空气, 一方面调节反应塔的温度,另一方面喷入水可以促进 脱硫剂和S02的反应,其中喷入反应塔内的粉状脱硫剂的量,按脱硫剂中的所含 Ca与烟气中所含S即Ca/S摩尔比要达到1.1-2.0加入;脱硫剂的喷入量根据 脱硫要求确定,例如要求脱硫效果高,则脱硫剂的喷入量大,即反应塔内的 Ca/S(摩尔比)比要达到2.0,如果脱硫效率不高(例如80%),那么Ca/S比只要 达到1.2就可以达到要求;空气喷入流速在4-20m/s之间,水的喷入量为根据烟 气量和烟气温度控制喷水量,根据需要即把反应塔内温度保持在7(TC-12(TC之间 调节水的喷入量;物料浓度在10-1000g/m3 ,所述的物料包括进入反应塔烟气中 带有的粉尘,也包括脱硫剂, 一般以脱硫剂为主;

2) 烟气、粉状脱硫剂、空气和水一起在脱硫塔内在向上运动的流速控制在 5-20m/s,在这过程中S02和脱硫剂发生化学发应,烟气中的S02被脱除;

3) 烟气携带脱硫剂(部分参加反应,部分未参加反应)从脱硫塔顶部排出 进入旋风分离器;

4) 通过旋风分离器分离的烟气进入除尘器,除尘后的干净烟气通过烟囱排 入大气;

5) 旋风分离器分离下来的脱硫剂一部分通过机械阀控制进入反应塔循环利 用,另一部分排入灰仓。

在上述的技术方案中,所述的粉状脱硫剂包括:石灰、电石渣、钢渣、粉煤灰,氧化镁或者将以上几种物质混合, 一般粒度在0.01-5mm之间;所述的粉状 脱硫剂由石灰、电石渣、钢渣、粉煤灰或氧化镁的混合,包括按照石灰80份、 电石渣5份、粉煤灰5份和氧化镁10份;或者石灰80份、电石渣5份、钢渣5 份、粉煤灰5份和氧化镁5份;或者石灰80份、电石渣20份;或者石灰20 份、电石渣80份;石灰90份、钢渣10份。

本发明与现有技术相比有以下特色和优点:

1. 本发明的装置具有结构简单、占地面积小,操作调节容易,脱硫效率高, 投资和运行费用少等优点。

2. 在反应塔中上部设有2-5层扰流板,在扰流板作用下脱硫剂和烟气在脱 硫塔内的循环量增加,加强了脱硫剂和烟气的相互作用,提高了脱硫效率,降低 了脱硫剂用量;

3. 采用旋风分离器进行塔外循环,可以通过机械给料阀可以控制外循环量,

因此与其它脱硫方式相比,该方法可以同时对塔内和塔外双循环系统进行控制, 因此可以调控的范围更大,能够使脱硫设备在最佳状态下运行,使该工艺的适应

性大大增强,有利于提高脱硫效果;同时降低对脱硫剂的质量要求。

4. 采用干态进料方式,与桨态进料方式相比省去了制浆系统,占地面积小, 投资和运行费用降低;

5. 采用旋风分离器与脱硫塔相结合方式,降低了除尘器入口气体固体颗粒 浓度,减轻了除尘器负担,在改造工程中一般不需要对原有除尘器进行改造,降 低了改造费用。

6. 旋风分离器分离下来的脱硫剂一部分通过机械阀进入反应塔循环利用, 另一部分排入灰仓。

附图说明

附图1为本发明装置的结构示意图; 附图2为本发明装置中的扰流板布置方式。

图面说明:

反应塔-1 烟气进口-2 脱硫剂喷嘴-3喷水嘴-4

扰流板-5

烟气出口-6

反应塔文丘里段-7

空气喷嘴-8

机械阀-9

旋风分离器-10

分离箱-11

气体出口-12

除尘器-13

净气体出口-14

除尘器出灰口-15

灰仓-16

除尘器进口-17

管道-18

输运管道-19

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步说明 实施例1

参看附图l制作一本发明的装置,该装置包括内循环流化床反应塔l,该塔 呈圆筒形,高度与直径比2-50,机械阔9还可以采用螺旋给料机;除尘器13可 以采用布袋除尘器,也可以是静电除尘器。例如根据烟气性质、流量以及除尘效 果要求需要可以选用SWB型、GP型静电除尘器,或者LCM型脉冲袋式除尘器, LFSF反吹袋式除尘器等。所述循环流化床反应塔1底部有烟气进口 2,在烟气 进口 2上方设置反应塔文丘里段7,在该处设置有脱硫剂喷嘴3 (或者用螺旋给 料机代替)、喷水嘴4和空气喷嘴8,并且它们分别通过3根管道与脱硫剂供给 源、水管和气源连通。为了提高脱硫效率,降低脱硫剂用量,还可以在本实施例 的结构上增加扰流板5,即在反应塔1的上部,距离反应塔1顶部1/5到1/3之 间的地方设有扰流板5,扰流板5可以设置2-5层,它们上下错位设置。在扰流 板作用下脱硫剂和烟气在脱硫塔内的循环量增加,加强了脱硫剂和烟气的相互作 用,而达到提高脱硫效率,降低脱硫剂用量。反应塔顶部有烟气出口6,该烟气 出口 6与旋风分离器10相连,旋风分离器10下端固体出口与一分离箱11连接, 分离箱11有两个出口 , 一个出口直接与灰仓16连接,另一个通过一机械阀9(或 者螺旋给料机)与反应塔1下部进口连接,通过机械阀9可以调节脱硫塔外循环 量。该旋风分离器10的顶部有气体出口 12,该气体出口 12通过输运管道19与 除尘器进口17相通,除尘器13底端有除尘器出灰口 15,该除尘器出灰口15通 过管道与灰仓16连通,除尘器13的净气体出口 14与烟囱相连。

在本实施例中还可以在脱硫塔l内部上方布置喷水嘴,进行喷水。在本实施例中釆用旋风分离器进行塔外循环,可以通过机械给料阀可以控制 外循环量,因此该方法可以同时对塔内和塔外双循环系统进行控制,因此可以调 控的范围更大,能够使脱硫设备在最佳状态下运行,使该工艺的适应性大大增强, 有利于提高脱硫效果;同时降低对脱硫剂的质量要求。

实施例2

本实施例应用实施例1的装置对流量为5万m3/h, S02浓度为2000mg/M3

的烟气进行处理。

首先按烟气的S02浓度为2000mg/MJ计算加入粉状脱硫剂的量,按加入粉 状脱硫剂与烟气中的S02的Ca/S摩尔比达到1.3,则需要喷入粉状脱硫剂例如 石灰、电石渣或钢渣,其脱硫剂加入量为U3kg/h。通过调节喷水和空气量使反 应塔内烟气温度保持在8(TC左右,喷水和空气的流速为7m/s;通过该工艺流程 可以获得90%的脱硫率,使烟气中S02浓度降低为200 mg/M3。

1) 将浓度为2000mg/MS含有S02的烟气通过烟气进口 2进入内循环流化床 反应塔l,粉状石灰脱硫剂通过喷嘴3喷入到反应塔内,根据烟气温度,分别甶 喷嘴4和喷嘴5入喷入水和空气, 一方面调节反应塔的温度,另一方面喷入水可 以促进脱硫剂和S02的反应,其中喷入反应塔内的粉状脱硫剂的量,按脱硫剂中 的有效Ca与烟气中含S的Ca/S摩尔比达到1.3,脱硫剂的喷入量根据脱硫要 求确定,要求脱硫效果高,则脱硫剂的喷入量大,例如反应塔内的Ca/S(摩尔比) 比要达到2.0,如果脱硫效率不高(例如80%) Ca/S比只要达到1.2就可以达到 要求;空气喷入流速在4-20m/s之间;和水的量为根据烟气量和烟气温度控制喷 水量,喷水和空气的流速为7m/s;根据需要使反应塔内温度在7(TC-12(rC之间 调节;物料浓度保持在10-1000gA^之间均可,物料包括进入反应塔烟气中带有 的粉尘,和粉状石灰脱硫剂, 一般以脱硫剂为主;

2) 烟气、粉状脱硫剂、空气和水一起在脱硫塔内在向上运动流速控制在 5-20m/s,在这过程中S02和脱硫剂发生化学发应,烟气中的S02被脱除;

在反应塔l内脱硫剂和烟气中一起向上运动的过程中相互反应,S02被脱除,

特别是在反应塔上部还设有扰流板的作用下,一部分烟气和脱硫剂在脱硫塔内形 成内循环,增加了脱硫剂在塔内停留时间,因此增加了脱硫率,烟气由反应塔顶部出口 6排除后进入旋风分离器10,在旋风分离器10中烟气中的气体和固体分 离,分离下来的固体颗粒(包括反应后的脱硫剂和未反应的脱硫剂)进入分离箱 11,通过分离箱ll, 一部分固体颗粒进入灰仓16,另一部分固体颗粒在机械阀 9的作用下进入反应塔1,实现再循环利用,通过调整机械阀9可以控制进入反 应塔1的固体颗粒量,也就是可以控制反应塔1的外循环量,并通过循环量可以 调节塔内固体物料浓度。通过调整反应塔1的压力分布和扰流板的布置方式可以 调整反应塔l的内循环量,因此本发明可以实现双循环控制,因此与其他工艺相 比,可调控的尺度更宽,能适应不同条件烟气脱硫的需求。经旋风分离器分离出 固体颗粒后的烟气进入除尘器13,进一步脱除烟气中的固体颗粒,经除尘器净 化后的烟气由除尘器13的净气体出口 14排入烟囱,最后进入大气。除尘器脱出 的固体颗粒由除尘器13的出灰口 15进入灰仓16,最后排除。

实施例3

本实施例应用实施例1的装置对流量为2000mVh, S02浓度为5000mg/M3 的烟气进行处理,具体步骤也同实施例l,所不同的条件如下。

首先按烟气的S02浓度为5000mg/MS计算加入粉状脱硫剂的量,按加入粉 状脱硫剂中有效Ca与烟气的S02的Ca/S摩尔比达到2.0 ,则需要喷入粉状脱 硫剂例如钢渣、粉煤灰,氧化镁,或者将石灰、电石渣、钢渣、粉煤灰,氧化镁 几种物质混合,混合可以按照如下比例混合,例如:石灰80份、电石渣5份、 粉煤灰5份、氧化镁10份;或者按照如下比例混合:石灰80份、电石渣5份、 钢渣5份、粉煤灰5份和氧化镁5份; 一般粒度在0.01-5mm之间,其脱硫剂的 重量根据脱硫剂中有效Ca的含量和烟气的S02的量计算。通过调节喷水和空气 量使反应塔内烟气温度保持在8(TC左右,喷水和空气的流速为7m/s;通过该工 艺流程可以获得95%的脱硫率,使烟气中S02浓度降低为250mg/M3。

Claims (8)

1.一种干式内外双循环流化床脱硫方法的装置,包括内循环流化床反应塔(1),在反应塔(1)的底部设有烟气进口(2),反应塔(1)的上部设有烟气出口(6),烟气出口(6)通过管道(18)与除尘器(13)连通;其特征在于:还包括旋风分离器(10)、机械阀(9)和灰仓(16);其中所述循环流化床反应塔(1)的底部内壁上设置有脱硫剂喷嘴(3)、喷水嘴(4)和空气喷嘴(8);在连通烟气出口(6)与除尘器(13)的管道(18)之间还安装所述的旋风分离器(10),所述旋风分离器(10)下端固体出口与一分离箱(11)连接,分离箱(11)有两个出口,一个出口直接通过管道与灰仓(16)连接,另一个通过一机械阀(9)与反应塔(1)下部进口连接,该旋风分离器(10)的顶部有气体出口(12),该气体出口(12)通过输运管道(19)与除尘器(13)的进口(17)相通,除尘器(13)底端有除尘器出灰口(15),该除尘器出灰口(15)通过管子与灰仓(16)连通,除尘器(13)的净气体出口(14)与烟囱相连。
2. 按权利要求1所述的干式内外双循环流化床脱硫方法的装置,其特征在 于:还包括在反应塔(1)的烟气进口 (2)上方设置一段反应塔文丘里段(7), 在该反应塔文丘里段(7)上方设置脱硫剂喷嘴(3)、喷水嘴(4)和空气喷嘴(8)。
3. 按权利要求1所述的千式内外双循环流化床脱硫方法的装置,其特征在 于:所述反应塔(1)上部的内壁上设置扰流板(5),该扰流板(5)呈错位布置 2-5层,并且该扰流板(5)与反应塔(1)顶部的距离为反应塔(1)高度的1/5 到1/3。
4. 按权利要求1所述的干式内外双循环流化床脱硫方法的装置,其特征在 于:所述机械阀9还包括用螺旋给料机代替。
5. —种应用权利要求1所述的干式内外双循环流化床脱硫方法的装置进行 脱硫方法,包括以下步骤:1)将含有S02的烟气通过烟气进口 (2)进入内循环流化床反应塔(1), 粉状脱硫剂通过脱硫剂喷嘴(3)喷入到反应塔(1)内,根据烟气温度,分别由 喷水嘴(4)和空气喷嘴(8)喷入水和空气,其中喷入反应塔内的粉状脱硫剂的 量,按脱硫剂中所含的Ca与烟气中所含S的Ca/S摩尔比要达到1.1-2.0,空气喷入流速在4-20m/s之间,水的喷入量为根据烟气量和烟气温度控制喷水量, 喷水量要使反应塔内温度保持在70'C-12(TC之间;反应塔内物料浓度在 10-1000g/m3;2) 烟气、粉状脱硫剂、空气和水一起在反应塔内向上运动的流速控制在 5-20m/s,在这过程中S02和脱硫剂发生化学发应,烟气中的S02被脱除;3) 烟气携带脱硫剂从反应塔顶部排出进入旋风分离器;4) 通过旋风分离器分离的烟气进入除尘器,除尘后的干净烟气通过烟囱排 入大气;5) 经旋风分离器分离下来的脱硫剂一部分通过机械阀(9)控制进入反应塔 (1)内循环利用,另一部分排入灰仓(16)。
6. 按权利要求5所述的脱硫方法,其特征在于:所述的粉状脱硫剂包括:石灰、电石渣、钢渣、粉煤灰,氧化镁或者将以上几种物质混合, 一般粒度在0.01-5mm之间。
7. 按权利要求5所述的脱硫方法,其特征在于:所述的物料包括进入反应 塔烟气中带有的粉尘和脱硫剂。
8. 按权利要求5所述的脱硫方法,其特征在于:所述的粉状脱硫剂为由石 灰、电石渣、钢渣、粉煤灰或氧化镁组成的混合物,包括为由石灰80份、电石 渣5份、粉煤灰5份和氧化镁10份组成的混合物;或者为由石灰80份、电石渣 5份、钢渣5份、粉煤灰5份和氧化镁5份组成的混合物;或者为由石灰80份 和电石渣20份组成的混合物;或者为由石灰20份、电石渣80份、石灰90份和 钢渣10份组成的混合物。
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