CN100448512C - 一种燃煤锅炉烟气脱硫方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃煤锅炉烟气脱硫工艺及装置，冲灰渣水作为喷淋塔烟气脱硫的水源，喷淋塔排出的液体直接用于输送灰渣，喷淋塔底可以设置块状碱性物质，以提高排出水的碱度。主要装置包括喷淋塔、冲灰渣槽、灰渣池、沉降池、调质池、渣浆泵、清渣铲、引风机、多管旋风除尘器等主要设备及多路管线。本发明工艺过程合理，具有设备数量少、运行成本低廉、动力消耗小、操作方便、自动化程度高、占地面积少等特点，适用于燃煤锅炉烟气脱硫的要求。

Description

一种燃煤锅炉烟气脱硫方法及装置

技术领域

本发明涉及一种燃煤锅炉烟气脱硫方法及装置，属于环境治理方法和工业装置领域，适用于燃煤锅炉烟气脱硫。

背景技术

SO₂是一种全球性的大气污染物，其危害主要为形成酸雨。另外，环境中的SO₂可致使儿童免疫力功能下降，民众呼吸道、眼部患病率增加等。SO₂排放源主要有燃煤火电厂、中小燃煤工业锅炉和其它工业和民用设施。其中，中小燃煤工业锅炉一般可占SO₂排放总量的30％。因此，燃煤工业锅炉烟气脱硫成套技术的开发应用十分重要。

目前，燃煤锅炉烟气脱硫采用的工艺主要有干法和湿法两大类，其中湿法锅炉烟气脱硫工艺有：石灰石-石膏法、海水法、湿式氨法、双碱法及镁法烟气脱硫工艺等；干式烟气脱硫技术主要有：喷雾干燥法、干法喷钙类、循环流化床干法及荷电干式吸收剂喷射脱硫技术等。上述工艺均需要碱剂制备、制浆、输送、产物干化、废水处理及产物储运等环节，具有工艺流程长、设备台(套)数量多、占地大、投资大、运行费用高及产渣量大等缺点。以石灰石-石膏法为例，其流程包括：石灰石存储、破碎、磨粉、筛分、制浆、喷淋吸收、石膏分离、干化、储运及废水处理等环节，涉及设备数量很多，设备规模很大，其设备投资费用和运转费用均很高。石灰石-石膏法中，因为石灰石的溶解能力很低，有时需加入一些添加剂，如US5630991提出在以石灰石为吸收剂的烟气脱硫系统中添加500～7500ppm的铵离子，来提高石灰石的溶解速率，US5693301提出一种含有添加弱有机酸的石灰或石灰石烟气脱硫系统等。但这些方法并没有解决石灰石-石膏法的上述不足，还增加了运行成本。

《辽宁城乡环境科技》第23卷第4期45～47页所介绍的“用锅炉冲渣水为水源的温式除尘器脱硫”，在冲渣水中加入乙炔渣等碱性物质，采用文丘里管-麻石除尘器，在除尘的同时达到脱硫效果。《污染防治技术》第12卷第1期61～62页介绍的“燃煤锅炉烟气除尘系统改造”，采用文丘里麻石除尘器进行除尘脱硫，水源为新鲜水，除尘后的水进入冲渣池，冲渣水循环使用。《安全与环境工程》第11卷第3期第4～6页介绍了一种燃煤热力电厂除尘系统，将冲渣水去文丘里麻石水膜除尘，除尘水去冲渣。《洁净煤技术》1997年第4期“水力冲渣湿法除尘和灰水分离器的应用”中介绍将除尘水与冲渣水混合，循环水分两路，一路去除尘，一路去冲渣。上述中小型燃煤锅炉烟气净化中采用的水膜除尘器，在达到除尘的同时，通过在液相中添加碱性物质，同时达到一定的脱硫效果。但水膜除尘器气液接触时间很短，其脱硫效果受到限制，并且除尘水与冲渣水采用两路循环系统，设备较多，压降较大，投资和运转费用较高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种燃煤锅炉烟气脱硫工艺及装置。该燃煤锅炉烟气脱硫装置工艺简单、设备数量少、占地面积小、运行成本低廉。

本发明燃煤锅炉烟气脱硫方法包括以下过程，烟气从下部进入喷淋塔，喷淋液从上部进入喷淋塔，喷淋液为锅炉冲灰渣水，净化后的烟气从喷淋塔顶部排放。喷淋塔排出的液相直接作为锅炉冲灰渣水，灰渣与冲灰渣水经沉降分离，分离的冲灰渣水作为喷淋塔的脱硫水源，灰渣排出。

喷淋塔可以采用常规结构，优选上部采用逆相喷淋，中间采用固体填料，下部采用同向喷淋的喷淋塔结构。在喷淋塔的底部堆砌块状石灰石和/或菱镁矿石等碱性物质，并定期补充。投加的碱性物质形状任意，当量直径可以是0.1～20cm，优选0.5～5cm。

冲灰渣水可以加入部分碱性物质，如轻烧镁、石灰、工业废碱液等碱性物质进行碱度调节。加入位置可以在循环系统中任意位置，如在灰渣池中、在调质池中、在沉降池中、在冲灰渣槽中、在循环冲灰渣水中等等。烟气进入喷淋塔前可以经过一级除尘，可以采用现有各种除尘方式，如多管旋风除尘器，布袋式除尘器等。冲灰渣主要包括用水力输送锅炉燃煤燃烧后的灰渣及除尘器产生灰尘至灰渣池。

为实现上述工艺过程，本发明设置喷淋塔，并组合了燃煤锅炉机组原有的冲灰渣槽、灰渣池、调质池、沉降池、循环泵及循环管路、清渣铲、引风机、多管旋风除尘器等主要设备及多路管线连接。各种设备按流程顺序设置，如引风机将烟气输送至喷淋塔，循环泵将调质池中的冲灰渣水输送至喷淋塔，喷淋塔排出液体到冲灰渣槽输送灰渣，灰渣及冲灰渣水进入灰渣池，冲灰渣水进入沉降池和调进质池，清渣铲设置在灰渣池和沉降池之上，用于灰渣的排出。补充水在任意位置加入，如可以在调质池、冲灰渣槽等位置加入。

本发明的目的是这样实现的，在喷淋塔内通过喷淋冲灰渣水完成SO₂溶解过程，溶解了SO₂的冲灰渣水与堆砌在塔底的块状石灰石或菱镁矿石发生一定的中和反应，提高其碱度，液滴冲刷剥离中和反应生成物。从喷淋塔排出的含SO₂的水作为冲灰渣水时，SO₂与灰渣内碱性物质进一步发生中和反应。在沉渣池中，因为灰渣与冲渣水的停留时间较长，有利于灰渣中碱性物质的充分浸出、反应利用。可以按烟气中的硫含量及灰渣中碱性物质的含量，来确定是否需添加碱性物质。经与灰渣充分作用后，灰渣沉降，冲灰渣水进入调质池，经循环泵打入喷淋塔中。

灰渣中含有CaO、MgO、Na₂O、K₂O等碱性物质，利用喷淋塔排放液体的弱酸性，有利于灰渣中碱性物质溶解，溶解了碱性物质后用于脱硫喷淋液时又促进了SO₂的吸收、中和反应，燃煤锅炉采用冲灰渣水完成烟气脱硫，正是利用了燃煤锅炉冲灰渣水做吸收剂。在反应过程中，有溶解度较低的物质如CaSO₃等沉积灰渣上，影响灰渣中碱性物质的进一步浸出，应及时进行搅动等处理，使灰渣与冲灰渣水接触界面得到更新，有利于脱硫效率的提高和灰渣中碱性物质的利用。将喷淋塔排出水直接用于锅炉冲灰渣具有较强的实用性，因为冲灰渣是敞开系统，或半敞开系统，主要利用冲灰渣水的流量，不需要高的压头。为了达到一定的脱硫效果，喷淋塔需要一定的液气比，由于烟气的量较大，因此喷淋塔的喷淋水量较大，排出水的流量可以满足冲灰渣的需要。采用喷淋排出水冲灰渣，可以将现有的两套循环水系统(一套喷淋循环系统，一套冲灰渣循环系统)简化为一套循环水系统，在不影响运行效果的同时，减少了设备数量和占地面积，降低了投资和运转费用。在喷淋塔底部堆彻一些块状碱性物质，这些物质成本十分低廉，可以提高喷淋塔排出水的碱性，降低其对后面设备的腐蚀性。本发明工艺过程合理，具有设备数量少、运行成本低廉、动力消耗小、操作方便、自动化程度高、占地面积少等特点，适用于燃煤锅炉烟气脱硫的要求。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

图2为本发明的一种工业试验装置工艺流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详述。本发明的脱硫工艺过程由SO₂溶解-溶解的SO₂与块状碱性矿石发生中和反应-灰渣内碱性物质浸出并发生中和反应-冲送灰渣-冲灰渣水调质等主要工艺过程构成，“喷淋”-“冲灰渣”两个工序循环进行。如图所示，本发明设置喷淋塔1，并组合了燃煤锅炉机组原有的冲灰渣槽2、灰渣池3、渣浆泵4、清渣铲10、引风机8、多管旋风除尘器6、二级沉降池9及调质池5等主要设备及多路管线，构成了本发明的燃煤锅炉烟气脱硫装置。喷淋塔由塔体、烟气入口、填料层、除雾器、烟气出口、底盘、检修人孔、逆向喷淋器及矿石填料构成。其中烟气入口在塔体下部，烟气出口位于塔体上部，逆向喷淋器位于填料层上方，碱性矿石填料床层位于塔底部。碱性矿石填料床层设置喷淋液排出通道，如可以采用格栅等方式。在填料层下方可以设置同向喷淋器。

工作时，待处理的燃煤锅炉烟气在引风机8的驱动下，经多管旋风除尘器6除尘后，从设置在塔体下部的烟气入口输入喷淋塔1内；冲灰渣水由渣浆泵4自冲灰渣水调质池5内输送到喷淋塔，喷淋塔上部设置了上、下两层喷淋器，两层喷淋采用了不同品种、规格和数量的喷嘴，并在吸收液入口处设置了流量调节阀，可使每层喷淋器产生不同液滴直径、喷淋强度的淋洗工况，与含SO₂烟气形成逆向洗涤，实现SO₂在冲灰渣水内的溶解，净化后的烟气，经设置在喷淋塔上部的烟气出口流入烟囱，排入大气；溶解了SO₂的冲灰渣水，滴落至塔底，与碱性矿石发生中和反应，液滴冲刷矿石与SO₂的反应生成物，剥离并夹带反应产物流出喷淋塔，同时，碱性矿石消除了液滴对喷淋塔的冲蚀；借助喷淋塔与灰渣槽2间的高度位差，流入灰渣槽，输送锅炉及除尘器产生的灰渣，一并流入灰渣池；在冲、送灰渣过程及灰渣池内，弱酸环境下，灰渣浸出CaO等碱性物质，与溶解在冲灰渣水内的SO₂发生中和反应，生成盐，并附着、沉积在灰渣表面；灰渣铲10及时将灰渣清理掉，使新输入的灰渣与循环冲灰渣水接触界面得到更新，将灰渣内碱性物质浸出，碱性物质得以补充。冲灰渣水进入二级沉降池9，经若干道立式过滤格栅拦截、过滤后，灰渣滞留在沉降池内，并由设置在灰渣池上方的灰渣铲10将灰渣铲出灰渣池，输送到建筑、道路等工地使用；经沉降后，冲灰渣水流入调质池，根据水质、pH值的大小，在调质池内投加轻烧镁等碱性粉剂，进行调质处理，合格后由渣浆泵输送至喷淋塔进行循环使用。至此完成“喷淋脱硫”-“冲灰渣”两个工序。

喷淋塔的操作液气比一般为3～20L/Nm³，优选为5～10L/Nm³。烟气进入喷淋塔的温度一般为100～200℃。SO₂的脱除率一般为60％～95％，除尘率一般为60％～95％。可以满足排放要求。

实施例1～5

按图2流程。喷淋塔上部采用三级逆流喷淋，中部采用坚果填料床层，下部设置同向(向上)并流喷淋。烟气入口温度为170℃。操作条件及结果见表1。

块状碱性物质当量直径为与该块状碱性物质体积相等的球形的直径。

表1实施例操作条件及结果

实施例	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						烟气SO<sub>2</sub>含量，mg/Nm<sup>3</sup>	600	1400	1800	2100	2400
烟气含尘量，mg/Nm<sup>3</sup>	120	180	220	160	150
						喷淋塔总液气比，L/Nm<sup>3</sup>	3	8	10	15	20
入口喷淋液pH值	4.8	7.0	5.0	6.1	6.8
						喷淋塔底碱性物质(投料直径为5cm左右)	石灰石块	石灰石块	菱镁矿石块	菱镁矿石块	/
喷淋塔排出液pH值	4.5	4.3	4.7	4.7	3.5
						沉降池pH值	4.8	4.8	5.0	5.1	4.5
调质碱性物质	/	石灰	/	轻烧镁	轻烧镁
						脱硫率，％	76	86	79	82	88
除尘率，％	51	62	56	50	52

Claims (7)

1、一种燃煤锅炉烟气脱硫方法，包括以下过程，烟气从下部进入喷淋塔，喷淋液从上部进入喷淋塔，喷淋液为锅炉冲灰渣水，净化后的烟气从喷淋塔顶部排放；其特征在于喷淋塔排出的液相直接用于锅炉冲灰渣，灰渣与冲灰渣水经沉降分离，分离得到的锅炉冲灰渣水作为喷淋塔的喷淋液，灰渣排出；所述的喷淋塔的操作液气比为3～20L/Nm³。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于在喷淋塔的底部堆砌块状石灰石和/或菱镁矿石，并定期补充。

3、按照权利要求2所述的方法，其特征在于块状石灰石和/或菱镁矿石的当量直径为0.1～20cm。

4、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的喷淋塔的操作液气比为5～10L/Nm³。

5、按照权利要求1所述的方法，其特征在于烟气进入喷淋塔前经过除尘处理。

6、一种权利要求1所述燃煤锅炉烟气脱硫方法使用的装置，包括喷淋塔，冲灰渣槽、灰渣池、调质池、沉降池、循环泵及循环管路、清渣铲、引风机；各种设备按流程顺序设置，引风机将烟气输送至喷淋塔，循环泵将调质池中的锅炉冲灰渣水输送至喷淋塔，喷淋塔排出的液相到冲灰渣槽输送灰渣，灰渣及冲灰渣水进入灰渣池，冲灰渣水进入沉降池和调质池，清渣铲设置在灰渣池和沉降池之上，用于灰渣的排出。

7、按照权利要求6所述的装置，其特征在于所述的喷淋塔上部采用逆相喷淋，中间采用固体填料，底部堆放块状碱性物质。

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