CN100467098C - 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方法及装置。在喷淋塔中，采用冲灰渣水完成烟气SO₂溶解过程，流出喷淋塔进入中和设备，在中和设备内装填块状石灰石或菱镁矿石，SO₂与之发生中和反应，同时液滴冲刷、剥离反应生成物；一并流入灰渣池，在灰渣池内现实固液分离，冲灰渣水循环使用。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

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，燃煤锅炉烟气脱硫主要采用的工艺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、炉内喷钙法、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层烟气脱硫系统等。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”，在冲渣油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，除尘后的水与进入冲渣池，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方法及装置。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。喷淋塔排出的液相进入装有块状碱性物质的中和设备，碱性物质与吸收了SO₂的喷淋塔排出液进行中和反应，中和设备排出的物流进入灰渣池中，灰渣池分离出的冲灰渣水进作为喷淋塔的水源，灰渣排出。

中和设备排出的物流可以直接用于输送锅炉灰渣，也可以直接进入灰渣池与冲灰渣水混合，优选直接用于输送锅炉灰渣。中和设备中装填的块状碱性物质可以是块状石灰石、块状菱镁石等一种或几种。块状碱性物质的形状任意，一般粉碎过程得到的物料即可，一般投料时块状碱性物质的当量直径为0.1～20cm，优选为0.5～10cm，可以采用均匀直径物料，也可以采用不同直径物料。

为实现上述工艺过程，本发明设置喷淋塔和中和设备，并组合了燃煤锅炉机组原有的冲灰渣槽、灰渣池、循环泵、清渣铲、引风机、多管旋风除尘器等主要设备，构成本发明的燃煤锅炉烟气脱硫装置。设备的组合按流程顺序设置，引风机将多管旋风除尘器出来的烟气输送至喷淋塔，循环泵将沉降后的冲灰渣水输送至喷淋塔，喷淋塔排出液体进入中和设备，中和设备排出物料引入冲灰渣槽或灰渣池。灰渣和冲灰渣水在灰渣池中固液分离，灰渣排出，冲灰渣水循环使用。

喷淋塔由塔体、烟气入口、填料层、除雾器、烟气出口、底盘、检修人孔及逆向喷淋器构成，逆向喷淋器设置在填料层之上，可以设置1～5级。中和设备上部设置液体入口，下部设置出口，内部设置块状碱性物质，由于碱性物质随着使用而消耗，因此在上部设置物料填加口，定期及时补充。中和设备具有可以采用以下三种形式：溢流式中和罐、中和滤床及中和反应移动床。可根据冲灰渣水酸性强弱、水量大小及场地空间位置进行选用；装填的块状碱性矿石为石灰石或菱镁矿石，作为中和反应物质。本发明装置可以采用气动阀和电磁阀及自动仪表等控制设备，实现装置运行自动化。

本发明是这样实现的，在喷淋塔内冲灰渣水完成SO₂溶解及部分中和过程，流出喷淋塔进入中和设备，中和设备内装填块状石灰石或菱镁矿石，SO₂与之发生中和反应，同时液滴冲刷、剥离反应生成物；流入灰渣池，完成固液分离，冲灰渣水复用，同时可以利用灰渣中的碱性物质。

本发明方法及装置的主要优点在于可以使用块状碱性物质(块状石灰石等)为烟气中SO₂的中和物质，烟气中SO₂通过预先溶解在冲灰渣水中，溶解了SO₂后的冲灰渣水再与块状碱生物质发生中和反应。而现有技术中采用石灰石浆液，需大量设备将块状石灰石粉碎、磨粉、筛分、制浆、保持浆液不沉淀，大大增加了设备投资和运行成本。本发明方法通过直接使用块状石灰石等碱性物质，即实现了酸性物质的中和，又大大减少了设备和运行费用。将中和设备排出物流直接用于输送锅炉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。中和设备通过设置流体通道、反冲构件、碱性物质移动化处理等方式，使中和产生的低溶解度物质不能赌塞中和设备，可以长期稳定运转。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。

图3为本发明的一种溢流式中和罐示意图。

图4为本发明的一种中和滤床示意图。

图5为本发明的一种中和反应移动床示意图。

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—SO₂与碱性矿石进行中和反应—灰渣池内固液分离等主要工艺过程构成。如图1所示，本发明设置喷淋塔1、中和设备5，并组合了燃煤锅炉机组原有的冲灰渣槽2、灰渣池3、循环泵4、清渣铲8、引风机9、多管旋风除尘器6等主要设备及多路管线，构成本发明的燃煤锅炉烟气脱硫装置。

喷淋塔由塔体、下部烟气入口、填料层、除雾器、顶部烟气出口、底盘、检修人孔及逆向喷淋器构成。其中烟气入口在塔体下部，烟气出口位于塔体上部，逆向喷淋器位于喷淋塔的上部；喷淋器为两级，由吸收液主管、栅状分布管及若干个喷嘴组成。该喷淋塔可以设置1～5层喷淋器，每层喷淋可以采用不同品种、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、喷淋强度的工况。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。

本发明中和设备可以采用以下三种形式：溢流式中和罐、中和滤床及中和反应移动床。可根据冲灰渣水酸性强弱、水量大小及场地空间位置进行选用。液体在中和设备中的停留时间5～20min。

如图3所示，溢流式中和罐包括筒体、喷淋管、喷头、上下封头、块状矿石填料、格栅填料支撑组件、不锈钢筛网制成的降液管、进水口及出水口等构件；装填的块状碱性矿石为石灰石或菱镁矿石；喷淋管设在块状矿石填料之上，进水口设置在中和罐上部，出水口设置在中和罐下部；降液管采用不锈钢筛网制成，设置在罐体边缘或中心部位；格栅填料支撑组件设置在筒体下部，用于支撑块状矿石，格栅填料支撑组件由不锈钢板制成格栅，上表面铺设若干目数的筛网。此种中和设备可以用于烟气中SO₂含量较低，或脱硫要求不高的工况。

如图4所示，中和滤床包括筒体、喷淋管、喷头、上下封头、块状矿石填料、格栅填料支撑组件、反冲洗管束、进水口及出水口等构件；反冲洗管束分散在块状矿石填料中，进水口设置在中和罐上部，出水口设置在中和罐下部。填料为块状矿石，其规格与溢流式中和罐相同。此种中和设备可以用于烟气中SO₂含量中等，或脱硫要求中等的工况。

如图5所示，中和反应移动床由螺旋型反应床和提升机两部分构成。螺旋型反应床包括外筒体、内筒体、进料口、出料口、螺旋型反应床及底座等构件。螺旋型反应床设置在外筒体和内筒体之间，成U型槽状，由底板及内、外、底三面衬板构成，衬板材料为铸铁、钢板、石板、铸石板或陶瓷板，优选灰绿岩铸石板；螺旋型反应床每层间呈固定落差或不等距落差；底板径向与水平线夹角为1°～45°，外沿上翘。进料口设置在螺旋型反应床顶部，包括进液口和循环固体进口。提升机包括水箱、从动轮、出水口、提升斗、链条、主动轮、电动机、减速机及机架等构件。提升斗呈长条U型、矩形、方形或其它几何形状，提升斗开设若干小孔，或用若干目数、若干层数的不锈钢筛网制成；提升斗两端各设置两个轴耳，并与链条相连；提升斗的间距200mm～600mm，优选300mm。水箱与螺旋型反应床外筒体焊接在一起，两者间为密封焊，水箱底部设置排水口。提升机与螺旋型反应床共用一个底盘，构成一体设备。中和反应移动床可以是敞开设备，也可以是封闭设备，最好为封闭设备。可以采用气动阀和电磁阀及自动仪表等控制设备，实现装置运行自动化。液体在中和设备中的停留时间5～20min。此种中和设备可以用于烟气中SO₂含量较高，或脱硫要求较高的工况。

工作时，待处理的燃煤锅炉烟气在引风机5的驱动下，经多管旋风除尘器6除尘后，从设置在喷淋塔1下部的烟气入口输入喷淋塔内；冲灰渣水由循环泵4(4A、4B)自灰渣池内输送到喷淋塔，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烟气出口流入烟囱7，排入大气；溶解了SO₂的冲灰渣水，流出喷淋塔。中和反应设备9采用溢流式中和罐时，冲灰渣水通过中和罐的喷淋系统喷洒在碱性矿石填料层上，与碱性矿石发生中和反应，液滴可以冲刷矿石与SO₂的反应生成物，剥离并夹带反应产物从降液管流出中和罐。中和反应设备采用中和滤床时，冲灰渣水通过中和滤床的喷淋系统喷洒在碱性矿石填料层上，与碱性矿石发生中和反应，液滴可以冲刷矿石与SO₂的反应生成物，剥离并夹带反应产物从床层间隙流落至罐底，经出水口流出中和滤床，床层发生堵塞时利用反冲洗管束进行冲洗。中和反应设备采用中和反应移动床时，冲灰渣水从进液口流进螺旋型反应床，在中和反应移动床顶部投加块状碱性矿石物质，优选石灰石或菱镁矿石；块状碱性物质在螺旋型反应床上被水力冲动及在重力作用下，沿着呈螺旋形状的螺旋型反应床与冲灰渣水一起流(滚)动，在此过程中，碱性矿石物质与冲灰渣水发生中和反应，并有盐类或亚酸盐产物生成；碱性矿石在运动过程中相互摩擦、碰撞，剥离、去除反应产物，生成物与液相形成浆液；碱性矿石与冲灰渣水及生成物滚落至螺旋型反应床出口，并坠落到提升机的提升斗里，酸性水完成中和反应后，与生成物形成的浆液漏到水箱里，从出料口流至灰渣槽，块状碱性物质被提升到螺旋型反应床顶部，倒进螺旋型反应床入口中，循环使用。

中和设备与灰渣槽亦存在位差，中和后的冲灰渣水自流至灰渣槽2，将锅炉排进灰渣槽的灰渣冲送至灰渣池3；在灰渣池内进行固液分离，设置在灰渣池上方的灰渣铲8将灰渣及中和反应产物铲出灰渣池，输送到建筑、道路等工地使用，冲灰渣水由循环泵输送至喷淋塔进行循环使用。

实施例1～5

按图2流程。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。其中百分比为质量百分比。

          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
喷淋塔入口喷淋液pH值	6.5	6.0	6.0	6.0	5.8
						喷淋塔排出液pH值	3.4	3.3	3.3	3.5	3.6
中和设备选择	溢流中和罐	中和滤床	中和移动床	中和移动床	中和移动床
						中和设备停留时间，min	20	12	5	8	10
中和设备碱性物质	菱镁矿石块	石灰石块	石灰石块	菱镁矿石块	石灰石块
						中和设备碱性物质投料直径，cm	0.5	0.1	1	2	4
中和设备流出物pH值	6.5	6.0	6.0	6.0	5.8
						中和设备流出物流程	去冲灰渣槽	去灰渣池	去冲灰渣槽	去灰渣池	去灰渣池
脱硫率，％	87	90	93	95	95
						除尘率，％	50	60	57	49	52

Claims (12)

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进入装有块状碱性物质的中和设备，碱性物质与吸收了SO₂的喷淋塔排出液进行中和反应，中和设备排出的物流直接用于输送锅炉灰渣至灰渣池，或直接进入灰渣池，灰渣池分离出的锅炉冲灰渣水作为喷淋塔的喷淋液，灰渣排出；所述的中和设备中装填的块状碱性物质是块状石灰石、块状菱镁石中的一种或两种，投料时块状碱性物质的当量直径为0.1～20cm。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的块状碱性物质的形状任意，采用均匀直径物料，或采用不同直径物料。

3、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的投料时块状碱性物质的当量直径为0.5～10cm。

4、按照权利要求1所述的方法，其特征在于喷淋塔的操作液气比为3～20L/Nm³。

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

6、按照权利要求1所述的方法，其特征在于喷淋塔排出的液相在中和设备中的停留时间为5～20min。

7、一种权利要求1所述燃煤锅炉烟气脱硫方法所用的装置，包括喷淋塔和中和设备，以及冲灰渣槽、灰渣池、循环泵、清渣铲、引风机和多管旋风除尘器；设备的组合按流程顺序设置，引风机将多管旋风除尘器出来的烟气输送至喷淋塔，循环泵将沉降后的锅炉冲灰渣水输送至喷淋塔，喷淋塔排出的液相进入中和设备，中和设备排出物料引入冲灰渣槽或灰渣池，灰渣和锅炉冲灰渣水在灰渣池中固液分离，灰渣排出，锅炉冲灰渣水循环使用。

8、按照权利要求7所述的装置，其特征在于所述的喷淋塔由塔体、下部烟气入口、塔内填料层、除雾器、顶部烟气出口、底盘、检修人孔及逆向喷淋器构成，逆向喷淋器设置在填料层之上，设置1～5级。

9、按照权利要求7所述的装置，其特征在于所述的中和设备上部设置液体入口，下部设置出口，内部设置块状碱性物质，上部设置块状碱性物质添加口。

10、按照权利要求9所述的装置，其特征在于所述的中和设备为溢流式中和罐，包括罐筒体、喷淋管、喷头、上封头、下封头、块状碱性物质、格栅填料支撑组件、不锈钢筛网制成的降液管、进水口及出水口；喷淋管设在块状碱性物质之上，降液管采用不锈钢筛网制成并设置在罐体边缘或中心部位；格栅填料支撑组件设置在筒体下部，用于支撑块状碱性物质。

11、按照权利要求9所述的装置，其特征在于所述的中和设备为中和滤床，包括筒体、喷淋管、喷头、上封头、下封头、块状碱性物质、格栅填料支撑组件、反冲洗管束、进水口及出水口；反冲洗管束分散在块状碱性物质中。

12、按照权利要求9所述的装置，其特征在于所述的中和设备为中和反应移动床，包括螺旋型反应床和提升机两部分；螺旋型反应床由外筒体、内筒体、进料口、出料口、螺旋型反应床体及底座构成，螺旋型反应床体设置在外筒体和内筒体之间，成U型槽状，由底板及内、外、底三面衬板构成；进料口设置在螺旋型反应床顶部；提升机包括水箱、从动轮、出水口、提升斗、链条、主动轮、电动机、减速机及机架；提升斗开设若干小孔，或用若干目数、若干层数的不锈钢筛网制成；提升斗两端各设置轴耳，并与链条相连，提升斗的间距200mm～600mm，水箱底部设出水口。

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