CN100467098C - 燃煤锅炉烟气脱硫方法及装置 - Google Patents

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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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