CN101259365A - 两级预喷水循环流化床脱硫工艺及其系统 - Google Patents

Abstract

一种两级预喷水循环流化床脱硫工艺及其系统。该工艺先对烟气进行一级喷水降温增湿处理和一级除尘处理，脱除烟气中的粉尘灰粒，然后对烟气进行二级喷水降温增湿处理，使烟气中的SO₂与H₂O反应生成H₂SO₃，再对烟气进行循环流化床脱硫处理，使烟气中的H₂SO₃与Ca(OH)₂反应生成CaSO₃·1/2H₂O，最后对烟气进行二级除尘处理，脱除烟气中的生成物颗粒，并将该生成物颗粒用于再循环，同时分离出洁净的烟气。该工艺流程简单、反应速度快、脱硫效率高，非常适合烟气流量小、二氧化硫含量低的工况。其系统主要由通过烟道依次相连的一级喷水装置、一级除尘器、二级喷水装置、循环反应器和二级除尘器组成，其结构简单、成本低廉、容易与小型燃煤锅炉或其他热力装置一体化设计安装。

Description

两级预喷水循环流化床脱硫工艺及其系统

技术领域

本发明涉及对燃煤锅炉或其他热力装置尾部烟气的净化处理技术，具体地指一种两级预喷水循环流化床脱硫工艺及其系统。

背景技术

二氧化硫气体污染治理是世界关注的重点环境保护问题之一。二氧化硫气体污染对我国生态环境的危害极大，已经成为我国空气污染治理的当务之急。在二氧化硫脱除技术领域中，工业应用最广的是石灰石/石膏湿法洗涤工艺，该工艺脱硫效率较高，但设备较为复杂，投资和运行成本较高。而循环流化床烟气脱硫技术(CFB-FGD)通过脱硫剂颗粒的多次再循环使用，使脱硫剂颗粒的停留时间大幅增长，大大提高了脱硫剂颗粒的利用率，能在钙硫比较低的情况下，接近或达到湿法洗涤工艺的脱硫效率。

目前，已经实现工业化应用的循环流化床烟气脱硫工艺主要包括：德国Lurgi公司的循环流化床烟气脱硫、德国Wulff公司的回流式循环流化床烟气脱硫(RCFB)、丹麦FLS公司的气体悬浮吸收烟气脱硫(GSA)、瑞典ABB公司的增湿灰循环烟气脱硫(NID)等等。德国Lurgi公司是世界上最早将循环流化床技术应用到烟气净化和脱硫领域的公司。德国Wulff公司在Lurgi公司循环流化床烟气脱硫工艺基础上研发的回流式循环流化床烟气脱硫(RCFB)，对吸收塔的流场设计和塔顶结构作了较大改进，使其脱硫性进一步优化。丹麦FLS公司开发的气体悬浮吸收烟气脱硫技术(GSA)，其脱硫剂不是干消化石灰，而是石灰浆，新鲜的石灰浆经双流体喷嘴雾化从吸收塔底部喷入，并在吸收塔中保持悬浮湍动状态，边干燥边反应，干燥后的脱硫剂颗粒经除尘器脱除后返回吸收塔循环利用。瑞典ABB公司开发的增湿灰循环烟气脱硫(NID)，其工艺中设置混合增湿器，将循环灰和吸收剂送入混合增湿器，充分混合增湿后，将含湿量5％左右的含钙循环灰导入反应器与烟气中的二氧化硫反应。

以上Lurgi、RCFB、GSA三种脱硫工艺适合处理较大烟气量的脱硫工程，其整体脱硫系统设备较复杂，投资较大，不适合小型热力装置的烟气脱硫。同时Lurgi、RCFB两种脱硫工艺均采用反应器内单级喷水，烟气与水滴难以充分均匀混合。

申请号为200720018589.3的中国实用新型专利说明书提出了一种多层喷水循环流化床烟气脱硫装置，其反应器内采用多层喷水结构来改善烟气与水滴的混合程度，但其上层喷水口距离反应器出口较近，导致反应器出口烟气湿度增大，进而使布袋除尘器的运行稳定性变差。

NID脱硫工艺的设备投资较小，较适合小型热力装置烟气脱硫。但是该脱硫工艺的化学反应为干烟气与湿润颗粒的气、固两相反应，反应速度较慢，为保证脱硫效率，需要增加气、固两相反应物的接触时间，致使反应器的高度相应加长，无法方便安装到原有的小型热力装置上。同时，NID脱硫工艺还设置有专门的消化装置将生石灰消化成Ca(OH)₂，这样也增加了系统的复杂性。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种两级预喷水循环流化床脱硫工艺及其系统。采用该工艺具有流程简单、反应速度快、脱硫效率高的特点，非常适合烟气流量小、二氧化硫含量低的燃煤锅炉或热力装置烟气脱硫。该系统具有整体结构简单紧凑、投资及运行成本低廉、容易与小型燃煤锅炉或其他热力装置一体化设计安装的特点。

为实现上述目的，本发明所设计的两级预喷水循环流化床脱硫工艺，是对燃煤锅炉或其他热力装置所排放烟气进行二氧化硫脱除处理的过程。该工艺包括如下步骤：

1)对燃煤锅炉或其他热力装置所排放的烟气进行一级喷水处理，使烟气的温度降低至90～110℃、烟气的相对湿度增加至5～15％；

2)对经过一级喷水处理的含湿烟气进行一级除尘处理，脱除烟气中混杂的粉尘灰粒；

3)对经过一级除尘处理的烟气进行二级喷水处理，使烟气的温度继续降低至60～80℃、烟气的相对湿度增加至35～45％、烟气中气态的SO₂与液态的H₂O反应生成液态的H₂SO₃；

4)采用钙基吸收剂颗粒，对经过二级喷水处理的湿润烟气进行循环流化床脱硫处理，使烟气与钙基吸收剂颗粒充分接触，烟气中液态的H₂SO₃与固态的Ca(OH)₂反应生成固态的CaSO₃·1/2H₂O；

5)对经过循环流化床脱硫处理的烟气进行二级除尘处理，脱除烟气中的固态生成物颗粒，并将该生成物颗粒的大部分与新鲜钙基吸收剂颗粒混合均匀后，送回循环反应器中进行再循环，小部分则作为脱硫废渣被排出，同时分离出洁净的烟气。

上述步骤1)中，先对烟气进行一级喷水处理，可以适当降低烟气温度、增大烟气湿度，进而增加烟气中粉尘灰粒的含湿量，有利于提高后续一级除尘处理的效果。同时，粉尘灰粒中微量的氧化钙等碱性物质在湿润状态下会与气态SO₂反应，增大后续一级除尘处理的自脱硫率。在保证后续一级除尘处理装置安全运行的前提下，优选使烟气的温度降低至100℃、烟气的相对湿度增加至10％。

上述步骤2)中，至少应保证烟气中90～95％的粉尘灰粒都被一级除尘处理装置分离脱除，粉尘灰粒的脱除率越高越好，以确保后续循环流化床脱硫反应的效率。

上述步骤3)中，再对烟气进行二级喷水处理，可以使烟气的温度进一步降低，湿度进一步增加，促使烟气中的SO₂与H₂O在适宜的条件下反应生成H₂SO₃。优选使烟气的温度降低至70℃、烟气的相对湿度增加至40％，这是保证后续循环流化床脱硫反应最适宜的环境条件，在此条件下烟气中的SO₂与H₂O发生快速激烈的气、液两相化学反应，烟气中气态SO₂全部转化为液态H₂SO₃，其具体的化学反应方程式为：SO₂+H₂O＝H₂SO₃。

上述步骤4)中，所采用的钙基吸收剂颗粒优选工业废料电石渣颗粒。电石渣颗粒的主要成分为Ca(OH)₂，其粒径优选在6～10μm的范围内，粒径太细容易在流化反应的过程中被快速吹跑，粒径太粗又容易塌床落下来，而上述优选粒径的电石渣颗粒与湿润烟气可保持充分接触，使烟气中液态的H₂SO₃与电石渣颗粒发生快速激烈的液、固两相化学反应，生成固态的CaSO₃·1/2H₂O，从而实现烟气中二氧化硫的脱除，其具体的化学反应方程式为：Ca(OH)₂+H₂SO₃＝CaSO₃·1/2H₂O+3/2H₂O。

上述步骤5)中，可以将分离出的洁净烟气部分送回到循环反应器中进行烟气再循环，以在烟气流量较小时通过该再循环操作，确保整个脱硫系统的低负荷安全运行。

为实现上述工艺而专门设计的两级预喷水循环流化床脱硫系统，包括通过烟道依次相连的一级除尘器、循环反应器和二级除尘器，所述一级除尘器的烟气进口之前设置有一级喷水装置，所述一级除尘器的烟气出口与循环反应器的烟气进口之间设置有二级喷水装置，所述二级除尘器的循环颗粒出口与吸收剂流化装置的循环颗粒进口相连，所述吸收剂流化装置的新鲜吸收剂补入口与吸收剂储仓的出口相连，所述吸收剂流化装置的混合料出口通过再循环输送装置与循环反应器的吸收剂进口相连，所述二级除尘器的出口通过增压风机与烟囱或大气相连。

上述增压风机的烟气出口与循环反应器的烟气进口之间设置有烟气再循环通道。当脱硫系统正常负荷运行时，可以将该烟气再循环通道关闭；当脱硫系统处理较小烟气量时，打开该烟气再循环通道，可以保证脱硫系统在低负荷下安全运行。

上述一级除尘器可以采用常规的静电除尘器，要求其除尘效率达90％以上。上述二级除尘器可以采用常规的布袋除尘器，要求其除尘效率达99％以上。

上述循环反应器采用直筒形结构，其横截面呈圆形、方形或矩形，其横截面积仅为与其相连烟道横截面积的1.0～1.5倍。它具有结构简单紧凑、运行成本低廉、适合小流量烟气通过、且利于烟气中的H₂SO₃快速反应等特点。

本发明与现有技术相比具有以下突出效果：

其一，本发明的烟气脱硫反应主要分两段进行：首先烟气中气态的SO₂与液态的H₂O反应生成液态的H₂SO₃，然后烟气中液态H₂SO₃与固态的钙基吸收剂颗粒反应生成固态的CaSO₃·1/2H₂O。以上两段反应分别为气、液两相化学反应和液、固两相化学反应，其工艺流程简单、反应速度快、反应效率高，因而其脱硫效果很好，可以适当降低循环反应器的高度，使整体结构更加紧凑，有利于将脱硫设备方便安装到原有的小型燃煤锅炉或其他热力装置上，非常适合小流量、低SO₂含量的烟气脱硫处理。

其二，采用分级喷水预处理烟气，一级喷水处理可以适当增大烟气含湿量和降低烟气温度，改善一级除尘处理的效果，增大一级除尘处理的自脱硫率；二级喷水处理可以进一步增大烟气含湿量，降低烟气温度，同时可以精确调节烟气温度、湿度，为烟气脱硫创造最佳反应条件。

其三，使用钙基干态吸收剂颗粒，无需制浆系统等繁杂设备。特别是吸收剂优选电石渣，电石渣破碎后可直接使用，无需消化系统，其储存装置结构简单。同时，电石渣是工业废料，选用电石渣作为吸收剂，变废为宝，有利于循环经济的发展，可以明显降低脱硫系统的投资和运行费用。

附图说明

附图为本发明的两级预喷水循环流化床烟气脱硫系统的结构示意图。

具体实施方式

以下针对一台热力装置所排放的烟气，结合附图对本发明作进一步的详细描述：

图中所示的两级预喷水循环流化床脱硫系统，主要由通过烟道和阀门依次相连的一级喷水装置2、一级除尘器3、引风机4、二级喷水装置5、循环反应器14、二级除尘器12、增压风机11和烟囱10等部件组成。一级除尘器3采用静电除尘器，用于清除烟气中夹杂的粉尘灰粒，二级除尘器12采用布袋除尘器，用于清除烟气脱硫反应后的生成物颗粒。一级除尘器3的烟气进口与热力装置1的排烟口相连，一级喷水装置2设置在热力装置1的排烟口与一级除尘器3的烟气进口之间。一级除尘器3的烟气出口通过引风机4与循环反应器14的烟气进口相连，二级喷水装置5设置在一级除尘器3的烟气出口与循环反应器14的烟气进口之间。根据需要，一级喷水装置2和二级喷水装置5均可以设置多层和多个喷水嘴，以准确控制喷水量和喷水范围，从而精确调节烟气的温度和湿度，为烟气脱硫创造最佳的反应条件。

循环反应器14为直筒形结构，其横截面呈圆形或方形，其横截面积设计为与其相连烟道横截面积的1.2倍。它具有结构小巧紧凑、与烟道融为一体、适合小流量烟气通过、利于快速脱硫反应等优点。循环反应器14的烟气出口与二级除尘器12的烟气进口相连，二级除尘器12的循环颗粒出口与吸收剂流化装置7的循环颗粒进口相连，吸收剂流化装置7的新鲜吸收剂补入口与吸收剂储仓13的出口相连，吸收剂储仓13内装有6～10μm的电石渣颗粒。吸收剂流化装置7的混合料出口通过再循环输送装置6与循环反应器14的吸收剂进口相连，二级除尘器12的烟气出口则通过增压风机11与烟囱10相连，将洁净烟气引入大气。在增压风机11的出口与循环反应器14的烟气进口之间设置有烟气再循环通道8，可以根据运行负荷的需要开启。

本发明的两级预喷水循环流化床脱硫系统的工艺过程如下：热力装置1产生的烟气经一级喷水装置2喷水降温后，进入到一级除尘器3中，严格控制一级喷水量，使烟气的相对湿度为10％左右，烟气的温度约100℃，这样可以在保证一级除尘器3正常运行的前提下，提高粉尘灰粒的脱除效果，同时增大其自脱硫率。

经过一级除尘器3处理的烟气由引风机4送入循环反应器14，烟气在进入循环反应器14之前经二级喷水装置5喷水降温，使烟气的温度降至约70℃，烟气的相对湿度达40％左右，烟气中的SO₂与H₂O发生气、液两相反应生成H₂SO₃，同时为循环反应器14中的后续化学反应创造良好的反应条件。在循环反应器14中，高速流动的湿润烟气与含钙循环灰和新鲜电石渣颗粒混合物形成多相湍流，湿润烟气与含钙循环灰和新鲜电石渣颗粒充分接触，烟气中H₂SO₃与钙基吸收剂颗粒发生液、固两相化学反应，生成固态的CaSO₃·1/2H₂O。

烟气随后携带生成物颗粒进入二级除尘器12，经过除尘处理，洁净烟气从二级除尘器12的烟气出口经增压风机11引入烟囱10。二级除尘器12截获下来的含钙循环灰中，绝大部分通过其循环颗粒出口进入吸收剂流化装置7，小部分通过其脱硫废渣出口送入废渣仓9。与此同时，新鲜电石渣颗粒由吸收剂储仓13送入吸收剂流化装置7中，在其内与含钙循环灰充分混合并流态化，再经过再循环输送装置6从循环反应器14的吸收剂进口送入，继续与湿润烟气充分接触并发生化学反应，如此循环不已。

当本发明的脱硫系统在正常负荷状态下运行时，可以关闭再循环通道8；当本发明的脱硫系统处理较小烟气量时，则需要打开再循环通道8，以保证脱硫系统在低负荷状态下安全运行。

Claims (10)

1.一种两级预喷水循环流化床脱硫工艺，是对燃煤锅炉或其他热力装置所排放烟气进行二氧化硫脱除处理的过程，其特征在于：该工艺包括如下步骤：

1)对燃煤锅炉或其他热力装置所排放的烟气进行一级喷水处理，使烟气的温度降低至90～110℃、烟气的相对湿度增加至5～15％；

2)对经过一级喷水处理的含湿烟气进行一级除尘处理，脱除烟气中混杂的粉尘灰粒；

3)对经过一级除尘处理的烟气进行二级喷水处理，使烟气的温度继续降低至60～80℃、烟气的相对湿度增加至35～45％、烟气中气态的SO₂与液态的H₂O反应生成液态的H₂SO₃；

4)采用钙基吸收剂颗粒，对经过二级喷水处理的湿润烟气进行循环流化床脱硫处理，使烟气与钙基吸收剂颗粒充分接触、烟气中液态的H₂SO₃与固态的Ca(OH)₂反应生成固态的CaSO₃·1/2H₂O；

5)对经过循环流化床脱硫处理的烟气进行二级除尘处理，脱除烟气中的固态生成物颗粒，并将该生成物颗粒与新鲜钙基吸收剂颗粒混合均匀后，送回循环反应器中进行再循环，同时分离出洁净的烟气。

2.根据权利要求1所述的两级预喷水循环流化床脱硫工艺，其特征在于：所说的步骤1)中，使烟气的温度降低至100℃、烟气的相对湿度增加至10％。

3.根据权利要求1或2所述的两级预喷水循环流化床脱硫工艺，其特征在于：所说的步骤3)中，使烟气的温度降低至70℃、烟气的相对湿度增加至40％。

4.根据权利要求1或2所述的两级预喷水循环流化床脱硫工艺，其特征在于：所说的步骤4)中，所采用的钙基吸收剂颗粒为直径在6～10μm范围内的电石渣颗粒。

5.根据权利要求3所述的两级预喷水循环流化床脱硫工艺，其特征在于：所说的步骤4)中，所采用的钙基吸收剂颗粒为直径在6～10μm范围内的电石渣颗粒。

6.根据权利要求3所述的两级预喷水循环流化床脱硫工艺，其特征在于：所说的步骤5)中，将分离出的洁净烟气部分送回循环反应器中进行再循环。

7.一种采用权利要求1所述工艺而专门设计的两级预喷水循环流化床脱硫系统，包括通过烟道依次相连的一级除尘器(3)、循环反应器(14)和二级除尘器(12)，其特征在于：所述一级除尘器(3)的烟气进口之前设置有一级喷水装置(2)，所述一级除尘器(3)的烟气出口与循环反应器(14)的烟气进口之间设置有二级喷水装置(5)，所述二级除尘器(12)的循环颗粒出口与吸收剂流化装置(7)的循环颗粒进口相连，所述吸收剂流化装置(7)的新鲜吸收剂补入口与吸收剂储仓(13)的出口相连，所述吸收剂流化装置(7)的混合料出口通过再循环输送装置(6)与循环反应器(14)的吸收剂进口相连，所述二级除尘器(12)的出口通过增压风机(11)与烟囱(10)或大气相连。

8.根据权利要求7所述的两级预喷水循环流化床脱硫系统，其特征在于：所述增压风机(11)的烟气出口与循环反应器(14)的烟气进口之间设置有烟气再循环通道(8)。

9.根据权利要求7或8所述的两级预喷水循环流化床脱硫系统，其特征在于：所述一级除尘器(3)采用静电除尘器，所述二级除尘器(12)采用布袋除尘器。

10.根据权利要求9所述的两级预喷水循环流化床脱硫系统，其特征在于：所述循环反应器(14)采用直筒形结构，其横截面呈圆形、方形或矩形，其横截面积为与其相连烟道横截面积的1.0～1.5倍。

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