CN101513589B

CN101513589B - 半干法烟气净化方法及装置

Info

Publication number: CN101513589B
Application number: CN 200910079156
Authority: CN
Inventors: 钟红春
Original assignee: Sound Environmental Resources Co Ltd
Current assignee: Sound Environmental Resources Co Ltd
Priority date: 2009-03-03
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2029-03-03
Also published as: CN101513589A

Abstract

为了解决现有技术中存在的烟气净化装置制造和运营成本高的问题，本发明提供了一种半干法烟气净化方法，包括步骤A、滤除烟气中粉尘的步骤，还包括步骤B、将具有一定湿度的粉末状吸收剂吹送与烟气混合形成湍流，形成湍流的烟气和吸收剂混合流体经过一定行程后执行步骤A。本发明可以广泛应用于去除工业生产排放气体中的SO₂等有害物质。

Description

半干法烟气净化方法及装置

技术领域

本发明涉及烟气净化技术，特别是火电厂以及生活垃圾焚烧产生烟气的净化技术。

背景技术

在我国由于煤炭资源比较丰富，因此长期以来都被当作主要的能源。煤炭燃烧后会产生大量的SO₂，对环境造成了较大的危害。随着这些年来火电厂装机容量的快速增长，控制SO2的排放成为非常紧迫的问题。

利用焚烧方式处理城市生活垃圾开始于上世纪80年代，兴起于最近几年，由于其具有减量化、资源化的优势，因此在全国的使用范围将会更为广泛。但是该种处理方式存在尾气污染问题(主要是燃烧产生的SO2、HCl、HF等有害物引起的污染)，处理不当将会给处置中心周围的环境、居民的健康带来负面影响。

降低燃烧后SO2、HCl、HF等排放量的一个有效技术手段是对燃烧产生的烟气进行净化处理，处理的方法主要有三种：湿法、干法和半干法。其中半干法兼具湿法和干法的优点，即去除含硫含酸气体效率高、没有污水和废酸排出及净化处理后产物易于处理。

现有半干法烟气净化方法存在的主要问题在于：由于需要一定的反应时间，因此用于脱硫的吸收剂与烟气需要一个较大的容器空间进行反应。这无疑增加了烟气净化装置的制造成本与运营成本。

发明内容

为了解决现有技术中存在的烟气净化装置制造和运营成本高的问题，本发明提供了一种半干法烟气净化方法，可以提高吸收剂与烟气反应速度，从而减少了对容器空间的需求，降低了烟气净化装置的制造和运营成本。

本发明的另一目的是提供一种实现上述方法的烟气净化装置。

本发明的技术方案如下：

半干法烟气净化方法包括步骤A、滤除烟气中粉尘的步骤，还包括步骤B、将具有一定湿度的粉末状吸收剂与烟气混合并形成湍流，形成湍流的烟气和吸收剂混合流体经过一定行程后执行步骤A。

所述吹送吸收剂的风的温度范围为80℃-90℃。

所述吸收剂成分包括消石灰和步骤A滤除出的粉尘。

使所述吸收剂具有一定湿度的方法包括如下步骤：利用雾化液体与吸收剂充分混合。

所述吸收剂的湿度为5.1％-6％。

在执行步骤A前还包括利用活性碳净化烟气的步骤。

半干法烟气净化装置，包括布袋式除尘器，及与布袋式除尘器连通的烟气进入通道，还包括向烟气进入通道传送吸收剂的吸收剂输送通道，所述吸收剂输送通道与所述烟气进入通道连通，且吸收剂输送通道上设置有吹送风机；在吸收剂输送通道与烟气进入通道连通处与布袋式除尘器之间的烟气进入通道上设置有湍流发生结构，所述湍流发生结构使得烟气与吸收剂混合流体形成湍流。

所述湍流发生结构设置于烟气进入通道一段弯曲通道内，所述弯曲通道是指烟气进入通道的一部分，且弯曲通道的轴线为平面曲线；所述湍流发生结构为一段板面为曲面的弯曲板，弯曲板的板面与所述平面曲线所在平面垂直相交的相交线与所述平面曲线近似平行。

所述布袋式除尘器包括滤出粉尘存储容器，所述滤出粉尘存储容器与吸收剂增湿器连通；所述吸收剂增湿器与消石灰料仓连通；所述吸收剂增湿器内设置有雾化喷头和搅拌器；所述吸收剂增湿器与吸收剂输送通道连通。

所述半干法烟气净化装置还包括活性碳料仓，所述活性碳料仓通过文丘里管与所述烟气进入通道连通。

本发明的技术效果：

本发明的半干法烟气净化方法将粉末状吸收剂利用风进行吹送，使得吸收剂呈流体状。流体状吸收剂与烟气混合后形成流体，吸收剂与烟气混合流体被进一步形成湍流，使得吸收剂与烟气混合更充分，净化反应速度更快，同时吸收剂粉粒发生激烈碰撞，在吸收剂粉粒表面形成的CaSO₃和CaSO₄等反应产物壳包裹的Ca(OH)₂重新裸露活性表面，继续参与净化反应，所以有效Ca(OH)₂的浓度很高，保证较高的脱硫(氟、氯)效率。因此本发明的半干法烟气净化方法可以缩短烟气中SO₂与吸收剂的反应时间，从而实现本发明的目的。

吹送具有一定湿度的吸收剂的风的温度设置在80℃-90℃区间内有利于保持吸收剂的流体状态，同时避免湿润的吸收剂黏附于吸收剂通路壁上形成板结。这一温度范围低于水分蒸发温度，因此吸收剂的湿度还可以保持，避免在吸收剂流动过程中湿度降低，从而降低净化烟气的效率。

吸收剂中包括滤出的烟气中的粉尘，由于所述粉尘中还含有一定量的可以继续参与净化反应的Ca(OH)₂，因此重复利用可以避免浪费。这些粉尘一般是在粉粒的外层为CaSO₄和CaSO₃等反应产物壳，粉粒内部还是没有反应的Ca(OH)₂，通过前述的湍流撞击过程，粉粒内的Ca(OH)₂有效成分会裸露出来参与净化反应，因此Ca(OH)₂的有效利用率提高。

本发明中吸收剂增湿的方法采用雾化液体(一般是雾化水)与吸收剂充分混合，这可以使得吸收剂的粉粒表面被润湿，在与烟气汇合后，水分可以快速蒸发，创造良好的净化反应条件，加速净化反应速度。

吸收剂的湿度为5.1％-6％使得吸收剂还能保持非常好的流动性，同时可以携带足够量的水分进行净化反应。

活性炭可以有效去除烟气中的二恶英(Dioxin)。

本发明的半干法烟气净化装置中设置吹送吸收剂的吹送风机能够使吸收剂呈流体。设置的湍流发生结构使得烟气与吸收剂混合流体形成湍流。

附图说明

图1为本发明半干法烟气净化装置的结构示意图。

图2为图1局部放大图。

图3为湍流发生结构示意图。

图中标识说明如下：

1、活性炭料仓；2、烟气进入通道；3、吸收剂输送通道与烟气进入通道连通处；4、吸收剂输送通道；5、吸收剂增湿器；6、消石灰料仓；7、吹送风机；8、水泵；9、滤出粉尘存储容器；10、星型卸灰阀；11、引风机；12、布袋除尘器；13、回收粉尘料仓；14、烟气应急排放管；15、湍流发生结构；16、支撑架。

具体实施方式

以下对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明的半干法烟气净化方法包括如下步骤：

a、边搅拌粉末状吸收剂边向其中喷入雾化水，使粉末状吸收剂能够具有均匀的湿度，湿度最好控制在5.1％-6％(重量比)之间，优选湿度为5.5％，吸收剂在这样的湿度条件下仍具有良好的流动性，同时可以承载尽可能多的水分，吸收剂成为水的载体。采用雾化水为吸收剂增湿，可以使得吸收剂的粉粒表面被润湿，湿度均匀，不易形成抱团。增湿后的吸收剂在与烟气汇合后，水分可以快速蒸发，创造良好的净化反应条件，加速净化反应速度。具有一定湿度的粉末状吸收剂被吹动形成流体，该流体与烟气汇合形成混合流体。使混合流体产生湍流，即形成急而回旋流体，这可以通过以下方式实现：高速引风机实现流体高速流动，在流体流动通路上设置使流体流动方向发生改变进而实现流体回旋的结构。

吹送增湿的吸收剂与烟气汇合的风的温度设定在80℃-90℃区间内，优选85℃，以避免吸收剂黏附于吸收剂通路壁上形成板结。

b、产生湍流的烟气和吸收剂混合流体经过一定行程后抵达布袋除尘器滤出流体中的粉尘。在这一行程过程中还利用活性炭对烟气中的二恶英进行化学吸附和物理吸附，进一步净化烟气。在所述行程过程中烟气和吸收剂发生净化反应。

本发明中所指的吸收剂成分包括消石灰(Ca(OH)₂)和b步骤滤出的粉尘。由于b步骤滤出的粉尘中还含有一定量的Ca(OH)₂成分，因此对这一部分粉尘进行回收再利用可以节约成本。虽然回收利用的粉尘含钙率有所降低，但是经过反应撞击后，其颗粒尺寸均匀，比表面积大，有利于携带更大量的水分，加速净化反应。实验表明回收利用经增湿的所述粉尘能够使反应时间缩短2/3。

本发明所述净化反应是指烟气中的有害物质(SO₂、HCl、SO₃、HF等)与吸收剂进行的反应，反应产物为固体颗粒能够被滤除，从而消除了烟气中的有害物质。具体的反应过程如下：

(1)烟气中SO₂与吸收剂中的水分反应，

SO₂(气)+H₂O＝H₂SO₃(液)

(2)H₂SO₃同吸收剂反应生成亚硫酸钙，

Ca(OH)₂(液)+H₂SO₃(液)＝CaSO₃(液)+2H₂O

(3)液滴中CaSO₃达到饱和后，即开始结晶析出，

CaSO₃(液)＝CaSO₃(固)

(4)部分溶液中的CaSO₃与溶于液滴中的氧反应，氧化成硫酸钙，

CaSO₃(液)+1/2O₂(液)＝CaSO₄(液)

(5)CaSO₄(液)溶解度低，从而结晶析出，

CaSO₄(液)＝CaSO₄(固)

(6)随着脱硫过程中溶解的氢氧化钙消耗，更多的氢氧化钙固体进一步溶解以维持脱除二氧化硫的反应继续进行，

Ca(OH)₂(固)＝Ca(OH)₂(液)

(7)烟气的其他酸性气体如HCl、SO₃、HF更容易和Ca(OH)₂反应，其脱除率高达95％以上，

2HCl+Ca(OH)₂＝CaCl₂+2H₂O

SO₃+Ca(OH)₂＝CaSO₄+H₂O

2HF+Ca(OH)₂＝CaF₂+2H₂O

大量的具有一定湿度的吸收剂与烟气汇合后，由于有极大的蒸发表面，吸收剂颗粒表面水分蒸发很快，在极短的时间内使烟气温度从165℃以上冷却到绝热饱和温度以上(15℃～20℃)，烟气相对湿度则很快增加到40～50％，这是较好的反应工况，一方面有利于SO₂、HCl等分子在吸收剂颗粒表面水中的溶解并离子化，另一方面使吸收剂颗粒表面的液膜迅速变薄，利于SO₂等分子的传质扩散。同时由于吸收剂颗粒之间发生的剧烈的撞击与摩擦，被CaSO₄和CaSO₃等反应产物壳包裹的Ca(OH)₂重新裸露活性表面，继续参与反应，所以吸收剂中能被有效利用的Ca(OH)₂的浓度很高，保证了较高的脱硫(氟、氯)效率。

具有一定湿度的吸收剂与烟气汇合后，物理过程可分为三个阶段：

第一阶段为恒速干燥阶段：吸收剂含水均匀，每一个吸收剂颗粒的固有含水率恒定，其表面温度以及蒸汽分压保持不变。每一个吸收剂颗粒内部的水分很容易渗出补充表面所蒸发、反应失去的水分，此阶段，吸收剂颗粒基本可以保持表面水分饱和。由于吸收剂颗粒的均匀、微细，此阶段反应速度很快，只需要0.5秒，一般认为这一阶段为恒速干燥阶段，超过60％的净化反应发生在这一阶段。

随着水分蒸发，吸收剂颗粒中固体含量增加，当表面出现显著固态物质时，便进入第二阶段。此为降速干燥阶段，水分由吸收剂颗粒内部移向表面的速率小于表面水分丧失的速率，表面含水逐渐降低，净化反应也逐渐减弱。此阶段可以维持0.5秒。

第三阶段为动平衡阶段：由于物理传热作用，吸收剂颗粒表面温度趋近烟气绝热饱和温度。烟气绝热饱和温度与塔内瞬时烟气温度之差，决定着吸收剂颗粒表面水分的蒸发推动力，差值越小，液膜存在时间越长，因而有利于总的脱硫效率。但是不能过小，否则有可能引起粘壁、腐蚀管壁，这可以通过锅炉设计，使得在此阶段塔内瞬时烟气温度能高于烟气绝热饱和温度10℃左右。因此最后可维持其水分蒸发殆尽形成固态颗粒而从烟气中分离，这一阶段耗费的时间在1秒左右。

可见本发明的半干法烟气净化方法反应过程迅速(仅需要2秒左右)，因此反应所需要的空间很小，降低了烟气净化装置的制造和运营成本。

图1至图3揭示了本发明的半干法烟气净化装置的结构，结合附图说明如下。

图1显示了本发明半干法烟气净化装置的主要结构。烟气进入通道2与布袋除尘器12连通。活性炭料仓1与烟气进入通道2连通，活性炭料仓1通过文丘里管与烟气进入通道2连通。布袋除尘器12上设置有净化烟气排出管，在净化烟气排出管上设置引风机11为烟气流动提供动力。布袋除尘器12滤除的粉尘(包括净化反应生成物)通过星型卸灰阀10被转移，滤除的粉尘一部分进入到回收粉尘料仓13另行处理，离开半干法烟气净化装置；另一部分滤除的粉尘在半干法烟气净化装置被重复利用，这一部分滤除的粉尘首先进入到滤出粉尘存储容器9，滤出粉尘存储容器9与吸收剂增湿器5连通。存放在滤出粉尘存储容器9中的粉尘可以进入到吸收剂增湿器5中。与吸收剂增湿器5连通的还包括消石灰料仓6和水泵8，消石灰料仓6能够向吸收剂增湿器5中输送消石灰，消石灰和来自滤出粉尘存储容器9的粉尘混合成所谓吸收剂。水泵8与吸收剂增湿器5接通处设置雾化喷头，用于将水泵8输送的水雾化并喷入到吸收剂增湿器5中。吸收剂增湿器5中还设置双轴螺旋输送机，吸收剂增湿器5有两个作用，一方面能够在雾化喷头向吸收剂喷雾化水时搅拌吸收剂(此时双轴螺旋输送机作为搅拌器)，使得吸收剂的湿度均匀，另一方面螺旋结构推动增湿了的吸收剂向吸收剂增湿器5的左端移动，最终落入到吸收剂输送通道4中。吸收剂输送通道4的右端设置有吹送风机7，吹送风机7产生80℃-90℃的热风使落入到吸收剂输送通道4中的增湿吸收剂向图1中左向流动，增湿的吸收剂通过吸收剂输送通道与烟气进入通道连通处3进入到烟气进入通道2与烟气汇合。在烟气流动方向上吸收剂输送通道与烟气进入通道连通处3后方设置湍流发生结构15，使得烟气与增湿吸收剂的混合流体产生湍流。产生的湍流流经标识2所指示的烟气进入通道区段后进入布袋除尘器12。在标识2所指示的烟气进入通道区段内，烟气与增湿吸收剂进行前述净化反应。

在烟气与吸收剂汇合前的烟气进入通道2上设置一个支路(烟气应急排放管14)，即一个烟气排出通道。经过烟气应急排放管14的烟气在引风机11的作用下直接排出，无须经过烟气进入通道2和布袋除尘器12进行净化。烟气应急排放管14在紧急情况下可以开通启用，如遇到烟气超温的紧急情况，可以使烟气通过烟气应急排放管14直接排放，以免高温对烟气净化装置造成损害。

根据现有的理论和技术，有很多种使流体产生湍流的结构方案，如螺旋结构等，只要能够使流体的流向产生回旋变化即可。图2和图3所示的湍流发生结构为本发明优选的实施例。图2和图3所示的湍流发生结构15设置在烟气进入通道2的一段直角弯管内，湍流发生结构15为一段板面为曲面的弯曲板，图3的俯视图为一矩形平面。弯曲板的板面与直角弯管轴线所在平面垂直相交的相交线与直角弯管轴线平行或近似平行(这两种状态均可以达到形成湍流的目的)。弯曲板通过支撑架16固定设置在烟气进入通道2的壁上。烟气和吸收剂混合流体流经湍流发生结构15流向发生变化，产生回旋，形成湍流。

本发明烟气净化装置的工作过程说明如下：

锅炉产生的烟气在吸收剂输送通道与烟气进入通道连通处3汇合形成混合流体，混合流体行进到湍流发生结构15处形成湍流。形成湍流的烟气与吸收剂的混合流体继续沿烟气进入通道2向布袋除尘器12方向流动，并在这一过程中发生净化反应。活性炭料仓1通过文丘里管向烟气进入通道2输送活性炭粉，活性炭粉与烟气与吸收剂的混合流体混合，去除其中的二恶英。烟气与吸收剂在烟气进入通道2中发生净化反应，由于烟气与吸收剂的混合流体形成湍流后可以使得净化反应非常快，因此无须设置单独的反应塔来进行净化反应，只利用如图1所示的一段烟气进入通道2即可，减少了烟气净化装置的制造成本，同时减少了反应塔也可以使烟气净化装置在运行时消耗的能量更少，降低了运营成本。净化反应产生的粉粒状反应物通过布袋除尘器滤除，滤除粉尘的净化的烟气排放。布袋除尘器12滤出的粉尘一部分通过星型卸灰阀10排入回收粉尘料仓13进而排出烟气净化装置；另一部分粉尘通过星型卸灰阀10排入滤出粉尘存储容器9，再进入吸收剂增湿器5。在吸收剂增湿器5内来自消石灰料仓6的消石灰与来自滤出粉尘存储容器9的回收粉尘被双轴螺旋输送机进行搅拌，同时来自水泵8的水被雾化后喷向回收粉尘与消石灰组成的吸收剂进行增湿，具有一定湿度的吸收剂被双轴螺旋输送机推送到吸收剂输送通道4并被吹送风机7吹送到吸收剂输送通道与烟气进入通道连通处3。

Claims

1.半干法烟气净化装置，包括布袋式除尘器，及与布袋式除尘器连通的烟气进入通道，其特征在于还包括向烟气进入通道传送吸收剂的吸收剂输送通道，所述吸收剂输送通道与所述烟气进入通道连通，且吸收剂输送通道上设置有吹送风机；在吸收剂输送通道与烟气进入通道连通处与布袋式除尘器之间的烟气进入通道上设置有湍流发生结构，所述湍流发生结构使得烟气与吸收剂混合流体形成湍流。

2.根据权利要求1所述半干法烟气净化装置，其特征在于所述湍流发生结构设置于烟气进入通道一段弯曲通道内，所述弯曲通道是指烟气进入通道的一部分，且弯曲通道的轴线为平面曲线；所述湍流发生结构为一段板面为曲面的弯曲板，弯曲板的板面与所述平面曲线所在平面垂直相交的相交线与所述平面曲线近似平行。

3.根据权利要求1所述半干法烟气净化装置，其特征在于所述布袋式除尘器包括滤出粉尘存储容器，所述滤出粉尘存储容器与吸收剂增湿器连通；所述吸收剂增湿器与消石灰料仓连通；所述吸收剂增湿器内设置有雾化喷头和搅拌器；所述吸收剂增湿器与吸收剂输送通道连通。

4.根据权利要求1所述半干法烟气净化装置，其特征在于还包括活性碳料仓，所述活性碳料仓通过文丘里管与所述烟气进入通道连通。