CN101780370B - 基于内循环w型多流体碱雾发生器的脱硫装置及脱硫方法 - Google Patents

Abstract

一种烟气净化处理技术领域的基于内循环W型多流体碱雾发生器的脱硫装置及脱硫方法，包括：两段式脱硫反应塔、反应塔进口烟气流量调节装置、W型多流体碱雾发生器、雾化喷嘴和脱硫剂储存及输送系统，其中：两段式脱硫反应塔由下部拱形结构和上部变截面结构组成，W型多流体碱雾发生器设置于两段式脱硫反应塔的下部拱形结构的拱顶上，雾化喷嘴设置于W型多流体碱雾发生器的中心，脱硫剂储存及输送系统与W型多流体碱雾发生器相连接。本发明提高了在线制成的多流体脱硫碱雾与反应塔内烟气的接触效率和均匀混合，彻底解决了湿式脱硫碱雾在反应塔壁面的粘结问题，通过变截面设计的脱硫反应塔结构强化脱硫剂颗粒的内循环，提高系统脱硫效率和安全性。

Description

基于内循环W型多流体碱雾发生器的脱硫装置及脱硫方法

技术领域

本发明涉及的是一种烟气净化处理技术领域的装置及其净化方法，具体是一种基于内循环W型多流体碱雾发生器的脱硫装置及脱硫方法。

背景技术

煤粉锅炉、垃圾焚烧炉或其它燃烧设备所排烟气中二氧化硫脱除的半干法烟气脱硫技术主要有喷雾干燥法烟气脱硫、炉内喷钙及尾部增湿活化烟气脱硫和循环流化床烟气脱硫等，多采用钙基脱硫剂(石灰石、石灰、氢氧化钙等)进行烟气脱硫。

喷雾干燥法烟气脱硫具有系统较简单、投资较低、脱硫产物呈干粉状、无废水排放等优点，但明显存在严重的技术不足之处。这些不足主要是：(1)由于石灰在水中的溶解度低，须制成石灰乳浊浆液，其浆液制备系统较复杂且庞大；(2)对雾化喷嘴质量要求较高，往往因石灰浆液的浓度、粒度不均等引起雾化不良，而且会导致雾化喷嘴的堵塞与磨损。(3)石灰浆液雾化困难，雾化液滴粒径大，脱硫反应速率低，导致喷雾干燥吸收塔体积庞大(烟气停留时间一般在10秒以上)，影响了脱硫设备投资成本的进一步降低和在现役电厂脱硫改造中的应用。

炉内喷钙及尾部增湿活化或单纯的烟道吸收剂喷射烟气脱硫是另一类常见的半干法烟气脱硫方法，因脱硫剂与活化水分别喷入脱硫烟道或活化反应器而解决了制浆与喷浆的问题，但也存在一些较难克服的问题：(1)在煤粉炉条件下，烟气中飞灰与加入的新鲜脱硫剂的质量比一般在10倍以上，对高灰分的燃煤此比值甚至会更高。在活化反应器内采用喷水增湿脱硫剂时存在大量飞灰与脱硫剂“抢水”的问题，即大量雾化水滴被飞灰吸收，脱硫剂实际水钙摩尔比很低，脱硫剂反应活性不高；(2)全部烟气通过活化反应器，脱硫剂颗粒和水雾被烟气大大稀释，其碰撞活化效率很低，仅为25％左右。

循环流化床烟气脱硫技术(CFB-FGD)采用循环流化床的原理通过脱硫剂颗粒的多次再循环利用，延长了脱硫剂颗粒的停留反应时间，提高了半干法脱硫效率和脱硫剂的利用率，具有与湿法脱硫接近的脱硫效率，是一种目前较被看好的半干法烟气脱硫技术。但其明显不足是：(1)物料循环倍率高，得到增湿的仍然是循环物料中的大量飞灰而不是新鲜的或未完全反应的脱硫剂；脱硫系统阻力大，一般在1500～2500Pa之间，在用CFB-FGD改造已有机组烟气脱硫时需要更换引风机，同时也会使脱硫系统的电耗增加，经济性变差；(2)循环流化床反应塔出口即后续除尘器进口烟气中固体物料浓度高达600～800g/m³，远高于电站煤粉锅炉、垃圾焚烧炉除尘器进口的烟尘浓度，极大地增加了除尘器的负荷。

为了降低循环流化床烟气脱硫系统的阻力，减小循环流化床反应器出口的粉尘浓度以减轻后续除尘器的负荷，现有的循环流化床烟气脱硫技术在保留循环流化床外部大量脱硫灰再循环的基础上通过采用特殊设计的循环流化床反应器结构来强化床内脱硫剂颗粒内循环。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN1307926记载了一种循环悬浮床干法烟气脱硫工艺及其系统，该技术在流化床反应塔上部设置了一个类似锅炉折焰角的内分离装置来增加脱硫剂颗粒的内循环量，并在脱硫塔外布置了一个低阻气固分离装置。德国Wulff公司的回流式循环流化床烟气脱硫技术，采用一套较为复杂的消化系统将干石灰消化成消石灰作为脱硫剂，采用帽腔型反应塔顶部结构来强化物料的内循环，其塔内部回流的固体物料量为外部再循环物料量的30～50％。

中国专利文献号CN1196517记载了一种复合循环式流态化干法烟气脱硫工艺，主要包括脱硫塔内部分离的脱硫剂颗粒循环、外部除尘器分离出的脱硫剂颗粒再循环以及外部除尘器分离出来的洁净含湿烟气再循环。对于这些循环流化床烟气脱硫技术虽然实现了脱硫物料的内循环，但由于内循环物料量远小于大量物料的外循环，其系统阻力仍较大。

中国专利文献号CN1194794C记载了一种多流体碱雾发生器烟气脱硫方法，在前置式多流体碱雾发生器内在线制成高活性湿式脱硫碱雾，使其能够有效克服或避免常规半干法烟气脱硫复杂的石灰浆液制备系统以及喷射浆液引起的雾化喷嘴堵塞与磨损等一系列问题，而且能够大幅度提高脱硫剂颗粒与雾化水滴的碰撞活化效率、脱硫剂活性以及脱硫效率，大大减小了脱硫吸收塔的体积和系统阻力。在该多流体碱雾发生器烟气脱硫方法中，多流体碱雾发生器通常单侧布置在脱硫反应塔进口烟道的弯头处，若设计不当容易导致湿式脱硫碱雾在反应塔截面分布不均匀以及可能发生湿式脱硫碱雾在脱硫塔后壁面的粘贴壁面的问题。而且吸收剂在脱硫塔内一次性通过，虽脱硫系统阻力显著地低于循环流化床烟气脱硫，但脱硫效率及吸收剂的利用率较循环流化床烟气脱硫要低。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于内循环W型多流体碱雾发生器的脱硫装置及脱硫方法，既实现了在线制成的多流体脱硫碱雾与反应塔内烟气的均匀混合与高效接触，彻底解决了由于多流体脱硫碱雾与反应塔壁面的可能接触而造成湿式脱硫碱雾在反应塔壁面的粘结，又通过变截面设计的脱硫反应塔结构强化脱硫剂颗粒的内循环，提高了系统脱硫效率和运行安全可靠性，且具有系统结构紧凑、阻力低的显著优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及基于内循环W型多流体碱雾发生器的脱硫装置，包括：两段式脱硫反应塔、反应塔进口烟气流量调节装置、W型多流体碱雾发生器、雾化喷嘴和脱硫剂储存及输送系统，其中：两段式脱硫反应塔由下部拱形结构和上部变截面结构组成，W型多流体碱雾发生器设置于两段式脱硫反应塔下部拱形结构的拱顶上，雾化喷嘴设置于W型多流体碱雾发生器的中心，脱硫剂储存及输送系统与W型多流体碱雾发生器相连接。

所述的两段式脱硫反应塔的下部拱形结构由对称设有两个突出部的前后拱顶组成，其拱顶的顶面与水平面的夹角为10～45°，所述的下部拱形结构的深度和宽度分别为对应的上部变截面结构的深度和宽度的1.2～3.0倍。

所述的上部变截面结构为圆柱形、矩形或方形结构，包括1～3级变截面段，其中：每级变截面段包括：喉口段、扩展段和直段，下一级变截面段的喉口段与上一级变截面段的直段相连，扩展段的倾斜角为60～80°，使得塔内烟气流速沿塔高度逐级递减，强化了脱硫剂颗粒在反应塔的内循环，延长了脱硫剂颗粒在塔内的停留反应时间，提高了脱硫剂颗粒与烟气的接触效率。

所述的反应塔进口烟气流量调节装置包括：布置在脱硫反应塔进口的两路烟道以及对应的烟气挡板，通过调节烟气挡板开度将待脱硫烟气分为两路，一路经脱硫剂储存及输送系统携带脱硫吸收剂颗粒进入脱硫反应塔下部的W型多流体碱雾发生器，另一路直接进入脱硫反应塔底部。前者为待脱硫烟气体积流量的10～40％，后者为待脱硫烟气流量的60～90％。

所述的W型多流体碱雾发生器由单组或多组多流体碱雾发生器组成，每组多流体碱雾发生器由2个多流体碱雾发生器组成，分别对称布置并与脱硫反应塔中心轴线成0～80°的交角连接至两段式脱硫反应塔的下部拱形结构的拱顶上，并与脱硫反应塔相连通。各个W型多流体碱雾发生器内在线形成的湿式脱硫碱雾射流向下喷入脱硫反应塔并与从脱硫反应塔底部进入的主烟气流高效接触与均匀混合，然后在向上运动的主烟气流的推动下多股湿式脱硫碱雾射流折转向上流动，并在脱硫反应塔下部形成W型的多相碱雾射流混合流场结构。

所述的单个多流体碱雾发生器为圆柱形、矩形或方形结构，其上设有气流分布器，该气流分布器位于各个多流体碱雾发生器的顶部，部分待脱硫烟气经脱硫剂储存及输送系统携带脱硫剂经过气流分布器进入各个多流体碱雾发生器，布置在碱雾发生器筒体中心的雾化喷嘴雾化细小的水滴，脱硫剂颗粒在较高的颗粒浓度下与雾化水滴高效碰撞增湿活化，完成高活性的湿式脱硫碱雾的在线制备。

本发明涉及上述脱硫装置的脱硫方法，包括以下步骤：

第一步、通过调节反应塔进口烟气流量调节装置的烟气挡板将待脱硫的烟气分为两路，一路烟气携带脱硫剂颗粒分别进入各个W型多流体碱雾发生器；另一路主烟气流从脱硫反应塔的底部进入，沿脱硫反应塔向上流动。

第二步、在各个多流体碱雾发生器内，烟气携带的脱硫剂颗粒与雾化喷嘴雾化的细小水滴在较高颗粒浓度下进行高效碰撞增湿活化，在线形成若干股湿式脱硫碱雾。

第三步、在W型多流体碱雾发生器内在线制成的湿式脱硫碱雾射流以与垂直线成0～80的交角向下喷入脱硫反应塔下部，与从脱硫反应塔的底部进入的向上运动的主烟气流在脱硫反应塔下部充分混合与相互作用并形成W型的多相流场结构；

第四步、湿式脱硫碱雾被烟气流携带进入脱硫反应塔的上部变截面结构并使烟气流速沿脱硫塔高度逐级降低以形成脱硫剂颗粒的内循环，湿式脱硫碱雾与烟气中二氧化硫等酸性气体完成快速脱硫反应，脱除烟气中的酸性气体，同时湿式脱硫碱雾在热烟气的传热作用下蒸发干燥并使脱硫烟气温度降低；

第五步、将脱硫后的含尘烟气导入除尘设备以除去其中的粉尘，并经由引风机和烟囱排入大气。

与现有技术发明相比，本发明具有以下优点(1)采用多个多流体碱雾发生器呈W型布置在脱硫反应塔下部拱形结构上，形成的W型多相流场结构极大地提高了湿式多流体脱硫碱雾与反应塔内烟气的接触效率与均匀混合，延长了湿式脱硫碱雾在脱硫反应塔内的停留与反应时间；(2)彻底解决了湿式脱硫碱雾与反应塔壁面的可能接触而造成湿式脱硫碱雾在反应塔壁面的粘结，提高了系统的脱硫效率和保证了系统的安全可靠运行；(3)采用塔体截面积逐级扩展的变截面设计的脱硫反应塔上部结构，强化了脱硫剂颗粒在反应塔的内循环，延长了脱硫剂颗粒在反应塔内的停留反应时间，提高了系统的脱硫效率；(4)采用W型多流体碱雾发生器在线浓相制备高活性湿式脱硫剂碱雾，避免了喷雾干燥脱硫需要复杂的石灰浆液制备系统以及喷射浆液造成的雾化喷嘴的堵塞与磨损等问题，同时大大提高了脱硫剂颗粒与雾化水滴的碰撞活化效率和脱硫效率。

附图说明

图1为本发明烟气脱硫方法及装置结构示意图。

图2为两段式脱硫反应塔的下部拱形结构与W型多流体碱雾发生器布置的示意图；

其中：图2a为W型多流体碱雾发生器与脱硫反应塔连接主视图，图2b为单组圆柱形W型多流体碱雾发生器与方形上部主反应段连接的俯视图，图2c为单组圆柱形W型多流体碱雾发生器与圆柱形上部主反应段连接的俯视图，图2d为多组W型多流体碱雾发生器与矩形上部主反应段连接的俯视图。

图3为脱硫反应塔上部变截面结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1、图2和图3所示，本实施例包括：反应塔进口烟气流量调节装置1、两段式脱硫反应塔2、W型多流体碱雾发生器3、雾化喷嘴4和脱硫剂储存及输送系统5，其中：两段式脱硫反应塔2由下部拱形结构6和上部变截面结构7组成，W型多流体碱雾发生器3布置于下部拱形结构6的拱顶上，若干个雾化喷嘴4安装在各个W型多流体碱雾发生器3的中心，脱硫剂储存及输送系统5与W型多流体碱雾发生器3相连接。

所述的反应塔进口烟气流量调节装置1包括：布置在脱硫反应塔进口两路烟道及对应的烟气挡板，通过调节烟气挡板开度将待脱硫烟气分为两路，一路经脱硫剂储存及输送系统携带脱硫剂颗粒进入脱硫反应塔下部的W型多流体碱雾发生器，另一路直接进入脱硫反应塔底部。前者为待脱硫烟气体积流量的20％，后者为待脱硫烟气流量的80％。

所述的脱硫反应塔2包括：下部拱形结构6和与之相连的上部变截面结构7，其中：下部拱形结构6由对称设有两个突出部的前后拱顶组成，其拱顶的顶面与水平面的夹角为45°，下部拱形结构6的深度和宽度分别是对应的上部变截面结构7的深度和宽度的2.0倍。

如图3所示，所述的上部变截面结构7为圆柱形、矩形或方形结构，采用塔体截面积逐级递增的变截面设计，包括第一级变截面段701和第二级变截面段702，其中：每级变截面段包括：喉口段、扩展段和直段，下一级变截面段的喉口段与上一级变截面段的直段相连，扩展段的倾斜角为70°。塔内烟气流速沿塔高度逐级递减，强化了脱硫剂颗粒在反应塔的内循环，延长了脱硫剂颗粒在反应塔内的停留反应时间，提高了脱硫剂颗粒与烟气的接触效率。

所述的W型多流体碱雾发生器由单组或多组多流体碱雾发生器组成，每组多流体碱雾发生器由2个多流体碱雾发生器组成，分别对称布置并以45°的交角连接至脱硫反应塔2下部拱形结构6的拱顶上并与脱硫反应塔2相连通，各个W型多流体碱雾发生器3在线形成的湿式脱硫碱雾射流进入脱硫反应塔2下部并与从脱硫反应塔2底部进入的主烟气流混合，在向上运动的主烟气流的推动下多股湿式脱硫碱雾射流折转向上流动，并形成W型的多相碱雾射流流场结构。图2分别示例单组圆柱形W型多流体碱雾发生器与方形上部主反应段连接、单组圆柱形W型多流体碱雾发生器与圆柱形上部主反应段连接以及多组W型多流体碱雾发生器与矩形部主反应段连接的示意图。

所述的单个多流体碱雾发生器3为圆柱形、矩形或方形结构，其上设有气流分布器8，该气流分布器8位于各个多流体碱雾发生器3的顶部，待脱硫烟气经脱硫剂储存及输送系统5携带脱硫剂经过气流分布器8进入W型多流体碱雾发生器3，布置在碱雾发生器筒体中心的雾化喷嘴4雾化细小的水滴，脱硫剂颗粒在较高的颗粒浓度与雾化水滴高效碰撞增湿活化，完成高活性的湿式脱硫碱雾的在线制备。

本实施例的脱硫方法包括以下步骤：

通过反应塔进口烟气流量调节装置1将待脱硫的烟气分为两路，一路为20％的待脱硫烟气携带脱硫剂储存及输送系统输送5的脱硫吸收剂颗粒分别进入布置在两段式脱硫反应塔的下部拱形结构6上的W型多流体碱雾发生器3，在W型多流体碱雾发生器3内，脱硫剂颗粒与双流体喷嘴雾化4的水滴在较高的颗粒浓度下高效碰撞增湿活化，在线形成湿式脱硫碱雾。然后，在线制成的多股湿式脱硫碱雾射流以与垂直线成45°的交角向下喷入两段式脱硫反应塔2下部，多股湿式脱硫碱雾射流先向下运动一定距离。另一路80％的主烟气流从两段式脱硫反应塔2的底部进入，沿脱硫反应塔2向上流动。向下运动的多股湿式脱硫碱雾射流与向上运动的主烟气流在脱硫反应塔2下部充分混合与相互作用，在向上运动的主烟气流的推动下，多股湿式脱硫碱雾射流转弯向上流动，在脱硫反应塔下部形成W型的多相流场结构，湿式脱硫碱雾均匀地分布在脱硫反应塔2的中心截面区域，延长了湿式脱硫碱雾在脱硫反应塔的停留反应时间。最后，湿式脱硫碱雾进入具有1~5秒烟气停留时间的脱硫反应塔2上部变截面结构7，该结构采用塔体截面积逐级扩展的变截面设计，烟气流速沿脱硫塔高度逐级降低，强化脱硫剂颗粒在反应塔的内循环，延长了脱硫剂颗粒在反应塔内的停留反应时间，提高了脱硫剂颗粒与烟气的接触效率。在脱硫反应塔上部湿式脱硫碱雾与烟气中二氧化硫等酸性气体完成快速脱硫反应，脱除烟气中二氧化硫等酸性气体。同时湿式脱硫碱雾在热烟气的传热作用下蒸发干燥并使烟气温度降低到绝热饱和温度10～30℃以上。脱硫后的含尘烟气进入除尘设备以除去其中的粉尘，脱硫后的洁净烟气经引风机和烟囱排入大气。

Claims (6)

1.一种基于内循环W型多流体碱雾发生器的脱硫装置，包括：两段式脱硫反应塔、反应塔进口烟气流量调节装置、W型多流体碱雾发生器、雾化喷嘴和脱硫剂储存及输送系统，其特征在于：两段式脱硫反应塔由下部拱形结构和上部变截面结构组成，W型多流体碱雾发生器设置于两段式脱硫反应塔的下部拱形结构的拱顶上，雾化喷嘴设置于W型多流体碱雾发生器的中心，脱硫剂储存及输送系统与W型多流体碱雾发生器相连接；

所述的W型多流体碱雾发生器由单组或多组多流体碱雾发生器组成，每组多流体碱雾发生器由2个多流体碱雾发生器组成，分别对称布置并与脱硫反应塔中心轴线成大于0°，小于等于80°的交角连接至两段式脱硫反应塔的下部拱形结构的拱顶上，并与脱硫反应塔相连通；

在W型多流体碱雾发生器内在线制成的湿式脱硫碱雾射流以与中心轴线成大于0°，小于等于80°的交角向下喷入脱硫反应塔下部，与从脱硫反应塔的底部进入的向上运动的主烟气流在脱硫反应塔下部充分混合与相互作用并在脱硫反应塔下部形成W型的多相流场结构。

2.根据权利要求1所述的基于内循环W型多流体碱雾发生器的脱硫装置，其特征是，所述的两段式脱硫反应塔的下部拱形结构由对称设有两个突出部的前后拱顶组成，其拱顶的顶面与水平面的夹角为10~45°，下部拱形结构的深度和宽度分别为对应的上部变截面结构的深度和宽度的1.2~3.0倍。

3.根据权利要求1所述的基于内循环W型多流体碱雾发生器的脱硫装置，其特征是，所述的上部变截面结构为圆柱形或矩形结构，包括1~3级变截面段，其中：每级变截面段包括：喉口段、扩展段和直段，下一级变截面段的喉口段与上一级变截面段的直段相连，扩展段的倾斜角为60~80°。

4.根据权利要求1所述的基于内循环W型多流体碱雾发生器的脱硫装置，其特征是，所述的反应塔进口烟气流量调节装置包括：布置在脱硫反应塔进口的两路烟道以及对应的烟气挡板，通过调节烟气挡板开度将待脱硫烟气分为两路，一路经脱硫剂储存及输送系统携带脱硫剂颗粒进入脱硫反应塔下部的W型多流体碱雾发生器，另一路直接进入脱硫反应塔底部，前者为待脱硫烟气体积流量的10~40%，后者为待脱硫烟气流量的60~90％。

5.根据权利要求1所述的基于内循环W型多流体碱雾发生器的脱硫装置，其特征是，单个多流体碱雾发生器为圆柱形或方形结构，其上设有气流分布器，该气流分布器位于各个多流体碱雾发生器的顶部，雾化喷嘴设置于各个多流体碱雾发生器的中心。

6.一种根据权利要求1所述的基于内循环W型多流体碱雾发生器脱硫装置的脱硫方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、通过调节反应塔进口烟气流量调节装置的烟气挡板将待脱硫的烟气分为两路，一路烟气携带脱硫剂颗粒分别进入各个W型多流体碱雾发生器；另一路主烟气流从脱硫反应塔的底部进入，沿脱硫反应塔向上流动；

第二步、在各个多流体碱雾发生器内，烟气携带的脱硫剂颗粒与雾化喷嘴雾化的细小水滴在较高颗粒浓度下进行高效碰撞增湿活化，在线形成若干股湿式脱硫碱雾；

第三步、在W型多流体碱雾发生器内在线制成的湿式脱硫碱雾射流以与中心轴线成大于0°，小于等于80°的交角向下喷入脱硫反应塔下部，与从脱硫反应塔的底部进入的向上运动的主烟气流在脱硫反应塔下部充分混合与相互作用并在脱硫反应塔下部形成W型的多相流场结构；

第四步、湿式脱硫碱雾被烟气流携带进入脱硫反应塔的上部变截面结构并使烟气流速沿脱硫塔高度逐级降低以形成脱硫剂颗粒的内循环，湿式脱硫碱雾与烟气中二氧化硫酸性气体完成快速脱硫反应，脱除烟气中的酸性气体，同时湿式脱硫碱雾在热烟气的传热作用下蒸发干燥并使脱硫烟气温度降低；

第五步、将脱硫后的含尘烟气导入除尘设备以除去其中的粉尘，并经由引风机和烟囱排入大气。

Images