CN102441324A - 下行循环流化床烟气脱硫反应器 - Google Patents

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赵钰慧
李敦明
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Abstract

本发明涉及一种下行循环流化床烟气脱硫技术。其核心设备-反应器的结构，由上至下依次为：直流流线型进口烟道、吸收剂均布器、声波吹灰器、静态混合器、反应器壳体、增湿活化喷嘴、锥形旋流板式气固分离器、气固分隔导流筒、脱硫烟气出口烟道和双曲线灰斗。本发明配置合理，使反应器内的烟气与吸收剂充分碰撞、混合；并获得稳定均匀的流场、温度场和压力场；吸收剂获得高循环倍率和利用率；而且不存在粘壁、结垢、塌床的问题；同时明显降低了出口烟气的含尘量，大大减轻了后部袋式除尘器的负荷，确保装置安全、稳定、长周期运行，有效解决了半干法烟气脱硫技术中的技术难题。

Description

下行循环流化床烟气脱硫反应器
技术领域
本发明涉及烟气脱硫技术和设备，具体涉及一种适用于钢铁行业烧结机、燃煤电厂和垃圾焚烧电厂的半干法烟气脱硫技术。
背景技术
半干法烟气脱硫技术，投资省、占地少、无废水排放、不会造成二次污染、脱硫效率高、运行成本低、系统基本不腐蚀、可用一般碳钢制造，符合我国国情，因而受到青睐。目前国内外技术较成熟的半干法烟气脱硫技术有：旋转喷雾干燥法(SDA法)、增湿灰循环半干法(NID法)、悬浮循环流化床法和密相干塔法。但它们都有各自的弱点：
1.旋转喷雾干燥法(SDA法)
①旋转喷头昂贵，制浆系统复杂；
②吸收塔内烟气流速很低，塔直径很大，占地面积较大；
③Ca/S摩尔比高达1.5，而且需要较高品质的石灰，吸收剂利用率仅为50％左右；
④浆液带水，又需加水调节，造成由温度信号而引起的水路调节复杂化；
⑤净化后的烟气会对后部除尘设备产生腐蚀；
⑥装置运行过程中，塔壁易积灰，塔底易堵灰；
⑦投资较高，运行费用(电耗)较高；
⑧副产物大部分为CaSO3，难以处理，利用价值不高。
2.增湿灰循环半干法(NID法)
①进入反应器内的增湿灰与烟气同时由下而上高速(约为18m/s)运行，相当于气力输送。二者几乎同步运动，相互摩擦、碰撞几率低，反应效果较差；
②反应器阻力降较大，磨损严重(需采用耐磨钢制造)；
③反应器出口烟气含尘量非常高，进后部除尘器之前，应设预除尘设备；
④吸收剂(即增湿灰)加水量有限(≤5％)，循环倍率较低(约为25)，利用率较低，脱硫效率较低。
3.悬浮循环流化床法
①流场不均匀，甚至严重偏流或局部涡流；
②反应器阻力降较大(1500pa以上)；
③脱硫灰粘壁、结块、塌床、堵塔多有发生，装置难以保持长周期、稳定运行。
4.密相干塔法
①缺少运行经验，技术成熟度较低；
②反应器内烟气流场偏流十分严重，很大一部分烟气走短路：
③脱硫效率较低。
发明内容
本发明的目的，在于克服现有技术的上述不足，提供一种结构合理，烟气流场、温度场、压力场非常均匀的“下行循环流化床烟气脱硫反应器”。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明“下行循环流化床烟气脱硫反应器”，由上至下(见图1)的结构依次为：直流流线型进口烟道、吸收剂(新鲜消石灰及循环灰)均布器、声波吹灰器、静态混合器、反应器壳体、增湿活化喷嘴、锥形旋流板式气固分离器、气固分隔导流筒、脱硫烟气出口烟道和
本发明“下行循环流化床烟气脱硫反应器”，由上至下(见图1)的结构依次为：直流流线型进口烟道、吸收剂(新鲜消石灰及循环灰)均布器、声波吹灰器、静态混合器、反应器壳体、增湿活化喷嘴、锥形旋流板式气固分离器、气固分隔导流筒、脱硫烟气出口烟道和双曲线灰斗。
所述的直流流线型进口烟道，为正方形截面，内设3片不等距圆弧形气流均布导流板，另接扩散段。
所述的吸收剂(新鲜消石灰及循环灰)均布器，共有6个布料管，每个布料管口分别对准各自对应的静态混合器中心。
所述的声波吹灰器，设在6个静态混合器中心的空档处。
所述的静态混合器为SK型，位于吸收剂(新鲜消石灰及循环灰)均布器下方，反应器筒体的上部，其下端板中心处为圆形开孔。
所述的反应器壳体，为园形截面。
所述的增湿活化喷嘴，为双流体喷嘴，设在静态混合器组中心的下方。
所述的锥形旋流板式气固分离器，设在反应器壳体下部的中心部位。
所述的气固分隔导流筒，入口端伸入锥形旋流板式气固分离器内底部，下部带有一锥段。
所述的双曲线灰斗，位于反应器底部。
所述的脱硫烟气出口烟道，为正方形截面，位于反应器壳体下方一侧，与锥形旋流板式气固分离器下方的气固分隔导流筒相接。该烟道在反应器内部分的上方，设有使粉尘滑落下来的尖顶。
本发明采用实际工程数据，经过严谨的工艺计算，并运用Fluent软件进行流场分析，效果十分理想。
本发明配置合理，使反应器内的烟气与吸收剂充分碰撞、混合；并获得稳定均匀的流场、温度场和压力场；吸收剂获得高循环倍率和利用率；而且不存在粘壁、结垢、塌床的问题；同时明显降低了出口烟气的含尘量，大大减轻了后部袋式除尘器的负荷，有效解决了半干法烟气脱硫技术中的技术难题。
附图说明
图1为本发明“下行循环流化床烟气脱硫反应器”的结构示意图。
图中：1.直流流线型进口烟道，2.吸收剂均布器，3.声波吹灰器，4.静态混合器，5.反应器壳体，6.增湿活化喷嘴，7.锥形旋流板式气固分离器，8.气固分隔导流筒，9.脱硫烟气出口烟道，10.双曲线灰斗。
图2为锥形旋流板式气固分离器结构图。
具体实施方式
参见图1，下行循环流化床烟气脱硫反应器，由上至下依次为：直流流线型进口烟道1、吸收剂均布器2、声波吹灰器3、静态混合器4、反应器壳体5、增湿活化喷嘴6、锥形旋流板式气固分离器7、气固分隔导流筒8、脱硫烟气出口烟道9和双曲线灰斗10。
直流流线型进口烟道、吸收剂均布器、声波吹灰器、静态混合器、锥形旋流板式气固分离器，和位于该气固分离器下方的气固分隔导流筒，以及脱硫烟气出口烟道，双曲线灰斗，为本发明的独特结构。
钢铁行业的烧结机烟气、燃煤电厂和垃圾焚烧电厂锅炉的出口烟气，从本反应器顶部的直流流线型进口烟道1进入反应器，经3片不等距圆弧形气流均布导流板进入反应器，继续向下运动，均匀地充满反应器整个截面；新鲜消石灰及循环灰通过吸收剂均布器2进入反应旋流板式气固分离器7的叶片间隙，形成了旋转气流，一部分固相颗粒物在惯性作用下，被迎风面旋流板所吸附，沿旋流板边缘的圆弧沟槽向下滑落，落入底部双曲线灰斗10；脱硫烟气则被吸进气固分隔导流筒8及脱硫烟气出口烟道9；位于静态混合器组中心部位的声波吹灰器3，定时开启，使反应器内的烟气与粉尘颗粒产生振荡，破坏和阻止粉尘颗粒在锥形旋流板式气固分离器7叶片，以及反应器器壁之间的结合，使之处于悬浮流化状态，以便被烟气带走；经过初步气固分离的脱硫烟气，经过气固分隔导流筒8及脱硫烟气出口烟道9，进入系统后部的袋式除尘器，进一步进行脱硫反应及气固分离；经袋式除尘器净化了的烟气，通过引风机送进烟囱，排入大气；被袋式除尘器分离出的固相(即脱硫灰，亦称循环灰)，大部分通过气力输送，回送到反应器顶部的吸收剂均布器2，进入反应器继续参加脱硫反应；少部分送到灰库，另行处理；反应器下部双曲线灰斗10内的脱硫灰定期排出，送至灰库。
本发明的优点在于：
1)直流流线型进口烟道(包括3片不等距圆弧形导流板及扩散段)：符合烟气流动的自然流线，在弯道导流板分割区形成不等量过流，有效降低侧向涡流，防止烟气偏流，使烟气进入反应器后，均匀地充满反应器整个截面，确保反应器内烟气流场分布均匀，且阻力降较小。
2)吸收剂均布器可确保吸收剂(新鲜消石灰和循环灰)通过每个分布管，对准各自对应的静态混合器中心处，注入静态混合器。
3)静态混合器可使吸收剂与烟气激烈碰撞、不断更新吸收剂的表面，使二者充分混合、传质、传热、并加速脱硫反应的进行。
4)锥形旋流板式气固分离器可对脱硫烟气进行初步的气固分离，使颗粒较大的、重度较大的、品位不高的脱硫灰分离出来，从而减轻后部袋式除尘器的负荷，减轻系统的动力消耗。
5)声波吹灰器定时开启，使反应器内的烟气与粉尘颗粒产生振荡，破坏和阻止粉尘颗粒在锥形旋流板式气固分离器叶片，以及反应器器壁之间的结合，使之处于悬浮流化状态，以便被烟气带走，或落入反应器下部的双曲线灰斗中，保证锥形旋流板式气固分离器的分离效率。
6)气固分隔导流筒，位于锥形旋流板式气固分离器的下方，脱硫烟气出口烟道与该气固分隔导流筒相接，该导流筒的下端设有一锥体段，可分离出一部分粉尘，落入双曲线灰斗。这种结构不会影响整个反应器内烟气流场的均匀性。
7)本发明对不同浓度的酸性(含SO2、SO3、HCl、HF等)烟气，及烟气负荷变化的适应性很强。当烟气酸性成分过高时，可通过适当提高循环灰的循环倍率，或增加新鲜消石灰用量来解决；为适应烟气量的变化，无须设置回流烟道。
8)本发明可有效降低Ca/S摩尔比(≤1.3)，提高吸收剂的循环倍率(≥200)，提高吸收剂的利用率(约为99％)，确保脱硫效率在95％以上。
9)整个脱硫过程都处于干燥状态，烟气出口温度高于露点20℃左右，无污水排放，无二次污染，设备基本不腐蚀，可用普通碳钢制造，无须采用防腐蚀措施，工程造价较低。
10)不存在粘壁、结垢、塌床、堵塔的问题，反应器内没有任何运动部件，反应器阻力降小(≤800pa)，装置可在良好的状态下，安全、稳定、长周期运行。

Claims (10)

1.一种下行循环流化床烟气脱硫反应器，其特征在于：由上至下(见图1)的结构依次为：直流流线型进口烟道、吸收剂(新鲜消石灰及循环灰)均布器、声波吹灰器、静态混合器、反应器壳体、增湿活化喷嘴、锥形旋流板式气固分离器、气固分隔导流筒、脱硫烟气出口烟道和双曲线灰斗。
2.根据权利要求1所述的下行循环流化床烟气脱硫反应器，其特征在于：所述的直流流线型进口烟道，为正方形截面，内设3片不等距圆弧形气流均布导流板，另接扩散段。
3.根据权利要求1所述的下行循环流化床烟气脱硫反应器，其特征在于：所述的吸收剂(新鲜消石灰及循环灰)均布器，共有6个布料管，每个布料管口分别对准各自对应的静态混合器中心。
4.根据权利要求1所述的下行循环流化床烟气脱硫反应器，其特征在于：所述的声波吹灰器，设在6个静态混合器中心的空档处。
5.根据权利要求1所述的下行循环流化床烟气脱硫反应器，其特征在于：所述的静态混合器为SK型，位于吸收剂(新鲜消石灰及循环灰)均布器下方，反应器筒体的上部，其下端板中心处为圆形开孔。
6.根据权利要求1所述的下行循环流化床烟气脱硫反应器，其特征在于：所述的反应器壳体，为园形截面。
7.根据权利要求1所述的下行循环流化床烟气脱硫反应器，其特征在于：所述的增湿活化喷嘴，为双流体喷嘴。
8.根据权利要求1所述的下行循环流化床烟气脱硫反应器，其特征在于：所述的锥形旋流板式气固分离器，设在反应器壳体下部的中心部位。
9.根据权利要求1所述的下行循环流化床烟气脱硫反应器，其特征在于：所述的气固分隔导流筒，入口端伸入锥形旋流板式气固分离器内底部，下部带有一锥段。
10.根据权利要求1所述的下行循环流化床烟气脱硫反应器，其特征在于：所述的双曲线灰斗，位于反应器底部。
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