CN102784556A

CN102784556A - 均流场循环流化床烟气脱硫技术

Info

Publication number: CN102784556A
Application number: CN2011101301479A
Authority: CN
Inventors: 刁经中; 徐纲; 赵钰慧; 黄灵芝; 蒋平菊
Original assignee: Beijing Bolang Environmental Engineering & Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Bolang Environmental Engineering & Technology Co Ltd
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2031-05-19
Also published as: CN102784556B

Abstract

本发明涉及一种“均流场循环流化床烟气脱硫技术”，其反应器结构为：直流流线型进口烟道、中心内置(中心开花)式吸收剂分配器、烟气加速器、增湿活化喷嘴、环形烟气出口烟道、内回流循环灰仓、螺旋输送机、内回流循环灰下降管。本发明配置合理，使反应器的烟气获得均匀的流场、压力场和温度场；吸收剂获得高循环倍率和高利用率；两级增湿可有效提高吸收剂的反应活性；由于增湿活化喷嘴位于均匀的烟气流场及吸收剂流场中心，可有效避免湿壁、结垢、塌床，并有效提高烟气脱硫效率；环形烟气出口烟道有利于反应器内流场均布，且减少压力降，减轻袋式除尘器的负荷；内回流循环灰输送系统可有效防止塌床、堵塔现象发生，确保装置安全、稳定、长周期运行。

Description

均流场循环流化床烟气脱硫技术

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燃煤电厂、垃圾焚烧电厂及钢铁行业烧结机烟气净化的，半干法循环流化床烟气脱硫技术。

背景技术

全世界现有烟气脱硫技术约300种，但工业成熟的技术仅有十余种，其中应用最多的是石灰石-石膏法。我国火电行业已上了烟气脱硫装置的约占66％，其中90％以上采用石灰石-石膏法。该法占地大、投资高、工艺复杂、设备腐蚀严重、耗水量大，使用的石灰石资源巨大，造成生态破坏十分严重。其副产物(石膏)的利用率仅为10％，绝大部分处于自然堆放状态，极易造成二次污染。近期，国内已有多名脱硫权威专家(马果骏、王圣、巴尔莎、俞华等)对该法提出强烈质疑，并要求国家对该技术进行重新审视。

而半干法循环流化床烟气脱硫技术，工艺简单、易于操作、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。这些脱硫工艺在我国均有应用，从实际运行上看，仍存在许多问题：

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％；

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(～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，进入后部袋式除尘器之前，应设预除尘设备；

④Ca/S摩尔比高达1.5，吸收剂(即增湿灰)加水量有限(≤5％)，循环倍率较低(～25)，利用率较低，脱硫效率较低；

⑤只适用于中、小烟气量的脱硫除尘项目。

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，同一截面上的脱硫反应很不均匀，难以实现高效脱硫；

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脱硫剂利用率较低；

④反应器体积十分庞大；

⑤反应器下部有大量积灰，输送到循环灰加湿机后，由于物料湿度大，无法采用气力输送。实际使用的斗式提升机，还需配备称重系统，近于古典，太过笨重，维护、检修工作量较大；

⑥转动设备较多，电耗较高。

发明内容

本发明的目的，在于克服现有技术中的上述不足，提供一种系统配置合理，反应器结构合理，烟气流场、温度场、压力场非常均匀，增湿活化最佳化、离子化反应环境最佳化、脱硫除尘效率很高、系统阻力降较低的循环流化床烟气脱硫技术。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明由说明书附图1所示的一系列设备组成：1.消石灰仓、2.均流场循环流化床烟气脱硫反应器、3.活性炭仓、4.袋式除尘器、5.空气斜槽、6.烟囱、7.引风机、8.灰库。

本发明中的核心设备——“均流场循环流化床烟气脱硫反应器”，其结构如说明书附图2所示，由下至上顺时针依次为：1.直流流线型底部进气口(内设不等距导流板)、2.中心内置(中心开花)式吸收剂分配器、3.烟气及吸收剂加速器、4.增湿活化喷嘴、5.反应器筒体扩散段、6.反应器筒体、7.坏形烟气出口、8.内回流循环灰仓、9.循环灰进口、10.螺旋输送机、11.内回流循环灰下降管。

所述的直流流线型进气烟道，为方形截面。

所述的作为进气烟道结构一部分的导流板为3片不等距圆弧式导流板。

所述的中心内置(中心开花)式吸收剂分配器为6个出口，分别对准烟气及吸收剂加速器的6个入口端。

所述的烟气及吸收剂加速器为“仿拉伐尔喷嘴”。

所述的增湿活化喷嘴采用两级双流体喷嘴，位于反应器中心不同高度的部位。

所述的环形烟气出口设在反应器筒体上部。

所述的内回流循环灰仓设在烟气加速器上端板中心之下。

所述的螺旋输送机设在内回流循环灰仓底部，该机将内回流循环灰经下降管输送至烟气进口烟道的下灰斗。

所述的反应器出口烟道与袋式除尘器烟气入口连接处，设有百叶窗式除尘器，此处为袋式除尘器前部的预除尘器。

所述的空气斜槽设在袋式除尘器下灰斗的下部，该设备将大部分脱硫灰送回反应器，继续参与脱酸反应，将小部分脱硫灰送至灰库，另行处理。

本发明采用实际工程的数据，经过严谨的工艺计算，并运用Fluent软件进行流场分析加以验证，效果十分理想。

本发明配置合理，使反应器的烟气与吸收剂充分混合；并获得稳定均匀的烟气流场、温度场和压力场；吸收剂获得高循环倍率和高利用率；两级增湿可有效提高吸收剂的反应活性，还可有效避免湿壁、结垢、塌床；确保脱硫效率；同时明显降低了反应器的压力降，解决了半干法循环流化床烟气脱硫技术中的技术难题。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

图中：1.消石灰仓、2.均流场循环流化床烟气脱硫反应器、3.活性炭仓、4.袋式除尘器、5.空气斜槽、6.烟囱、7.引风机、8.灰库。

图2为本发明中的核心设备——“均流场循环流化床烟气脱硫反应器”的结构示意图。

图中：1.烟气进口烟道，2.吸收剂分配器，3.烟气及吸收剂加速器，4.增湿活化喷嘴，5.反应器筒体扩散段，6.反应器筒体，7.环形出口烟道，8.内回流循环灰仓，9.循环灰入口通道，10.螺旋输送机，11.内循环灰下降管。

具体实施方式

参见图1，含有SO_x、HCl、HF、NO_x及粉尘等污染物的锅炉烟气，经过烟气进口烟道进入反应器2。用于脱除SO_x、HCl、HF等酸性气体的消石灰，由消石灰仓底部的星型给料器送入烟气进口烟道。流速～16m/s进口烟气将消石灰，以及从吸收剂分配器出口出来的循环灰一起送入烟气及吸收剂加速器，烟气与消石灰及循环灰在瞬间被加速并均匀混合。此时位于反应器筒体中心底部的增湿活化喷嘴均匀地喷射出液滴粒径极细(40～60μm)的水雾，水雾在高温烟气的包围下与烟气迅速混合、蒸发(一般为1～3秒)，在瞬间完成了离子型的脱酸反应的同时，烟气温度也迅速下降。脱酸后的烟气继续向上运动，此时可根据烟气温度的高低，适时调整第二个增湿活化喷嘴的喷水量，以控制烟气温度略高于露点温度10～20℃，防止设备腐蚀。来自活性炭仓3的吸附性极佳的活性炭粉，注入反应器的烟气出口烟道，用以脱除烟气中的二恶英及重金属。带有粉尘及其他污染物的烟气在引风机7造成的负压作用下，进入袋式除尘器4，在这里主要功能是脱除粉尘(即脱硫灰，也称循环灰)，但同时仍继续进行脱酸、脱除二恶英及重金属的过程。大部分脱硫灰经空气斜槽送回反应器继续参与脱酸反应，小部分通过气力输送送至灰库，另行处理。净化了的烟气经引风机送入烟囱，排至大气环境。反应器内烟气中较大的颗粒或团块，气流无法带动，将会向下滑落，进入内循环灰仓，经螺旋输送机及内循环灰下降管送入进口烟道灰斗，定期排出。

参见图2，“均流场循环流化床烟气脱硫反应器”，其由下至上顺时针的结构依次为：直流流线型进气口1、中心内置(中心开花)式吸收剂分配器2、烟气及吸收剂加速器3、增湿活化喷嘴4、反应器筒体扩散段5、反应器筒体6、环形出口烟道7、以及与中心内置(中心开花)式吸收剂分配器2相连接的吸收剂(消石灰及循环灰)入口通道9。增湿活化喷嘴4采用两级双流体喷嘴，位于反应器的中心部位。作为进气机构一部分的导流板为不等距圆弧导流板。烟气及吸收剂加速器3为“仿拉伐尔喷嘴”。

直流流线型底部进口烟道的不等距圆弧导流板、中心内置(中心开花)式吸收剂分配器、“仿拉伐尔喷嘴”式烟气及吸收剂加速器、内回流循环灰输送系统，以及反应器顶部环形出口烟道为本发明的独创结构。

锅炉烟气从本反应器底部直流流线型进气烟道进入反应器，经过不等距圆弧导流板继续向上运动，实现了烟气流场均匀分布；新鲜消石灰及循环灰由入口通道进入中心内置(中心开花)式吸收剂分配器，并将其分成六等分，注入反应器内，与上升的烟气混合，进入“仿拉伐尔喷嘴”式烟气及吸收剂加速器；烟气与吸收剂通过加速器，气、固两相充分接触、混合，瞬间流速可提高三倍以上，并形成圆筒状烟气及吸收剂混合物的高速区；增湿水通过双流体喷嘴，以极细的水雾(40～60μm)喷入反应器内，水分迅速蒸发，使吸收剂增湿，使烟气降温，提高反应活性，实现反应速度极快的离子化脱酸反应。带有大量吸收剂及反应产物的烟气，经过设在反应器顶部的环形烟气出口，经过百叶窗式除尘器，进入本烟气脱硫工艺后部的袋式除尘器，进行气、固分离，并继续进行脱酸反应及吸附二恶英和重金属的过程。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。被分离出的固相(即脱硫灰，也称循环灰)，大部分送回反应器继续参加脱硫反应。少部分送到灰库，另行处理。反应器烟气中较大的颗粒或团块，气流无法带动，将会向下滑落，进入内回流循环灰仓，经螺旋输送机及内回流循环灰下降管落入反应器进口烟道的下灰斗，定期排出。

本发明的优点在于：

1)直流流线型底部进气结构(包括不等距导流板、灰斗及扩散段)：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，实现烟气在反应器内分布均匀的稳定流动；流体阻力小；能把从中心内置(中心开花)式吸收剂分配器流出的吸收剂，顺利带入烟气及吸收剂加速器。该结构优于Wulff的双侧进气结构，优于LLAG的直流式(两个135°弯头)进气结构，更优于国内传统的单侧正交进气结构。

2)中心内置(中心开花)式吸收剂分配器：将新鲜消石灰和循环灰(统称吸收剂)输入位于反应器中心的本分配器，再重新均匀分配进入反应器参加脱硫反应。

分配器六个出灰口，定向对准6个烟气加速器入口端，可实现吸收剂等量、定向分配；出料口设在烟气高速区，可准确有效的与上升烟气混合进入烟气加速器；新鲜消石灰、循环灰提前与SO₂接触，被烟气加热，使其快速干燥；消石灰和Cl^-在100℃以上反应，生成吸潮性极佳、颗粒较细、松散的、不易凝结的碱式氯化钙(CaCl₂·Ca(OH)₂·H₂O)，可改善烟气的流动性，大大减少粘壁、结垢的现象；新鲜消石灰及循环灰的颗粒硬度远远低于锅炉烟气中的粉尘硬度，混合后将大大减弱对烟气及吸收剂加速器入口的冲击磨损；合理利用空间。

吸收剂分配器2位于塔中心，吸收剂被均匀分配，烟气流速高、动能大，易于将其带走，实现快速、均匀、充分混合。而Lurgi的单侧下进灰结构，Wulff和国内许多公司的侧面上进灰结构，循环灰进口均开在器壁上，循环灰在整个塔截面分布不可能均匀。

3)六个“仿拉伐尔喷嘴”式烟气及吸收剂加速器：可在瞬间提高烟气流速，使气固两相充分混合、碰撞、摩擦、反应、传质、传热；可在瞬间有效提高烟气的动能，加快烟气对固体颗粒物的加速作用，确保吸收剂悬浮在烟气中；可降低反应器的高度；可有效提高气、固混合的均匀度；因喉口的直段很短，进气段及扩散段夹角较小，其压力降比LLAG、Wulff、AE等国外技术的文丘里管低得多；从根本上解决了吸收剂从侧面进入反应器，导致吸收剂分布不均、严重偏流、烟气短路、颗粒局部集中，及循环灰入口下端产生涡流的问题；反应器内同一截面上颗粒物径向分布不均匀的情况得到了极大的改善。

注：可根据烟气量及反应器几何尺寸的情况，适当调整烟气及吸收剂加速器相对于反应器轴线的角度，以保证反应器内流场更加均匀；烟气加速器入口段可采用耐磨钢或耐磨涂料。

4)双流体喷嘴两级增湿活化：水雾粒径很细(40～60μm)，水雾处于烟气湍动能最大、颗粒密度最大的区域，水份能完全蒸发，使烟气湿度达到40～50％；与传统单级喷雾相比，明显降低了反应器内的平均反应温度和出口烟温；使反应器内温度场分布更均匀；均匀的烟气及吸收剂流场包围了均匀的水雾汽化流场，可有效避免因局部喷水过量造成的湿壁效应；雾化水可有效降低烟气温度(要控制在烟气露点温度以上10～20℃)；由于极好的增湿效果，在吸收剂表面形成一层水膜，固相和气相(酸性气体)均向这层水膜溶解，实现吸收剂的增湿活化，提高其反应活性，激活消石灰吸收SO₂、SO₃、HF、HCl等酸性气体的能力，由气固分子反应转化为可瞬间完成的离子型反应，有效提高脱硫效率；烟气及吸收剂加速器出口处(反应器筒体中下部)具有激烈湍动的颗粒物，其密度是反应器出口密度的十倍以上，床内的实际Ca/S可达40～50，这些颗粒物不断碰撞，使其表面不断更新，从而具有巨大的表面积和反应活性，营造出吸附和反应的极佳环境，是反应器的最佳反应区。

下喷嘴是增湿活化的主喷嘴，上喷嘴主要用于调节出口烟气的温度。

采用本喷嘴可有效提高Ca的利用率，降低运行成本；系统运行更加稳定可靠；投资比高压回流式喷嘴低30％以上；下喷嘴的水、压缩空气管布置于烟气及吸收剂加速器上板面之下，可避免发生因侧向悬臂伸入，喷嘴的水、气入口管路被烟气粉尘颗粒磨穿的恶性事故。

5)设在反应器筒体顶部的环形烟气出口：采用此结构可彻底消除传统的CFB法反应器侧部出口塔内的旋转气流；对反应器内烟气流场保持均匀、增大有效反应空间、降低反应器压力降十分有利；反应器内烟气中的悬浮颗粒物为燃料灰和脱硫灰，其中燃料灰量通常为脱硫灰的3倍(燃煤电厂)，燃料灰的粒径(15±5μm)及堆密度(700～1000g/m³)均比脱硫灰(粒径10±5μm、堆密度500～1000g/m³)稍大，而燃料灰对提高脱硫效率实际上没有什么帮助，它和脱硫灰一起参与循环，增加了动力消耗，增大了反应器的容量。从两种灰的性质看，显然燃料灰比脱硫灰更便于分离。本发明由于采用环形出口，燃料灰和脱硫灰在顶部的碰撞、空腔效应和逆向梯度的作用下，直接返回反应器下部。其中燃料灰返回的更多些，构成了内回流，滑落进入内回流循环灰仓，再经螺旋输送机及内回流循环灰下降管，把它们送入烟气进口烟道的下灰斗，定期排放，不再参与循环，可有效防止塌床、堵塔现象发生，减少了动力消耗，减轻系统后部袋式除尘器的负荷，确保装置安全、稳定、长周期运行。

Claims

1.一种“均流场循环流化床烟气脱硫技术”，其工艺流程由一系列设备组成：(1)消石灰仓、(2)均流场循环流化床烟气脱硫反应器、(3)活性炭仓、(4)袋式除尘器、(5)空气斜槽、(6)烟囱、(7)引风机、(8)灰库。

2.工艺流程中的“均流场循环流化床烟气脱硫反应器”为本发明的核心设备，其结构包括直线流线型进口烟道(1)、反应器筒体(6)、环形烟气出口烟道(7)和循环灰进口(9)，其特征在于：反应器由下至上的结构依次为，直流流线型进口烟道(1)、中心内置式吸收剂分配器(2)、烟气及吸收剂加速器(3)、增湿活化喷嘴(4)、以及反应器筒体扩散段(5)、反应器筒体(6)、环形烟气出口烟道(7)、内回流循环灰仓(8)、循环灰进口(9)、螺旋输送机(10)、内回流循环灰下降管(11)。

3.根据权利要求2所述的“均流场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(1)，采用了可使反应器内烟气流场均布的3片不等距圆弧形导流板。

4.根据权利要求2所述的“均流场循环流化床烟气脱硫反应器”，其特征在于：所述的反应器烟气出口为环形出口烟道(7)。