CN1036246C - 一种用于降低燃烧过程中硫氧化物排放的反应器 - Google Patents

一种用于降低燃烧过程中硫氧化物排放的反应器 Download PDF

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Abstract

一种用于降低燃烧过程中硫氧化物排放的反应器，在该反应器中，对含有被夹带的燃料和吸收剂粒子的烟气进行加湿，使硫氧化物被吸附在吸收剂粒子上，以降低硫氧化物向环境的排放量。

Description

一种用于降低燃烧过程中硫氧化物排放的反应器
本发明涉及含硫燃料的燃烧，尤其涉及一种用于降低燃烧含硫燃料而产生的气态产物中硫氧化物排放的反应器。
为降低在反应器内燃烧含硫燃料而产生的气态产物中硫氧化物的排放进行了重大努力，以满足环境保护规则。例如，在流化床反应器运行中，经常向包括碎煤的流化床介质中添加石灰石，以吸收由于燃烧煤而产生的硫氧化物。然而，当需要使硫氧化物的排放量降低90％以上时，上述方法将消耗过量的石灰石。
石灰石的过量消耗将导致若干不希望出现的后果。例如，如果要求硫氧化物的排放量降低90％以上，则Ca/S摩尔比必须≥3，5，这将导致产生粉尘，而粉尘既有害并且处置起来又相当昂贵。此外，石灰石的过量消耗还将导致显著增加氮氧化物的排放，而且由于石灰石煅烧量增加也将显著降低反应器的效率。
降低硫氧化物排放的最新建议提出干洗法，在该方法中，先将石灰熟化，使其变成氢氧化钙浆液，通过一个雾化器将氢氧化钙浆液输入喷射干燥器，这样就可以产生许多浆液的小滴，它们同硫氧化物发生反应而生成硫酸钙或亚硫酸钙，同时这些浆液滴被干燥。一般通过一种织物袋式过滤器使干燥粒子和飞尘从烟气流中分离出来。
然而，这种干洗法用于许多工业燃煤流化床反应器中通常被认为过于昂贵，由于使用石灰而不是使用石灰石，因此会带来费用显著增加的缺点，因为石灰的价格十倍于石灰石的价格。
因此，在现有技术中还需要一种对烟气进行处理以去除粉尘和硫氧化物而不招致使用石灰的额外费用的方法。
从而，本发明的目的在于提供一种降低在燃烧含硫燃料时所产生的气态产物中硫氧化物排放的反应器和方法。
本发明的另一个目的在于提供一种上述类型的反应器和方法，在该反应器和方法中，在用于吸收硫氧化物的吸硫材料的表面上形成一种碱溶液薄膜。
本发明的第三个目的在于提供一种上述类型的反应器和方法，在该反应器和方法中，使该燃料在含有上述吸硫材料的流化床反应器内进行燃烧。
为了实现上述目的以及另一些目的，在反应器内对含有被夹带的燃料和吸收剂粒子的烟气进行加湿处理，以便在用于吸收硫氧化物从而降低硫氧化物向环境排放量的吸收剂材料上形成碱溶液薄膜。
结合附图，参考以下本发明目前优选但还带有说明性质的实施方案的详细说明，将能更完整地了解本发明方法的以上简述的内容以及其他目的、特征和优点。
图1是描画体现本发明原理的一种流化床反应器的原理图；
图2是描画本发明加湿反应器的侧视原理图；
图3是沿图2的3-3线截取的横截面图；
图4A是沿图2的4A-4A线截取的横截面图；
图4B是沿图2的4B-4B线截取的横截面图；
图5是喷嘴的透视图。
本发明方法将结合通常由附图1中的参考数10表示的天然水循环蒸汽发生器来进行说明。
蒸汽发生器10包括一台具有4个器壁的流化床反应器12，每个器壁都由内部用垂直长杆或叶片连接的许多垂直排列管道构成，从而形成一种基本上是矩形、邻接和气密性的结构。因为这种结构是一种普通类型的结构，所以在附图中并未示出，也将不进行任何进一步详细的说明。一个充气室14位于反应器12的下部，利用普通设备例如强制通风鼓风机等(未示出)将来自管道15的压缩空气输入反应器12。
在反应器12的燃烧室下端和充气室14的上方适宜地支撑着一块多孔空气分布板16。通过充气室14输入的空气向上通过空气分布板16，将被空气预热器(未示出)预热，如果需要可通过气控气流调节器进行适当调节。用一块空气分布板16来支撑粒状材料床体18，使得通过分布板的空气能将该材料流化。该材料通常由碎煤和用于吸收在燃烧煤时产生的部分硫氧化物(SOx)的石灰石或白云石组成。
燃料分配器20延伸通过反应器12的前壁，以便于将粒状燃料输入床体18，当然，如果需要，为便于将粒状吸收剂材料和/或补充粒状燃料材料分配输入床体18，也可以将另外的分配器同反应器12的器壁连接。
管道22对齐反应器12的后壁上部的孔12a，它是通过向后弯曲某些构成后壁的管道而形成的。管道22使反应器12同普通结构的旋风分离器24相连接。来自反应器12的气体由大部分燃烧的气态产物和某些流化空气组成，它进入分离器24并在分离器24内的环状室内旋转流动，在气体离开分离器24以前，由于离心力作用将气体中夹带的部分比较细的粒子分离出来。分离器24包括一个漏斗部分24a，已被分离出来的细颗粒落入漏斗24a，然后通过循环管26返回反应器12。
在邻近分离器24处设置一个热量回收室28，它有一个在28器壁上部形成的孔28a，28a接收通过管30来自分离器的比较清洁的烟气。该热量回收室28是用于传输热量的普通设备，因此将不进行任何进一步说明。
在热量  回收室28的底部设置气体流通管32，用于将空气预热器34与热量回收室28进行通气流的连接。预热器34工作，将来自被热量回收室28接收的气体中的热量传送给氧化气体，因为34是普通结构将不进一步说明。
参考数36一般指的是本发明加湿反应器，它有一个入口，该入口通过管38与空气预热器34进行通气流的连接。反应器36还具有一个出口，该出口通过出口管40与袋滤室42进行通气流的连接。
在邻近反应器36处设置袋滤室42，它在下壁部分内有一个孔42a，用于接收来自反应器比较冷的烟气。该袋滤室42是普通结构，例如，它在烟气通过袋滤室的通道内包括一些纤维过滤器。袋滤室42按普通方式工作，从烟气中排除夹带的粒状材料。出口管(未示出)从袋滤室42伸出，用于将来自袋滤室42的烟气排放到外部烟囱或类似的装置。
许多出口管43位于袋滤室42的下方，用于排放过滤下来的粒状材料。主管道43a位于出口管43的基部，并伸向管38的下部。支管43b对齐主管道43a并伸向反应器36上方处管38的上部，其目的将会进行说明。
参考图2，反应器36包括一个前壁36a，一个彼此隔开而平行的后壁36b，以及2个彼此隔开而平行的侧壁36c和36d(图3)，它们延伸垂直于前后壁形成一个基本上是矩形的反应器。此外，反应器36还包括一个成锥形形状有4个三角形器面的器顶36e，以及成反向锥形形状也有4个三角形器面的器底36f。
用金属板构成的反应器36的器壁36a，36b，36c，36d，器顶36e和器底36f，以形成工业中熟知的邻接气密性结构。因为这是普通类型的结构，所以将不进行任何进一步详细说明。
如同图2、4A和4B所示，在反应器36前面设置管道38，它有5个出口支管38a，38b，38c，38d和38e，用于使来自预热器34的烟气进入反应器36。如同图2、3和4A清楚所示，支管38a对齐器顶36e的开口，支管38b和38c各自对齐分别位于侧壁36c和36d上部的2个充气室44a和44b的开口。如同图4清楚所示，支管38d和38e各自对齐分别位于侧壁36c和36d下部的2个充气室46a和46b的开口。
许多烟栅格板48a和48b(图3)分别位于侧壁36c和36d的上部，它们使烟气分别从充气室44a和44b流入反应器36。类似地，许多孔口50a和50b(图4B)分别位于侧壁36c和36d的下部，它们使烟气分别从充气室46a和46b流入反应器36。3个气流调节器52a(图2)，52b和52c(图4B)分别设置在出口支管38a，38d和38e内以调节烟气的流速。烟气通过对齐反应器36的器底36f内开口的出口管40(图3)而离开反应器36，固体粒料则通过设置在器底36f底部出口管56内的球阀54而离开反应器36。
参考图3，喷嘴装置58设置在反应器36的上部，它位于侧壁36d和36c的中间，并沿着反应器的宽度延伸，用于将喷射水输入反应器36。装置58通过器壁36b延伸，被很好地连接在36a和36b上并被36a和36b所支撑。因栅格板48a和48b向下倾斜约15-20度，孔口50a和50b分别设置在器壁36c和36d的下部，以引导水流从器壁36c和36d流出，其作用将在后面讨论。
如同图5所示，喷嘴装置58包括一个喷嘴60和一个向喷嘴供水的水集流头62。水集流头62和喷嘴60设置在空气套管64内，该空气套管64将来自喷嘴60的喷射水用空气包覆起来。通过向空气套管64供气的空气管70将压缩空气集流头68连接到空气套管64上。如同图2所示，水入口72和空气入口74通过器壁36b延伸，并分别对齐水集流头62和空气集流头68，以向喷嘴装置58供应水和空气。
在蒸气发生器10工作时，在分布板16上形成了由含硫燃料和吸收剂材料(例如煤和石灰石)组成的粒状材料床体18。空气以足够的速度输入充气室14，对粒状材料进行流化，通过分配器20(图1)输入大量将要燃烧的煤，并使其散布于床体18的上部表面上。用位于床体内的燃烧器(未示出)使包括将要燃烧煤的粒状材料点火，当煤进行燃烧时，补充空气以比较高的压力和速度输入充气室14。用另一种方法，床体18也可以用位于充气室14内的燃烧器预热。
从充气室14通过空气分布板16输入的高压、高速和维持燃烧的空气将引起一部分相当细的粒状材料(包括煤灰和石灰石)被空气和燃气(下文称之为“烟气”)夹带并由空气传输，该燃气含有由于燃烧含硫燃料而产生的硫氧化物。这种被夹带的粒子和烟气的混合物在反应器12内上升形成气柱，并通过孔12a从反应器12进入旋风分离器24。
粗粒子同一部分细粒子累积在反应器12的下部。一部分细粒子沿着气柱的纵长方向移动，通过孔12a离开反应器12，并在分离器24内与烟气分离，然后通过循环管26循环返回流化床18，而剩余部分的细粒子夹带在烟气中。循环部分的细粒子加上通过分配器20输入的补充粒状燃料在流化床18上方继续形成饱和气柱。
来自分离器24的热烟气和细粒子混合物通过热量回收室28，在此处将混合物的热量回收并将热量传给流过回收室内普通水流管路(未示出)的水中，然后再使该混合物进入空气预热器34。从混合物中回收添加热量，并将其传给流过空气预热器34内的普通热交换器(未示出)的氧化气体中。该混合物在通过管38的支管38a，38b，38c，38d和38e5个地点以及通过充气室44a，44b，46a和46b进入加湿反应器36。
一部分夹带细粒子是未硫酸盐化的石灰石粒子。它们由于受到反应器12内的高温作用而发生化学反应，转变成石灰。而由于热量回收室28和空气预热器34从该混合物中夺走了热量，使得烟气和被夹带的细粒子能以比较低的温度进入加湿器36。喷嘴60将水喷洒成许多细水滴，它们蒸发并因此加湿了烟气，同时也降低了混合物的温度，这样就大大地促进了在石灰石表面上形成氢氧化钙碱溶液的薄膜。其后，由于燃烧含硫燃料而产生的气体/粒子混合物中的硫氧化物被碱溶液吸收  而形成硫酸钙和亚硫酸钙的沉淀。
侧壁36c和36d上各自的充气室48a和48b(图3)将气体/粒子混合物分成许多小料流，并使沉淀不在侧壁发生，以防止由于硫酸钙和亚硫酸钙沉淀而引起的可能的结垢问题。此外，通过空气套管64将压缩空气输入喷嘴60，以防止由于烟气中夹带的粉尘沉积在喷嘴60上而引起堵塞。通过球阀54排出反应器36中的沉淀以及粉尘，而气体则通过管40进入袋滤室42以便进一步处理。
袋滤室42按普通方式工作，进一步清除任何残留的被夹带的石灰石粒子。分别通过管43a和/或43b将过滤下来的石灰石循环输入管38的下部和/或上部，以用于反应器36内随后的加湿和沉淀。
从而可以看出，本发明的反应器和方法利用含有相当比率的被夹带的细粒子的未硫酸盐化的石灰来吸收由于燃烧含硫燃料而产生的硫氧化物。使用包含在烟气中的石灰石粒子可明显地节省费用，在该费用中，除了与喷射SOx洗涤化合物所需设备有关的非重复性费用以外，还可节省与为了获得SOx洗涤化合物(例如石灰)有关的重复性费用。
虽然在附图中未进行专门说明，但应理解，将提供其它必需的辅助设备和构件，并将以任何适宜的方式安装和支撑上述那些所有的部件，以组成一个完整和有效的系统。
不言而喻，在不脱离本发明范围的情况下，可以对本发明的反应器和方法上进行更改。例如，对于某些应用来说，喷入加湿反应器36的水可以用石灰溶液来代替。类似地，水喷嘴组合装置也可以补充一个喷射石灰或石灰石的喷射器。
当然，精通本专业的技术人员可以进行上述另外一些变动，在某些情况下，将应用本发明的某些特点而不相应地用其它一些特点。因此，它是符合于附加的权利要求和本发明的范围的。

Claims (4)

1.一种用于处理气态产物的反应器，该反应器包括：
具有2对相对器壁(36c，36d)的容器(36)；
分别与用于接受气态产物的相对器壁(36c，36d)连接的2个充气室(38b，38c)；
多个烟栅格板(48a，48b)延伸穿过每个相对器壁(36c，36d)并各自与用来将气态产物导入容器(36)内部的充气室(38b，38c)的出口对齐；
二个附加的充气室(46a，46b)分别与用于接受附加的气体产物的相对器壁(36c，36d)连接在一起，附加的充气室位于容器(36)的不同于第一次所述的充气室(38b，38c)的水平上；
多个入口孔(50a，50b)延伸通过每个相对器壁(36c，36d)并且分别与附加的充气室(46a，46b)对齐，这些附加的充气室用于在不同于第一次所述的气体产物导入水平的位置上将附加的气态产物导入容器(36)内部；以及
附加的充气室(38a)与用于接受附加气态产物的容器(36)的顶部(36e)连接在一起，并且与通过顶部(36e)形成的、用以将后面的附加气态产物从顶部(36e)向下导入容器(36)内的入口孔对齐，以及
容器(36)的出口(40)用于排放处理过的气体产物。
2.权利要求1的反应器，它还包括将水导入在相对器壁之间的容器的一个区域内以润湿气态产物的装置。
3.权利要求1的反应器，它还备有在水导入装置上方排放后面附加气态产物的装置。
4.权利要求1的反应器，其中备有烟栅格板以破碎气态产物成为许多料流，以促进润湿作用和引导气态产物进入容器和离开它们各自相对的器壁。
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