CN103721484A - 同轴短程快速循环协同脱除多种污染物的半干法烟气净化技术 - Google Patents

同轴短程快速循环协同脱除多种污染物的半干法烟气净化技术 Download PDF

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刁经中
徐纲
赵钰慧
黄灵芝
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北京博朗环境工程技术股份有限公司
刁经中
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Abstract

本发明的工艺设备为:进口烟道、消石灰仓、短程快速循环半干法烟气脱硫反应器、活性炭仓、袋式除尘器、净烟气烟道、烟囱、灰库、引风机、仓泵、流化底仓、水雾系统、回流烟道、内循环灰斗。本发明的核心设备是“短程快速循环半干法烟气脱硫反应器”。其结构配置合理,烟气流场、温度场、压力场、吸收剂流场、水雾流场都很均匀、稳定;吸收剂循环路径短,循环倍率高,脱硫效率高;装置可保持安全、稳定、长周期运行。活性炭仓位于反应区顶部中轴线处。活性炭直接投放到已经脱酸,并且脱除了大部分粉尘的烟气中,可以大大提高活性炭对于二恶英及重金属的吸附效率,减少活性炭的消耗量。

Description

同轴短程快速循环协同脱除多种污染物的半干法烟气净化技术

技术领域

[0001] 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、钢铁行业烧结机及各种工业窑炉的半干法循环流化床烟气净化技术。

背景技术

[0002] 半干法循环流化床烟气脱硫技术工艺简单、投资省、占地小、运行成本低、无二次污染(无废水排放)、脱硫效率高、设备基本不腐蚀,可用一般碳钢制造,符合中国国情,因而受到青睐。但其核心设备一反应器仍存在三大技术难题:①烟气流场、吸收剂流场、增湿水雾流场都很不均匀,甚至严重偏流或局部涡流;②脱硫灰粘壁、结团、塌床、堵塔多有发生,导致脱硫系统难以实现长周期稳定运行;③出口烟气含尘量太高(800〜1000g/Nm3),致使后部的袋式除尘器负荷过重,阻力降快速提高。这三大难题成为制约该技术的瓶颈。

发明内容

[0003] 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、气固分离最佳化,增湿活化水雾流场、烟气温度调控水雾流场都很均匀,主反应区吸收剂短程快速循环,实现高效脱硫,副反应区灵活调节烟气温度,有效防止设备腐蚀,可以协同脱除酸性气体、重金属及二恶英的半干法烟气净化技术。

[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的:

[0005] 本发明由左下角起,顺时针旋转依次为:进口烟道、消石灰仓、短程快速循环半干法烟气脱硫反应器、活性炭仓、袋式除尘器、净烟气烟道、烟囱、灰库、引风机、仓泵、流化底仓、水雾系统、回流烟道、内循环灰斗。

[0006] 本发明中的短程快速循环半干法烟气脱硫反应器,由下至上的结构依次为:进口烟道灰斗、直流流线型进口烟道、吸收剂入口、内循环灰斗、烟气加速器、循环灰回流入口管、主反应区扩散段筒体、主反应区增湿活化喷嘴、主反应区筒体、循环灰集灰斗、百叶窗式气固分离器、烟气上升通道、固定叶片旋流式气固分离器、声波吹灰器、副反应区烟气温度调控喷嘴、副反应区筒体及偏心环形烟气出口烟道。

[0007] 所述的进口烟道为方形水平烟道。

[0008] 所述的消石灰仓包括消石灰罐车、仓顶除尘器、气化板及星型卸灰阀。

[0009] 所述的短程快速循环半干法烟气脱硫反应器由主反应区、气固分离区和副反应区构成。其主要结构为:

[0010] 所述的直流流线型进口烟道截面为方形,包括直段、圆弧弯道、3片不等距圆弧形导流板、导流锥及扩散段。

[0011] 所述的内循环灰斗位于烟气加速器顶端板中心,灰斗底部设有螺旋输送机。

[0012] 所述的烟气加速器为6个拉瓦尔喷嘴。[0013] 所述的循环灰回流入口管为6个,分别与6个烟气加速器(拉瓦尔喷嘴)的喉口相接。

[0014] 所述的主反应区增湿活化喷嘴为6个高压细水雾喷嘴。

[0015] 所述的循环灰集灰斗为6个,位于主反应区筒体内表面(集灰口在外侧)。

[0016] 所述的百叶窗式气固分离器下部设有圆锥形隔板。

[0017] 所述的烟气上升通道,为主反应区脱硫烟气经过固定叶片旋流式气固分离器和百叶窗式气固分离器,脱除绝大部分脱硫灰以后,进入副反应区的烟气通道。

[0018] 所述的固定叶片式旋流气固分离器,位于反应器主反应区顶部,由圆锥底板、圆弧叶片和钟罩构成。

[0019] 所述的声波吹灰器,位于固定叶片式旋流气固分离器钟罩的顶部。

[0020] 所述的副反应区烟气温度调控喷嘴为3个高压细水雾喷嘴。

[0021] 所述的偏心环形烟气出口烟道为与副反应区筒体偏心的圆筒形平顶罩和向下倾斜的烟道构成。

[0022] 所述的活性炭仓采用变频调速星型卸灰阀;

[0023] 所述的袋式除尘器为长袋低压脉冲袋式除尘器;

[0024] 所述的净烟气烟道为圆形截面;

[0025] 所述的烟囱不必做特殊的防腐处理;

[0026] 所述的灰库包括库顶除尘器、气化板及星型卸灰阀;

[0027] 所述的引风机采用进气调节,最高工作温度为200°C ;

[0028] 所述的仓泵为低压稀相气力连续输送泵;

[0029] 所述的流化底仓包括罗茨风机及空气预热器;

[0030] 所述的水雾系统包括水箱、管道过滤器、水泵、6个高压细水雾增湿活化喷嘴和3个高压细水雾烟气温度调控喷嘴;

[0031] 所述的回流烟道为圆形截面;

[0032] 所述的内循环灰斗底部设有螺旋输送机。

[0033] 本发明采用实际工程的真实数据,经过严谨的工艺计算,并运用Fluent软件进行多相流流场分析加以验证,效果十分理想。

[0034] 本发明配置合理,烟气流场、温度场、压力场、吸收剂流场、增湿活化水雾流场、烟气温度调控水雾流场都很均匀、稳定;吸收剂循环路径短,循环倍率高;高压细水雾不仅能使吸收剂有效增湿活化,降低烟气温度,提高脱硫效率,而且可以避免湿壁、结垢、塌床等恶劣工况发生;固定叶片旋流式气固分离器和百叶窗式气固分离器可在很低的阻力降条件下,实现高效气固分离,有效降低反应器出口烟气的含尘量,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。

附图说明

[0035] 附图1是本发明专利的工艺流程示意图。

[0036] 附图1包括:1.进口烟道、2.消石灰仓、3.短程快速循环半干法烟气脱硫反应器、

4.活性炭仓、5.袋式除尘器、6.净烟气烟道、7.烟囱、8.灰库、9.引风机、10.仓泵、11.流化底仓、12.增湿活化及烟气温度调控水雾系统、13.回流烟道、14.内循环灰斗。[0037] 附图2为短程快速循环半干法烟气脱硫反应器,其主要结构为:1.进口烟道灰斗、

2.直流流线型进口烟道、3.吸收剂入口、4.内循环灰斗、5.烟气加速器、6.循环灰回流入口管、7.主反应区扩散段筒体、8.主反应区增湿活化喷嘴、9.主反应区筒体、10.循环灰集灰斗、11.百叶窗式气固分离器、12.烟气上升通道、13.固定叶片旋流式气固分离器、14.声波吹灰器、15.副反应区烟气温度调控喷嘴、16.副反应区筒体、17.偏心环形烟气出口烟道。

具体实施方式

[0038] 参见图2,本发明的独特结构为:带有3片不等距圆弧形导流板的直流流线型进口烟道、带有螺旋输送机的内循环灰斗、“拉瓦尔喷嘴”式烟气加速器、高压细水雾增湿活化喷嘴及烟气温度调控喷嘴、固定叶片旋流式气固分离器、带有波纹状叶栅的百叶窗式气固分离器、声波吹灰器和偏心环形烟气出口。

[0039] 燃煤电厂锅炉(工业锅炉或工业窑炉)的出口烟气,从本反应器底部进入直流流线形进口烟道2,新鲜消石灰(吸收剂)经过吸收剂入口 3进入烟道,与原烟气一起经过3片不等距圆弧形导流板,继续向上运动,通过6个烟气加速器5进入反应器主反应区;

[0040] 锅炉出口烟气中体积较大、较重的颗粒物积存于进口烟道灰斗1,定期排出;

[0041] 主反应区脱硫烟气经过固定叶片旋流式气固分离器13,烟气中的固相颗粒物(吸收剂及反应产物,统称“脱硫灰”或“循环灰”)被甩向叶片壁面,又靠斜向下的惯性离心力及重力的联合作用,沿叶片壁面向下滑落;再经过百叶窗式气固分离器11,被分离出来的颗粒较大的,含有大量没有完全反应的吸收剂(亦称“循环灰”,)落入6个附在主反应区筒体内壁的循环灰集灰斗10向下流动,经过6个循环灰回流入口管6,从烟气加速器5的喉口处进入烟气加速器;由于烟气加速器喉口处烟气的流速在瞬间被提高3倍以上,使得喉口侧边开口处产生负压,可把循环灰顺利吸入烟气加速器,并与新鲜消石灰、锅炉出口烟气混合,一起进入主反应区;

[0042] 与新鲜消石灰、循环灰混合的烟气经过6个烟气加速器,均匀弥散于主反应区全空间,而安装在烟气加速器扩散段上方的6个增湿活化喷嘴8喷射出的I〜10 μ m的高压细水雾,可在瞬间蒸发,使烟气迅速降温,使消石灰增湿活化,与烟气中的酸性气体(S03、S02、HCl、HF、NOx等)发生离子化反应,达到脱酸的目的;

[0043] 此时主反应区内的固相颗粒物不断碰撞,消石灰表面与酸性气体的反应产物(粉状,盐类物质)被剥离,随烟气向上运动;体积较大的颗粒团难以随烟气上升,而聚集于主反应区中部,落入内循环灰斗4,经螺旋输送机排出;

[0044] 安装于固定叶片旋流式气固分离器13顶部的声波吹灰器14定时开启,用以清除附着于器壁表面的积灰;

[0045] 通过固定叶片旋流式气固分离器13及百叶窗式气固分离器11的脱硫烟气,经过烟气上升通道12,进入副反应区,根据此时的烟气温度,适当调整3个烟气温度调控喷嘴15的喷水量,将烟气温度控制在露点温度以上15°C〜20°C,确保设备不腐蚀;在此区域内继续进行脱硫反应;同时在副反应区顶部中心处加入活性炭,与携带细粉尘(脱硫灰)的脱硫烟气混合,经过偏心环形出口烟道进入后部的袋式除尘器。

[0046] 参见附图1,从反应区顶部偏心环形出口烟道出来的,带有活性炭、脱硫灰的烟气进入袋式除尘器,协同脱除多种污染物(脱酸、脱二恶英、脱重金属),并除尘(脱硫灰);[0047] 净化了的烟气通过净烟气烟道6,由引风机9送入烟囱7,将达标的烟气排至大气;

[0048] 带有极少量二恶英、重金属的脱硫灰,经流化底仓11送入仓泵10 ;再经气力输送将脱硫灰送入灰库8 ;定期送至脱硫灰稳定、固化处理工段;

[0049] 增湿活化及烟气温度调控水雾系统12,包括水箱、管道过滤器、水泵、主反应区增湿活化喷嘴及副反应区烟气温度调控喷嘴。通过高压细水雾实现吸收剂的离子化脱酸反应,实现脱硫烟气温度的灵活调控;

[0050] 当锅炉出口烟气量太小,反应器3难以正常工作时,将一部分净烟气通过回流烟道13,送回进口烟道1,以保证反应器正常运行;

[0051] 反应器主反应区内,体积较大的颗粒团难以随烟气上升,而聚集于主反应区中部,落入内循环灰斗14,经螺旋输送机排出。

[0052] 本发明的优点在于:

[0053] I)直流流线型进口烟道: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;该结构优于德国Wulff公司的双侧进气结构,优于德国LLAG公司的直流式(两个135°折角弯头)进气结构,更优于国内传统的单侧垂直正交进气结构。

[0054] 2)内循环灰斗:底部带有螺旋输送机。可以随时收集主反应区内原烟气中颗粒较大、密度较大的固形物或脱硫灰团,并及时排出,改善主反应区的内循环环境。

[0055] 3)烟气加速器:采用拉瓦尔喷嘴,其喉口高速段的长度远远小于国内外CFB法文丘里喉口高速段的长度,因此其阻力降大大降低。由于烟气加速器喉口处烟气的流速在瞬间被提高3倍以上,使得喉口侧边开口处产生负压,可把循环灰顺利吸入烟气加速器,并与新鲜消石灰、锅炉出口烟气混合,一起进入主反应区。可在瞬间有效提高烟气的动能,实现烟气对固体颗粒物(吸收剂)的加速作用,确保吸收剂均匀地悬浮在烟气中,使气固两相充分混合、碰撞、摩擦、传质、传热、反应。

[0056] 4)主反应区增湿活化喷嘴及副反应区烟气温度调控喷嘴:采用高压细水雾喷嘴,水雾持续均匀,雾粒直径小,通常为I〜10 μ m,最小可达纳米级,比表面积大大超过一般的水雾,雾粒速度高、密度大,可以迅速蒸发、吸热、降温;可使吸收剂表面迅速湿润,增湿活化,有效提高其反应活性;并极大地增加吸收剂与S03、S02、HCL、HF等酸性气体接触的水膜表面积,在气态、液态和介于气液之间的汽化状态下使得S03、S02、HCL、HF等酸性气体,经过吸收、增湿、凝聚、摩擦、碰撞、传质、传热、离子化反应,从而达到高效脱酸的目的。由于均匀的烟气流场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而造成的湿壁效应,避免粘壁、结垢、结团、塌床、堵塔现象发生,保证装置安全、稳定、长周期运行。

[0057] 5)固定叶片旋流式气固分离器:烟气沿着直流福射方向,进入向下倾斜的切向旋流通道,烟气中的颗粒物获得一个小的加速后,得到足够的倾斜旋转向下的惯性离心力,而向导流板的迎风面聚集,贴向导流板的边壁移动,靠斜向下的惯性离心力及重力的联合作用,沿叶片壁面向下滑落,达到气固分离的目的。

[0058] 6)百叶窗式气固分离器:采用波纹状叶栅,下部设有圆锥形隔板。通过固定叶片旋流式气固分离器的烟气向下流动,撞击百叶窗式分离器的波纹状叶栅,其中的固体颗粒向波谷汇集并分离,烟气则从叶栅的波峰扰流。在叶栅的下方设置圆锥形隔板,可有效减轻颗粒物的二次夹带。

[0059] 7)固定叶片旋流式气固分离器和百叶窗式气固分离器的联合作用,起到颗粒物分级的作用:来自主反应区烟气中的吸收剂在这里激烈碰撞摩擦,可以有效地剥离吸收剂表面的脱硫(脱酸)产物,而将颗粒尺寸较大、较重的吸收剂分离下来,通过循环灰集灰斗、循环灰回流入口管和烟气加速器返回主反应区,继续参与脱酸反应;被剥离下来的脱硫(脱酸)产物,由于颗粒尺寸小、质量轻,很容易被烟气带到副反应区,再与活性炭混合,经过偏心环形出口烟道进入后部的袋式除尘器。

[0060] 8)声波吹灰器:将压缩空气转换成大功率的声波,使反应器内各部件表面的积灰受到以一定频率交替变化的疏密波的反复拉压作用,破坏和阻止粉尘颗粒与反应器内件壁面的结合,使烟气与粉尘颗粒产生振荡,使之处于悬浮状态,以便被烟气带走;声波可以贯穿和清洁难以达到的位置,有效吹灰半径可达7〜10m,无死角;被清理的表面不会产生机械磨损;运行费用低,技术成熟可靠。

[0061] 9)循环灰从拉瓦尔喷嘴式烟气加速器喉部进入,相当于喷射泵原理,既有利于提高百叶窗式气固分离器的分离效率,又有助于吸收剂在反应器主反应区的均匀分布。

[0062] 10)偏心环形烟气出口烟道:由与副反应区筒体偏心的圆筒形平顶罩和向下倾斜的烟道构成。采用该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,对保持反应器副反应区均匀的烟气流场、增大有效反应空间、降低反应器压力降比同心环形烟气出口更为有利。

[0063] 11)活性炭仓设在反应器副反应区顶部:有利于活性炭与脱硫烟气均匀混合;由于与基本完成脱硫(脱酸)反应,又已经经过有效气固分离的副反应区的脱硫烟气混合,可降低活性炭的消耗量;有利于提高协同脱除多种污染物的脱除效率。

Claims (14)

1.一种“同轴短程快速循环协同脱除多种污染物的半干法烟气净化技术”。其工艺设备包括进口烟道(I)、消石灰仓(2)、短程快速循环半干法烟气脱硫反应器(3)、活性炭仓(4)、袋式除尘器(5)、净烟气烟道(6)、烟囱(7)、灰库⑶、引风机(9)、仓泵(10)、流化底仓(11)、水雾系统(12)、回流烟道(13)、内循环灰斗(14)。其中,核心设备是“短程快速循环半干法烟气脱硫反应器(3) ”。
2.该技术的核心设备一“短程快速循环半干法烟气脱硫反应器(3)”的主要结构为:进口烟道灰斗(I)、直流流线型进口烟道(2)、吸收剂入口(3)、内循环灰斗(4)、烟气加速器(5)、循环灰回流入口管(6)、主反应区扩散段筒体(7)、主反应区增湿活化喷嘴(8)、主反应区筒体(9)、循环灰集灰斗(10)、百叶窗式气固分离器(11)、烟气上升通道(12)、固定叶片旋流式气固分离器(13)、声波吹灰器(14)、副反应区烟气温度调控喷嘴(15)、副反应区筒体(16)及偏心环形烟气出口烟道(17)。
3.根据权利要求2所述的“短程快速循环半干法烟气脱硫反应器”,其特征在于:所述的直流流线型进口烟道(2)为方形截面,包括直段、圆弧弯道、3片不等距圆弧形导流板、导流锥及扩散段。
4.根据权利要求2所述的“短程快速循环半干法烟气脱硫反应器”,其特征在于:所述的内循环灰斗(4)位于烟气加速器(5)顶端板中心,灰斗底部设有螺旋输送机。
5.根据权利要求2所述的“短程快速循环半干法烟气脱硫反应器”,其特征在于:所述的烟气加速器(5)为6个拉瓦尔喷嘴。
6.根据权利要求2所述的“短程快速循环半干法烟气脱硫反应器”,其特征在于:所述的循环灰回流入口管(6)为6个,分别与6个烟气加速器(拉瓦尔喷嘴)的喉口相接。
7.根据权利要求2所述的“短程快速循环半干法烟气脱硫反应器”,其特征在于:所述的主反应区增湿活化喷嘴(8),为6个高压细水雾喷嘴。
8.根据权利要求2所述的“短程快速循环半干法烟气脱硫反应器”,其特征在于:所述的循环灰集灰斗(10)为6个,位于主反应区筒体内表面。
9.根据权利要求2所述的“短程快速循环半干法烟气脱硫反应器”,其特征在于:所述的百叶窗式气固分离器(11)采用波纹状叶栅,下部设有圆锥形隔板。
10.根据权利要求2所述的“短程快速循环半干法烟气脱硫反应器”,其特征在于:所述的固定叶片旋流式气固分离器(13),位于反应器主反应区顶部,由圆锥底板、圆弧叶片和钟罩构成。
11.根据权利要求2所述的“短程快速循环半干法烟气脱硫反应器”,其特征在于:所述的声波吹灰器(14),位于固定叶片式旋流气固分离器钟罩的顶部。
12.根据权利要求2所述的“短程快速循环半干法烟气脱硫反应器”,其特征在于:所述的副反应区烟气温度调控喷嘴(15),为3个高压细水雾喷嘴。
13.根据权利要求2所述的“短程快速循环半干法烟气脱硫反应器”,其特征在于:所述的偏心环形烟气出口烟道(17),为与副反应区筒体偏心的圆筒形平顶罩和向下倾斜的烟道构成。
14.根据权利要求1所述的“活性炭仓”,位于反应区顶部中轴线处。
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