CN104437069A - 膜分离循环流化床脱硫除尘装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膜分离循环流化床脱硫装置，其特征在于，包括从下至上依次分布的底部排灰槽，旋风分离器、文丘里管束、柱体流化床和膜分离器，一体化立式布置，自下而上依次为排灰段、预处理段，烟气加速段、反应段和顶部除尘段；文丘里管上部设有雾化器和脱硫吸收剂喷头；旋风分离器侧壁上设有进气口，柱体流化床下设有灰斗；膜分离器上部为烟气出口；旋风分离器的排灰管连接底部排灰槽；旋风除尘器的出气口与文丘里管相连。该脱硫装置是一种集膜过滤技术、活性炭吸附技术、循环流化床技术和旋风分离技术于一体的烟气净化装置。分离膜截留下的吸收剂颗粒直接落在流化床反应区继续参与反应，在实现吸收剂循环利用的同时，高效控制PM2.5的排放。

Description

膜分离循环流化床脱硫除尘装置及方法

技术领域

本发明涉及一种(半)干法脱硫的，烟气除尘脱硫一体化技术，具体为一种循环流化床烟气脱硫除尘一体化装置及工艺，属于烟气治理技术领域。

背景技术

近年来，国家出台一系列严厉的大气污染控制标准，比如重点地区燃煤火电厂的SO₂排放标准为50mg/m³，粉尘排放标准为20mg/m³，随着国家对环境保护的要求越来越严格，烟气粉尘和SO₂排放标准会越来越高。

陶瓷(金属)膜材料相比有机纤维滤材，其强度大、耐高温、耐酸碱性、耐腐蚀、使用寿命长、易清灰，在一些恶劣的环境中优势非常明显。膜过滤技术能够在不增加阻力的情况下提高过滤效果，实现对PM2.5的截留，达到超低排放；而通过负载催化剂或吸附剂使得其在除尘的同时具有净化其他气体污染物的作用，是膜分离技术在气固分离方面的一个重要发展方向。

目前对于循环流化床脱硫工艺，都是在脱硫塔工艺后添加除尘器，通过物料再循环系统，将吸收剂返回到脱硫塔循环利用，使得整套脱硫除尘装置占地面积较大，而对于不少机组的脱硫改造工程，往往场地十分紧张，不宜过多布置其他设备；由于反应会产生大量超细小颗粒PM2.5，其中包括未反应完全的吸收剂颗粒，现有的除尘器不能有效回收而流失，增加了生产成本，同时导致出口烟气颗粒物排放超标。

中国专利申请公开号CN102671535 A介绍了一种半干式循环流化床烟气脱硫除尘一体化净化工艺及装置。该方法将脱硫塔与除尘器分开布置，旋风分离器分离烟气中的粗颗粒吸收剂，在进入二级除尘器，分离烟气中的细颗粒吸收剂，分离得到的吸收剂再次进入反应塔内循环。该方法和装置工艺复杂，能耗高，并且所谓一体化只是工艺的组合，并不是严格意义上的一体化装置，而且没有预处理措施，烟气中的飞灰会严重影响脱硫效果。

中国专利申请公开号CN102210973 A介绍了一种用于SO₂的半干法脱硫除尘一体化装置，分离区设置在整个装置顶部，省去了循环输灰系统，适合SO₂浓度低于1500mg/Nm³时使用。但装置为四方形，装置内部存在死角，易结垢、堵塞，存在气流分布不均匀的可能。

发明内容

本发明目的是，为了克服传统循环流化床脱硫占地面积较大、脱硫效率地、吸收剂利用率低和出气粉尘排放不易达标等缺点，提供了集膜分离技术、吸附技术、流化床技术和旋风分离技术于一体，可对锅炉烟气进行高效净化，实现超低排放，并且工艺简单，能耗低，占地面积更小的膜分离烟气净化装置。

本发明技术方案是：一种膜分离循环流化床脱硫除尘装置，包括从下至上依次分布的底部排灰槽，旋风分离器、文丘里管束、柱体流化床和膜分离器，一体化立式布置，自下而上依次为排灰段、主要由旋风分离器构成的预处理段，主要由文丘里管束构成有烟气加速段、主要由柱体流化床构成的反应段、主要由膜分离器构成的顶部除尘段；文丘里管上部设有雾化器和脱硫吸收剂喷头；旋风分离器侧壁上设有进气口，柱体流化床下设有灰斗。膜分离器上部为烟气出口。旋风分离器的排灰管连接底部排灰槽。旋风分离器可根据烟气量大小调整分离器数量，旋风分离器并联布置，旋风除尘器的出气口与文丘里管相连，并且设有导流管，使烟气烟气分布均匀。

所述膜分离器包括分离膜组件、烟气加热器，反吹系统，分离膜组件由膜管支撑架和固定在支撑架上的膜管构成；烟气加热器设置在膜分离器的净烟气出口段，膜管内部设有加电元件；膜管支撑架的顶部设有上封头，上封头和膜管支撑架之间为集气室；上封头顶部开有烟气出口和脉冲反吹气体入口。

所述的分离膜组件由陶瓷、金属或者金属复合材料构成的管式、蜂窝状六边形的分离膜组成，所述的膜管直径为5-20cm，平均孔径0.01-100μm。

所述的膜管为一段封闭一段敞口的管式或者蜂窝状分离膜，所述膜管的管壁由外向内依次设置的膜层、过渡层、多孔支撑体层、吸附剂颗粒层和内嵌层的四层或四层以上的结构。

所述的外膜层的孔径为0.01-1μm，过渡层10-20μm、多孔支撑体层孔径为10-100μm，内嵌层孔径为10-100μm。

所述吸附剂颗粒为活性炭或活性焦，颗粒粒径为0.1-1mm，用于吸附SO₂、对氮氧化物、汞、二噁英、呋喃、重金属和挥发性有机物。吸附剂的再生是通过放置在膜管内部的加电元件加热解吸。吸附剂可在线解吸，解吸出的高浓度SO₂气体被泵吸入储罐，用于生产硫酸。上述分离膜使用寿命长，更换周期至少6年。

所述的文丘里管束为位于筒体圆周的边缘。所述的文丘里管束中心为灰斗，灰斗连接底部灰槽。所述文丘里管是由位于底部的导入管、位于上部的扩张管和链接导入管与扩张管的喉管构成。吸收剂的进料口设在文丘里管束的上部，距离文丘里管800-1200mm，雾化器位于进料口上部，距离1000-1500mm。

所述的脱硫装置的烟气进口、灰斗和底部灰槽都设有外排灰口和防堵装置。

烟气可通过风机提供动力，风机为罗茨风机，可设置在烟气进口前，也可以设置在烟气出口后。

所述的流化床系统由圆筒体和文丘里管和灰斗构成，自下而上依次为加速段、反应段、顶部出口段；文丘里管上部设有雾化器和石灰浆液喷头。

所述的文丘里管是由位于底部的导入管、吸收剂的进料口设在文丘里管束的上部，距离文丘里管800-1200mm，对喷嘴处的磨损很小，为长时间保护，此区域的钢比其他厚约4-10mm。雾化器位于进料口上部，距离1000-1500mm。

所述旋风分离器可根据烟气量大小调整分离器数量，旋风分离器并联布置，旋风除尘器的出气口与文丘里管相连，并且设有导流管，使烟气烟气分布均匀。旋风分离器的排灰管连接底部排灰槽。

所述的脱硫装置的烟气进口、灰斗和灰槽底部都设有外排灰口和防堵装置。

在上述装置基础上除尘脱硫工艺，锅炉出来的烟气从脱硫装置底部进入旋风分离系统，旋风分离系统将烟气中携带的粗颗粒去除后进入流化床，烟气中的酸性气体与流化床喷入的脱硫吸收剂和水反应，产生大量细小颗粒(飞灰、亚硫酸钙和未反应完全的Ca(OH)2)，其中含有大量PM2.5，这些颗粒物被顶部的膜分离器直接拦截，通过反吹清灰回到流化床反应区继续参与反应，实现吸收剂的循环利用，同时去除PM2.5，脱硫除尘后的洁净烟气经过膜管中的吸附层时进行二次脱硫，同时将部分氮氧化物、汞、二噁英、呋喃、重金属和挥发性有机物一并吸附，最后经过风机进入烟囱排出，脱硫装置内的脱硫副产物颗粒通过灰斗输送至底部灰槽。

本脱硫装置是一种集膜过滤技术、活性炭吸附技术、循环流化床技术和旋风分离技术于一体的烟气净化装置。分离膜截留下的吸收剂颗粒直接落在流化床反应区继续参与反应，在实现吸收剂循环利用的同时，高效控制PM2.5的排放；同时所述的分离膜具有吸附功能，可去除PM2.5的同时，对SO₂等污染物进行二次净化。本装置为一体化设计，脱硫除尘过称在一个脱硫装置内同时完成，结构简单，占地面积小，使用寿命长，脱硫效率能达到98％，出口含尘气体浓度低于5mg/m³，特别适用于处理SO₂浓度低于1000mg/m³的烟气。

本发明的有益效果是，本发明是克服传统的循环流化床脱硫技术占地面积较大、脱硫效率地、吸收剂利用率低和出气粉尘排放不易达标等缺点，本发明体积小，集膜分离技术、吸附技术、流化床技术和旋风分离技术于一体，可对锅炉烟气进行高效净化，净化效果能够达到国家的新标准。

附图说明

图1为本发明膜分离循环流化床实施例的结构示意图；

图2为文丘里管束结构示意图；

图3为管状分离膜结构示意图。

图中主要部件说明：1进气口；2底部灰槽；3旋风分离器；4文丘里管束；5灰斗；6雾化器接口；7脱硫剂接口；8流化床；9膜分离器；91膜层；92过渡层；93支撑体层；吸附剂颗粒层；10出气口。

具体实施方式

下面结合图1-图3中所示膜脱硫装置及其部件进一步阐述发明原理及装置运行。

如图1所示的膜分离循环流化床脱硫装置，旋风分离器3烟气出口通过导流管连接文丘里管束，流化床筒体顶部8连接膜分离器9。文丘里管4上部设有雾化器接口6和脱硫剂接口7，文丘里管束4的中心设有灰斗5，灰斗5连接底部灰槽2。

如图2所示，本实施例的文丘里管束包括了均匀分布在筒体边缘的六个文丘里管4，管束中心为灰斗5。

如图1所示，烟气同时进入两个并联的旋风分离器3，用于去除烟气中的大颗粒物，粉尘去除率超过50％，旋风分离器出口连接导流管进入文丘里管4，烟气通过文丘里管的加速，形成紊流，与水滴和石灰石浆液充分混合，在流化床8的反应段发生气液固三相反应，生成亚硫酸钙颗粒物，烟气夹带着颗粒物被膜分离期9截留，截留下的颗粒物被反吹落在流化床8的反应段继续反应，同时洁净的烟气经过分离膜的吸附层，将残余的SO₂吸附，最后经过风机，由烟囱排出。由于流化床8已经将烟气中大部分酸性气体去除，并且分离膜截留了几乎所有的颗粒物，所以活性炭的使用寿命大大延长。流化床8中的颗粒物可通过灰斗5输送至底部灰槽2，然后补充新鲜的石灰石浆液继续循环反应。

膜组件包含多个陶瓷材料构成的管式膜，该膜管的内径为100mm，外膜孔径为0.5μm，过渡层为10-50μmμm，多孔支撑体层孔径为50-100μm。如图3所示，分离膜包括四层结构，依次为膜层91、过渡层92、支撑体层93、吸附剂颗粒层94。吸附剂颗粒层用于吸附残余的SO₂，对部分氮氧化物、汞、二噁英、呋喃、重金属和挥发性有机物也有一定的吸附效果。吸附剂为活性炭颗粒。分离膜管一段开口，另一端封闭。分离膜孔径最小的外膜层设置在烟气进入端，用于截留颗粒物，同时保护吸附剂颗粒层。烟气依次通过分离膜的外膜层、过渡层，多孔支撑体层，吸附剂颗粒层净化后，经过膜内侧通道，由开口端排出。

最后要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的形式和细节进行修改或同等替换，而不脱离所附本权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种膜分离循环流化床脱硫装置，其特征在于，包括从下至上依次分布的底部排灰槽，旋风分离器、文丘里管束、柱体流化床和膜分离器，一体化立式布置，自下而上依次为排灰段、预处理段，烟气加速段、反应段和顶部除尘段；文丘里管上部设有雾化器和脱硫吸收剂喷头；旋风分离器侧壁上设有进气口，柱体流化床下设有灰斗；膜分离器上部为烟气出口；旋风分离器的排灰管连接底部排灰槽；旋风除尘器的出气口与文丘里管相连。

2.根据权利要求书1所述的膜分离循环流化床脱硫装置，其特征在于，所述膜分离器包括分离膜组件、烟气加热器，反吹系统，分离膜组件由膜管支撑架和固定在支撑架上的膜管构成；烟气加热器设置在膜分离器的净烟气出口段，膜管内部设有加热元件；膜管支撑架的顶部设有上封头，上封头和膜管支撑架之间为集气室；上封头顶部开有烟气出口和脉冲反吹气体入口。

3.根据权利要求书2所述的膜分离循环流化床脱硫装置，其特征在于，所述的分离膜组件由陶瓷、金属或者金属复合材料构成的管式、蜂窝状六边形的分离膜组成，所述的膜管直径为5-20cm，平均孔径0.01-100μm。

4.根据权利要求书3所述的膜分离循环流化床，其特征在于，所述的膜管为一段封闭一段敞口的管式或者蜂窝状分离膜，所述膜管的管壁由外向内依次设置的膜层、过渡层、多孔支撑体层、吸附剂颗粒层和内嵌层的四层或四层以上的结构。

5.根据权利要求书4所述的膜分离循环流化床，其特征在于，所述的外膜层的孔径为0.01-1μm，过渡层10-20μm、多孔支撑体层孔径为10-100μm，内嵌层孔径为10-100μm。

6.根据权利要求书4所述的膜分离循环流化床，其特征在于，所述吸附剂颗粒为活性炭或活性焦，颗粒粒径为0.1-1mm，用于吸附SO₂、氮氧化物、汞、二噁英、呋喃、重金属和挥发性有机物。

7.根据权利要求书1-6之一所述的膜分离循环流化床，其特征在于，所述的文丘里管束为位于筒体圆周的边缘；所述的文丘里管束中心为灰斗，灰斗连接底部灰槽；所述文丘里管是由导入管、扩张管和链接导入管与扩张管的喉管构成；吸收剂的进料口设在文丘里管束的上部，距离文丘里管800-1200mm，雾化器位于进料口上部，距离1000-1500mm。

8.根据权利要求书7所述的膜分离循环流化床，其特征在于，所述的文丘里管是由位于底部的导入管、吸收剂的进料口设在文丘里管束的上部，距离文丘里管800-1200mm，吸收剂的进料口区域的钢板加厚4-10mm。

9.根据权利要求书7或8所述的膜分离循环流化床，其特征在于，所述的雾化器位于进料口上部，距离进料口1000-1500mm。

10.根据权利要求1-9之一所述的膜分离循环流化床脱硫除尘系统的除尘脱硫方法，其特征在于：锅炉出来的烟气从脱硫装置底部进入旋风分离系统，旋风分离系统将烟气中携带的粗颗粒去除后进入流化床，烟气中的酸性气体与流化床喷入的脱硫吸收剂和水反应，产生大量细小颗粒及PM2.5，这些颗粒物被顶部的膜分离器直接拦截，通过反吹清灰回到流化床反应区继续参与反应，实现吸收剂的循环利用，同时去除PM2.5，脱硫除尘后的洁净烟气经过膜管中的吸附层时进行二次脱硫，同时将部分氮氧化物、汞、二噁英、呋喃、重金属和挥发性有机物一并吸附，最后经过风机进入烟囱排出，脱硫装置内的脱硫副产物颗粒通过灰斗输送至底部灰槽。