CN104548920A - 一种脱硫装置及脱硫方法 - Google Patents
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Abstract
本发明包括一种脱硫装置，包括风机、石灰石仓、储气罐和循环流化床锅炉，其特征在于：循环流化床锅炉包括炉膛、返料管和方形分离器，该方形分离器的上部与所述炉膛的上部连通，所述方形分离器的下部通过返料管与所述炉膛的下部连接，炉膛上设有落煤管；风机通过加热装置与石灰石仓的底部连接，石灰石仓的上部连接有袋式除尘器，石灰石仓的下端通过卸料阀与给料机连接，给料机上连接有给料管，同时储气罐也与给料管连接，给料管与落煤管连接。本发明还包括利用所述脱硫装置的一种脱硫工艺，石灰石的输送速度为12m～14m/s，气固比为1∶3~6。本发明降低了设备的生产成本，并且提高了循环流化床锅炉的脱硫效果，具有良好的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于锅炉设备技术领域，具体涉及一种脱硫装置及脱硫方法。
背景技术
锅炉燃煤脱硫方法多种多样，其中，循环流化床锅炉（简称CFB锅炉）为较为成熟的清洁燃烧方式之一，环保性能良好，可以方便实现炉内脱硫，在国内得到迅速的发展。特别是CFB干法脱硫装置以其投资小、运行成本低、无二次污染等优点被广为采用。
循环流化床锅炉燃烧技术使用的分离器目前以圆形分离器居多，圆形分离器制造难度大，制造成本高，对石灰石粒径精度要求较高，工业实施成本居高不下；方形分离器及其它非圆形分离器制造成本低廉，工业实施中易于维护检修，很好地弥补了圆形分离器的上述缺陷，但同时，方形分离器及其它非圆形分离器也存在着分离效率较低这一弊端，从而影响了在工业实施中的推广和应用。
用圆形分离器的循环流化床锅炉，虽然制造成本较高，但对于1mm以下的石灰石颗粒捕挤能力较强，故而可以满足常规的分离和脱硫要求。但同样的，在方形分离器中，1mm以下的石灰石颗粒极易随灰飞逃逸，造成参与脱硫反应的石灰石有效数量不足，且反应时间不够，直接导致了脱硫效率的低下，随着石灰石颗粒的逃逸，需不断补充更多的石灰石参与到反应中去，从而导致钙硫比的升高和生产成本的居高不下。邹峥《石灰石粒度分布对CFB炉内脱硫的影响》一文中曾指出“一般认为脱硫的粒径范围为0.1-0.5mm。” 2011年上海交通大学李善涛在《石灰石粒径分布对CFB锅炉脱硫效率影响研究》中指出：“确保合理的石灰石入炉粒径分布，使0.2～1.0mm粒径段的石灰石质量份额提高到80%以上时可显著提高炉内脱硫效率。”但事实运行情况是1.0mm以下的石灰石粒径在方形分离器中绝大部分都随飞灰逃逸，工业应用中分离效率较低，虽然方形分离器具备制造成本低廉、维护实施便捷等技术优势，但在现有工业应用中已逐渐显现出其不利于实施的一面。
目前的循环流化床锅炉石灰石常规加入口一般设置在炉顶、水冷壁侧面、返料斜腿处，容易造成锅炉燃烧稳定性差，容易出现灭火、结焦、磨损炉膛壁等不利问题；由于加入口位置较高，理论上循环回收利用的石灰石粉在由上自下进入高温炉膛的过程中极易随着气流逸出，造成实际利用率偏低，且随着石灰石粉由高处加入炉内，对已经形成的反应气流平衡造成冲击和破坏，干扰了脱硫反应的进行，不利于反应效率的提高和稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种设备简单、成本较低、脱硫效果较好的脱硫装置及脱硫方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种脱硫装置，包括风机、石灰石仓、储气罐和循环流化床锅炉，循环流化床锅炉包括炉膛、返料管和方形分离器，该方形分离器的上部与所述炉膛的上部连通，所述方形分离器的下部通过返料管与所述炉膛的下部连接，炉膛上设有落煤管；风机通过加热装置与石灰石仓的底部连接，石灰石仓的上部连接有袋式除尘器，石灰石仓的下端通过卸料阀与给料机连接，给料机上连接有给料管，同时储气罐也与给料管连接，给料管与落煤管连接。
给料管与落煤管的连接处，给料管、落煤管的外侧均浇注有耐高温耐磨浇注层。
所述耐高温耐磨浇注层为刚玉或棕刚玉浇注层。
所述给料管倾与落煤管的夹角为40~50°。
所述方形分离器内外分别为中心筒、方形水冷屏，中心筒上部分为圆柱形结构，下部分为自上而下向内收口的圆锥台结构；方形水冷屏内表面的直角面处分别紧固连接有表面为圆弧面的耐磨材料层；耐磨材料层的圆弧面与方形分离器上部分内表面的直角面相切。
所述圆锥台结构上下面的直径比为10：6~9；中心筒上下两部分的高度比为1：3~10。
圆弧面的耐磨材料层由刚玉或棕刚玉制成。
所述的所述的卸料阀、给料机均为两个。
所述的卸料阀为星形卸料阀。
利用所述的脱硫装置的脱硫方法，包括以下步骤：风机输出的空气经过加热装置加热后形成热风，热风通过石灰石仓的底部进入石灰石仓，对石灰石仓内的石灰石进行干燥，使之处于流化状态；经过干燥后的流化态石灰石通过卸料阀进入给料机，然后经给料机输送至给料管，储气罐内的仪表空气进入给料管，在给料管内与石灰石混合后通过给料管进入落煤管，然后经落煤管进入炉膛；保持循环流化床锅炉内温度为800~950℃，对燃煤进行脱硫和脱硝；所述石灰石的粒径为1.5-2.5mm；有效CaCO3含量为40-60%。
脱硫时，通过测量烟囱的SO2浓度，相应的通过卸料阀来控制给料机的给料量。
所述给料管对石灰石的输送速度为12m～14m/s，气固比（气固比为空气流量（kg/s)和石灰石输送量（kg/s)的比）为1∶3~6。
本发明产生的有益效果是，石灰石通过落煤管处入炉，入炉位置较低，接近密相区，石灰石粉进入炉膛时灰粉逸出率可大大降低，采用粒径为1.5-2.5mm粒径的石灰石，与方形旋风分离器结合，这三者结合，即降低了设备的生产成本，并且提高了循环流化床锅炉的脱硫效果，具有良好的经济效益；通过在给料管与落煤管的连接处浇注耐高温耐磨浇注层，延长了给料管与落煤管的使用寿命；通过对方形分离器上部分内表面的四个直角面处紧固连接表面为圆弧面的耐磨材料层，使气流沿分离器内壁进行旋转碰撞，从而提高分离器的气固分离效率，有效提高锅炉的运行效率；采用星形卸料阀及给料机设置成并联连接的两个给料系统，可实现对锅炉负荷的灵活调节，避免高负荷时脱硫效率不足或低负荷下脱硫剂及能源材料的浪费，在生产实践中具有很强的实用性；该方法在燃用含硫量低于1%的煤种时，可确保SO2排放浓度不大于200mg/Nm3。
附图说明
图1为本发明的脱硫装置结构示意图；
图2为方形分离器的俯视图；
图3为方形分离器的结构示意图。
图4为给料管与落煤管的连接处的结构示意图；
图5为中心筒的结构示意图；
图6为本发明的脱硫方法的流程示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1－5所示，一种脱硫装置，包括风机1、石灰石仓3、储气罐11和循环流化床锅炉14，循环流化床锅炉14包括炉膛9、返料管10和方形分离器8，该方形分离器8的上部与所述炉膛9的上部连通；所述方形分离器8内外分别为中心筒802、方形水冷屏801，中心筒802上部分为圆柱形结构，下部分为自上而下向内收口的圆锥台结构（圆锥台结构的上下面的直径比为10∶7，中心筒上下两部分的高度比为1∶7）；方形水冷屏801内表面的直角面处分别紧固连接有表面为圆弧面（圆弧面的半径为方形水冷屏801宽度的1/10）的耐磨材料层（由刚玉制成）15，耐磨材料层的圆弧面与方形分离器内表面的直角面相切；方形水冷屏801的下部分通过返料管10与炉膛9的下部连接，炉膛9上设有落煤管7；风机1通过加热装置2与石灰石仓3的底部连接，石灰石仓3的上部连接有袋式除尘器12，石灰石仓3的下端通过两个星形卸料阀4分别与两个给料机5并联连接，给料机5上连接有给料管6，同时储气罐11也与给料管6连接，给料管6与落煤管7连接。给料管6与落煤管7的连接处，给料管6、落煤管7的外侧均浇注有耐高温耐磨浇注层13（刚玉浇注而成）。所述给料管6与落煤管7的夹角为40°。
使用时，采用现有技术通过测量烟囱的SO2浓度，根据SO2浓度的大小相应地通过给料机5来控制星形卸料阀4的给料量。
如图6所示，所述的脱硫装置的脱硫方法，包括以下步骤：风机1输出的空气经过加热装置2加热后形成热风，热风通过石灰石仓3的底部进入石灰石仓3，对石灰石仓3内的石灰石进行干燥使之处于流化状态；经过干燥后的流化态石灰石通过星形卸料阀4进入给料机5，然后经给料机5输送至给料管6，储气罐11内的仪表空气在给料管6内与石灰石混合后，通过给料管6进入落煤管7，然后经落煤管7进入炉膛9；保持循环流化床锅炉炉膛9内温度为800℃，对燃煤进行脱硫和脱硝。所述石灰石的粒径为1.5-2.5mm，堆积密度为1.25t/m3，有效CaCO3含量40%。入炉煤硫含量0.58%，石灰石的输送速度为12m/s，气固比为1∶6，烟气原始排放SO2浓度3676mg/m3 ，脱硫后烟气排放中SO2浓度48mg/m3，达到的脱硫效率为98.69%。
对照试验1
采用常规的循环流化床锅炉中分离器为方形分离器的干法脱硫装置，入炉煤质S含量0.58%，石灰石的粒径为0.075~1mm，堆积密度为1.45t/m3，烟气原始排放SO2浓度3676mg/m3 ，脱硫后烟气排放中SO2浓度345mg/m3，达到的脱硫效率为90.61%。
实施例2
实施例2与实施例1所用的脱硫装置的不同之处在于：所述给料管4与落煤管7的夹角为50°，圆锥台结构的上下面的直径比为10∶6、中心筒上下两部分的高度比为1∶10。
实施例2的脱硫方法与与实施例1所用的脱硫方法的不同之处在于：保持循环流化床锅炉内温度为950℃，对燃煤进行脱硫和脱硝；入炉煤质S含量为 0.91%，石灰石的粒径为1.5-2.5mm ，有效CaCO3含量为60%，堆积密度为1.25t/m3，石灰石的输送速度为14m/s，气固比为1∶3，烟气原始排放SO2浓度4137mg/m3 ，脱硫后烟气排放中SO2浓度82mg/m3，达到的脱硫效率为98.02%。
对比实验2
采用常规的循环流化床锅炉中分离器为方形分离器的干法脱硫装置，入炉煤质S含量为 0.91%，石灰石的粒度0.03-1mm ，堆积密度为1.5t/m3，烟气原始排放SO2浓度4137mg/m3 ，脱硫后烟气排放中SO2浓度964mg/m3，达到的脱硫效率为76.69%。
实施例3
实施例3与实施例1所用的脱硫装置的不同之处在于：所述给料管4与落煤管7的夹角为45°，圆锥台结构的上下面的直径比为10：8、中心筒上下两部分的高度比为1：3。
实施例3的脱硫方法与与实施例1所用的脱硫方法的不同之处在于：保持循环流化床锅炉炉膛9内温度为900℃，对燃煤进行脱硫和脱硝；入炉煤质S含量为为0.39%，石灰石的粒径为1.5-2.5mm ，堆积密度为1.2t/m3，有效CaCO3含量为50%。石灰石的输送速度为14m/s，气固比为1∶6，烟气原始排放SO2浓度2313mg/m3 ，脱硫后烟气排放中SO2浓度43mg/m3，达到的脱硫效率为98.14%。
对比实验3
采用常规的循环流化床锅炉中分离器为方形分离器的干法脱硫装置，入炉煤质S含量为0.39%，石灰石的粒径为0.05-1mm，堆积密度为1.42t/m3，烟气原始排放SO2浓度3376mg/m3 ，脱硫后烟气排放中SO2浓度958mg/m3，达到的脱硫效率为71.59%。
实施例4
实施例4与实施例1所用的脱硫装置的不同之处在于：所述给料管4与落煤管7的夹角为46，圆锥台结构的上下面的直径比为10：9、中心筒上下两部分的高度比为1：8。
实施例4的脱硫方法与与实施例1所用的脱硫方法的不同之处在于：保持循环流化床锅炉炉膛9内温度为850℃，对燃煤进行脱硫和脱硝；入炉煤质S含量为 0.72%，石灰石粉的粒径为1.5-2.5mm ，堆积密度为1.3t/m3，有效CaCO3含量为55%。石灰石粉的输送速度为13m/s，气固比为1∶4，烟气原始排放SO2浓度3740mg/m3 ，脱硫后烟气排放中SO2浓度28mg/m3，达到的脱硫效率为99.25%。
对比实验4
采用常规的循环流化床锅炉中分离器为方形分离器的干法脱硫装置，入炉煤质S含量为 0.72%，石灰石粉的粒径为0.03-1mm ，堆积密度为1.5t/m3，烟气原始排放SO2浓度3740mg/m3 ，脱硫后烟气排放中SO2浓度752mg/m3，达到的脱硫效率为79.89%。
Claims (10)
1.一种脱硫装置，包括风机、石灰石仓、储气罐和循环流化床锅炉，其特征在于：循环流化床锅炉包括炉膛、返料管和方形分离器，该方形分离器的上部与所述炉膛的上部连通，所述方形分离器的下部通过返料管与所述炉膛的下部连接，炉膛上设有落煤管；风机通过加热装置与石灰石仓的底部连接，石灰石仓的上部连接有袋式除尘器，石灰石仓的下端通过卸料阀与给料机连接，给料机上连接有给料管，同时储气罐也与给料管连接，给料管与落煤管连接。
2.如权利要求1所述的脱硫装置，其特征在于：给料管与落煤管的连接处，给料管、落煤管的外侧均浇注有耐高温耐磨浇注层。
3.如权利要求1所述的脱硫装置，其特征在于：所述耐高温耐磨浇注层为刚玉或棕刚玉浇注层。
4.如权利要求1所述的脱硫装置，其特征在于：所述给料管与落煤管的夹角为40~50°。
5.如权利要求1所述的脱硫装置，其特征在于：所述方形分离器内外分别为中心筒、方形水冷屏，中心筒上部分为圆柱形结构，下部分为自上而下向内收口的圆锥台结构；方形水冷屏内表面的直角面处分别紧固连接有表面为圆弧面的耐磨材料层。
6.如权利要求5所述的脱硫装置，其特征在于：所述圆锥台结构上下面的直径比为10∶6~9，中心筒上下两部分高度比为1∶3~10。
7.如权利要求1所述的脱硫装置，其特征在于：所述的卸料阀、给料机均为两个。
8.如权利要求1所述的脱硫装置，其特征在于：所述的卸料阀为星形卸料阀。
9.利用如权利要求1所述的脱硫装置的脱硫方法，其特征在于，包括以下步骤：风机输出的空气经过加热装置加热后形成热风，热风通过石灰石仓的底部进入石灰石仓，对石灰石仓内的石灰石进行干燥，使之处于流化状态；经过干燥后的流化态石灰石通过卸料阀进入给料机，然后经给料机输送至给料管，储气罐内的仪表空气进入给料管，在给料管内与石灰石混合后通过给料管进入落煤管，然后经落煤管进入炉膛；保持循环流化床锅炉的炉膛温度为800~950℃，对燃煤进行脱硫和脱硝；所述石灰石的粒径为1.5-2.5mm。
10. 如权利要求9所述的脱硫方法，其特征在于，所述给料管对石灰石的输送速度为12m～14m/s，气固比为1∶3~6。
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