CN105107364A - 适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统,包括脱硫塔、布料机、物料提升输送装置和布袋除尘器,其中,脱硫塔为立式,布料机设于脱硫塔顶部,布料机下方的塔壁设有烟气入口,脱硫塔中部内侧设有1级以上雾化喷枪,同一级内的雾化喷枪距离塔底的高度相同;脱硫塔底部设有第一灰斗和烟气出口,烟气出口与布袋除尘器连通,布袋除尘器设有第二灰斗;各灰斗均与物料提升输送装置之间设有用于运输脱硫灰的输送装置。采用本发明的脱硫系统处理烟气,烟气的降温和脱硫剂的消化移至脱硫塔内,缩短了脱硫工艺流程;大大提高了气、液、固三相的接触表面积,脱硫效率高;设备少,易操作,对烟气流量、SO2浓度、温度的变化适应性强。
Description
技术领域
本发明涉及工业化烟气脱硫处理技术领域,具体涉及一种适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统。
背景技术
烟气脱硫技术主要分为干/半干法和湿法烟气脱硫技术。干/半干法烟气脱硫技术主要包括喷雾旋转干燥吸收工艺(SDA)、循环流化床烟气脱硫工艺(CFB)、密相干塔脱硫工艺等;湿法主要包括:石灰/石灰石-石膏湿法工艺、氨法烟气脱硫工艺、氧化镁湿法工艺等。
目前常用的半干法脱硫有两种,循环流化床半干法和密相塔半干法。循环流化床半干法的烟气从脱硫塔底部进入,和脱硫剂逆向接触,需要克服的系统阻力大,能耗高,在选型时风机的全压大。密相塔半干法的烟气从脱硫塔顶部进入,和脱硫剂顺流而下,需要克服的系统阻力小,在选型时风机的全压小,运行能耗低。
密相塔半干法是先将生石灰脱硫剂在加湿机里和水搅拌,生石灰消化变成Ca(OH)2,然后进入脱硫塔和烟气反应。在加湿机里搅拌空间有限,加水喷头易堵,生石灰在加湿机里堆积,生石灰和水接触面积小,液固两相接触表面积小,消化效果不好,影响到了在脱硫塔内和烟气的脱硫反应。
有鉴于此,特提出本发明。
发明内容
为了克服现有的烟气脱硫系统投资大、能耗高、操作难度大,对烟气流量、SO2浓度和温度的变化适应范围小、气液固三相接触表面积小、加水装置易堵等缺陷,提供一种新的烟气脱硫系统。
本发明提供的适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统,包括脱硫塔(1)、布料机(2)、物料提升输送装置(3)和布袋除尘器(4),其中,脱硫塔(1)为立式,布料机(2)设于脱硫塔(1)顶部,布料机(2)下方的塔壁设有烟气入口(11),脱硫塔(1)中部内侧设有1级以上雾化喷枪(12),同一级内的雾化喷枪(12)距离塔底的高度相同;脱硫塔(1)底部设有第一灰斗(131)和烟气出口(14),烟气出口(14)与布袋除尘器(4)连通,布袋除尘器(4)设有第二灰斗(132);第一灰斗(131)和第二灰斗(132)均与物料提升输送装置(3)之间设有用于运输脱硫灰的输送装置(5)。
顺流喷雾半干法脱硫工艺,是先将待处理的烟气与粉状未消化的脱硫剂混合,再喷以雾化水,使雾化水、烟气和脱硫剂充分接触,使脱硫剂得以消化,完成脱硫反应,脱硫后的烟气经除尘净化处理后排放。烟气脱硫工艺的脱硫反应过程主要有:
CaO+H2O→Ca(OH)2
Ca(OH)2+SO2+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O+H2O
Ca(OH)2+SO3+H2O→CaSO4·2H2O
CaSO3·1/2H2O+1/2O2+3/2H2O→CaSO4·2H2O
Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O
Ca(OH)2+2HCl→CaCl2+2H2O
Ca(OH)2+2HF→CaF2+2H2O。
本发明的脱硫系统将脱硫剂生石灰消化、降温、脱硫在脱硫塔内集中控制,通过把原有的生石灰消化反应在塔外进行移至塔内进行,烟气先与脱硫剂在脱硫塔顶部位置混合,再顺流而下,在塔内布置1~N级雾化喷枪,雾化水和生石灰、烟气在脱硫塔流场稳定区接触,大大提高了气液固三相的接触表面积,提高了脱硫效率。
作为一种优选方案,上述适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统中,所述雾化喷枪(12)沿脱硫塔(1)轴向自上而下设置2级以上,每一级至少对称设置2个雾化喷枪(12)。
需要处理的烟气通常温度较高,为了能够使脱硫反应高效率进行,需要对烟气进行降温处理,本发明的脱硫系统通过设置多级雾化喷枪,前级雾化水与烟气接触后,液态水遇高温蒸发带走大部分热量,烟气温度降低较快,使脱硫反应控制在最佳温度,同时完成部分脱硫剂生石灰的消化,后级雾化水则主要完成脱硫剂生石灰的消化,进行脱硫反应。通过多级雾化喷枪的设置,实现脱硫塔内温度和湿度的调节,形成理想的脱硫反应区域,使脱硫剂与SO2具有很好的反应活性,且通过控制各级雾化喷枪的出水量使得液态水的蒸发时间可调,大大延长了反应时间,极大地增加了反应速度。
对脱硫剂(包括循环使用的脱硫灰)的加湿活化是半干法脱硫系统设计中非常重要的一环,本发明脱硫系统的脱硫反应主要集中在表面富含液态水的脱硫剂与含硫烟气接触的瞬间,当脱硫剂表面含湿量均匀适中,在与烟气接触时,即可以提高脱硫效率,又可以防止脱硫剂含湿量过大时会产生的团聚结块以及布袋板结现象。在顺流设计的烟气脱硫系统中,含湿的脱硫剂在塔内与含硫烟气混合,随着烟气的流动而不断的蒸发表面的液态水,同时完成脱硫过程,当脱硫灰与烟气到达脱硫塔底部出口时,脱硫灰表面的液态水基本上已经蒸发为气态水,因此脱硫灰的含湿量大大降低,其流动性也增加,大部分的脱硫灰直接通过物料提升输送装置完成循环。
作为一种优选方案,上述适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统中,脱硫塔(1)内布料机(2)下方的空间还设有物料搅拌器(15)。
实际生产中,脱硫剂通常循环使用,第一灰斗(131)和第二灰斗(132)收集的脱硫灰通过运输脱硫灰的输送装置(5)运送至物料提升输送装置(3),再送到布料机(2)进行下一次脱硫,这时候的脱硫灰颗粒外表面通常结了一层由碳酸钙等构成的壳。物料搅拌器(15)的主要作用是强力破碎脱硫剂颗粒,使其不断裸露出新表面,提高反应活性,脱硫效率可高达95%以上,同时可以去除HCl、HF和部分氮氧化物等。
作为一种优选方案,上述适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统中,所述雾化喷枪(12)包括进水管(21)和进气管(22),由进水管(21)和进气管(22)的出口端汇合形成雾化管(24),雾化管(24)的另一端设有喷嘴(27),保护气套管(25)套设在雾化管(24)的外侧并延伸至喷嘴(27)处,保护气套管(25)与雾化管(24)之间形成一间隔空隙,且保护气套管(25)远离喷嘴(27)的一端与雾化管(24)封闭连接,保护气套管(25)与保护气管(23)连通。
本发明的脱硫系统中使用带有保护气的雾化喷枪,安装位置设置在脱硫塔中部,采用带有保护装置(保护气管)的气水雾化喷头,降温和脱硫反应段的塔体高度通常超过20m,可以保证降温和脱硫效果。另外在喷头处设置有压缩空气或氮气防堵喷吹装置(保护气套管),可以防止工艺水喷头的粘结堵塞。
更优选地,所述雾化喷枪(12)通过法兰盘(26)固定装设在脱硫塔(1)上,保护气套管(25)与雾化管(24)之间设有固定筋(211)支撑二者之间的空隙。雾化喷枪的安装采用套管法兰的连接方式,可以方便的拆卸及维修。
作为一种优选方案,上述适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统中,所述雾化喷枪(12)由供水水箱通过管路连接供水,管路上设有水量控制单元,水量控制单元包括互相串联的三级水量控制单元,其中,第一级水量控制单元包括计量泵(31),第二级水量控制单元包括流量计(32),第三级水量控制单元包括电动调节阀(33);所述管路上还设有多个用于控制管路开关大小的截止阀(34)。
本发明的脱硫系统中,工艺水控制采用三级控制的方式,首先通过计量泵精确控制水量,然后流量计计量,而后经过电动调节阀送入脱硫塔内的雾化喷枪,确保精确调整系统的加水量。脱硫剂加湿的水量适中,才能保证物料不结块,流动性好,同时也可以保证最优的脱硫效果;另外通过控制加水量保证操作温度高于露点,也不会产生腐蚀或冷凝现象,无废水产生。
更优选地,供水水箱与雾化喷枪(12)的入水口之间的管路上依次设置计量泵(31)、Y型过滤器(39)、电动调节阀(33)、止回阀(37)、流量计(32)、压力表(35)和电磁阀(38),其中计量泵(31)为多个并联,Y型过滤器(39)与电动调节阀(33)之间设有单独的管路与水箱连通。方便多方面控制出水,以及某部件损坏后的维修。
作为一种优选方案,上述适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统中,所述进气管(22)和保护气管(23)均与氮气管网通过管路连接,管路上设有压力表(35)和用于控制管路开关大小的截止阀(34)。水管路均与氮气管网在雾化喷枪处连接,通过设置在管路上的截止阀来调节各管路进气压力,方便分别调节各雾化喷枪的进气压力以及某结构部件损坏后的单独更换维修。
作为一种优选方案,以上任一所述的适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统,其特征在于,脱硫塔(1)的烟气入口(11)位置、各级雾化喷枪(12)安装位置、脱硫塔(1)底部烟气出口(14)位置均设有温度传感器;各温度传感器均与一工控机通信连接,工控机通过通信线路控制雾化喷枪(12)的出水量。
在脱硫塔内设计多个温度传感器进行温度分析,首先根据脱硫塔入口温度传感器输送至工控机的温度信号来定量计算理论上需要的加水量,而后又通过安装在吸收塔下端的温度传感器回馈测量,确保脱硫塔主体反应器的温度湿度条件,最终由安装在吸收塔出口的温度传感器测量的温度数值回馈给电动调节阀,调整系统的加水量。确保整个系统高效智能运转。
作为一种优选方案,上述适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统,布袋除尘器(4)的烟气出口端通过增压风机(6)与外排烟囱(7)连接。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
采用本发明的脱硫系统处理烟气,将脱硫剂生石灰消化、烟气降温、脱硫反应在脱硫塔内集中控制,通过把原有的生石灰消化反应在塔外进行移至塔内进行,能够大大缩短脱硫工艺流程,且本发明的脱硫系统设备少,容易操作。这是本发明的显著优点。
密相干塔通过脱硫塔顶部的加湿机加水,和密相干塔脱硫工艺相比,本发明的脱硫系统在脱硫塔中部设置多个雾化喷枪加水,使雾状的水与脱硫物料接触,增加了气、液、固三相的接触面积,提高脱硫效率。
本发明的适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统具有较强的适应性,对烟气流量、SO2浓度、温度的变化适应能力极强。
循环流化床脱硫的烟气从脱硫塔底部进入,烟气方向从下而上,系统阻力高,和循环流化床脱硫系统相比,本发明的脱硫系统脱硫布料装置和烟气入口均设置在脱硫塔顶部,物料根据重力作用顺流而下,减小了投资和能耗。
附图说明
图1是本发明适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统结构示意图;
图2是雾化喷枪结构示意图;
图3是水量控制单元管路结构示意图。
附图标记:1脱硫塔,2布料机,3物料提升输送装置,4布袋除尘器,5输送装置,6增压风机,7外排烟囱,11烟气入口,12雾化喷枪,131第一灰斗,132第二灰斗,14烟气出口,15物料搅拌器,21进水管,22进气管,23保护气管,24雾化管,25保护气套管,26法兰盘,27喷嘴,28压力表,211固定筋,31计量泵,32流量计,33电动调节阀,34截止阀,35压力表,36液位传感器,37止回阀,38电磁阀,39Y型过滤器。
具体实施方式
下面结合具体实施例,对本发明作进一步说明,以助于理解本发明的内容。
如图1所示,本发明的适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统,包括脱硫塔1、布料机2、物料提升输送装置3和布袋除尘器4,脱硫塔1为立式,布料机2设于脱硫塔1顶部,布料机2下方的塔壁设有烟气入口11,布料机2下方的空间还设有物料搅拌器15,沿脱硫塔1中部轴向自上而下设置三级雾化喷枪12,每一级至少对称设置两个,同一级内的雾化喷枪12距离塔底的高度相同。脱硫塔1底部设有第一灰斗131和烟气出口14,烟气出口14与布袋除尘器4连通,布袋除尘器4的烟气出口端通过增压风机6与外排烟囱7连接。布袋除尘器4设有第二灰斗132,第一灰斗131和第二灰斗132均与物料提升输送装置3之间设有用于运输脱硫灰的输送装置5。
如图2所示,雾化喷枪12包括进水管21和进气管22,由进水管21和进气管22的出口端汇合形成雾化管24,雾化管24的另一端设有喷嘴27,保护气套管25套设在雾化管24的外侧并延伸至喷嘴27处,保护气套管25与雾化管24之间形成一间隔空隙,该空隙由固定筋211支撑,且保护气套管25远离喷嘴27的一端与雾化管24封闭连接,保护气套管25与保护气管23连通。雾化喷枪12通过法兰盘26固定装设在脱硫塔1的内壁上。进水管21、进气管22和保护气管23上设有压力表28,用于监测每个管路中流体的压力情况。进气管22和保护气管23均与氮气管网通过总管路连接,总管路上设有压力表35,各管路设有用于控制管路开关大小的截止阀34。
雾化喷枪12由供水水箱通过管路连接供水,供水水箱上设有液位传感器36用于检测水箱内水量多少,水箱与雾化喷枪12的入水口之间的管路上依次设置计量泵31、Y型过滤器39、电动调节阀33、止回阀37、流量计32、压力表35和电磁阀38,形成三级水量控制单元,其中第一级水量控制单元包括计量泵31,第二级水量控制单元包括流量计32,第三级水量控制单元包括电动调节阀33;所述管路上还设有多个用于控制管路开关大小的截止阀34。另外,计量泵31为2个并联,每个计量泵31所在的单独管路上在计量泵31的进水口端和出水口端均设有截止阀34。Y型过滤器39与电动调节阀33之间设有单独的管路与水箱连通,主要目的是用于清理、维修、调试计量泵31。
在脱硫塔1的烟气入口11位置、各级雾化喷枪12安装位置、脱硫塔1底部烟气出口14位置均设有温度传感器;各温度传感器均与一工控机通信连接,工控机通过通信线路控制雾化喷枪12的出水量。
需要处理的烟气经原有电除尘器除尘后进入本发明脱硫系统烟气入口11,进入的烟气与布料机提供的脱硫剂混合,由下方设置的物料搅拌器15进行强力搅拌破碎,可以防止循环灰的团聚。经过定量布料后的脱硫剂顺着烟气并流而下,在脱硫塔1内的反应区域对称布置有3级每级2个雾化喷枪,经过进一步的加湿活化,达到理想的脱硫反应条件,携带脱硫剂的烟气在脱硫塔内自上而下流动,在运动过程中生石灰与水、SO2进行系列反应,生成CaSO3和CaSO4等副产物。反应后的脱硫灰随烟气进入布袋除尘器4,经布袋除尘器4捕捉,沉积在除尘器底部的第二灰斗132内。布袋除尘器收集的脱硫灰经过输送装置5输送至物料提升输送装置3,而后提至塔顶进入布料机2,然后随烟气进入脱硫塔1,最终完成整个脱硫循环灰系统的循环利用。
进入到脱硫塔1的脱硫灰中90%以上的颗粒粒径小于10μm,这部分颗粒将在烟气与流化风的共同作用下循环流动继续参加脱硫反应,部分大粒径颗粒落入脱硫塔1的第一灰斗131内,通过输送装置5和物料提升输送装置3配合送至塔顶布料机的缓冲仓内,另外一部分含尘的烟气直接进入的布袋除尘器4进行气灰分离,经过布袋除尘器4收集的脱硫灰也通过输送装置5和物料提升输送装置3配合送至塔顶布料机的缓冲仓内,完成循环利用。
不能继续利用的脱硫灰,通过仓泵(设于第二灰斗132处)送往脱硫废灰仓。净化后的烟气由增压风机6送至外排烟囱7排放,排放烟气中SO2浓度在100mg/m3以下,符合排放标准。
此顺流喷雾半干法脱硫工艺于在德龙钢铁有限公司192m2烧结机2#脱硫系统成功应用。168小时运行结果如下:
名称 | 168小时均值 |
脱硫塔入口SO2浓度mg/m3 | 517.44 |
排放烟气SO2浓度mg/m3 | 44.47 |
脱硫率% | 95.07 |
除尘器压差Pa | 1147.81 |
出口粉尘浓度mg/m3 | 13.8 |
脱硫塔入口温度℃ | 147.35 |
除尘器入口温度℃ | 106.65 |
除尘器出口温度℃ | 101.18 |
雾化水流量m3/h | 4.2 |
注:数据来自于环保局CMES实时数据采集记录统计表。
和湿法脱硫装置相比,优势明显,没有系统腐蚀,烟囱排放没有雾气、拖尾、蓝烟等现象,没有石膏雨,没有废水二次污染问题,系统稳定性高,适应性强。同时,和常规的循环流化床和密相干塔半干法相比,能耗低,投资少。由于提高了气液固三相的接触面积,脱硫效率高。烟气降温在塔内进行,避免了常规的在塔外入口烟道处降温的管道防腐问题。生石灰消化、烟气降温和脱硫反应在脱硫塔内集中控制,大大降低了操作的复杂性,降低了系统的投资成本。雾化喷枪所用水和气均为低压,提高了系统的安全性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统,包括脱硫塔(1)、布料机(2)、物料提升输送装置(3)和布袋除尘器(4),其特征在于,脱硫塔(1)为立式,布料机(2)设于脱硫塔(1)顶部,布料机(2)下方的塔壁设有烟气入口(11),脱硫塔(1)中部内侧设有1级以上雾化喷枪(12),同一级内的雾化喷枪(12)距离塔底的高度相同;脱硫塔(1)底部设有第一灰斗(131)和烟气出口(14),烟气出口(14)与布袋除尘器(4)连通,布袋除尘器(4)设有第二灰斗(132);第一灰斗(131)和第二灰斗(132)均与物料提升输送装置(3)之间设有用于运输脱硫灰的输送装置(5)。
2.根据权利要求1所述的适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统,其特征在于,所述雾化喷枪(12)沿脱硫塔(1)轴向自上而下设置2级以上,每一级至少对称设置2个雾化喷枪(12)。
3.根据权利要求1所述的适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统,其特征在于,脱硫塔(1)内布料机(2)下方的空间还设有物料搅拌器(15)。
4.根据权利要求1所述的适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统,其特征在于,所述雾化喷枪(12)包括进水管(21)和进气管(22),由进水管(21)和进气管(22)的出口端汇合形成雾化管(24),雾化管(24)的另一端设有喷嘴(27),保护气套管(25)套设在雾化管(24)的外侧并延伸至喷嘴(27)处,保护气套管(25)与雾化管(24)之间形成一间隔空隙,且保护气套管(25)远离喷嘴(27)的一端与雾化管(24)封闭连接,保护气套管(25)与保护气管(23)连通。
5.根据权利要求4所述的适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统,其特征在于,所述雾化喷枪(12)通过法兰盘(26)固定装设在脱硫塔(1)上,保护气套管(25)与雾化管(24)之间设有固定筋(211)支撑二者之间的空隙。
6.根据权利要求4所述的适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统,其特征在于,所述雾化喷枪(12)由供水水箱通过管路连接供水,管路上设有水量控制单元,水量控制单元包括互相串联的三级水量控制单元,其中,第一级水量控制单元包括计量泵(31),第二级水量控制单元包括流量计(32),第三级水量控制单元包括电动调节阀(33);所述管路上还设有多个用于控制管路开关大小的截止阀(34)。
7.根据权利要求6所述的适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统,其特征在于,供水水箱与雾化喷枪(12)的入水口之间的管路上依次设置计量泵(31)、Y型过滤器(39)、电动调节阀(33)、止回阀(37)、流量计(32)、压力表(35)和电磁阀(38),其中计量泵(31)为多个并联,Y型过滤器(39)与电动调节阀(33)之间设有单独的管路与水箱连通。
8.根据权利要求4所述的适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统,其特征在于,所述进气管(22)和保护气管(23)均与氮气管网通过管路连接,管路上设有压力表(35)和用于控制管路开关大小的截止阀(34)。
9.根据权利要求1~8任一所述的适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统,其特征在于,脱硫塔(1)的烟气入口(11)位置、各级雾化喷枪(12)安装位置、脱硫塔(1)底部烟气出口(14)位置均设有温度传感器;各温度传感器均与一工控机通信连接,工控机通过通信线路控制雾化喷枪(12)的出水量。
10.根据权利要求9所述的适用于顺流喷雾半干法的烟气脱硫系统,其特征在于,布袋除尘器(4)的烟气出口端通过增压风机(6)与外排烟囱(7)连接。
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