CN105107366B - 一种顺流喷雾半干式烟气脱硫方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顺流喷雾半干式烟气脱硫方法，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，提高气液固三相的接触表面积，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。该方法将脱硫剂消化、烟气降温、脱硫反应在脱硫装置同一反应区内集中控制，提高了脱硫效率，缩短了脱硫工艺流程。该方法适用范围广，对烟气流量、SO₂浓度、温度的变化适应能力极强。和湿法脱硫相比，本发明没有系统腐蚀，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半干法和密相干塔半干法相比，流程短、能耗低、投资少。

Description

一种顺流喷雾半干式烟气脱硫方法

技术领域

本发明涉及烟气脱硫技术领域，具体涉及一种顺流喷雾半干式烟气脱硫方法。

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。

湿法烟气脱硫技术(WFGD)：液体或浆状吸收剂在湿状态下脱硫和处理脱硫产物。该法的缺陷主要是烟囱排放感观差，有拖尾、蓝烟等现象，系统结垢，特别是管路、除雾器等部位，系统腐蚀，关键设备寿命短等，投资和运行维护费用都很高，系统复杂、启停不便；易造成石膏雨和废水二次污染等问题。

干法烟气脱硫技术(DFGD)：脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行。该法具有无污水和废酸排出、设备腐蚀小、烟气在净化过程中无明显温降、净化后烟温高、利于烟囱排气扩散等优点，但脱硫效率低、反应速度较慢、设备庞大。

半干法烟气脱硫技术(SDFGD)：半干法兼有干法与湿法的一些特点，是脱硫剂在干燥状态下脱硫在湿状态下再生或者在湿状态下脱硫在干状态下处理脱硫产物的烟气脱硫技术。特别是在湿状态下脱硫在干状态下处理脱硫产物的半干法,以其既具有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点,又具有干法无污水和废酸排出、脱硫后产物易于处理的优点而受到人们广泛的关注。

随着国家对污水的排放标准越来越高，需要一种更好的半干法脱硫方法，来提高脱硫效率且降低成本，减少环境污染。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

为了提高烟气脱硫效率、降低成本、减少环境污染，本发明提供了一种顺流喷雾半干式烟气脱硫方法。

本发明提供的顺流喷雾半干式烟气脱硫方法，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，提高气、液、固三相的接触表面积，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。

该半干式脱硫工艺设计思想是改变现有工艺中脱硫剂消化在塔外进行且和脱硫反应分开处理的工艺，先将脱硫剂与烟气混合，再与雾化后的水混合，这样雾化水和脱硫剂、烟气，实现了液、气、固三相的充分混合，接触的表面积大，消化充分，脱硫反应充分。提高了消化效果，进而提高了脱硫效率。

对脱硫剂（包括循环使用的脱硫灰）的加湿活化是本发明方法中非常重要的一环，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，与烟气接触表面积大，可以提高脱硫效率。脱硫剂加湿的水量适中，物料不会结块，流动性好，可以防止脱硫灰团聚结块，避免造成用于脱硫后的烟气除尘净化的布袋除尘器中布袋板结的现象。

本发明顺流设计的烟气脱硫工艺中，脱硫剂在烟气脱硫装置反应区与含硫烟气混合，喷淋雾化水后，随着烟气的流动，含湿的烟气和脱硫剂表面的液态水不断蒸发，同时完成脱硫过程，当脱硫灰与烟气到达装置底部出口时，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，大部分的脱硫灰可以作为脱硫剂再次利用完成循环。

作为一种优选方案，上述顺流喷雾半干式烟气脱硫方法中，当待处理烟气温度高于140℃时，调整雾化水喷淋水量以降低待处理的烟气与粉状未消化的脱硫剂的混合物温度至最佳脱硫反应温度区间为130~140℃，完成脱硫反应。

相较于现有的脱硫工艺，本发明的方法采用雾化水，水的用量增加，脱硫剂的消化更加完全，因此可以有效提高脱硫效率。本发明优选加大喷淋水量来调整雾化水喷淋量满足烟气降温要求，雾化水能避免形成物料结块。

作为一种优选方案，上述顺流喷雾半干式烟气脱硫方法中，在烟气脱硫装置的反应区沿着烟气流向设置上下多级雾化水喷淋装置，上级的雾化水主要用于降温，调节温度在130~140℃之间，同时完成部分脱硫剂的消化；下级雾化水主要用于消化脱硫剂进行脱硫反应，同时控制脱硫后的烟气温度接近100℃且在露点以上。

上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的消化，下级雾化水则主要完成脱硫剂的消化，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，更加方便根据烟气流量、SO₂浓度、温度的变化来调整加水量，形成理想的脱硫反应区域，延长反应时间，增加反应速度。

作为一种优选方案，以上任一所述的顺流喷雾半干式烟气脱硫方法中，所述雾化水由0.1~0.6MPa的气流分散0.1~0.5MPa的水获得。本发明的雾化水采用低压雾化水系统即可达到较高的脱硫效果，不但降低能耗，而且生产安全。

作为一种优选方案，以上任一所述的顺流喷雾半干式烟气脱硫方法中，在将待处理的烟气与粉状未消化的脱硫剂混合后，还进行搅拌打碎处理的步骤以增加脱硫剂颗粒与烟气接触面积。

实际生产中，脱硫剂通常循环使用，循环使用的脱硫灰颗粒外表面通常结了一层由碳酸钙等构成的壳。搅拌打碎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，以上任一所述的顺流喷雾半干式烟气脱硫方法中，脱硫剂中还加入脱硝催化剂和/或活性炭。

脱硝催化剂和活性炭均可以直接购买市售商品，加入脱硝催化剂以后，可以在脱硫的过程中部分脱除氮氧化物，脱除率能够达到30%以上，而活性炭可以脱除烟气中的二噁英。相较于现有技术中需要设置单独脱硝步骤来说，本发明的方法将脱硫、脱硝、脱二噁英集成处理，缩短了工艺流程，也有利于降低投资，提高效率。

作为一种优选方案，上述顺流喷雾半干式烟气脱硫方法中，所述脱硫剂为生石灰。

生石灰作为脱硫剂的优势在于原料廉价易得，且脱硫效果较好，适用范围广。以生石灰为脱硫剂，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。

本发明的脱硫方法通过把常规的生石灰消化反应单独进行，改为将烟气降温、生石灰消化、脱硫集成在脱硫装置反应区一个空间进行，使雾化水和生石灰、烟气在脱硫装置流场稳定区接触，加大气液固三相的接触表面积，进而提高脱硫效率。

作为一种优选方案，上述顺流喷雾半干式烟气脱硫方法中，生石灰粒径小于1mm。脱硫剂粒径越小，比表面积越大，与含硫烟气接触的面积就越大，越有利于脱硫反应进行，但考虑到成本等因素，生石灰粒径小于1mm即可达到要求。

作为一种优选方案，上述顺流喷雾半干式烟气脱硫方法，烟气降温、脱硫剂的消化以及脱硫反应的进行均在烟气脱硫装置内完成。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

采用本发明的脱硫方法处理烟气，通过先将烟气与脱硫剂混合，再进行雾化水喷淋进行脱硫的方式，将脱硫剂消化、烟气降温、脱硫反应在脱硫装置内集中控制，通过把原有的生石灰消化反应在脱硫反应区外进行移至脱硫反应区内进行，能够大大缩短脱硫工艺流程，这是本发明的显著优点。

本发明的脱硫方法适用范围广，适应性强，对烟气流量，SO₂浓度、温度的变化适应能力极强，这也是本发明的显著优点。

该半干式烟气脱硫工艺流程简单，相应地，适用于本发明工艺的脱硫装置其组成设备少，也更容易操作。

和湿法脱硫相比，本发明没有系统腐蚀，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。

和循环流化床脱硫工艺相比，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。本发明方法从上而下，减少能耗。

和密相干塔脱硫工艺相比，都是从脱硫塔顶部进入，烟气和脱硫剂从上而下落下，但是加水顺序和方式不同，密相干塔通过脱硫塔顶部的加湿机加水，先将脱硫剂与水混合，本脱硫工艺是通过脱硫塔中间的1~N级（从上至下多级）雾化装置加水，不会产生废水，不会造成设备腐蚀。

附图说明

图1是适用于本发明顺流喷雾半干式烟气脱硫方法的脱硫装置，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。

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。

实施例

如图1所示，本发明的顺流喷雾半干式烟气脱硫方法，使用的烟气脱硫系统，包括脱硫塔1、布料机2（设有缓冲仓）、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。

以生石灰作为脱硫剂：提供新的生石灰粒径小于1mm，CaO含量不小于85%，T₆₀≤4min（ASTM）。

需要处理的含硫烟气经电除尘器除尘后，由烟气入口进入脱硫系统，经过定量布料未活化的生石灰与烟气混合，由物料搅拌器15进行搅拌打碎处理，然后顺流而下进入脱硫塔的反应区内。

在脱硫塔内的反应区域从上至下布置有1~N级雾化喷枪（图1显示共设置三级，每一级对称设置两个），上级雾化水主要功能是降温，使温度控制在130℃~140℃之间，下级雾化水主要功能是活化脱硫剂进行脱硫反应，最终进入布袋除尘器的温度总体控制在100℃左右。雾化降温段的塔体高度最好超过20m，可以保证降温和脱硫效果。通过在脱硫塔多个位置设置温度监控装置，来监测主体反应区的温度条件，进而通过调节雾化喷枪的出水量和雾化气压，实现各区域功能。

携带生石灰的烟气在脱硫塔1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。反应后的脱硫灰部分落至脱硫塔1底部设置的第一灰斗131内被收集，另一部分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4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，脱硫塔1底部第一灰斗131的脱硫灰也被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灰斗内，通过脱硫灰输送系统送至塔顶布料机2的缓冲仓，另外一部分含尘的烟气直接进入布袋除尘器4进行气灰分离，经过布袋除尘器4收集的脱硫灰经过输送循环系统完成循环利用。循环使用的脱硫灰经过布料机2布料后与烟气混合经搅拌器破碎，一方面打碎可能形成的结块，另一方面剥离脱硫灰颗粒外层经脱硫反应后形成的壳，使其不断裸露出新的表面，提高其反应活性，继续进行脱硫利用。

生石灰与烟气反应形成的脱硫灰在循环使用时，需要每天定期取样，当脱硫灰中CaO的有效含量在10%~13%时，即为废灰，需要排出至脱硫废灰仓，然后从新灰仓补充新的生石灰，置换量和置换频率根据脱硫系统运行状况而定。

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。

此顺流喷雾半干式脱硫工艺在德龙钢铁有限公司192m²烧结机2#脱硫系统进行成功试应用。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半干法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 (4)

1.一种顺流喷雾半干式烟气脱硫方法，其特征在于，脱硫塔外没有消化的预处理过程，烟气降温、脱硫剂的消化以及脱硫反应的进行均在脱硫塔内完成；先将待处理的烟气与粉状未消化的脱硫剂混合，进行搅拌打碎处理以增加脱硫剂颗粒与烟气接触面积；再喷以雾化水，使雾化水、烟气和脱硫剂充分接触，提高气液固三相的接触表面积，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；

当待处理烟气温度高于140℃时，调整雾化水喷淋水量以降低待处理的烟气与粉状未消化的脱硫剂的混合物温度至最佳脱硫反应温度区间为130~140℃，完成脱硫反应；

在脱硫塔的反应区沿着烟气流向设置上下多级雾化水喷淋装置，上级的雾化水用于降温，调节温度在130~140℃之间，同时完成部分脱硫剂的消化；下级雾化水用于消化脱硫剂进行脱硫反应，同时控制脱硫后的烟气温度接近100℃且在露点以上；

所述雾化水由0.1~0.6MPa的气流分散0.1~0.5MPa的水获得。

2.根据权利要求1所述的顺流喷雾半干式烟气脱硫方法，其特征在于，脱硫剂中还加入脱硝催化剂和/或活性炭。

3.根据权利要求1所述的顺流喷雾半干式烟气脱硫方法，其特征在于，所述脱硫剂为生石灰。

4.根据权利要求3所述的顺流喷雾半干式烟气脱硫方法，其特征在于，生石灰粒径小于1mm。