CN107252624A - 一种利用粉煤灰的半干法脱硫系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用粉煤灰的半干法脱硫系统，其包括粉煤灰加料装置、工艺热水装置、流化床脱硫塔以及除尘装置，所述流化床脱硫塔分别与所述粉煤灰加料装置、工艺热水装置以及除尘装置连接，所述粉煤灰加料装置提供的粉煤灰与含硫烟气进入所述流化床脱硫塔，混合均匀，所述工艺热水装置提供的工艺热水将粉煤灰内的氧化钙增湿活化为氢氧化钙，氢氧化钙与含硫烟气在所述流化床脱硫塔内进行脱硫反应，脱硫反应后经所述除尘装置除尘得到脱硫灰和洁净烟气。本发明将粉煤灰直接用作脱硫剂，代替了现有方法中生石灰消化为熟石灰或者熟石灰制浆的方式，减少了相应消化装置或制浆装置，简化工艺流程，防止管道堵塞，有效降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及环保设备技术领域，具体涉及一种利用粉煤灰的半干法脱硫系统及工艺。
背景技术
我国一次能源以煤为主，煤粉在锅炉的炉膛中呈流化态燃烧，其中绝大部分可燃物都在炉内燃烧，同时产生含有SO2等含硫气体的高温烟气，部分不燃物经锅炉尾部冷却后形成粉煤灰，粉煤灰是燃煤锅炉排出的主要固体废物，也存在于燃烧之后的高温烟气中。
SO2等含硫气体会对自然生态环境、人类健康、工农业生产、建筑物及材料等方面造成严重的危害，出于国家节能减排的要求，含有SO2等含硫气体的高温烟气必须经过脱硫处理，符合国家排放标准之后才能进行排放。
脱硫的方法很多，根据脱硫产物的干湿形态分为湿法脱硫、干法脱硫、和半干法脱硫三种。湿法脱硫是以氢氧化钙等碱性浆液为脱硫剂，脱硫剂在吸收塔中与二氧化硫发生气液化学反应，虽然脱硫效率较高，但脱硫过程中防腐成本高、会产生大量废水，处理复杂，而且脱硫之后的烟气不易排放扩散；干法脱硫则是将干性脱硫剂加入炉内或喷入烟气中，脱硫剂与二氧化硫发生气固反应，虽然投资运行费用低，但脱硫效率也低；半干法脱硫则是脱硫剂以浆液的形式被喷入烟气中，吸收剂与二氧化硫发生气液化学反应的同时，浆滴水分全部蒸发，得到干态产物，由于半干法脱硫兼顾干法与湿法，既有湿法脱硫工艺反应速度快、脱硫效率高的优点，又有干法脱硫工艺无废水废液排放的优势，是目前脱硫工艺的重要发展方向。
现有的半干法脱硫工艺多数为高温烟气通过预除尘器将烟气中绝大部分的粉煤灰除去，引风机将预除尘之后的烟气引入流化床脱硫塔，烟气中的SO2、SO3与氢氧化钙等脱硫剂反应生成CaSO4、CaSO3等而脱除，脱硫剂多采用氢氧化钙浆液的形式或者生石灰加水消化的方式，但浆液易在塔壁积灰以致管道堵塞、脱硫成本高。而且预除尘器除去的粉煤灰的主要组成为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和少量MgO、TiO等，作为工业废渣，粉煤灰的主要用途为作为水泥、砂浆、混凝土的掺合料，用途较少，而且产品价值不高，因此粉煤灰的利用率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用粉煤灰的半干法脱硫系统，用于解决现有的半干法脱硫系统生产成本高、粉煤灰利用率低的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用粉煤灰的半干法脱硫系统包括粉煤灰加料装置、工艺热水装置、流化床脱硫塔以及除尘装置，所述流化床脱硫塔分别与所述粉煤灰加料装置、工艺热水装置以及除尘装置连接，所述粉煤灰加料装置提供的粉煤灰与含硫烟气进入所述流化床脱硫塔，混合均匀，所述工艺热水装置提供的工艺热水将粉煤灰内的氧化钙增湿活化为氢氧化钙，氢氧化钙与含硫烟气在所述流化床脱硫塔内进行脱硫反应，脱硫反应后经所述除尘装置除尘得到脱硫灰和洁净烟气。
优选地，所述粉煤灰加料装置包括顺序连接的粉煤灰料仓、称重给料器以及输送装置，所述输送装置与所述流化床脱硫塔的底部连接。
本发明提供的粉煤灰加料装置减少了相应消化装置或制浆装置，简化工艺流程，防止管道堵塞。
优选地，所述称重给料器包括顺序连接的旋转给料器、称重流化槽以及均匀给料器，所述旋转给料器与所述粉煤灰料仓的出口连接，所述均匀给料器与所述输送装置连接。
本发明提供的称重给料器为连续称量给料设备，可以均匀的将粉煤灰定量输送，输送速度、输送用量可控。
优选地，所述工艺热水装置提供的工艺热水的温度为80℃±5℃。
一方面，工艺热水用于将粉煤灰中的CaO增湿活化为Ca(OH)2，由于粉煤灰作为水的载体，水分分布的会很均匀，不易粘壁堵塞；另一方面，工艺热水用于为含硫烟气降温，使得含硫烟气的温度降至高于烟气露点20℃左右，从而取得较佳的脱硫反应温度，以保证脱硫效率，另外若是直接提供冷水，一旦水量过多，则脱硫后的烟气的露点较低，影响后续装置的使用寿命，本发明提供工艺热水，则相对降低水量过多对烟气露点温度的影响，防止设备腐蚀。
优选地，所述除尘装置为布袋除尘器。
布袋除尘器一般以低压脉冲动态清灰，适应脱硫运行时的烟气及粉尘条件，具有除尘效率高、对粉尘特性不敏感的特点。
优选地，所述利用粉煤灰的半干法脱硫系统还包括脱硫灰循环装置，所述脱硫灰循环装置分别与所述流化床脱硫塔以及除尘装置连接，将所述除尘装置除尘后的脱硫灰输送入所述流化床脱硫塔循环脱硫。
循环脱硫使得一次未能反应完的脱硫剂继续参与脱硫反应，粉煤灰内的活性钙成分得以充分发挥，增加所述流化床脱硫塔内的钙硫比，使酸性气体尽可能地被吸收，实现高效脱硫。
优选地，所述输送装置和所述脱硫灰循环装置均为流化斜槽。
本发明提供的流化斜槽安装经济、可靠，输送量大，使得粉煤灰或者脱硫灰可以保持良好的流动性，输送更加方便。
优选地，所述利用粉煤灰的半干法脱硫系统还包括灰库，所述灰库与所述除尘装置连接，所述除尘装置除尘后的脱硫灰通过气力输送至所述灰库内回收。
回收的脱硫灰可用于筑路或矿井填埋等用途，不需特别处理，无二次污染。
本发明还提供一种利用粉煤灰的半干法脱硫工艺，利用上述任一项所述的利用粉煤灰的半干法脱硫系统进行脱硫，所述利用粉煤灰的半干法脱硫工艺包括以下步骤：
步骤一、粉煤灰加料装置提供粉煤灰，粉煤灰与含硫烟气分别从流化床脱硫塔的底部进入，并混合均匀；
步骤二、工艺热水装置提供工艺热水，将步骤一中粉煤灰内的氧化钙增湿活化为氢氧化钙，氢氧化钙与含硫烟气在流化床脱硫塔内进行脱硫反应，得到含尘烟气；
步骤三、步骤二中的含尘烟气从流化床脱硫塔的顶部排出，经所述除尘装置除尘，得到脱硫灰和洁净烟气，洁净烟气排入烟囱。
优选地，步骤三中，含尘烟气的排放温度为高于烟气露点温度10℃～20℃。
本发明控制含尘烟气的排放温度，可以防止含尘烟气的温度过低以致除尘装置糊袋，有效提高除尘效率。
相比于现有技术，本发明提供的利用粉煤灰的半干法脱硫系统及其工艺具有以下优势：
一、本发明将粉煤灰直接用作脱硫剂，代替了现有方法中生石灰消化为熟石灰或者熟石灰制浆的方式，减少了相应消化装置或制浆装置，简化工艺流程，防止管道堵塞，有效降低生产成本，不产生废水，无二次污染；
二、脱硫后的脱硫灰还可以制造建筑材料、砂浆掺合料等充分利用废渣，同时也解决了环境污染问题；
三、本发明将粉煤灰内的活性钙成分充分利用，提高了粉煤灰的利用率，实现了锅炉粉煤灰的“以废治废”再利用，也提高了脱硫系统的经济性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：
图1示出了本发明一种优选实施方式的利用粉煤灰的半干法脱硫系统的结构示意图。
附图标记
1-粉煤灰加料装置， 11-粉煤灰料仓，
12-称重给料器， 121-旋转给料器，
122-称重流化槽， 123-均匀给料器，
13-输送装置， 2-工艺热水装置，
3-流化床脱硫塔， 4-除尘装置，
5-脱硫灰循环装置， 6-灰库，
7-引风机， 8-烟囱。
具体实施方式
本发明提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。
本发明提供的利用粉煤灰的半干法脱硫工艺原理为：
煤粉在锅炉的炉膛中呈流化态燃烧，其中绝大部分可燃物都在炉内燃烧，同时产生含有SO2等含硫气体的高温烟气，部分不燃物经锅炉尾部冷却后形成粉煤灰，粉煤灰是燃煤锅炉排出的主要固体废物，也存在于燃烧之后的高温烟气中。
粉煤灰的主要组成为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和少量MgO、TiO等，其中CaO的含量为12％～21％。
工艺热水将粉煤灰中的CaO增湿活化为Ca(OH)2，Ca(OH)2和含硫烟气中的SO2、SO3反应，反应如下：
CaO+H2O＝Ca(OH)2
Ca(OH)2+SO2＝CaSO3+H2O
Ca(OH)2+SO3＝CaSO4+H2O
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的描述。
如图1所示，所述利用粉煤灰的半干法脱硫系统包括粉煤灰加料装置1、工艺热水装置2、流化床脱硫塔3、除尘装置4、脱硫灰循环装置5、灰库6、引风机7以及烟囱8，所述流化床脱硫塔3分别与所述粉煤灰加料装置1、工艺热水装置2、除尘装置4、以及脱硫灰循环装置5连接，所述除尘装置4分别与所述脱硫灰循环装置5和灰库6连接，所述除尘装置4同时通过所述引风机7与所述烟囱8连接。
所述粉煤灰加料装置1提供的粉煤灰与含硫烟气进入所述流化床脱硫塔3，混合均匀，所述工艺热水装置2提供的工艺热水将粉煤灰内的氧化钙增湿活化为氢氧化钙，氢氧化钙与含硫烟气在所述流化床脱硫塔3内进行脱硫反应，脱硫反应后经所述除尘装置4除尘得到脱硫灰和洁净烟气，脱硫灰通过所述脱硫灰循环装置5进入所述流化床脱硫塔3内循环脱硫，洁净烟气通过所述引风机7进入所述烟囱8排放。
所述粉煤灰加料装置1包括顺序连接的粉煤灰料仓11、称重给料器12以及输送装置13，所述输送装置13与所述流化床脱硫塔3的底部连接。
所述粉煤灰料仓11用于存储燃煤锅炉产生的粉煤灰。
所述称重给料器12是一种连续称量给料设备，用于粉煤灰的定量输送。其包括顺序连接的旋转给料器121、称重流化槽122以及均匀给料器123，所述旋转给料器121与所述粉煤灰料仓11的出口连接，所述均匀给料器123与所述输送装置13连接。
所述旋转给料器121采用变频调节，根据含硫烟气中含硫量的大小及系统负荷大小自动调节粉煤灰的给料量；所述称重流化槽122为设有称重元件的流化槽，以确定粉煤灰的重量，具体的，流化槽指利用流态化输送原理，达到干燥粉状物料水平输送的装置；所述均匀给料器123用于将粉煤灰均匀的连续给料。
所述输送装置13为流化斜槽。流化槽指利用流态化输送原理，达到干燥粉状物料水平输送的装置，沿其输送方向布置成一定的斜度的流化槽成为空气输送斜槽，也称为空气斜槽，流化斜槽。流化斜槽使得粉煤灰能够以良好的流动性进入所述流化床脱硫塔3，不会在管道内堆积。
本发明将粉煤灰直接用作脱硫剂，代替了现有方法中生石灰消化为熟石灰或者熟石灰制浆的方式，减少了相应消化装置或制浆装置，简化工艺流程，防止管道堵塞，有效降低生产成本，将粉煤灰内的钙充分利用，提高了粉煤灰的利用率，实现了锅炉粉煤灰的“以废治废”再利用，也提高了脱硫系统的经济性。
所述工艺热水装置2为提供工艺热水的装置，工艺热水通过高压水泵以一定压力通过喷嘴注入所述流化床脱硫塔3。所述工艺热水装置2提供的工艺热水的温度优选为80℃±5℃。
一方面，所述工艺热水用于将粉煤灰中的CaO增湿活化为Ca(OH)2，由于粉煤灰作为水的载体，水分分布的会很均匀，不易粘壁堵塞；另一方面，含硫烟气进入所述流化床脱硫塔3的温度一般为120℃～150℃，为了提供一个最佳的化学反应环境，所述工艺热水用于为含硫烟气降温，使得含硫烟气的温度降至高于烟气露点20℃左右，从而取得较佳的脱硫反应温度，将SO2等酸性气体与Ca(OH)2的反应转化为可以瞬间完成的离子型反应，以保证脱硫效率，另外若是直接提供冷水，一旦水量过多，则脱硫后的烟气的露点较低，影响后续的所述除尘装置4的使用寿命，本发明提供工艺热水，则相对降低水量过多对烟气露点温度的影响，防止设备腐蚀。
所述流化床脱硫塔3为多个文丘里喷嘴的空塔结构，主要由进料段、下部方圆节、给料段、文丘里段、锥形段、直管段、上部方圆节、顶部方形段和出口段组成，全部采用钢板焊接，塔内没有任何运动部件和支撑杆件，也无需设防腐内衬。
在所述流化床脱硫塔3内，含硫烟气和所述粉煤灰加料装置1提供的粉煤灰从底部进入向上运动，运动过程中充分混合均匀，所述工艺热水装置2提供的工艺热水将粉煤灰内的CaO增湿活化为Ca(OH)2，再与含硫烟气中SO2等酸性气体反应。
在反应过程中，含硫烟气和粉煤灰由于气流的作用，气固两相产生激烈的湍动与混合，充分接触，在上升的过程中，一部分含硫烟气产生回流，形成很强的内部湍流，当含硫烟气上升到所述流化床脱硫塔3的顶部时，固体颗粒产生强烈回流，加强了颗粒之间的碰撞和摩擦，不断形成聚团物向下返回，而聚团物在激烈湍动中又不断解体重新被气流提升，使得气固间的滑移速度高达单颗粒滑移速度的数十倍，极大地强化了气固间的传质与传热，因此内部湍流和固体颗粒回流增加了含硫烟气与Ca(OH)2的接触时间，提高了粉煤灰内活性钙的利用率和脱硫效率，而且在湍动中粉煤灰颗粒表面会粘附烟气中微细尘粒，形成较大的絮状颗粒，增大颗粒比表面积，利于进行脱硫反应，同时便于烟气中烟气与粉尘分离。
所述除尘装置4用于将脱硫反应之后的气固混合物进行分离，捕集其中的固体颗粒，得到满足国家排放标准的洁净烟气和脱硫灰，洁净烟气通过所述引风机7排入所述烟囱8达标排放。
所述除尘装置4优选为布袋除尘器。布袋除尘器一般以低压脉冲动态清灰，适应脱硫运行时的烟气及粉尘条件，具有除尘效率高、对粉尘特性不敏感的特点。
所述脱硫灰循环装置5用于将所述除尘装置4除尘后的脱硫灰输送入所述流化床脱硫塔3循环脱硫。
脱硫灰中可能还含有尚未反应的CaO或Ca(OH)2，通过循环脱硫，一次未能反应完的脱硫剂继续参与脱硫反应，使得参加反应的量远远大于新投加的粉煤灰量，即实际反应的CaO或Ca(OH)2与酸性气体的摩尔比远远大于表观摩尔比，相对延长了反应时间，粉煤灰内的活性钙成分得以充分发挥，增加所述流化床脱硫塔内的钙硫比，使酸性气体尽可能地被吸收，实现高效脱硫。
所述脱硫灰循环装置5优选为流化斜槽。流化斜槽安装经济、可靠，输送量大，使得脱硫灰以良好的流动性循环回所述流化床脱硫塔3。
所述除尘装置4除尘后的脱硫灰大部分通过自控阀进入所述脱硫灰循环装置5，进而输送至所述流化床脱硫塔3进行循环脱硫，少部分通过自控阀经气力输送至所述灰库6内回收。
输送到所述灰库6的脱硫灰的量由所述除尘装置4灰斗的料位、所述流化床脱硫塔3内的床层高度及脱硫后烟气中二氧化硫的含量共同在线自控。回收的脱硫灰可用于筑路或矿井填埋等用途，不需特别处理，无二次污染。
本发明还提供一种利用粉煤灰的半干法脱硫工艺，利用所述利用粉煤灰的半干法脱硫系统进行脱硫，包括以下步骤：
步骤一、所述粉煤灰加料装置1提供粉煤灰，粉煤灰与含硫烟气分别从所述流化床脱硫塔3的底部进入，并混合均匀；其中含硫烟气的温度为140℃；
步骤二、所述工艺热水装置2提供工艺热水，将步骤一中粉煤灰内的氧化钙增湿活化为氢氧化钙，氢氧化钙与含硫烟气在所述流化床脱硫塔3内进行脱硫反应，得到含尘烟气；其中所述工艺热水的温度为80℃；
步骤三、步骤二中的含尘烟气从所述流化床脱硫塔3的顶部排出，经所述除尘装置4除尘，得到脱硫灰和洁净烟气，洁净烟气排入所述烟囱8；其中含尘烟气的排放温度为高于烟气露点温度10℃～20℃；
步骤四、步骤三中的大部分脱硫灰经所述脱硫灰循环装置5进入所述流化床脱硫塔3循环脱硫，少部分脱硫灰经气力输送进入所述灰库6回收。
在本实施例中，每小时通入190万标方含硫烟气，所述粉煤灰加料装置1提供的粉煤灰为13t/h，所述工艺热水装置2的喷水量为18t/h，烟气含硫量从400mg/Nm3降到100mg/Nm3，符合国家排放标准。
应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。
Claims (10)
1.一种利用粉煤灰的半干法脱硫系统，其特征在于，所述利用粉煤灰的半干法脱硫系统包括粉煤灰加料装置(1)、工艺热水装置(2)、流化床脱硫塔(3)以及除尘装置(4)，所述流化床脱硫塔(3)分别与所述粉煤灰加料装置(1)、工艺热水装置(2)以及除尘装置(4)连接，所述粉煤灰加料装置(1)提供的粉煤灰与含硫烟气进入所述流化床脱硫塔(3)，混合均匀，所述工艺热水装置(2)提供的工艺热水将粉煤灰内的氧化钙增湿活化为氢氧化钙，氢氧化钙与含硫烟气在所述流化床脱硫塔(3)内进行脱硫反应，脱硫反应后经所述除尘装置(4)除尘得到脱硫灰和洁净烟气。
2.根据权利要求1所述的利用粉煤灰的半干法脱硫系统，其特征在于，所述粉煤灰加料装置(1)包括顺序连接的粉煤灰料仓(11)、称重给料器(12)以及输送装置(13)，所述输送装置(13)与所述流化床脱硫塔(3)的底部连接。
3.根据权利要求2所述的利用粉煤灰的半干法脱硫系统，其特征在于，所述称重给料器(12)包括顺序连接的旋转给料器(121)、称重流化槽(122)以及均匀给料器(123)，所述旋转给料器(121)与所述粉煤灰料仓(11)的出口连接，所述均匀给料器(123)与所述输送装置(13)连接。
4.根据权利要求1所述的利用粉煤灰的半干法脱硫系统，其特征在于，所述工艺热水装置(2)提供的工艺热水的温度为80℃±5℃。
5.根据权利要求1所述的利用粉煤灰的半干法脱硫系统，其特征在于，所述除尘装置(4)为布袋除尘器。
6.根据权利要求2所述的利用粉煤灰的半干法脱硫系统，其特征在于，所述利用粉煤灰的半干法脱硫系统还包括脱硫灰循环装置(5)，所述脱硫灰循环装置(5)分别与所述流化床脱硫塔(3)以及除尘装置(4)连接，将所述除尘装置(4)除尘后的脱硫灰输送入所述流化床脱硫塔(3)循环脱硫。
7.根据权利要求6所述的利用粉煤灰的半干法脱硫系统，其特征在于，所述输送装置(13)和所述脱硫灰循环装置(5)均为流化斜槽。
8.根据权利要求7所述的利用粉煤灰的半干法脱硫系统，其特征在于，所述利用粉煤灰的半干法脱硫系统还包括灰库(6)，所述灰库(6)与所述除尘装置(4)连接，所述除尘装置(4)除尘后的脱硫灰通过气力输送至所述灰库(6)内回收。
9.一种利用粉煤灰的半干法脱硫工艺，其特征在于，利用权利要求1至8任一项所述的利用粉煤灰的半干法脱硫系统进行脱硫，所述利用粉煤灰的半干法脱硫工艺包括以下步骤：
步骤一、粉煤灰加料装置(1)提供粉煤灰，粉煤灰与含硫烟气分别从流化床脱硫塔(3)的底部进入，并混合均匀；
步骤二、工艺热水装置(2)提供工艺热水，将步骤一中粉煤灰内的氧化钙增湿活化为氢氧化钙，氢氧化钙与含硫烟气在流化床脱硫塔(3)内进行脱硫反应，得到含尘烟气；
步骤三、步骤二中的含尘烟气从流化床脱硫塔(3)的顶部排出，经除尘装置(4)除尘，得到脱硫灰和洁净烟气，洁净烟气排入烟囱(8)。
10.根据权利要求9所述的利用粉煤灰的半干法脱硫工艺，其特征在于，步骤三中，含尘烟气的排放温度为高于烟气露点温度10℃～20℃。
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