CN107308803B - 一种循环流化床脱硫塔及控制方法 - Google Patents

一种循环流化床脱硫塔及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种循环流化床脱硫塔，包括：低流量反应腔，其设置在脱硫塔渐扩段与脱硫塔以最低负荷运行时的反应稀相区之间，所述低流量反应腔包括：入口段，其为具有直径逐渐缩小空腔的锥体通道，所述入口段的大直径端与脱硫塔渐扩段上端连通；反应段，其下端与所述入口段的小直径端连通，所述反应段为圆柱形空腔；出口段，其为具有直径逐渐扩大空腔的锥体通道，所述出口段的小直径端与所述反应段上端连通，所述出口段的大直径端与脱硫塔内壁固定连接。本发明提供的循环流化床脱硫塔，设有低流量反应腔，能够在烟气量较低时维持脱硫塔的正常运行，克服了现有循环流化床脱硫塔在烟气量低时仍需将清洁烟气引回脱硫塔维持高负荷运行的缺陷。

Description

一种循环流化床脱硫塔及控制方法
技术领域
本发明属于循环流化床脱硫技术领域，特别涉及一种循环流化床脱硫塔及控制方法。
背景技术
循环流化床干法烟气脱硫工艺(CFB-FGD)是国内外研究最多、应用最广的一种比较先进的脱硫技术，该技术是对空气预热器流出的烟气进行除尘器除尘，而后与吸收剂、循环脱硫灰混合，经文丘里管加速，形成流化床，进而达到烟气脱硫的高效技术工艺。循环流化床干法烟气脱硫工艺(CFB-FGD)集脱硫、除尘于一体，具有占地少、水耗及电耗低、一次投资少、操作维护简便等优点，具有非常好的技术经济性。由于中国北方地区用电负荷偏低，机组全年负荷率在50％左右，产生的烟气量经常低于运行的最低烟气量。当锅炉产生烟气量低于循环流化床锅炉脱硫塔的最低烟气量时，需要采取开启脱硫清洁烟气再循环风挡板的方式将清洁烟气引入脱硫塔，以维持给定风量运行。造成锅炉低负荷工况下，仍需维持相对较高的负荷，致使耗电量偏高，电厂经济效益下降。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种循环流化床脱硫塔，其设有低流量反应腔，能够在烟气量较低时维持脱硫塔的正常运行，并且保持较高的脱硫效率，克服了现有循环流化床脱硫塔在烟气量低时仍需将清洁烟气引回脱硫塔维持高负荷运行的缺陷。
同时，本发明提供了一种循环流化床脱硫塔的控制方法，能够根据进入锅炉的烟气量调节脱硫喷枪的流量，以提高脱硫塔的脱硫效率。
本发明提供的技术方案为：
一种循环流化床脱硫塔，包括：
低流量反应腔，其设置在脱硫塔渐扩段与脱硫塔以最低负荷运行时的反应稀相区之间，所述低流量反应腔包括：
入口段，其为具有直径逐渐缩小空腔的锥体通道，所述入口段的大直径端与脱硫塔渐扩段上端连通；
反应段，其下端与所述入口段的小直径端连通，所述反应段为圆柱形空腔；
出口段，其为具有直径逐渐扩大空腔的锥体通道，所述出口段的小直径端与所述反应段上端连通，所述出口段的大直径端与脱硫塔内壁固定连接。
优选的是，所述反应段的半径为R，0.7R0≤R≤0.8R0，其中，R0为脱硫塔反应密相区半径。
优选的是，所述入口段与所述反应段延长线之间的夹角为30～50度。
优选的是，所述循环流化床脱硫塔还包括脱硫喷枪，其设置在脱硫塔渐扩段。
优选的是，所述脱硫喷枪为2个，并相对设置在脱硫塔渐扩段的两侧。
优选的是，所述循环流化床脱硫塔还包括雾化喷水嘴，其设置在所述低流量反应腔处，所述雾化喷水嘴连通高压水泵。
优选的是，所述雾化喷水嘴沿脱硫塔高度方向分两层设置，所述雾化喷水嘴分别设置在所述低流量反应腔的入口段及反应段。
优选的是，所述循环流化床脱硫塔还包括：
温度传感器，其设置在脱硫塔出口，用于监测脱硫塔出口的烟气温度；
二氧化硫检测仪，其分别设置在脱硫塔烟气进口及烟气出口，用于监测脱硫塔进口及出口烟气中的SO2浓度；
烟气流量计，其设置在脱硫塔烟气进口处，由于监测进入脱硫塔的烟气量；
控制器，其连接所述温度传感器、二氧化硫检测仪及烟气流量计，用于控制高压水泵和脱硫喷枪的开闭以及喷入脱硫塔雾化水和脱硫剂的流量。
一种循环流化床脱硫塔的控制方法，包括以下步骤：
步骤一、根据设定烟气量确定开启脱硫喷枪及高压水泵的数量，烟气量低于设定量时，开启一个脱硫喷枪及一个高压水泵，烟气高于设定量时开启两个脱硫喷枪及两个高压水泵；
步骤二、根据脱硫塔出口的烟气温度，通过调节回流水调节阀调节进入脱硫塔的雾化水量，以使温度降低至设定值；
步骤三、根据脱硫塔进口的SO2浓度控制脱硫喷枪的流量，并根据脱硫塔出口SO2浓度作为校核脱硫喷枪流量的辅助控制参数；所述脱硫喷枪的流量Q为：
其中，qi为脱硫塔进口的烟气流量；Ci为脱硫塔进口的二氧化硫实测浓度；ρ为脱硫剂Ca(OH)2溶液的质量浓度；Co为脱硫塔出口的二氧化硫实测浓度；Cyi为脱硫塔进口的实测氧含量；Cyo为脱硫塔出口的实测氧含量。
本发明的有益效果是：本发明提供的循环流化床脱硫塔，设有低流量反应腔，能够在烟气量较低时维持脱硫塔的正常运行，并且保持较高的脱硫效率，克服了现有循环流化床脱硫塔在烟气量低时仍需将清洁烟气引回脱硫塔维持高负荷运行的缺陷。
同时，本发明提供的循环流化床脱硫塔的控制方法，能够根据进入锅炉的烟气量调节脱硫喷枪的流量，以提高脱硫塔的脱硫效率。
附图说明
图1为本发明所述的循环流化床脱硫塔总体结构示意图。
图2为本发明所述的低流量反应腔结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1-2所示，本发明提供了一种循环流化床脱硫塔，其设有低流量反应腔，能够在烟气量较低时维持脱硫塔的正常运行。所述循环流化床脱硫塔包括低流量反应腔，其设置在脱硫塔渐扩段210与脱硫塔以最低负荷运行时的反应稀相区250之间，所述低流量反应腔包括：入口段110，其为具有直径逐渐缩小空腔的锥体通道，所述入口段110的大直径端与脱硫塔渐扩段210上端连通，所述入口段110与所述反应段120延长线之间的夹角为30～45度，角度在此范围内可避免因倾角过大致使脱硫塔烟气上升阻力过大，又可以使入口段110的轴向长度控制在一定范围内。反应段120，其下端与所述入口段110的小直径端连通，所述反应段120为圆柱形空腔；所述反应段的半径为R，则0.7R0≤R≤0.8R0，其中，R0为脱硫塔反应密相区半径。出口段130，其为具有直径逐渐扩大空腔的锥体通道，所述出口段130的小直径端与所述反应段120上端连通，所述出口段130的大直径端与脱硫塔内壁固定连接。进一步地，出口段130与反应段120延长线之间的夹角为20～35度，以防止脱硫塔内颗粒物在出口段130的表面堆积。
所述循环流化床脱硫塔的烟气进口220设置在脱硫塔下部，烟气进口220上方设有文丘里流化段230，7个文丘里管231呈三角形分布，相当于三角形的每条边上各有3个文丘里管231，三角形中心设有1个文丘里管231，以使进入脱硫塔的烟气能够流场均匀分布，使脱硫反应更加充分。
在脱硫塔渐扩段210设有脱硫剂入口，脱硫剂采用Ca(OH)2溶液，脱硫剂由脱硫喷枪240从脱硫剂入口喷入，所述脱硫喷枪240为2个，相对设置在脱硫塔渐扩段210的两侧的脱硫剂入口处。
雾化喷水嘴340沿脱硫塔高度方向分两层设置在所述低流量反应腔处，两层雾化喷水嘴340分别设置在所述低流量反应腔的入口段110及反应段120处，雾化喷水嘴340采用高压回流式雾化喷水嘴，其具有喷水压力高，雾化效果好，耐磨损耐腐蚀的优点。喷入的雾化水用以降低脱硫反应器内的烟气温度，使烟气温度下降至脱硫反应所需要的最佳温度(高于烟气露点温度15℃左右)，从而使得SO2与Ca(OH)2的反应转化为可以瞬间完成的离子型反应。分层设置雾化喷水嘴，使塔内湿度分布合理，防止局部湿度过大。雾化喷水嘴连通高压水泵310，高压水泵310从水箱330中吸取经过滤后的水，并输送至雾化喷水嘴340处，高压水泵为3台，2用1备，可通过控制开启高压水泵的数量，以及通过调节回流水调节阀320调节进入脱硫塔的水量。
所述循环流化床脱硫塔还包括：温度传感器，其设置在脱硫塔出口，用于监测脱硫塔出口的烟气温度；二氧化硫检测仪，其分别设置在脱硫塔烟气进口及烟气出口，用于监测脱硫塔进口及出口烟气中的SO2浓度；烟气流量计，其设置在脱硫塔烟气进口处，由于监测进入脱硫塔的烟气量；控制器，其连接所述温度传感器，二氧化硫检测仪，用于控制高压水泵和脱硫喷枪的开闭，以及控制喷入脱硫塔内的雾化水流量和脱硫计流量。
本发明还提供了一种循环流化床脱硫塔的控制方法，包括以下步骤：
步骤一、根据设定烟气量确定开启脱硫喷枪及高压水泵的数量，烟气量低于设定量时，开启一个脱硫喷枪及一个高压水泵，烟气高于设定量时开启两个脱硫喷枪及两个高压水泵；
步骤二、根据脱硫塔出口的烟气温度，通过调节回流水调节阀调节进入脱硫塔的雾化水量，以使温度降低至设定值；
步骤三、根据脱硫塔进口的SO2浓度控制脱硫喷枪的流量，并根据脱硫塔出口SO2浓度作为校核脱硫喷枪流量的辅助控制参数；所述脱硫喷枪的流量Q为：
其中，qi为脱硫塔进口的烟气流量；Ci为脱硫塔进口的二氧化硫实测浓度；ρ为脱硫剂Ca(OH)2溶液的质量浓度；Co为脱硫塔出口的二氧化硫实测浓度；Cyi为脱硫塔进口的实测氧含量；Cyo为脱硫塔出口的实测氧含量。
实施以循环流化床锅炉的脱硫过程为例，作进一步说明：
锅炉烟气经预热进入预除尘器410脱除了约75％飞灰颗粒后，经脱硫塔下部的烟气入口220进入脱硫塔，脱硫塔在文丘里流化段230下方设有循环物料入口260，外循环除尘器420储灰斗421中的再循环灰，经空气斜槽430输送至脱硫塔的循环物料入口260，再循环灰中未反应的脱硫剂与烟气提前接触进行反应，延长了反应时间。控制器将烟气流量计监测到的进入脱硫塔的烟气量qi与设定烟气量qs进行比较：
当qi>qs时，开启两个高压水泵310，开启两个脱硫喷枪340；控制器将温度传感器监测到的脱硫塔出口的温度与设定温度进行比较，当脱硫塔出口实测温度高于设定温度时，调节回流水调节阀320使进入脱硫塔的雾化水量增大，以使温度降低至设定值；当脱硫塔出口实测温度底于设定温度时，适当调节回流水调节阀320使进入脱硫塔的雾化水量减小，以避免温度过低及脱硫塔内湿度过大；控制器根据脱硫塔进口的SO2浓度控制脱硫喷枪的流量，并根据脱硫塔出口SO2浓度作为校核脱硫喷枪流量的辅助控制参数；所述脱硫喷枪的流量Q为：
其中，qi为脱硫塔进口的烟气流量；Ci为脱硫塔进口的二氧化硫实测浓度；ρ为脱硫剂Ca(OH)2溶液的质量浓度；Co为脱硫塔出口的二氧化硫实测浓度；Cyi为脱硫塔进口的实测氧含量；Cyo为脱硫塔出口的实测氧含量。
当qi≤qs时，开启一个高压水泵310，开启一个脱硫喷枪340；控制器将温度传感器监测到的脱硫塔出口的温度调节与设定温度进行比较，当脱硫塔出口实测温度高于设定温度时，调节回流水调节阀使进入脱硫塔的雾化水量增大，以使温度降低至设定值；当脱硫塔出口实测温度底于设定温度时，适当调节回流水调节阀使进入脱硫塔的雾化水量减小，以避免温度过低及脱硫塔内湿度过大；控制器根据脱硫塔进口的SO2浓度控制脱硫喷枪的流量，并根据脱硫塔出口SO2浓度作为校核脱硫喷枪流量的辅助控制参数；所述脱硫喷枪的流量Q为：
其中，qi为脱硫塔进口的烟气流量；Ci为脱硫塔进口的二氧化硫实测浓度；ρ为脱硫剂Ca(OH)2溶液的质量浓度；Co为脱硫塔出口的二氧化硫实测浓度；Cyi为脱硫塔进口的实测氧含量；Cyo为脱硫塔出口的实测氧含量。
在一实施例中，脱硫喷枪240为自动伸缩式脱硫喷枪，不需要喷射脱硫剂时可自动缩回。
在一实施例中，当qi≤qs时，为保证烟气进入脱硫塔的速度，只开启4个文丘里管231，即位于文丘里管组成三角形中心及三条边中点处文丘里管。
混合烟气进入文丘里流化段230，经文丘里管加速后，在脱硫塔渐扩段210,与脱硫剂Ca(OH)2溶液混合后进入脱硫塔反应段。当烟气量较小，即qi≤qs时，大部分脱硫反应将在低流量反应腔内完成，因低流量反应腔内径小于脱硫塔内径，可避免因脱硫塔内径过大而烟气量较低引起塌床；当烟气量较大时，即qi>qs时，烟气密相反应区位置时会有所上升，大部分脱硫反应将在低流量反应腔出口段130及出口段130以上完成，出口段130及其以上部分脱硫塔内径较大，利于大烟气量的脱硫反应。烟气上升至脱硫塔上方后，速度不断下降，同时有局部涡流产生，使烟气中较大颗粒沿脱硫塔内壁下降，在其内形成内循环。加大了飞灰、脱硫剂、及脱硫产物的表面摩擦，进一步增加了脱硫反应效率。最后，烟气经脱硫塔顶侧面流出进入外循环除尘器420，烟气中的固体颗粒被分离出来进入外循环除尘器储灰斗421中，其中，含有一部分未完全反应的脱硫剂Ca(OH)2，部分Ca(OH)2随再循环灰进入脱硫塔的循环物料入口260，再次进行循环反应。脱硫塔内落下的固体颗粒进入位于脱硫塔底的储灰仓270中，之后经螺旋输送机运走。
本发明提供的循环流化床脱硫塔，设有低流量反应腔，能够在烟气量较低时维持脱硫塔的正常运行，并且保持较高的脱硫效率，克服了现有循环流化床脱硫塔在烟气量低时仍需将清洁烟气引回脱硫塔维持高负荷运行的缺陷。
同时，本发明提供的循环流化床脱硫塔的控制方法，能够根据进入锅炉的烟气量调节脱硫喷枪的流量，以提高脱硫塔的脱硫效率。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种循环流化床脱硫塔，其特征在于，包括：
低流量反应腔，其设置在脱硫塔渐扩段与脱硫塔以最低负荷运行时的反应稀相区之间，所述低流量反应腔包括：
入口段，其为具有直径逐渐缩小空腔的锥体通道，所述入口段的大直径端与脱硫塔渐扩段上端连通；
反应段，其下端与所述入口段的小直径端连通，所述反应段为圆柱形空腔；
出口段，其为具有直径逐渐扩大空腔的锥体通道，所述出口段的小直径端与所述反应段上端连通，所述出口段的大直径端与脱硫塔内壁固定连接；
雾化喷水嘴，其设置在所述低流量反应腔处，所述雾化喷水嘴连通高压水泵。
2.根据权利要求1所述的循环流化床脱硫塔，其特征在于，所述反应段的半径为R，0.7R0≤R≤0.8R0，其中，R0为脱硫塔反应密相区半径。
3.根据权利要求1所述的循环流化床脱硫塔，其特征在于，所述入口段与所述反应段延长线之间的夹角为30～50度。
4.根据权利要求1所述的循环流化床脱硫塔，其特征在于，还包括脱硫喷枪，其设置在脱硫塔渐扩段。
5.根据权利要求4所述的循环流化床脱硫塔，其特征在于，所述脱硫喷枪为2个，并相对设置在脱硫塔渐扩段的两侧。
6.根据权利要求1所述的循环流化床脱硫塔，其特征在于，所述雾化喷水嘴沿脱硫塔高度方向分两层设置，所述雾化喷水嘴分别设置在所述低流量反应腔的入口段及反应段。
7.根据权利要求1所述的循环流化床脱硫塔，其特征在于，还包括：
温度传感器，其设置在脱硫塔出口，用于监测脱硫塔出口的烟气温度；
二氧化硫检测仪，其分别设置在脱硫塔烟气进口及烟气出口，用于监测脱硫塔进口及出口烟气中的SO2浓度；
烟气流量计，其设置在脱硫塔烟气进口处，由于监测进入脱硫塔的烟气量；
控制器，其连接所述温度传感器，二氧化硫检测仪，用于控制高压水泵和脱硫喷枪的开闭以及喷入脱硫塔雾化水和脱硫剂的流量。
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