CN109569260B - 循环硫化床锅炉烟气脱硫装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种循环硫化床锅炉烟气脱硫装置及工艺，该装置包括浆液制备系统、烟气系统、SO₂吸收系统和石膏脱水系统；其中SO₂吸收系统包括吸收塔塔体，塔体的下部连接有反应釜，反应釜侧壁设有烟气进口和多功能接口，下部还设有石膏浆液排出口；塔体中段为等径设计，底部设有变径结构，塔体中段由下至上依次设有喷淋洗涤区和除雾区；塔体的顶部为净化烟气出口；所述浆液制备系统为包括石灰石浆液箱，其通过供浆管道连接至反应釜多功能接口；烟气系统通过引风机及管道连接至反应釜烟气进口；石膏浆液排出口通过管道及泵连接至石膏脱水系统。本发明能够有效降低二氧化硫、烟尘等有害物质的排放，达到排放标准。

Description

循环硫化床锅炉烟气脱硫装置及工艺

技术领域

本发明属于环保领域，涉及锅炉烟气脱硫，具体为一种循环硫化床锅炉烟气脱硫装置及工艺。

背景技术

目前，世界上燃煤或燃油电站所采用的脱硫工艺多种多样，达数百种之多。按脱硫工艺在生产中所处的部位不同可分为：燃烧前脱硫、燃烧脱硫和燃烧后脱硫即烟气脱硫。在这些脱硫工艺中，有的技术较为成熟，已经达到工业应用的水平，有的尚处于试验研究阶段。目前技术较为成熟、在电厂烟气脱硫中最常应用的为炉外石灰石－石膏湿法脱硫工艺。它是以石灰石为脱硫吸收剂，通过向吸收塔内喷入吸收剂浆液，使之与烟气充分接触、混合，并对烟气进行洗涤，使得烟气中的SO₂与浆液中的碳酸钙以及鼓入的强制氧化空气发生化学反应，最后生成石膏，从而达到脱除SO₂的目的。

申请人公司热电厂现有的1台锅炉由于煤质变化SO₂排放不稳定、无法满足国家目前及以后日趋严格的环保排放标准。SO₂排放浓度及环保设施的稳定运行与否直接影响到热电厂的可持续发展，所以对热电厂锅炉进行脱硫项目的改造势在必行。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种循环硫化床锅炉烟气脱硫装置及工艺，能够有效降低二氧化硫、烟尘等有害物质的排放，达到配方标准。

本发明采取的技术方案是，循环硫化床锅炉烟气脱硫装置，包括浆液制备系统、烟气系统、SO₂吸收系统和石膏脱水系统；

其中SO₂吸收系统包括吸收塔塔体，塔体的下部连接有反应釜，反应釜侧壁设有烟气进口和多功能接口，下部还设有石膏浆液排出口；塔体中段为等径设计，底部设有变径结构，该变径结构的内径从下至上先逐渐减小，然后逐渐增大，变径结构的底部内径与反应釜顶部的内径相同，顶部内径与塔体中段的内径相同，塔体中段由下至上依次设有喷淋洗涤区和除雾区；喷淋洗涤区设有多层喷嘴，喷嘴的进液口通过管道及泵与反应釜的下部连通；塔体的顶部为净化烟气出口；

所述浆液制备系统包括石灰石浆液箱，其通过供浆管道连接至反应釜多功能接口；烟气系统通过引风机及管道连接至反应釜烟气进口；石膏浆液排出口通过管道及泵连接至石膏脱水系统。

进一步地，所述反应釜下部设有多台侧进式搅拌器。

进一步地，所述反应釜下部还连接有氧化风机。

进一步地，所述变径结构的内径最小值小于反应釜的内径最小值。

进一步地，所述除雾区包括下部的折板除雾区和上部的管束除雾区，折板除雾区安装有两层折板除雾器，且折板除雾器的上方还设有洗涤喷嘴；管束除雾区竖向安装有管束除雾器，每根管束内设有旋流板。

进一步地，所述变径结构为碳钢材质，内层设有玻璃鳞片防腐层。

进一步地，所述浆液制备系统为包括石灰石浆液箱，其上部设有石灰石粉仓，石灰石粉仓的底部通过管道及阀门连接至石灰石浆液箱，石灰石浆液箱还设有工艺水供水口，与工艺水供水管道连通。

进一步地，所述石膏脱水系统包括石膏旋流器，其底流出口连接至真空带式过滤机，真空带式过滤机连接有石膏储存库。

本发明还涉及采用所述装置进行烟气脱硫的工艺，包括以下步骤

1）通过浆液制备系统配制质量浓度为20-30%的石灰石浆液，输送到SO₂吸收系统的反应釜中，反应釜中的浆液被泵送至喷淋洗涤区，待处理的烟气经烟气系统进入到反应釜的烟气进口，向上运动，与喷淋下来的石灰石浆液接触进行洗涤脱硫；

2）洗涤后的烟气向上经过除雾区除雾后从净化烟气出口排放；洗涤后的浆液进入反应釜中进行循环洗涤，浆液中的固含量达到15%以上时，抽出至石膏脱水系统中进行脱水，过滤洗涤，得到石膏。

进一步地，净化后的烟气中二氧化硫＜35mg/Nm³。

本发明具有以下有益效果：

1、通过变径结构的设置，可以有效收集沿脱硫塔塔体内壁下落的浆液，同时将收集的浆液再次汇入塔体中心区域，从反应釜顶部上方中心下落，能够防止烟气短路和提高吸收效率，同时从变径结构内径最小处形成的液柱对下方上升的含尘烟气具有初步洗涤作用，能够在喷淋洗涤之前进行预洗涤，提升洗涤效果。

2、通过采用折板除雾器和管束除雾器组合，折板除雾器使得下部雾滴在上升过程中与折板进行撞击及吸附，可有效去除约90%以上的上升雾滴；而管束除雾器利用管束内部的旋流板变轴流为旋流，通过旋流产生的离心力进行除雾，可以解决传统旋流板除雾器因直径过大或锅炉负荷变化过大而无法有效分离除雾器中心区域液滴的问题。

3、通过采用上述结构能够有效降低二氧化硫、烟尘等有害物质的排放，降低系统整体电耗，同时为更低的环保排放标准预留空间。

4、烟气通过引风机进入吸收塔，无需设置增压风机，在吸收塔内脱硫净化，经除雾滴、微尘后，直接通过烟囱排入大气，节省能耗。

附图说明

图1是本发装置的整体结构示意图。

图2为本发明吸收塔的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步阐明本发明。

实施例1：

如图1和图2所示，循环硫化床锅炉烟气脱硫装置，包括浆液制备系统1、烟气系统2、SO₂吸收系统3和石膏脱水系统4；

其中SO₂吸收系统包括吸收塔塔体301，塔体的下部连接有反应釜302，反应釜侧壁设有烟气进口303和多功能接口304，下部还设有石膏浆液排出口305；塔体中段为等径设计，底部设有变径结构306，该变径结构的内径从下至上先逐渐减小，然后逐渐增大，变径结构的底部内径与反应釜顶部的内径相同，顶部内径与塔体中段的内径相同，塔体中段由下至上依次设有喷淋洗涤区307和除雾区308；喷淋洗涤区设有多层喷嘴，喷嘴的进液口通过管道及泵与反应釜的下部连通；塔体的顶部为净化烟气出口309；

所述浆液制备系统为包括石灰石浆液箱，其通过供浆管道连接至反应釜多功能接口；烟气系统通过引风机及管道连接至反应釜烟气进口；石膏浆液排出口通过管道及泵连接至石膏脱水系统。

SO₂吸收系统是烟气脱硫系统的核心，在吸收塔内，烟气中的SO₂被吸收浆液洗涤并与浆液中的CaCO₃发生反应，反应生成的亚硫酸钙在吸收塔底部的循环浆池内被氧化风机鼓入的空气强制氧化，最终生成石膏，达到一定浓度时，送入石膏脱水系统处理。净烟气在吸收塔中经过塔顶的除雾器，除去脱硫后烟气带出的细小液滴和烟尘。

具体的案例中，脱硫系统按一炉一塔，吸收塔型式为逆流式单回路喷淋塔，吸收塔浆池直径为5.3m，吸收区直径为4.0m，吸收塔高度约36.95米。吸收塔结构为圆柱体，底部为反应釜（循环浆池），上部为喷淋洗涤区和除雾区。烟气在喷淋洗涤区自下而上流过。吸收塔体为钢结构，采用玻璃鳞片内衬。吸收塔设置了4台离心式浆液循环泵，2台罗茨氧化风机（1台运行，1台备用）。吸收塔的下部的反应釜（浆液池）中，含有通过石灰浆液制备系统输送来的石灰石浆液，浆液通过吸收塔循环泵循环而洗涤SO₂烟气。

优选地方案中，所述反应釜下部设有多台侧进式搅拌器。优选地方案中，所述反应釜下部还连接有氧化风机。氧化风机用以向吸收塔浆池提供足够的空气，以便于石膏的形成（即从亚硫酸钙进一步氧化成硫酸钙），因为烟气中所含的氧不能满足氧化需要。如果输入的氧化空气不足会导致脱硫效率的降低，并在吸收塔中产生结块。新鲜的氧化空气通过消音器和空气过滤器后经过氧化风机加压后道输送到反应釜中，与浆料中的亚硫酸钙反应生成硫酸钙，制备得到磷石膏。具体的，在每台吸收塔内下部反应釜中布置有3台侧进式搅拌器，作用是使浆液保持流动状态，从而使其中的脱硫有效物质(CaCO₃固体微粒)也保持在浆液中的均匀悬浮状态，保证浆液对SO₂的吸收和反应能力。同时使鼓入的氧化空气与浆液池中的浆液成分混合反应，使亚硫酸钙强制氧化成石膏。为了降低氧化空气的温度（离开氧化风机的温度可达110℃左右），可将水喷入到氧化空气管中，水蒸发后使氧化空气降温。

优选地方案中，所述变径结构的内径最小值小于反应釜的内径最小值。使得上部收集的浆液从该最小内径处进入反应釜的中心区域，能够防止烟气短路和提高吸收效率，对下方上升的含尘烟气具有初步洗涤作用，提升洗涤效果。

具体的喷淋洗涤层设置为4层，每台浆液循环泵对应于各自的一层喷淋层。喷嘴采用耐磨中空锥切线型喷嘴。塔内喷淋层采用FRP管，本发明装置吸收系统中浆液的最大氯离子浓度按20000ppm设计，并以此决定所有与浆液接触的设备和部件的防腐保护。

优选地方案中，所述除雾区包括下部的折板除雾区和上部的管束除雾区，折板除雾区安装有两层折板除雾器，且折板除雾器的上方还设有洗涤喷嘴；便于后期对部件进行清洗。管束除雾区竖向安装有管束除雾器，每根管束内设有旋流板。将轴流变为旋流，通过旋流产生的离心力加强雾滴的去除。进一步优选地，所述折板除雾区和管束除雾区的部件均为聚丙烯材质部件。

吸收塔除雾区可以分离烟气中大部分浆液雾滴和烟尘，经收集后烟气夹带出的雾滴均回到吸收塔浆池中，可以确保烟气出口含尘<10mg/Nm³。每套除雾器都安装了喷淋水管和洗涤喷嘴，可以进行间隔冲洗，用以去除除雾器表面上的结垢和补充因烟气饱和而带走的水份，以维持吸收塔内要求的液位，还可以通过调节冲洗时间长短来控制吸收塔液位。

在吸收塔烟气净化区，烟气被喷淋下落的石膏浆液冷却下来，温度降到饱和温度，并由循环浆液中所含水蒸汽进行饱和。吸收塔系统水的损耗（烟气饱和，副产品石膏中的水分）一部分通过加入除雾器冲洗水，一部分通过石灰石浆液、石膏滤液来补充。

优选地方案中，所述变径结构为碳钢材质，内层设有玻璃鳞片防腐层。防腐效果好，能够延长该结构的使用寿命。

优选地方案中，所述喷淋洗涤区的喷嘴为空心锥切线型喷嘴。每台浆液循环泵对应于各自的一喷嘴层。

优选地方案中，所述浆液制备系统为包括石灰石浆液箱，其上部设有石灰石粉仓，石灰石粉仓的底部通过管道及阀门连接至石灰石浆液箱，石灰石浆液箱还设有工艺水供水口，与工艺水供水管道连通。本装置及工艺脱硫吸收剂采用外购石灰石粉（CaCO₃含量不低于90%，250目，90%过筛率），用气力输送系统将石灰石粉送至制浆区的石灰石粉仓储存。储存于石灰石粉仓中的石灰石粉通过给料阀进入石灰石浆液箱，由搅拌机将粉与工艺水搅拌充分混合，制成工艺需要浓度的石灰石浆液，石灰石浆液用浆液泵送至吸收塔进行脱硫。另外，吸收塔还可以配一条石灰石浆液输送环管，再循环回到石灰石浆液箱，石灰石浆液通过环管上的分支管道输送到吸收塔，以防止浆液在输送管道内沉淀堵塞。石灰石粉仓下部锥形部分为钢结构，通过压缩空气对粉仓锥部进行石灰石粉的流化，防止石灰石粉堵塞。粉仓顶部设置袋式除尘器。石灰石粉仓与石灰石浆液箱设两个接口，2个给料阀，2个手动插板阀和2个电动插板阀，1路运行，另1路备用。为了防止石灰石浆液管道结块和堵塞，要使浆液在管道内不断地流动循环。石灰石浆液泵设置2台，1台运行，1台备用。

优选地方案中，所述石膏脱水系统包括石膏旋流器，其底流出口连接至真空带式过滤机，真空带式过滤机连接有石膏储存库。

在吸收塔中，随着SO₂不断被吸收下来，浆液池中的石膏密度越来越高。为了使浆液密度保持在设计的运行范围内，需将石膏浆液（15％到20％固体含量）从吸收塔中抽出。浆液通过吸收塔石膏排出泵送到石膏旋流站，进行石膏一级脱水。石膏旋流器底流石膏固体含量为50％左右，底流直接送至真空带式过滤机进一步脱水至含水10%。石膏旋流器溢流来的含3～5％的细小固体微粒在重力作用下进入废水旋流器给料罐，大部分去滤液水池，少部分由废水旋流器给料泵输送到废水旋流器进行再次分离处理，得到含固量为2%左右的溢流和10%的底流。溢流作为废水自流进入废水罐进行排放，而底流可以返回脱硫吸收塔内循环使用。

采用所述装置进行烟气脱硫的工艺，包括以下步骤：

1）通过浆液制备系统配制质量浓度为20-30%的石灰石浆液，输送到SO₂吸收系统的反应釜中，反应釜中的浆液被泵送至喷淋洗涤区，待处理的烟气经烟气系统进入到反应釜的烟气进口，向上运动，与喷淋下来的石灰石浆液接触进行洗涤脱硫；

2）洗涤后的烟气向上经过除雾区除雾后从净化烟气出口排放；洗涤后的浆液进入反应釜中进行循环洗涤，浆液中的固含量达到15%以上时，抽出至石膏脱水系统中进行脱水，过滤洗涤，得到石膏。

本装置及工艺脱硫吸收剂采用外购石灰石粉（CaCO₃含量不低于90%，250目，90%过筛率），用气力输送系统将石灰石粉送至制浆区的石灰石粉仓储存。储存于石灰石粉仓中的石灰石粉通过给料阀进入石灰石浆液箱，由搅拌机将粉与工艺水搅拌充分混合，制成工艺需要浓度的石灰石浆液（一般质量浓度为20%~30%），石灰石浆液用浆液泵送至吸收塔进行脱硫。另外，吸收塔还可以配一条石灰石浆液输送环管，再循环回到石灰石浆液箱，石灰石浆液通过环管上的分支管道输送到吸收塔，以防止浆液在输送管道内沉淀堵塞。石灰石粉仓下部锥形部分为钢结构，通过压缩空气对粉仓锥部进行石灰石粉的流化，防止石灰石粉堵塞。粉仓顶部设置袋式除尘器。石灰石粉仓与石灰石浆液箱设两个接口，2个给料阀，2个手动插板阀和2个电动插板阀，1路运行，另1路备用。为了防止石灰石浆液管道结块和堵塞，要使浆液在管道内不断地流动循环。石灰石浆液泵设置2台，1台运行，1台备用。

该脱硫塔使用时，待净化烟气从烟气系统经烟气进口进入反应釜中，然后上行，反应釜中的脱硫浆液（碳酸钙浆液）经泵输送至喷淋洗涤区，从喷嘴喷出后下落，下降的洗涤液与上升的待净化烟气进行逆流接触，除去烟气中的SO₂，净化后的烟气中含有的雾滴在除雾区依次经折板除雾器和管束除雾器除去雾滴，得到净化烟气，净化烟气最后经净化烟气出口排出。

通过采用本发明提供的装置及工艺进行脱硫，脱硫前，SO₂：3000 mg/Nm³（标态，干基，6%O₂），粉尘≥20 mgN/m³，净化烟气中的SO₂排放浓度可以降至30 mg/Nm³（标态，干基，6%O₂），粉尘含量≤10 mgN/m³，脱硫效率可以达到98.8%，并且满足GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》超净排放的要求。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.循环硫化床锅炉烟气脱硫装置，其特征在于：包括浆液制备系统、烟气系统、SO₂吸收系统和石膏脱水系统；

其中SO₂吸收系统包括吸收塔塔体，塔体的下部连接有反应釜，反应釜侧壁设有烟气进口和多功能接口，下部还设有石膏浆液排出口；塔体中段为等径设计，底部设有变径结构，该变径结构的内径从下至上先逐渐减小，然后逐渐增大，变径结构无等径段，变径结构的底部内径与反应釜顶部的内径相同，顶部内径与塔体中段的内径相同，塔体中段由下至上依次设有喷淋洗涤区和除雾区；喷淋洗涤区设有多层喷嘴，喷嘴的进液口通过管道及泵与反应釜的下部连通；塔体的顶部为净化烟气出口；

所述浆液制备系统包括石灰石浆液箱，其通过供浆管道连接至反应釜多功能接口；烟气系统通过引风机及管道连接至反应釜烟气进口；石膏浆液排出口通过管道及泵连接至石膏脱水系统。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述反应釜下部设有多台侧进式搅拌器。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述反应釜下部还连接有氧化风机。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述变径结构的内径最小值小于反应釜的内径最小值。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述除雾区包括下部的折板除雾区和上部的管束除雾区，折板除雾区安装有两层折板除雾器，且折板除雾器的上方还设有洗涤喷嘴；管束除雾区竖向安装有管束除雾器，每根管束内设有旋流板。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述变径结构为碳钢材质，内层设有玻璃鳞片防腐层。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述浆液制备系统为包括石灰石浆液箱，其上部设有石灰石粉仓，石灰石粉仓的底部通过管道及阀门连接至石灰石浆液箱，石灰石浆液箱还设有工艺水供水口，与工艺水供水管道连通。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述石膏脱水系统包括石膏旋流器，其底流出口连接至真空带式过滤机，真空带式过滤机连接有石膏储存库。

9.采用权利要求1-8任意一项所述装置进行循环硫化床锅炉烟气脱硫工艺，其特征在于：

1）通过浆液制备系统配制质量浓度为20-30%的石灰石浆液，输送到SO₂吸收系统的反应釜中，反应釜中的浆液被泵送至喷淋洗涤区，待处理的烟气经烟气系统进入到反应釜的烟气进口，向上运动，与喷淋下来的石灰石浆液接触进行洗涤脱硫；

2）洗涤后的烟气向上经过除雾区除雾后从净化烟气出口排放；洗涤后的浆液进入反应釜中进行循环洗涤，浆液中的固含量达到15%以上时，抽出至石膏脱水系统中进行脱水，过滤洗涤，得到石膏。

10.根据权利要求9所述的工艺，其特征在于：净化后的烟气中二氧化硫＜35mg/Nm³。