CN110732228A - 烟气脱硫方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种烟气脱硫方法和装置，所述烟气脱硫方法包括：S1，将烟气流和脱硫剂通入反应腔体内；S2，在反应腔体内设置辅助介质，当烟气流在反应腔体内流动时，烟气流与脱硫剂充分混合，并携带辅助介质一起旋转地流动；S3，在脱硫剂与烟气流中的二氧化硫反应的同时，辅助介质对脱硫剂进行撞击研磨，使脱硫剂表面的与二氧化硫反应的产物即时脱落。本发明采用旋风分离器作为脱硫反应器，石灰石或石灰作为脱硫剂，并添加空心球对脱硫剂进行分散和研磨，即时破坏脱硫反应中包裹在脱硫剂上的产物，即时打破脱硫产物壳层，使脱硫剂表面充分暴露在烟气中，具有高效分散脱硫剂和即时实现反应颗粒表面更新的双重功能，提高了脱硫剂的利用效率和脱硫效率。

Description

烟气脱硫方法和装置
技术领域
本发明属于烟气脱硫技术领域，具体涉及一种烟气脱硫方法和装置。
背景技术
燃煤烟气中的硫氧化物(SOX，主要是SO2)形成的大气污染，不但危害人体健康，而且产生的酸雨和光化学污染等大气环境问题已经在挑战人类社会的可持续发展，因此燃煤行业纷纷采用不同的脱硫脱硝装置与工艺对烟气进行处理以减少对环境的污染。
目前，对烟气中有害组分SO2的处理主要集中在烟气脱硫上，烟气脱硫技术主要有湿法、半干法与干法三类。湿法烟气脱硫技术，是用液体吸收剂如水或碱性溶液(或脱硫液)等洗涤以除去SO2。干法/半干法烟气脱硫技术，是用粉状或粒状吸收剂、吸附剂或催化剂以除去SO2，循环和排出物为干态。其中，干法烟气脱硫技术既具有湿法脱硫反应速度快、占地面积小、投资运行费用低和脱硫产物呈干粉状易于处理等优点，又具有无污水废酸排出受到人们广泛的关注。但现有的干法脱硫装置存在设备庞大、占地面积大且操作技术要求高等缺点，尤其是炉内脱硫率和脱硫剂利用率都不够高，其技术经济性能的竞争力不够强，未得到广泛应用。
目前，工业上应用最普遍的脱硫剂仍为钙基脱硫剂(即CaCO3、CaO或Ca(OH)2)。钙基脱硫剂来源广、原料易得，廉价且脱硫效率高，固硫产物在温度1100℃以下有较好的抗高温分解性能，因而在国内外烟气脱硫技术和燃烧过程的脱硫技术中得到了广泛使用。在脱硫过程中，脱硫剂与烟气中的SO2反应，生成产物CaSO3或CaSO4，从而将SO2从烟气中除去，所以脱硫剂的反应活性成为影响脱硫效率的决定性因素之一，脱硫剂活性越高，越容易取得高的脱硫效率和脱硫剂利用率，烟气脱硫成本越低。
前人对提高CaO/CaCO3颗粒脱硫反应速率的研究侧重于最佳反应温度和添加适量催化剂上，对于提高脱硫剂自身利用率方面还研究较少。因此，提高脱硫剂的反应速率，以使其易于与SO2反应，从而提高它的脱硫效率和钙基利用率，具有重要的工业应用价值。
申请号为201720753230.4的专利文献公开了一种除尘脱硫装置，包括塔体，塔体的底部设有烟气入口管，塔体的下部设有多个脱硫液喷淋装置，脱硫液喷淋装置布满塔体截面；塔体的上部设有填料装置和水喷淋装置，水喷淋装置位于填料装置的上方；塔体的顶部设有烟气出口。该装置中虽然在塔体内设有填料装置、利用填料装置脱硫除尘，但该装置涉及的是一种湿法脱硫装置，整个装置的结构和基本原理与本申请不同，而且填料虽然采用的是空心球，但该空心球是以静止状态填充在塔内的，是用于增大吸收液传质的表面吸收酸气，与本申请中的研磨球的工作原理也不相同。
申请号为201821920248.X的专利文献公开了一种干法脱硫装置及干法脱硫系统，干法脱硫装置包括脱硫塔，脱硫塔上方设置有上顶盖板，上顶盖板上开设有脱硫剂进口，脱硫塔下方设置有出料锥，出料锥底部开设有废脱硫剂出口，脱硫剂进口和废脱硫剂出口之间设置有容纳脱硫剂的竖向脱硫剂通道，脱硫塔中部设置有分隔竖向脱硫剂通道的竖向烟气通道，脱硫塔侧面设置有伸入竖向烟气通道的烟气进口。该干法脱硫装置是通过提高烟气流动来提高脱硫效率，与本申请不同。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种烟气脱硫方法和装置，旨在解决现有的干法脱硫技术脱硫效率较低的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种烟气脱硫方法，包括：
S1，将烟气流和脱硫剂通入反应腔体内；
S2，在反应腔体内设置辅助介质，当烟气流在反应腔体内流动时，烟气流与脱硫剂充分混合，并携带辅助介质一起旋转地流动；
S3，在脱硫剂与烟气流中的二氧化硫反应的同时，辅助介质对脱硫剂进行撞击研磨，使脱硫剂表面的与二氧化硫反应的产物即时脱落。
优选地，所述S1中，所述反应腔体为旋风分离器内的锥形腔体，将烟气流和脱硫剂以一定的速度从旋风分离器上部通入；所述S2中，烟气流与脱硫剂在锥形腔体内一边混合，一边携带着辅助介质形成旋转气流；所述S3中，旋转气流携带着辅助介质在锥形腔体内进行湍流运动，旋转气流中的绝大部分携带着产生的粉粒沿锥形腔体内壁向下运动，所述产生的粉粒包括：脱落的所述产物和撞击掉落的少量脱硫剂，所述产生的粉粒从旋风分离器底部的粉粒出口排出，旋转气流中的少数部分为脱硫反应后的净化气，净化气向锥形腔体的中心流动，并不断旋转向上，最后从旋风分离器顶部的烟气出口排出，辅助介质通过设在所述粉粒出口处的介质下挡板和设在所述烟气出口处的介质上挡板进行阻拦，留在锥形腔体内。
优选地，所述烟气流和脱硫剂从旋风分离器上部以切向方向通入，或以轴向风向通入。
优选地，所述辅助介质为空心球，所述空心球采用不锈钢材质。
优选地，所述空心球的直径为20mm～40mm，比重为1.5～3.0kg/m3；所述烟气流的通入速度为1m/s～10m/s，所述锥形腔体的高径比为1～5。
优选地，所述脱硫剂为石灰石颗粒或石灰石粉或石灰粉。
优选地，在步骤S3中，从粉粒出口排出的所述产生的粉粒通过集灰斗进行收集，并回收利用。
本发明还提出一种烟气脱硫装置，包括：旋风分离器和辅助介质，所述旋风分离器上部设有烟气进口和脱硫剂进料口、顶部中心设有烟气出口，所述旋风分离器底部设有粉粒出口，若干所述辅助介质填充于所述旋风分离器的锥形腔体内，所述烟气出口处设有介质上挡板，所述粉粒出口处设有介质下挡板。
优选地，所述辅助介质采用空心球，所述空心球为不锈钢材质。
优选地，所述旋风分离器的粉粒出口的底部设有集灰斗。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果：
一，本发明所述的烟气脱硫方法，是一种采用介质旋流研磨强化的干法烟气脱硫方法，采用旋风分离器作为脱硫反应器，通过导流构建造成气体旋流，并添加空心球作为研磨介质，气流携带空心球旋转，对石灰石或石灰脱除二氧化硫过程中的物料进行研磨，能即时破坏脱硫反应中包裹在反应物上的CaSO3/CaSO4产物层，使脱硫剂的新鲜表面即时暴露，强化脱硫反应，打破了气液传质和化学反应阻力，加快脱硫反应速率，具有高效分散脱硫剂和即时实现反应颗粒表面更新的双重功能，能够高效脱除烟气中的硫化物，解决了现有干法脱硫技术中存在的脱硫效率低、钙基利用率低的问题。
二，所述烟气脱硫方法采用的烟气脱硫装置，在旋风分离器内设置空心球，靠旋风分离器内的锥形腔体产生旋转气流，靠内部气流的运动带动空心球对脱硫剂进行即时研磨及破除，并将脱硫过程产生的产物和脱硫剂等从烟气流中分离出来，使烟气净化排出，整体结构简单，装置的造价成本低，占地面积小，且整个装置容易操作和管理维护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提出的烟气脱硫装置的结构示意图。
本发明的附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
1 旋风分离器 2 辅助介质
11 烟气进口 3 介质下挡板
12 脱硫剂进料口 4 介质上挡板
13 烟气出口 5 集灰斗
14 粉粒出口
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种烟气脱硫方法和装置。
图1示出了烟气脱硫装置的示例。
请参考图1，本发明提出一种烟气脱硫装置，包括：旋风分离器1和辅助介质2，旋风分离器1为一个圆锥形筒，筒的上部设有烟气进口11、脱硫剂进料口12和烟气出口13，烟气进口11通常是沿筒的切线方向设置，脱硫剂进料口12靠近烟气进口11设在筒的顶部，烟气出口13设在筒的顶部中心。旋风分离器1内锥形腔体的底部设有粉粒出口14，锥形腔体内设有若干辅助介质2，在旋风分离器内设有介质下挡板3，介质下挡板3靠近粉粒出口14设置，介质下挡板3固定连接在旋风分离器1上，但设有开口与粉粒出口14导通，用于防止辅助介质2从粉粒出口14掉出，而又不影响烟气的排出。
当将烟气从烟气进口11以一定速度通入，同时将脱硫剂从脱硫剂进料口12投入时，脱硫剂在烟气流的带动下与烟气流充分混合，并沿着旋风分离器内锥形的筒壁形成旋转气流，并携带着锥形腔体内的辅助介质2一起流动。由于在锥形腔体内设置了辅助介质，旋转气流中的烟气一边与脱硫剂进行脱硫反应，脱硫剂与烟气中的二氧化硫反应产生产物，起到去除二氧化硫的作用，一边有辅助介质不断对脱硫剂进行撞击研磨，脱硫剂表面的产物层裂开后脱落，将包裹在脱硫剂上的产物进行破除，产物被破除后掉落，并随旋转气流流动，在重力的作用下，掉落的产物与辅助介质一起沿锥形腔体内壁向下运动，辅助介质在介质下挡板的阻挡作用下继续留在旋风分离器内，脱落的产物经粉粒出口14排出。而旋转气流中经脱硫反应后的净化气，向锥形腔体的中心流动，并不断旋转向上，最后从顶部的烟气出口13排出。
本烟气脱硫装置中设置的辅助介质，既起到了将脱硫剂进行高效分散的作用，又起到了将脱硫剂的表面即时研磨更新的作用，能够有效提高脱硫剂的利用率，从而提高脱硫效率，并且，本烟气脱硫装置直接采用旋风分离器，结构简单，价格低廉，效率高且容易操作，便于运行和维护，还能一并将烟气流中的粉尘进行分离，具有重要的工业应用价值。
进一步地，辅助介质具体可以采用球填料，优选采用不锈钢材质的空心球。而对于旋风分离器的规格尺寸，可以根据要处理烟气的风量来选取。
具体在本实施方式中，首先，烟气流的通入速度为1m/s～10m/s，由公式：旋风分离器的烟气进口面积＝风量/通入速度，可以计算出旋风分离器的烟气进口面积；然后，由烟气流的通入速度和烟气进口面积确定选型，根据旋风筒的几何尺寸比例关系，选取锥形腔体的高径比为1～5；空心球的要求是要能够在旋转气流的导流作用下携带着辅助介质进行湍流运动，因此空心球要比空气的比重稍大，空心球的尺寸要比脱硫剂的尺寸大，具体可以选择空心球的直径为20mm～40mm，比重为1.5～3.0kg/m3。
但可以理解地，在其他一些实施方式中，辅助介质也可以采用其他形状材质的辅助介质，可以采用其他材质的辅助介质来替代空心球进行研磨，只要能满足耐高温、比重与空气相近、不易反应即可，在此不作限定。
进一步地，脱硫剂为石灰石颗粒或石灰石粉或石灰粉。石灰石的主要成分是碳酸钙，具有来源广、成本低的优点，石灰石在高温烟气流中能分解释放二氧化碳气体，生成氧化钙与烟气流中的二氧化硫进行反应，石灰的主要成分是氧化钙，由于采用了空心球能够对脱硫剂进行即时分散和研磨，因此既可以采用颗粒状的石灰石、粉粒状的石灰石，也可以采用粉状的石灰，都能实现较好的脱硫效果。
更进一步地，为了防止净化气从旋风分离1器顶部排出时夹带辅助介质一起逸出，在旋风分离器的顶部靠近烟气出口13处设有介质上挡板4。并且，在旋风分离器1底部还设有集灰斗5，脱硫剂粉尘可以透过介质下挡板3的孔下落到集灰斗5中。
下面结合上述烟气脱硫装置，进一步描述烟气脱硫方法，需要说明的是，在具体的烟气脱硫过程中，可以根据需要采用上述结构中一部分，而不必采用全部，也不应限制于必须采用上述结构的烟气脱硫装置。
本发明提出一种烟气脱硫方法，包括：
S1，将烟气流和脱硫剂通入反应腔体内；
S2，在反应腔体内设置辅助介质，当烟气流在反应腔体内流动时，烟气流与脱硫剂充分混合，并携带辅助介质一起旋转地流动；
S3，在脱硫剂与烟气流中的二氧化硫反应的同时，辅助介质对脱硫剂进行撞击研磨，使脱硫剂表面的与二氧化硫反应的产物即时脱落。
进一步地，上述烟气脱硫方法，采用填充有空心球的旋风分离器进行脱硫操作，包括：
(1)，将烟气流以一定速度从烟气进口11通入旋风分离器1内，并同时从靠近烟气进口11的脱硫剂进料口12投入脱硫剂；
(2)，旋风分离器的锥形腔体内填充有若干空心球，烟气流和脱硫介质一边在锥形腔体内发生脱硫反应，一边携带着空心球形成旋转气流；其中，烟气流和脱硫介质在脱硫介质表面发生脱硫反应，生成的产物也形成在脱硫介质表面；
(3)，随着旋转气流的流动，空心球与脱硫剂不断相互接触并碰撞，一方面，空心球起到研磨介质的作用，其在旋转运动的过程中对脱硫剂起到很好的粉碎作用，防止脱硫剂结块，尤其是对于颗粒状的脱硫剂，通过将其不断粉碎研磨，来保证脱硫剂与烟气进行更充分的混合，另一方面，空心球不断撞击脱硫剂表面，能使脱硫剂表面形成的反应产物即时脱落，使脱硫剂内未反应的部分即时露出，从而进一步提高脱硫剂的利用率；
随之，旋转气流中的绝大部分携带着空心球、脱落的产物和少量经撞击掉落的脱硫剂粉沿锥形腔体内壁向下运动，脱落的产物从旋风分离器底部排出，而空心球在介质下挡板的阻挡作用下留在锥形腔体内；旋转气流中的少数部分为脱硫反应后的净化气，净化气向锥形腔体的中心流动，并不断旋转向上，最后从旋风分离器顶部排出。
所述烟气脱硫方法采用的是干法脱硫技术，是利用粉状或颗粒状的脱硫剂来脱除烟气中的硫化物。脱硫剂可以采用石灰石或石灰，能够与烟气中的二氧化硫等硫化物发生反应，生成硫酸钙或亚硫酸钙。
本干法脱硫方法，采用石灰石颗粒或石灰石粉作为脱硫剂，将脱硫剂掺混到烟气中后进入脱硫环节，脱硫环节凭借导流构建造成气体旋流，并添加空心球作为辅助介质，气体携带辅助介质旋转，对石灰石或石灰脱除二氧化硫的过程物料进行研磨，即时破坏脱硫产生的硫酸钙/亚硫酸钙等对石灰石/石灰造成的表面包裹，使石灰石/石灰新鲜表面即时暴露，强化脱硫反应。本烟气脱硫方法具有高效分散脱硫剂和即时实现反应颗粒表面更新的双重功能，解决了脱硫效率和钙基利用率低问题。
进一步地，空心球采用不锈钢空心球，空心球的直径为20mm～40mm，比重为1.5～3.0kg/m3；烟气流的通入速度为1m/s～10m/s，旋风分离器1内锥形腔体的高径比为1～5。采用该规格尺寸的旋风分离器1和空心球，能保证实现较高的脱硫效率。
下面结合图1及具体实施例对本发明的技术效果作进一步试验验证，以下实施例采用图1所示的烟气脱硫装置进行试验。
实施例1
模拟烟气温度700℃，SO2浓度500mg/Nm3，烟气量100Nm3/h，将模拟烟气通过烟气进口11进入脱硫反应器，空心球粒径为40mm，空心球比重为3.0kg/m3，高径比为4，烟气流速为3.8m/s，脱硫处理后的烟气从烟气出口13流出，经计算得到脱硫效率91.3％。
实施例2
模拟烟气温度700℃，SO2浓度500mg/Nm3，烟气量100Nm3/h，将模拟烟气通过烟气进口11进入脱硫反应器，空心球粒径为20mm，空心球比重为1.5kg/m3，高径比为4，烟气流速为3.8m/s，脱硫处理后的烟气从烟气出口13流出，经计算得到脱硫效率93.5％。
实施例3
模拟烟气温度900℃，SO2浓度500mg/Nm3，烟气量100Nm3/h，将模拟烟气通过烟气进口11进入脱硫反应器，空心球粒径为40mm，空心球比重为3.0kg/m3，高径比为4，烟气流速为3.8m/s，脱硫处理后的烟气从烟气出口13流出，经计算得到脱硫效率93.5％。
实施例4
模拟烟气温度900℃，SO2浓度500mg/Nm3，烟气量100Nm3/h，将模拟烟气通过烟气进口11进入脱硫反应器，空心球粒径为20mm，空心球比重为1.5kg/m3，高径比为4，烟气流速为3.8m/s，脱硫处理后的烟气从烟气出口13流出，经计算得到脱硫效率95.7％
通过上述实施例1-4得出如下结论：
采用本发明提出的烟气脱硫装置及方法进行脱硫，在高径比为4的旋风分离器内进行通入烟气流进行脱硫，调节空心球的直径为20mm～40mm，比重为1.5～3.0kg/m3，脱硫效率能达到91.3％～95.7％。
实施例5
采用两台同样规格尺寸的旋风分离器作为脱硫反应器，其中一台旋风分离器内加入空心球，另外一台不加入空心球，进行烟气脱硫试验，模拟烟气温度900℃，SO2浓度500mg/Nm3，烟气量100Nm3/h，将模拟烟气通过烟气进口11进入脱硫反应器，高径比为4，烟气流速为3.8m/s，其中加入空心球的旋风分离器中空心球粒径为20mm，空心球比重为1.5kg/m3，脱硫处理后的烟气从烟气出口13流出，经计算得到加入空心球的旋风分离器脱硫效率95.7％，不加入空心球的旋风分离器脱硫效率57.8％。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种烟气脱硫方法，其特征在于，包括：
S1，将烟气流和脱硫剂通入反应腔体内；
S2，在反应腔体内设置辅助介质，当烟气流在反应腔体内流动时，烟气流与脱硫剂充分混合，并携带辅助介质一起旋转地流动；
S3，在脱硫剂与烟气流中的二氧化硫反应的同时，辅助介质对脱硫剂进行撞击研磨，使脱硫剂表面的与二氧化硫反应的产物即时脱落。
2.如权利要求1所述的烟气脱硫方法，其特征在于，
所述S1中，所述反应腔体为旋风分离器内的锥形腔体，将烟气流和脱硫剂以一定的速度从旋风分离器上部通入；
所述S2中，烟气流与脱硫剂在锥形腔体内一边混合，一边携带着辅助介质形成旋转气流；
所述S3中，旋转气流携带着辅助介质在锥形腔体内进行湍流运动，
旋转气流中的绝大部分携带着产生的粉粒沿锥形腔体内壁向下运动，所述产生的粉粒包括：脱落的所述产物和撞击掉落的少量脱硫剂，所述产生的粉粒从旋风分离器底部的粉粒出口排出，
旋转气流中的少数部分为脱硫反应后的净化气，净化气向锥形腔体的中心流动，并不断旋转向上，最后从旋风分离器顶部的烟气出口排出，
辅助介质通过设在所述粉粒出口处的介质下挡板和设在所述烟气出口处的介质上挡板进行阻拦，留在锥形腔体内。
3.如权利要求2所述的烟气脱硫方法，其特征在于，所述烟气流和脱硫剂从旋风分离器上部以切向方向通入，或以轴向风向通入。
4.如权利要求2或3所述的烟气脱硫方法，其特征在于，所述辅助介质为空心球，所述空心球采用不锈钢材质。
5.如权利要求4所述的烟气脱硫方法，其特征在于，所述空心球的直径为20mm～40mm，比重为1.5～3.0kg/m3；所述烟气流的通入速度为1m/s～10m/s，所述锥形腔体的高径比为1～5。
6.如权利要求5所述的烟气脱硫方法，其特征在于，所述脱硫剂为石灰石颗粒或石灰石粉或石灰粉。
7.如权利要求6所述的烟气脱硫方法，其特征在于，在步骤S3中，从粉粒出口排出的所述产生的粉粒通过集灰斗进行收集，并回收利用。
8.一种烟气脱硫装置，其特征在于，包括：旋风分离器和辅助介质，所述旋风分离器上部设有烟气进口和脱硫剂进料口、顶部中心设有烟气出口，所述旋风分离器底部设有粉粒出口，若干所述辅助介质填充于所述旋风分离器的锥形腔体内，所述烟气出口处设有介质上挡板，所述粉粒出口处设有介质下挡板。
9.如权利要求8所述的烟气脱硫装置，其特征在于，所述辅助介质采用空心球，所述空心球为不锈钢材质。
10.如权利要求9所述的烟气脱硫装置，其特征在于，所述旋风分离器的粉粒出口的底部设有集灰斗。
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