CN111450659A - 一种用于烟气活性焦干法脱硫装置和工艺 - Google Patents

一种用于烟气活性焦干法脱硫装置和工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于烟气活性焦干法脱硫装置和工艺。该粉状活性焦两段式流化床烟气干法脱硫装置包括两段式流化床脱硫装置，两段式流化床脱硫装置设置有脱硫后活性焦排料口、输送烟气入口、流化烟气入口、浓相段返料口、粉状活性焦加料口和脱硫后烟气出口。本发明可应用于烟气干法脱硫技术领域，相比于现有的烟气活性焦干法脱硫装置，本发明以无定型细密粉状活性焦为吸附剂，并以带有循环返料装置的两段式流化床干法脱硫装置为脱硫装置，这有利于降低脱硫吸附剂的成本，并极大地提高活性焦吸附剂的利用效率和二氧化硫的脱除效率。

Description

一种用于烟气活性焦干法脱硫装置和工艺
技术领域
本发明涉及一种用于烟气活性焦干法脱硫装置和工艺，具体涉及一种粉状活性焦两段式流化床烟气干法脱硫装置。属于烟气脱硫技术领域。
背景技术
煤炭在我国的一次能源结构中占有重要的地位，煤炭燃烧过程产生的烟气中存在着二氧化硫、氮氧化物污染物，必须对烟气中污染物进行脱除达标后才能排放烟气。目前，烟气中的二氧化硫脱除方式主要有湿法脱硫、半干法脱硫及干法脱硫的方式。其中，石灰石-石膏湿法和半干法烟气脱硫因为工艺简单，脱硫原料廉价易得、脱硫效率高等优点而得到大规模的推广，但是随之也带来了一些问题:1）耗水量大导致废水排放量大，废水处理问题日益凸显；2）石灰石资源过量开采造成了生态环境破坏；3）副产物脱硫石膏的品质较低，二次利用价值不高导致大量的石膏被丢弃或填埋，容易造成二次污染。
采用活性焦干法烟气脱硫技术是烟气脱硫的近年来新兴技术之一，具有无废水排放、硫资源化利用及多种污染物（SO2、NOx、Hg及二噁英等）可一体化脱除的优势特点。目前，活性焦干法烟气脱硫已经用于钢铁行业烟气、有色金属冶炼烟气、硫酸尾气、环集烟气的净化处理。已经投入工业化应用的活性焦烟气脱硫装置主要采用移动床作为脱硫反应器，主要存在以下问题：1）脱硫剂为直径5~9mm的柱状成型活性焦，因为制备成本较高，每吨活性焦的价格高达6000~12000元/吨，导致移动床活性焦干法脱硫技术运行成本较高；2）由于活性焦颗粒尺寸较大，气体污染物的分子很难向活性焦颗粒的内部扩散，导致活性焦内表面的利用率低，不能充分利用活性焦颗粒的吸附性能；3）移动床脱硫反应器装置体积庞大，占地面积大且配套设备投资高。
发明内容
本发明旨在提供一种用于烟气活性焦干法脱硫装置和工艺，实质是一种颗粒状无定型活性焦的吸附脱硫装置，以解决现有成型活性焦脱硫技术的脱硫装置占地面积大、活性焦成本高和颗粒吸附性能利用低的问题。
本发明提供了一种用于烟气活性焦干法脱硫装置，包括粉状活性焦两段式流化床脱硫装置，该流化床脱硫装置设有筒体、烟气分气缸、排料装置、烟气布风装置、返料装置、加料装置；筒体上还设有烟气脱硫后活性焦排料口、输送烟气入口、流化烟气入口、浓相段返料口、粉状活性焦加料口和脱硫后烟气出口；
粉状活性焦两段式流化床脱硫装置包括筒体，筒体由下至上包括依次连通设置的排料装置、烟气布风装置、浓相段、渐缩段及稀相段；
粉状活性焦两段式流化床脱硫装置包括烟气分气缸，烟气分气缸与烟气入口连接，烟气分气缸还与筒体的烟气布风装置和中心管相连；未脱硫的烟气自烟气入口进入烟气分气缸后分成两股气体，一股作为流化气进入烟气布风装置，另一股作为输送气进入排料装置中心管；
粉状活性焦两段式流化床脱硫装置包括排料装置，所述排料装置包括中心管和排料收集斗，中心管侧壁输送烟气入口与烟气分气缸通过管道相连，中心管底部与排料收集斗相连，中心管顶部延伸至粉状活性焦两段式流化床脱硫装置内烟气布风装置；
粉状活性焦两段式流化床脱硫装置包括烟气布风装置，烟气布风装置设置有圆台状分布板和气室，气室通过管道与烟气分气缸相连通，圆台状分布板包括上台面和下台面，圆台状分布板下台面与中心管相连，圆台状分布板上台面与浓相段相连，圆台状分布板上设置有流化喷嘴，喷嘴连通气室和流化床脱硫装置内部；
粉状活性焦两段式流化床脱硫装置包括返料装置，返料装置包括集料斗，补料仓及N型返料阀，粉状活性焦通过活性焦供应系统输送至补料仓内，补料仓底部与集料斗顶部通过设置有计量设备和流量控制设备的管道相连，集料斗与浓相段返料口通过设置有N型返料阀的管道相连。
粉状活性焦两段式流化床脱硫装置包括加料装置，加料装置设置有粉状活性焦供应口，用于烟气脱硫的无定型粉状活性焦经过粉状活性焦供应口被加入加料装置后，通过管道与粉状活性焦两段式流化床脱硫装置粉状活性焦加料口相连，管道上设置有计量装置和星型给料器分别记录和控制粉状活性焦的流量。
进一步地，在排料装置排料收集斗下部设有脱硫后活性焦排料口，浓相段返料口设置在浓相段的侧壁上，粉状活性焦加料口设置在稀相段的侧壁上，脱硫后烟气出口设置在稀相段顶部。
进一步地，烟气布风装置的圆台状分布板下台面的直径与圆台腰线形成的扩散角θ为45~60°，输送烟气入口设置在排料装置中心管侧壁，流化烟气入口设置在烟气布风装置气室侧壁。
粉状活性焦两段式流化床脱硫装置的中部设置渐缩段，渐缩段连接浓相段和稀相段，下部浓相段直径和上部稀相段直径的比为1：（2-4），下部浓相段高度和上部稀相段高度的比为1:（0.5-2），所述的渐缩段为圆台状，包括上台面和下台面，所述的下台面直径与圆台腰线形成的扩散角α为45~65°。
粉状活性焦两段式流化床脱硫装置还包括一级旋风分离器，一级旋风分离器与脱硫烟气出口通过管道相连，一级旋风分离器收集的粉状活性焦通过管道进入集料斗，一级旋风分离器顶部出口烟气进入二级旋风分离器；二级旋风分离器收集的粉状活性焦进行收集后资源化处理，二级旋风分离器顶部出口烟气进入布袋除尘器；布袋除尘器设置有脱硫除尘后的烟气排放管道，烟气经过管道排放，布袋除尘器收集的粉状活性焦进行资源化处理。
本发明提供了采用上述装置进行烟气活性焦干法脱硫的工艺，包括以下步骤：以无定型细密粉状活性焦为吸附剂，颗粒当量直径在0.5~1.0mm的无定型粉状活性焦通过活性焦供应系统加入活性焦加料装置内，经过星型给料器和计量装置分别控制和计量后进入粉状活性焦两段式流化床脱硫装置稀相段内，受到重力作用落入粉状活性焦两段式流化床脱硫装置浓相段内，未脱硫的烟气进入烟气分气缸后分成两股气体分别通过烟气布风装置气室和中心管进入浓相段内，由于烟气形成的气流作用，作为吸附剂的粉状活性焦与烟气充分混合和湍动，呈现聚式流态化，烟气中的二氧化硫被活性焦充分吸收。活性焦颗粒随着烟气一起上升至稀相段后由于烟气气速降低，一部分颗粒因为自身重力重新返回到浓相段内，这有利于进一步增加浓相段内床层中粉状活性焦颗粒浓度，同时延长了粉状或活性焦参与吸附脱硫作用时间，另一部分活性焦随着烟气被带出粉状活性焦两段式流化床脱硫装置外。净化后的含尘烟气经过一级旋风分离器、二级旋风分离器及布袋除尘器后排放至下一工序。一级旋风分离器收集的粉状活性焦与部分补料仓内的粉状活性焦一起通过返料装置中的N型返料阀控制后进入粉状活性焦两段式流化床脱硫装置浓相段内参与脱硫，进一步提高粉状活性焦的脱硫吸附性能。本发明的烟气活性焦干法脱硫工艺的单套装置适用于烟气工况条件是流量在40000-70000 Nm3/h范围内，入口烟气中二氧化硫浓度≤ 3000 mg/Nm3，烟气中粉尘浓度≤ 5 g/Nm3，烟气温度在120-160 ℃范围内。处理后的烟气中的二氧化硫浓度≤ 35 mg/Nm3，可以满足国家对各行业烟气中二氧化硫超低排放浓度的要求。
本发明的有益效果：
相比于现有的活性焦干法脱硫装置，本发明以无定型细密粉状活性焦为吸附剂，并以带有循环返料装置的两段式流化床干法脱硫装置为脱硫装置，这有利于降低脱硫吸附剂的成本，并极大地提高活性焦吸附剂的利用效率和二氧化硫的脱除效率。
附图说明
图1为本发明用于烟气活性焦干法脱硫的装置结构示意图。
图2为烟气布风装置的结构示意图。
图中：1、烟气分气缸；2、排料收集斗；3、中心管；4、烟气布风装置；5、浓相段；6、渐缩段；7、稀相段；8、加料装置；9、补料仓；10、一级旋风分离器；11、集料斗；12、N型返料阀；13、二级旋风分离器；14、布袋除尘器；15、气室；16、分布板；17、流化喷嘴；18、流化烟气入口；19、输送烟气入口；20、烟气入口，21、活性焦入口，22、补料口，23、烟气出口，24、排料口。
具体实施方式
本发明提供了一种粉状活性焦两段式流化床烟气干法脱硫装置和工艺，为使本发明目的、技术方案及效果更加明晰，通过以下实例对方案进行进一步说明。本发明描述的具体实例仅用于解释本发明，不用于限定本发明。
实施例1：
如图1和2所示，一种用于烟气活性焦干法脱硫的装置，包括粉状活性焦两段式流化床脱硫装置，该流化床脱硫装置设有筒体、烟气分气缸1、排料装置、烟气布风装置4、返料装置、加料装置8；烟气脱硫后活性焦排料口、输送烟气入口19、流化烟气入口18、浓相段返料口、粉状活性焦加料口和脱硫后烟气出口。
烟气分气缸1与烟气入口连接，烟气分气缸1通往筒体的烟气布风装置4和中心管3；
粉状活性焦两段式流化床脱硫装置包括筒体，筒体由下至上包括依次连通设置的排料装置、烟气布风装置4、浓相段5、渐缩段6及稀相段7；
粉状活性焦两段式流化床脱硫装置包括烟气分气缸1，未脱硫的烟气自烟气入口进入烟气分气缸1后分成两股气体，一股作为流化气进入烟气布风装置4，另一股作为输送气进入排料装置中心管3；
所述排料装置包括中心管3和排料收集斗2，中心管3侧壁输送烟气入口与烟气分气缸1通过管道相连，中心管3底部与排料收集斗2相连，中心管3顶部延伸至粉状活性焦两段式流化床脱硫装置内烟气布风装置4；
粉状活性焦两段式流化床脱硫装置包括烟气布风装置，烟气布风装置4设置有圆台状分布板16和气室15，气室15通过管道与烟气分气缸1相连通，圆台状分布板16包括上台面和下台面，圆台状分布板16下台面与中心管3相连，圆台状分布板16上台面与浓相段5相连，圆台状分布板16上设置有流化喷嘴17，喷嘴连通气室和流化床脱硫装置内部；
粉状活性焦两段式流化床脱硫装置还包括返料装置，返料装置包括集料斗11，补料仓9及N型返料阀12，粉状活性焦通过活性焦供应系统输送至补料仓9内，补料仓9底部与集料斗11顶部通过设置有计量设备和流量控制设备的管道相连，集料斗11与浓相段返料口通过设置有N型返料阀12的管道相连。
粉状活性焦两段式流化床脱硫装置还包括加料装置，加料装置设置有粉状活性焦入口21，用于烟气脱硫的无定型粉状活性焦经过粉状活性焦供应口被加入加料装置后，通过管道与粉状活性焦两段式流化床脱硫装置粉状活性焦加料口相连，管道上设置有计量装置和星型给料器分别记录和控制粉状活性焦的流量。
在排料装置排料收集斗2下部设有脱硫后活性焦排料口，浓相段5返料口设置在浓相段5的侧壁上，粉状活性焦加料口设置在稀相段7的侧壁上，脱硫后烟气出口设置在稀相段7顶部。
进一步地，烟气布风装置4的圆台状分布板16下台面的直径与圆台腰线形成的扩散角θ为45~60°，输送烟气入口19设置在排料装置中心管3侧壁，流化烟气入口18设置在烟气布风装置气室15侧壁。
粉状活性焦两段式流化床脱硫装置的中部设置渐缩段6，渐缩段6连接浓相段5和稀相段7，下部浓相段5直径和上部稀相段7直径的比为1：（2-4），下部浓相段高度和上部稀相段高度的比为1:（0.5-2）。
粉状活性焦两段式流化床脱硫装置还包括一级旋风分离器10，一级旋风分离器10与脱硫烟气出口通过管道相连，一级旋风分离器10收集的粉状活性焦通过管道进入集料斗11，一级旋风分离器10顶部出口烟气进入二级旋风分离器13；二级旋风分离器13收集的粉状活性焦进行收集后资源化处理，二级旋风分离器13顶部出口烟气进入布袋除尘器14；布袋除尘器14设置有脱硫除尘后的烟气排放管道，烟气经过管道排放，布袋除尘器14收集的粉状活性焦进行资源化处理。
下述实施例使用的实验检测方法如无特殊说明，均为常规方法，实施例中烟气中的SO2采用在线烟气分析仪进行分析并记录数据，测定烟气中SO2的初始浓度与经过本发明烟气干法脱硫后的浓度，通过计算即可得到烟气脱硫效率。
实施例中所使用的活性焦为商业采购的粉状活性焦，颗粒当量直径为0.5~1mm。
采用图1所示的烟气活性焦干法脱硫装置对含硫烟气进行吸附脱硫处理，具体实施过程如下：首先在加料装置、补料仓和集料斗内持续不断的装入新鲜的粉状活性焦颗粒，关闭排料收集斗的卸料阀，然后通入含硫烟气到烟气分气缸中，分别通过调节进入烟气布风装置的流化烟气和进入排料装置的输送烟气流量，同时缓慢打开加料装置下部的星型给料器阀加入颗粒状活性焦到稀相段，逐渐建立起稳定操作的呈鼓泡流态化状态的物料床层，打开N型返料阀，逐渐进入稳定的返料循环操作过程，借助气流的扰动作用，烟气与浓相段中的颗粒发生强烈的混合，气固两相充分接触导致烟气中的SO2被充分吸收。这种流化床内的气固两相流机制非常有利于强化气固两相间的传质过程，可以充分利用活性焦吸附能力，极大地提高了活性焦吸附硫容，为实现SO2高效脱除提供了根本的保证。当床层中的活性焦工作硫容接近饱和硫容时，定时调整输送烟气的流量将这部分活性焦排出到排料收集斗内，进而通过排料收集斗的卸料阀定期控制排出到系统外进行再生循环利用。而烟气离开浓相段经过渐缩段进入稀相段由于气速变小，即可与加料装置进入稀相段的新鲜活性焦再次接触发生吸附脱硫反应，进一步降低烟气中SO2的浓度，未达到饱和硫容的活性焦一部分依靠重力进入到浓相段进一步参与脱硫吸附反应，另一部分被烟气携带离开流化床稀相段进入一级旋风分离器被捕集后进入集料斗，与补料仓不断加入的新鲜活性焦一起通过N型返料阀控制后返回到烟气活性焦干法脱硫装置浓相段再次进行吸附脱硫反应，脱硫后的烟气离开一级旋风分离器后依次进入二级旋风分离器和布袋除尘器后进行达标排放。
实施例1
两段式流化床脱硫装置的渐缩段的扩散角α为50°；圆台状分布板的扩散角θ为45°；浓相段的高度为5 m，直径为1 m；稀相段的高度5 m，直径为2.5 m。含硫烟气入口组成（体积比）SO2：1500 mg/Nm3；水蒸气10 %；氧气：6 %；二氧化碳：15 %；其余为N2；含硫烟气入口温度为120 ℃，烟气中粉尘浓度≤5 g/Nm3。
采用图1所示的烟气活性焦干法脱硫装置对含硫烟气进行吸附脱硫处理后，脱硫效率为≥98 %，脱硫后的烟气中SO2浓度≤35 mg/Nm3。
实施例2
两段式流化床脱硫装置的渐缩段的扩散角α为60°；圆台状分布板的扩散角θ为60°；浓相段的高度为5 m，直径为1 m；稀相段的高度5 m，直径为2 m。含硫烟气入口组成（体积比）SO2：5000 mg/Nm3；水蒸气10 %；氧气：6 %；二氧化碳：15 %；其余为N2；含硫烟气入口温度为150 ℃，烟气中粉尘浓度≤5 g/Nm3。
采用图1所示的烟气活性焦干法脱硫装置对含硫烟气进行吸附脱硫处理后，脱硫效率为≥95 %，脱硫后的烟气中SO2浓度≤35 mg/Nm3。
以上所述实施例仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的相关技术人员而言，本发明可以有各种修改、改进和变型而不脱离本发明的精神和范围，倘若这些所做的修改、改进和变型属于本发明权利要求极其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些修改、改进和变型在内。

Claims (10)

1.一种用于烟气活性焦干法脱硫装置，其特征在于：包括粉状活性焦两段式流化床脱硫装置，该流化床脱硫装置设有筒体、烟气分气缸、排料装置、烟气布风装置、返料装置、加料装置；筒体上还设有烟气脱硫后活性焦排料口、输送气入口、流化烟气入口、浓相段返料口、粉状活性焦加料口和脱硫后烟气出口；
粉状活性焦两段式流化床脱硫装置包括筒体，筒体由下至上包括依次连通设置的排料装置、烟气布风装置、浓相段、渐缩段及稀相段；
粉状活性焦两段式流化床脱硫装置包括烟气分气缸，烟气分气缸与烟气入口连接，烟气分气缸还与筒体的烟气布风装置和中心管相连；未脱硫的烟气自烟气入口进入烟气分气缸后分成两股气体，一股作为流化烟气进入烟气布风装置，另一股作为输送气进入排料装置中心管；
粉状活性焦两段式流化床脱硫装置包括排料装置，所述排料装置包括中心管和排料收集斗，中心管侧壁输送烟气入口与烟气分气缸通过管道相连，中心管底部与排料收集斗相连，中心管顶部延伸至粉状活性焦两段式流化床脱硫装置内烟气布风装置；
粉状活性焦两段式流化床脱硫装置包括烟气布风装置，烟气布风装置设置有圆台状分布板和气室，气室通过管道与烟气分气缸相连通，圆台状分布板包括上台面和下台面，圆台状分布板下台面与中心管相连，圆台状分布板上台面与浓相段相连，圆台状分布板上设置有流化喷嘴，喷嘴连通气室和流化床脱硫装置内部；
粉状活性焦两段式流化床脱硫装置包括返料装置，返料装置包括集料斗，补料仓及N型返料阀，粉状活性焦通过活性焦供应系统输送至补料仓内，补料仓底部与集料斗顶部通过设置有计量设备和流量控制设备的管道相连，集料斗与浓相段返料口通过设置有N型返料阀的管道相连；
粉状活性焦两段式流化床脱硫装置包括加料装置，加料装置设置有粉状活性焦供应口，用于烟气脱硫的无定型粉状活性焦经过粉状活性焦供应口被加入加料装置后，通过管道与粉状活性焦两段式流化床脱硫装置粉状活性焦加料口相连。
2.根据权利要求1所述的用于烟气活性焦干法脱硫装置，其特征在于：在排料装置排料收集斗下部设有脱硫后活性焦排料口，浓相段返料口设置在浓相段的侧壁上，粉状活性焦加料口设置在稀相段的侧壁上，脱硫后烟气出口设置在稀相段顶部。
3.根据权利要求1所述的用于烟气活性焦干法脱硫装置，其特征在于：烟气布风装置的圆台状分布板下台面的直径与圆台腰线形成的扩散角θ为45~60°，输送烟气入口设置在排料装置中心管侧壁，流化烟气入口设置在烟气布风装置气室侧壁。
4.根据权利要求1所述的用于烟气活性焦干法脱硫装置，其特征在于：粉状活性焦两段式流化床脱硫装置的中部设置渐缩段，渐缩段连接浓相段和稀相段，下部浓相段直径和上部稀相段直径的比为1：（2-4），下部浓相段高度和上部稀相段高度的比为1:（0.5-2），所述的渐缩段为圆台状，包括上台面和下台面，所述的下台面直径与圆台腰线形成的扩散角α为45~65°。
5.根据权利要求1所述的用于烟气活性焦干法脱硫装置，其特征在于：粉状活性焦两段式流化床脱硫装置还包括一级旋风分离器，一级旋风分离器与脱硫烟气出口通过管道相连，一级旋风分离器收集的粉状活性焦通过管道进入集料斗，一级旋风分离器顶部出口烟气进入二级旋风分离器；二级旋风分离器收集的粉状活性焦进行收集后资源化处理，二级旋风分离器顶部出口烟气进入布袋除尘器；布袋除尘器设置有脱硫除尘后的烟气排放管道，烟气经过管道后排放，布袋除尘器收集的粉状活性焦进行资源化处理。
6.根据权利要求1所述的用于烟气活性焦干法脱硫装置，其特征在于：加料装置管道上设置有计量装置和星型给料器分别记录和控制粉状活性焦的流量。
7.一种烟气活性焦干法脱硫的工艺，采用权利要求1~6任一项所述的装置，其特征在于包括以下步骤：
（1）以无定型细密粉状活性焦为吸附剂，无定型粉状活性焦通过活性焦供应系统加入活性焦加料装置内，经过星型给料器和计量装置分别控制和计量后进入粉状活性焦两段式流化床脱硫装置稀相段内，受到重力作用落入粉状活性焦两段式流化床脱硫装置浓相段内；
（2）未脱硫的烟气进入烟气分气缸后分成两股气体分别通过烟气布风装置气室和中心管进入浓相段内，由于烟气形成的气流作用，作为吸附剂的粉状活性焦与烟气充分混合和湍动，呈现聚式流态化，烟气中的二氧化硫被活性焦充分吸收；
（3）活性焦颗粒随着烟气一起上升至稀相段后由于烟气气速降低，一部分颗粒因为自身重力重新返回到浓相段内，另一部分活性焦随着烟气被带出粉状活性焦两段式流化床脱硫装置外；
（4）净化后的含尘烟气经过一级旋风分离器、二级旋风分离器及布袋除尘器后排放至下一工序。
8.根据权利要求7所述的烟气活性焦干法脱硫的工艺，其特征在于：无定型粉状活性焦的颗粒当量直径为0.5~1.0mm。
9.根据权利要求7所述的烟气活性焦干法脱硫的工艺，其特征在于：烟气活性焦干法脱硫工艺的单套装置适用于烟气工况条件是烟气流量在40000-70000Nm3/h范围内，入口烟气中二氧化硫浓度≤ 3000 mg/Nm3，烟气中粉尘浓度≤ 5 g/Nm3，烟气温度在120-160 ℃范围内；处理后的烟气中的二氧化硫浓度≤ 35 mg/Nm3，满足国家对各行业烟气中二氧化硫超低排放浓度的要求。
10.根据权利要求7所述的烟气活性焦干法脱硫的工艺，其特征在于：一级旋风分离器收集的粉状活性焦与部分补料仓内的粉状活性焦一起通过返料装置中的N型返料阀控制后进入粉状活性焦两段式流化床脱硫装置浓相段内参与脱硫，进一步提高粉状活性焦的脱硫吸附性能。
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