CN111514715B - 一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法，属于烟气净化技术领域。以担载体和钙基吸收剂为原料制浆，脱水后且含适量水分的吸收剂物料从炉膛高处以团状加入。采用担载体与钙基吸收剂制备担载型脱硫剂，实现了微米级吸收剂颗粒附着于担载体的表面。由于担载体采用了与锅炉循环灰相当的粒径，脱硫剂颗粒容易被工业旋风分离器分离下来，增加其在炉内停留时间，显著提高钙利用率，具有节省脱硫剂的优势。含适量水分的脱硫剂物料在炉内高处以团状加入，下落过程中由于水分快速蒸发产生热爆破，实现脱水与分散的目的，省去担载型脱硫剂炉外干燥破碎环节，具有系统简单、便于实施等优点。

Description

一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法

技术领域

本发明涉及一种燃烧设备烟气的净化方法，特别涉及一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法，属于烟气净化技术领域。

背景技术

燃烧设备产生的大量污染物(诸如硫氧化物、氮氧化物以及粉尘等)对大气环境和人类身体健康产生巨大危害。燃煤设备的污染物脱除问题已经受到全社会的高度重视。全球燃煤量逐年增加的趋势仍表现非常明显，各个国家不断制定出更加严格的排放法规以实现排放总量的控制。对于所有燃煤企业而言，已经或必将面临更加严峻的污染物减排投入问题，其中以清洁煤燃烧为优势的循环流化床锅炉也将面临同样的局面。在以往污染物排放限制较低的情况下，循环流化床锅炉通过炉内喷入石灰石吸收剂的方式，即可方便地实现脱除HCl和SOx的目的，且在喷入吸收剂量不大的情况下，可满足当地的环保法规。但是，随着环保法规的日益严格，需要大量的吸收剂喷入到循环流化床锅炉的燃烧室内以满足环保要求。由于喷入到流化床锅炉燃烧室内的石灰石吸收剂颗粒粒径比较大(基本与循环流化床物料粒径相当)，多为100μm以上的颗粒，当与含硫气体反应后，脱硫产物(主要以CaSO₄为主)的摩尔体积较CaO大，导致颗粒表面的孔隙堵塞，影响了其内部未发生反应的钙基吸收剂进一步利用，从而导致比较低的钙利用率。因此，为实现较高的脱硫效率，必须提高其Ca/S，也就是需要加入更多的钙基吸收剂才能实现较高的脱硫效率，造成了大量的钙基吸收剂原料浪费。而如果采用粒径较细的吸收剂原料，不仅原料价格昂贵，且在循环流化床锅炉内因为难以被现有工业旋风分离器分离下来，缩短了其在炉内的停留时间，也会导致钙利用率低的问题。

担载型脱硫剂通过在大颗粒担载体表面担载微细吸收剂，实现了延长高比表面吸收剂在反应器内停留时间的目的，具有较优越的应用性能。现有技术在制备担载型脱硫剂时，常把最终吸收剂原料水分控制在小于5％范围，以利于担载型脱硫剂颗粒的气力输送稳定性。为实现该目的，需要在吸收剂制备中采用反应器外加热干燥方式，增加了吸收剂制备能耗及成本。采用在线炉内喷浆制备担载型脱硫剂时，由于较多水分进入到炉膛所带来的蒸发潜热消耗，也同样会增加系统能耗。

鉴于循环流化床锅炉大规模应用所面临的高效炉内脱硫需求，开发高效、低投资与运行维护费用的污染物控制技术是广大环境工作者的努力方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种担载型脱硫剂制备与应用方法，从而实现种高效、工艺简单的循环流化床锅炉炉内脱硫。

本发明通过以下技术方案实现：

一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法，包括：

获得所述循环流化床锅炉内循环灰中值粒径d₅₀；

选用氧化硅和氧化铝总含量大于50％的固体材料为担载体原料，且所述担载体原料粒径D为d₅₀-(0～100)μm<D≤d₅₀+(50～150)μm；

将适量担载体和钙基吸收剂原料送至制浆装置，并按照液固质量比不小于1补充水，一起进行搅拌制浆得到浆液，并使得所述浆液中钙基吸收剂的颗粒平均粒径不大于30微米，且所述担载体与所述钙基吸收剂的质量比为1:1～4:1；所述制浆装置中浆液温度不低于60℃；

将所制成的浆液进行脱水，制成含水量为20％～50％的脱硫剂，并将浆液脱水产生的液体重新送回至制浆装置作为制浆补充水利用；

将所述脱硫剂输送至循环流化床锅炉，并使其从循环流化床锅炉炉膛二次风口以上进入到炉膛内，在炉膛内下落过程中所述脱硫剂中水分快速蒸发而分散成为担载型脱硫剂颗粒，并与炉膛内烟气中的硫氧化物发生反应。

上述技术方案中，所述制浆装置中浆液温度为85～90℃。

上述技术方案中，所述钙基吸收剂原料选用氧化钙或氢氧化钙。

上述技术方案中，所述钙基吸收剂原料主要成分选用氢氧化钙，所述钙基吸收剂原料颗粒平均粒径不大于30微米。

上述技术方案中，所述方法包括：将所述担载体原料通过磨粉机磨碎，然后再通过双层振动筛筛分，所述担载体原料粒径D为d₅₀-(0～100)μm<D≤d₅₀+(50～150)μm。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：①高效性：实现了微米级钙基吸收剂颗粒担载于大颗粒担载体表面，由于担载体采用了与循环流化床锅炉循环灰相当的粒径，所制备的担载型脱硫剂容易被循环流化床锅炉气固分离器分离下来，增加微米级钙基吸收剂在锅炉内的停留时间，从而提高钙利用率；②系统易实现：含水量为20～50％的脱硫剂从高于循环流化床锅炉炉膛二次风口的位置以团状加入到炉膛内，团状脱硫剂在炉内高温条件中下落并被快速加热，内部液态水分快速升温并形成蒸气，蒸气膨胀造成物料团热爆破，将脱硫剂分散开，实现担载型脱硫剂干燥与分散同时进行的目的，与炉外设置专门的担载型脱硫剂干燥破碎过程相比，具有系统简单、容易实现优势。本发明工艺简单，耗水量小，投资及运行维护费用较低，效率高，可用于循环流化床锅炉的实际炉内脱除SOx和HCl的过程。

附图说明

图1为本发明所涉及的循环流化床锅炉炉内脱硫方法实施系统示意图。

图中：1–循环流化床锅炉；2–分离器；3–磨粉机；4–振动筛；5–制浆装置；6–脱水机；7–脱硫剂输送装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程做进一步的说明。

本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

图1所示循环流化床锅炉炉内脱硫系统能够用于实施本发明所述的脱硫方法。

利用粒度仪等仪器分析，获得循环流化床锅炉内循环灰中值粒径d₅₀。d₅₀是指样品累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径。通常而言，循环流化床锅炉内循环灰的中值粒径d₅₀范围为100～300μm。

选用氧化硅和氧化铝总含量大于50％的固体材料为担载体原料，如锅炉底渣、循环灰、冶金矿渣等，优选循环流化床循环灰。将担载体原料通过双层振动筛筛选后的中间筛上物为担载体，担载体粒径D为d₅₀-(0～100)μm<D≤d₅₀+(50～150)μm。双层振动筛即是设置有粗、细两层过滤筛网的振动筛4。上层过滤筛网孔径为d₅₀+(50～150)μm，下层过滤筛网孔径为d₅₀-(0～100)μm，两层过滤筛网之间的物料即为担载体。当担载体原料尺寸比较大时，先将担载体原料通过磨粉机3磨碎后再通过双层振动筛筛分。

将适量担载体和钙基吸收剂原料送至制浆装置5，并按照液固质量比不小于1补充水，一起进行搅拌制浆得到浆液。制浆装置5里设有桨叶搅拌、回转筒等方式搅拌。

钙基吸收剂原料选用氧化钙或氢氧化钙。钙基吸收剂原料主要成分为氢氧化钙时，原料颗粒平均粒径不大于30微米。其原因在于，所加入的氢氧化钙与水不会进一步发生反应，浆液中钙基吸收剂颗粒粒度不会减小。当加入的钙基吸收剂原料为氧化钙时，由于氧化钙与水发生反应生成氢氧化钙产物，即使采用粒度为厘米级的氧化钙原料，也会实现浆液中钙基吸收剂颗粒平均粒径不大于30微米。

制得的浆液中钙基吸收剂的颗粒平均粒径不大于30微米，且浆液中担载体与钙基吸收剂的质量比为1:1～4:1。为提升钙基吸收剂颗粒与担载体间的担载接触强度，避免团状脱硫剂加入炉膛后所发生的热爆破对担载效果的影响。制浆装置中浆液温度不低于60℃，优选温度为85～90℃。浆液温度控制可利用氧化钙与水反应放热或者外热源方式实现。制浆过程中温度控制主要为强化钙基吸收剂与硅铝为主的担载体间的溶胶凝胶反应，进而增强其担载性能并提升担载型脱硫剂的比表面积。

将所制成的浆液通过脱水机6进行脱水，得到含水量为20％～50％(优选30％～40％)的脱硫剂，并将浆液脱水产生的液体重新送回至制浆装置5作为制浆补充水利用。此时脱硫剂通常为小团状。脱水机6采用水力旋流器、真空吸滤机或压滤机中的一种或几种混合方式。吸收剂物料含水量对其在炉内干燥与爆破分散具有明显影响，含水量低于20％时，爆破分散效果差；含水量高于50％时，不仅耗水大，而且影响干燥过程。

将脱硫剂通过脱硫剂输送装置7输送至循环流化床锅炉1，脱硫剂输送装置7采用浓浆泵、皮带输送、提升机或机动车输送中的一种或几种混合方式。使脱硫剂从循环流化床锅炉炉膛二次风口以上进入到炉膛内，此时可以在二次风口上方设置脱硫剂入口。脱硫剂入口高于二次风口，可保证团状脱硫剂下降时间充足，干燥与爆破效果更充分。优选方案是脱硫剂入口安装于循环流化床锅炉炉膛顶部。在保证分散效果的前提下，脱硫剂还可以与固/液态可燃组分一起混合加入到炉膛内，如煤泥、生物质、石油焦、醇类等。

脱硫剂在炉膛内下落过程中脱硫剂中水分快速蒸发而出现类似“爆燃”现象而分散成为担载型脱硫剂颗粒，与炉膛内烟气中的硫氧化物发生反应。本领域一般技术人员均能理解和想象循环流化床锅炉炉膛及其一、二次风口设置情况，在此不再详述。

优选方案是脱硫剂入口安装于循环流化床锅炉炉膛顶部。

脱硫剂还可以与烟气中HCl发生反应，进一步实现脱除HCl目的。

实施例：

锅炉对象为一台75t/h循环流化床锅炉。该锅炉循环灰峰值粒径为200微米。

原料准备：采用颗粒粒径小于20mm的循环流化床锅炉底渣作为担载体原料，放入雷蒙磨磨粉机中，通过振动筛筛选出150～300微米区间物料作为担载体。取30～80mm块状生石灰作为钙基吸收剂原料。担载体与钙基吸收剂原料比例为2:1。

制浆过程按如下步骤进行：

通过水泵从水箱往制浆装置抽水，然后投加块状生石灰，制浆装置静置30分钟后开启桨叶搅拌5分钟，浆液中生石灰与水反应生成的钙基吸收剂(氢氧化钙)颗粒平均粒径约为10微米。然后投加担载体，制浆装置再搅拌20分钟，制备得到浆液。整个制备过程中，由于加入的块状生石灰与水反应为放热反应，浆液平均温度保持80～90℃。

浆液通过气动隔膜泵送入压滤机，经过压滤后，形成含水量为30％的脱硫剂，从浆液中脱除的溶液重新送回至水箱，然后与新加入的水分一起进入制浆装置。

含水量为30％的脱硫剂由柱塞泵通过管道输送至75t/h循环流化床锅炉炉膛顶部，并通过直径为80mm的管道直接加入到炉膛中。团状脱硫剂在炉内下落过程中水分快速蒸发并分散为担载型脱硫剂颗粒。担载型脱硫剂颗粒与烟气中的含硫组分反应。实施效果：锅炉分离器出口SO₂排放由原始的1000mg/Nm³降为30mg/Nm³。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法，其特征在于，所述方法包括：

获得所述循环流化床锅炉内循环灰中值粒径d₅₀；

选用氧化硅和氧化铝总含量大于50%的固体材料为担载体原料，且所述担载体原料粒径D为(d₅₀-100μm)<D≤(d₅₀+150 μm)；

将适量担载体和钙基吸收剂原料送至制浆装置，并按照液固质量比不小于1补充水，一起进行搅拌制浆得到浆液，并使得所述浆液中钙基吸收剂的颗粒平均粒径不大于30微米，且所述担载体与所述钙基吸收剂的质量比为1:1~ 4:1；所述制浆装置中浆液温度不低于60℃；

将所制成的浆液进行脱水，制成含水量为20%~50%的脱硫剂，并将浆液脱水产生的液体重新送回至制浆装置作为制浆补充水利用；

将所述脱硫剂输送至循环流化床锅炉，并使其从循环流化床锅炉炉膛顶部进入到炉膛内，在炉膛内下落过程中所述脱硫剂中水分快速蒸发而分散成为担载型脱硫剂颗粒，并与炉膛内烟气中的硫氧化物发生反应。

2.根据权利要求1所述的一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法，其特征在于，所述制浆装置中浆液温度为85~90℃。

3.根据权利要求1所述的一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法，其特征在于，所述钙基吸收剂原料选用氧化钙或氢氧化钙。

4.根据权利要求3所述的一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法，其特征在于，所述钙基吸收剂原料主要成分选用氢氧化钙，所述钙基吸收剂原料颗粒平均粒径不大于30微米。

5.根据权利要求1所述的一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法，其特征在于，所述方法包括：将所述担载体原料通过磨粉机磨碎，然后再通过双层振动筛筛分，所述担载体原料粒径D为(d₅₀-100μm)<D≤(d₅₀+150 μm)。

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