CN116351222A - 一种干法烟气脱酸反应装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及烟气净化技术领域，具体为一种干法烟气脱酸反应装置及工作方法。该装置内的中上部设有竖向的烟气隔板，烟气隔板将干法烟气脱酸反应装置的内腔的中上部分隔为第一通道和第二通道，第一通道的上部壁面上开设有3~6个烟气入口，第二通道的上部为烟气出口，第一通道的下端和第二通道的下端于装置底部进行连通；第一通道的顶部设有脱酸剂喷入口；所有的烟气入口在同一水平面上周向均布，所有烟气入口的中心线与第一通道的壁面呈一定夹角，并在第一通道内相切形成内切圆；干法烟气脱酸反应装置内设有多个折流板；干法烟气脱酸反应装置的下部均布有流化风入口，第二通道中的转弯处设有多个导流板，第二通道的下部侧壁上设有返料口。

Description

一种干法烟气脱酸反应装置及工作方法

技术领域

本发明涉及垃圾焚烧、水泥等行业的烟气净化技术领域，特别是涉及一种干法烟气脱酸反应装置及工作方法。

背景技术

干法脱酸技术具有工艺简单、操作简便、投资费用低，脱酸产物易处理等优点。脱酸反应装置作为核心设备，其设计需要充分考虑烟气特性。对于含水量高、温度低的烟气，在设计脱酸装置时，需要充分考虑烟气局部冷凝引起灰粘滞在装置内所导致的搭桥和堵塞，影响设备的运行稳定性；对于碱金属（K\Na）含量高的烟气，在设计脱酸装置时，也需要充分考虑碱灰的吸潮特性所引起的灰的沉积、板结、堵塞等问题。

目前，还没有专门针对高碱、高水烟气的干法脱酸反应装置，而传统的脱酸反应装置多是直烟道或文丘里管设计，其存在以下缺点：

（1）为了保证脱酸剂的反应时间和脱酸效率，一般脱酸反应装置体积庞大、占地大、耗材多。

（2）直烟道，尤其短直烟道形式的脱酸反应装置，反应时间过短，气固混合不均匀，脱酸剂利用率低、过喷量多。

（3）为了加强烟气和脱酸剂的充分混合，有的采用文丘里管设计或者烟道内设置静态混合器，但是对于含碱灰、含水量较高的烟气，文丘里喉口和静态混合器均存在灰沉积、搭桥、堵塞、烟阻增大的问题，影响装置的运行稳定性。

（4）现有的脱酸装置大多没有设置流化风，烟气中灰易在装置底部沉积，堵塞装置；即使设置了流化风，风温也是常温，对于含碱灰和含水量较高的烟气，流化冷风加剧烟气局部冷凝，增加了脱酸装置底部灰吸潮板结、堵塞设备的风险。

因此，设计一种专门针对高碱、高水烟气的干法脱酸反应装置成为了本领域亟需解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种干法烟气脱酸反应装置及工作方法，该装置不仅解决了目前脱酸装置体积庞大、塔内压力大等问题，而且对于含碱灰和含水量较高烟气的干法脱酸，解决了由于灰沉积、板结导致脱酸装置堵塞、不能长期稳定运行的问题。

为了解决上述技术问题，本申请提供了如下技术方案：

一种干法烟气脱酸反应装置，装置内的中上部设有竖向的烟气隔板，所述烟气隔板将干法烟气脱酸反应装置的内腔的中上部分隔为第一通道和第二通道，所述第一通道的上部壁面上开设有3~6个烟气入口，所述第二通道的上部为烟气出口，所述第一通道的下端和所述第二通道的下端于装置底部进行连通；所述第一通道的顶部设有脱酸剂喷入口；

所有的烟气入口在同一水平面上周向均布，所有的烟气入口中心线与所述第一通道的壁面呈一定夹角，并在第一通道内相切形成一个内切圆；从烟气入口喷出的射流烟气到达第一通道中心部位时，以切圆形式汇合，形成旋转气流，同时在第一通道内形成自上而下的漩涡气流；烟气入口的中心线与脱酸剂喷入口的中心线相互垂直；

烟气入口数量设置以3-6个为宜，因为1-2个形成不了可强化混合的内切圆，达不到烟气与脱酸剂良好混合的作用，而太多的烟气入口设计，不仅会增加烟道的复杂性，而且混和作用也越来越小，一般以3-6个烟气入口形成的内切圆为宜，即可达到充分混合的目的。

所述干法烟气脱酸反应装置内设有多个折流板；所述干法烟气脱酸反应装置的下部均布有流化风入口，所述第二通道中的转弯处设有多个导流板，所述第二通道的下部侧壁上设有返料口。

进一步的，所述第一通道的顶部设有活性炭喷入口。

其中，所有烟气入口的中心线相切形成的内切圆直径为d，所述第一通道内水平截面的内切圆直径为D，d/D=1/3~2/3。

其中，于装置底部以及所述第二通道中靠近烟气出口的转弯处各设置一块折流板，其与水平方向夹角≥60°；所述导流板为弧形板，导流板的弯曲方向与所述第二通道的转弯处的弯曲方向保持一致。

进一步的，还可在所述第二通道内设有多个向下倾斜布置的折流板，其与水平方向夹角≥60°。

其中，所述干法烟气脱酸反应装置的底端中央开设有清灰孔；所述流化风入口以清灰孔为中心，呈现放射状均匀布置在装置底部，流化风入口的布置面积≥装置底部面积的15%；流化风入口的喷口型式可为气化板式或者气蝶式；流化风为增压加热后的空气，风压≥80kPa，风温≥150℃。

所述烟气出口通过管路与除尘器的入口相连通，所述除尘器的脱酸剂出口与螺旋给料器的入口相连，螺旋给料器的出口与返料口相连通。

进一步的，所述除尘器为袋式除尘器或者陶瓷滤筒除尘器；所述除尘器上设有净烟气出口；所述螺旋给料器上设有外排灰出口。

其中，烟气入口的烟气喷射速度为25~45m/s；烟气在流经第一通道和第二通道时，烟气流速≥20m/s。

本发明所述的干法烟气脱酸反应装置的工作方法：烟气中的酸性气体污染物与脱酸剂经过第一通道的烟气入口进行旋流混合，烟气经过烟气隔板及折流板的折流，经过导流板的导流，到达烟气出口；工作时，通过流化风入口通入流化风，压力≥80kPa，流化风温度≥150℃；

脱酸后的烟气经过除尘器的过滤除尘，把收集到的大部分脱酸副产物采用螺旋给料器，由第二通道下部的返料口回送至干法烟气脱酸反应装置内，实现脱酸剂的循环利用，少部分多余的脱酸副产物由螺旋给料器的外排灰出口向外排出。

与现有技术相比，本发明的干法烟气脱酸反应装置及工作方法至少具有以下有益效果：

（1）本发明的干法烟气脱酸反应装置结构简单紧凑、占地少、成本低、稳定性高；

（2）该装置利用烟气切向旋流喷入方式，实现了物料在短时间内迅速混合，增加脱酸反应停留时间，提高脱酸效率，缩短反应器长度；

（3）本发明装置中的折流板的设计，增加了烟气的扰流和混合，提高了脱酸效率；

（4）本发明装置中的流化风的设计，降低了灰沉积板结所致的装置堵塞、不能长期稳定运行的风险；

（5）本发明装置中的导流板的设置，有效的防止烟气对干法脱酸反应装置壁面的冲刷及磨损；

（6）本发明装置中的清灰孔的设置，使积灰及时排出，降低了高灰烟气的沉积和堵塞的风险；

（7）本发明装置中的除尘器的设置，对未及时反应的脱酸剂收集，实现了脱酸剂的循环使用，提高了脱酸剂的利用率。

（8）本发明装置中的活性炭喷入口的设置，实现了同一装置多种污染物同时去除。

下面结合附图对本发明的干法烟气脱酸反应装置及工作方法作进一步说明。

附图说明

图1为干法烟气脱酸反应装置的结构示意及与除尘器连接位置关系图；

图2为干法烟气脱酸反应装置的烟气入口处的结构示意图（图1中“A-A”向的视图）。

其中，1-第一通道，2-第二通道，3-烟气隔板，4-烟气入口，5-烟气出口，6-装置底部，7-脱酸剂喷入口，8-折流板，9-流化风，10-清灰孔，11-导流板，12-返料口，13-除尘器，14-螺旋给料器，15-活性炭喷入口，16-保温棉。

具体实施方式

如图1-2所示，一种干法烟气脱酸反应装置，装置内的中上部设有竖向的烟气隔板3，烟气隔板3将干法烟气脱酸反应装置的内腔的中上部分隔为第一通道1和第二通道2，第一通道1的上部壁面上开设有3个烟气入口4，第二通道2的上部为烟气出口5，第一通道1的下端和第二通道2的下端于装置底部6进行连通；这种设计结构简单、布置紧凑、安装方便。第一通道1的顶部设有脱酸剂喷入口7。

3个的烟气入口4在同一水平面上周向均布，3个烟气入口4的中心线均与第一通道1的壁面呈一定夹角，并在第一通道1内相切形成一个假想内切圆；从烟气入口喷出的射流烟气到达第一通道1的中心部位时，以切圆形式（切圆即三条中心线组成的正三角形的内切圆）汇合，形成旋转气流，同时在第一通道1内形成自上而下的漩涡气流；烟气入口4的中心线与脱酸剂喷入口7的中心线相互垂直。通过此结构设计，烟气分成三股气流，以一定角度切向旋流喷入，把脱酸剂喷入口7喷来的脱酸剂卷吸到气流中，实现短时间内充分混合的效果，提高了脱酸反应效率，缩短了反应器长度。

烟气入口4喷射速度不能太小，也不能太大；太小的喷射速度，不能保证足够的射流刚度形成切圆旋转卷吸；但是太大的喷射速度，驱动喷射的风机电耗增加明显，因此，兼顾两者后烟气喷射速度以25~45m/s为宜。烟气入口4气流方向与脱酸剂的喷入口7呈现90°横向交叉流，与顺流相比（入口烟气方向与脱酸剂的喷入方向平行），横向交叉流可进一步增强烟气与脱酸剂之间的掺混。

如图2所示，所有烟气入口4的中心线相切形成的内切圆直径为d，第一通道1内水平截面内切圆直径为D。旋流内切圆直径d大小影响烟气与脱酸剂的混合，d太大和太小都不利于脱酸反应的进行。d太大不仅会导致气流扫壁，磨损设备壁面，而且减弱了烟气对脱酸剂的卷吸能力；d太小，从顶部喷射来的脱酸剂不易落到旋流切圆内，达不到很好的卷吸作用，因此d的大小以d/D=1/3~2/3为宜。

旋转气流的设计，不仅加强卷吸混合作用，而且增加了烟气在第一通道1的停留时间。三股气流以切圆的形式汇合后，在整个第一通道1内形成一个自上而下漩涡气流。旋转气流具有向下运动的轴向速度和沿着圆周运动的切向速度，与直流烟气相比，旋转气流因其较小的轴向速度，增加了烟气在第一通道1的停留时间，有利于脱酸反应充分进行。

干法烟气脱酸反应装置内设有多个折流板8，折流板8向下倾斜布置，倾斜角≥60°（与水平方向夹角），以便折流板8上沉积的灰可以自流而下，落入到装置底部6。其中，至少要在装置底部6以及第二通道2中靠近烟气出口5的转弯处各设置一块折流板8；因为这两处折流板8的设置，可以明显改变烟气走向，迫使烟气折流，形成类似S型流动线，强化了烟气流动过程的扰动和混合。如果不设折流板，对于脱酸装置底部处180°大转弯的烟气流动，由于惯性力，烟气往往会向第二通道外壁侧偏斜，形成明显的烟气偏流，对扰动和混合产生不利影响。

在其他有益实施例中，还可以在第二通道2内进一步设置多个向下倾斜布置的折流板，其与水平方向夹角≥60°，使得烟气多次重复出现类似S型流动线，进一步加强混合。

干法烟气脱酸反应装置的下部均布有多个流化风入口，通入的流化风9为增压加热后的空气，以便保持足够的流态化，避免灰沉积在装置底部6。流化风9设置于装置底部6上，目的是为了脱酸装置底部6中的固体颗粒处于流化态，避免灰沉积堵塞设备。

装置底部6的壁面要倾斜设计，倾斜角≥50°(与水平方向的夹角)，使沉积的灰可以自流而下。灰的特性、脱酸剂性质、装置底部面积等因素都会影响流化风9的设计，包括流化风压力、流化风温度、流化风喷口型式等的设计。为了保证流化强度，防止积灰，流化风9采用增压空气，气体压力≥80kPa为宜。对于粘性大的碱灰，为了避免烟气发生局部冷凝，导致灰的吸潮板结，流化风温度≥150℃为宜；流化风风温可以通过电加热器或者蒸汽换热器加热获得。流化风喷口型式可为气化板式或者气蝶式。

干法烟气脱酸反应装置的底端中央开设有清灰孔10，使得装置内的沉积灰可由清灰孔及时排出。流化风9的布置以清灰孔10为中心，呈现放射状均匀布置在装置底部6，并尽量减少死区，流化风入口的布置面积≥装置底部6面积的15%。

第二通道2中的转弯处设有多个导流板11，导流板11可以为弧形板，导流板11的弯曲方向与第二通道2的转弯处的弯曲方向保持一致。导流板11的设置可使烟气气流稳定和均布，有效的防止了烟气对干法脱酸反应装置的冲刷及磨损。

第二通道2的下部侧壁上设有返料口12。烟气出口5通过管路与除尘器13的入口相连通，除尘器13的脱酸剂出口与螺旋给料器14的入口相连，螺旋给料器14的出口与返料口12相连通；除尘器13为袋式除尘器或者陶瓷滤筒除尘器；除尘器13上还设有净烟气出口；螺旋给料器14上还设有外排灰出口。

脱酸后的烟气经过除尘器13的过滤除尘，收集未及时反应的脱酸剂，采用螺旋给料器14，经由返料口12，把收集的脱酸剂大部分回送至脱酸装置内，实现脱酸剂的循环利用，少部分由排灰口排出系统外。

在一些有益实施例中，第一通道1的顶部还可以增设活性炭喷入口15，与活性炭粉末喷射装置连接，去除烟气中的重金属、二噁英等污染物，实现同一装置多污染物同时去除。

该干法烟气脱酸反应装置的工作方法：

烟气中的酸性气体污染物（HCl、HF和SO₂）与脱酸剂经过第一通道1的烟气入口4进行旋流混合，烟气经过烟气隔板3及折流板8的折流，在装置底部烟气180°大转弯，经过导流板11的导流，到达烟气出口5后，脱酸剂和烟气已经充分混合反应，绝大部分的酸性气体污染物被去除。为了保证脱酸反应过程中气固相之间充分的携带，烟气在流经第一通道和第二通道时，烟气流速≥20m/s。第一通道1始端顶部的脱酸剂喷入口7可用于多种脱酸剂的喷入，脱酸剂可以是碳酸氢钠（NaHCO₃）、氢氧化钙（Ca(OH)₂）、氧化钙（CaO）粉末；为了保证足够的反应表面积，脱酸剂的粒径≤20μm为宜。

工作时，通过流化风入口通入流化风9，压力≥80kPa，流化风温度≥150℃。

脱酸后的烟气经过除尘器13的过滤除尘，除尘器13收集的灰，即脱硫副产物，含有未反应脱酸剂，可达20%-30%，收集于除尘器13的灰斗中。为了合理利用脱酸剂，降低脱酸剂使用成本，可对除尘器13灰斗中的脱酸副产物进行循环利用。脱酸后的烟气经过除尘器13的过滤除尘，把收集到的大部分脱酸副产物，采用螺旋给料器14，由第二通道2下部返料口12回送至脱酸装置内，实现脱酸剂的循环利用，少部分多余的脱酸副产物由排灰口向外排出。

除尘器13的设置不仅可以实现脱酸剂的循环利用，降低脱酸剂使用成本；还可以实现二次脱酸作用，进一步提高脱酸效率。这是因为除尘器13在过滤收尘过程中，在滤袋表面形成一层由脱酸副产物组成的滤饼，这些滤饼含有的未反应脱酸剂，对干法脱酸反应装置输出的烟气继续进行脱酸作用。当烟气在经过除尘器13的滤饼时，烟气流速很低（1.0m/min左右），可使酸性气体与滤饼充分接触，为二次脱酸提供了充足的反应时间，一般5-20％的酸性气体可在二次脱酸中除去。

另外，除尘器13的过滤元件是布袋或者陶瓷滤筒，这些传统的过滤元件还可以进一步改性，即在过滤元件上涂敷脱硝催化剂，如：常见的钒钨钛催化剂浸渍涂敷液。采用这种改性后的除尘器，可以在除尘和脱酸的基础上，进一步实现氮氧化物（NOx）的脱除。

本发明装置与现有技术中脱酸装置的区别：

烟气和脱酸剂的混合程度是决定脱酸反应效率的关键因素，目前工程中常见的脱酸装置为直烟道和U型反应装置，均存在反应物在短时间内不能充分混合，脱酸反应效率低的问题。

直烟道脱酸反应装置的烟气是从顶部进入，脱酸剂是从周向进入，以交叉流的形式，烟气携带脱酸剂进入到垂直烟道进行脱酸反应，最后由直烟道底部排出；烟气既没有形成旋转内切圆对脱酸剂进行旋流混合，也没有在旋流混合后在装置内继续形成自上而下的漩涡流，以增加烟气在装置内的停留时间，因此，直烟道脱酸装置普遍存在的反应物混合不好，反应时间不足、脱酸效率低、脱酸剂过喷量大等问题。

U型脱酸装置是由垂直放置的第一通道和第二通道构成，且第一通道和第二通道底部相通，烟气和脱酸剂的进入方式和直烟道一样，烟气从第一通道的顶部，脱酸剂从第一通道的周向进入。烟气携带脱酸剂流经第一通道和第二通道，最后由第二通道顶部排出。U型装置和直烟道一样，也没有烟气旋流、涡流来加强混合和延长反应停留时间的设计，只是通过简单的加长反应器的长度，延长反应停留时间，来弥补直烟道反应时间不足的缺点；而且U型装置和直烟道均没有折流板的设计，烟气的偏流现象严重，气固混合不均匀，脱酸反应效率较低。

直烟道和U型装置均为烟气直流设计，即：烟气在切向方向速度为零，轴向速度等于直流速度；为了保证对脱酸剂的充分携带，往往设计要求较大的直流速度（一般携带烟速≥20m/s为宜）；脱酸反应停留时间是烟气量与轴向速度之比，较大的轴向速度缩短了反应物在装置内的停留时间，为了保证脱酸足够的反应停留时间，直烟道和U型反应装置往往通过设计很长的反应通道来满足停留时间的需求。本发明为烟气旋流设计，即：烟气切向速度较大，而轴向速度较小，其合速度保证了对脱酸剂充分携带的前提下，较小的轴向速度，增加了烟气在第一通道1内的停留时间，减小了设备的设计长度。

直烟道和U型反应装置大多没有设置流化风，烟气中灰易在装置底部沉积，堵塞装置；即使设置了流化风，风温也是常温，对于含碱灰和含水量较高的烟气，流化冷风反而加剧了烟气局部冷凝，增加了装置底部灰吸潮板结、堵塞设备的风险。因此，本发明的流化风为增压热风，实现了装置底部流化的同时，避免灰的吸潮板结。

综上所述，烟气经过本发明的干法烟气脱酸反应装置和除尘器的处理，可实现脱酸、除尘、脱硝、脱重金属和二噁英协同治理，最终实现烟气的达标甚至是超净排放。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种干法烟气脱酸反应装置，其特征在于：所述干法烟气脱酸反应装置内的中上部设有竖向的烟气隔板（3），所述烟气隔板（3）将干法烟气脱酸反应装置的内腔的中上部分隔为第一通道（1）和第二通道（2），所述第一通道（1）的上部壁面上开设有3 ~6个烟气入口（4），所述第二通道（2）的上部为烟气出口（5），所述第一通道（1）的下端和所述第二通道（2）的下端于装置底部（6）进行连通；所述第一通道（1）的顶部设有脱酸剂喷入口（7）；

所有的烟气入口（4）在同一水平面上周向均布，所有烟气入口（4）中心线与所述第一通道（1）的壁面呈夹角，并在第一通道（1）内相切形成一个假想内切圆；从烟气入口喷出的射流烟气到达第一通道（1）的中心部位时，以切圆形式汇合，形成旋转气流，同时在第一通道（1）内形成自上而下的漩涡气流；烟气入口（4）的中心线与脱酸剂喷入口（7）的中心线相互垂直；所述干法烟气脱酸反应装置内设有多个折流板（8）；所述干法烟气脱酸反应装置的下部均布有多个流化风入口，所述第二通道（2）中的转弯处设有多个导流板（11），所述第二通道（2）的下部侧壁上设有返料口（12）。

2.根据权利要求1所述的干法烟气脱酸反应装置，其特征在于：所述第一通道（1）的顶部设有活性炭喷入口（15）。

3.根据权利要求1所述的干法烟气脱酸反应装置，其特征在于：所有烟气入口（4）的中心线相切形成的内切圆直径为d，所述第一通道（1）内水平截面的内切圆直径为D，d/D=1/3~2/3。

4.根据权利要求1所述的干法烟气脱酸反应装置，其特征在于：装置底部（6）以及第二通道（2）靠近烟气出口（5）的转弯处各设置一块折流板（8），其与水平方向夹角≥60°；所述导流板（11）为弧形板，导流板（11）的弯曲方向与所述第二通道（2）的转弯处的弯曲方向保持一致。

5.根据权利要求4所述的干法烟气脱酸反应装置，其特征在于：所述第二通道（2）内设有多个向下倾斜布置的折流板，其与水平方向夹角≥60°。

6.根据权利要求1所述的干法烟气脱酸反应装置，其特征在于：所述干法烟气脱酸反应装置的底端中央开设有清灰孔（10）；所述流化风入口以清灰孔（10）为中心，呈现放射状均匀布置在装置底部（6），流化风入口的布置面积≥装置底部（6）面积的15%；流化风入口的喷口型式可为气化板式或者气蝶式；流化风（9）为增压加热后的空气，风压≥80kPa，风温≥150℃。

7.根据权利要求1所述的干法烟气脱酸反应装置，其特征在于：所述烟气出口（5）通过管路与除尘器（13）的入口相连通，所述除尘器（13）的脱酸剂出口与螺旋给料器（14）的入口相连，螺旋给料器（14）的出口与返料口（12）相连通。

8.根据权利要求7所述的干法烟气脱酸反应装置，其特征在于：所述除尘器（13）为袋式除尘器或者陶瓷滤筒除尘器；所述除尘器（13）上设有净烟气出口；所述螺旋给料器（14）上设有外排灰出口。

9.根据权利要求1所述的干法烟气脱酸反应装置，其特征在于：烟气入口（4）的烟气喷射速度为25~45m/s，烟气在流经第一通道（1）和第二通道（2）时，烟气流速≥20m/s。

10.权利要求1-9任一所述的干法烟气脱酸反应装置的工作方法，其特征在于：烟气中的酸性气体污染物与脱酸剂经过第一通道（1）的烟气入口（4）进行旋流混合，烟气经过烟气隔板（3）及折流板（8）的折流，经过导流板（11）的导流，到达烟气出口（5）；工作时，通过流化风入口通入流化风（9），压力≥80kPa，流化风温度≥150℃；

脱酸后的烟气经过除尘器（13）的过滤除尘，把收集到的大部分脱酸副产物采用螺旋给料器（14），由第二通道（2）下部的返料口（12）回送至干法烟气脱酸反应装置内，实现脱酸剂的循环利用，少部分多余的脱酸副产物由螺旋给料器（14）的外排灰出口向外排出。

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