CN1204958C

CN1204958C - W型循环流态化的干法烟气脱硫方法

Info

Publication number: CN1204958C
Application number: CNB031252737A
Authority: CN
Inventors: 张颉; 张泽; 李雄浩; 张岩丰; 林冲; 刘亚丽; 胡永锋
Original assignee: Wuhan Kaidi Electric Power Co Ltd
Current assignee: Wuhan Kaidi Electric Power Co Ltd
Priority date: 2003-08-15
Filing date: 2003-08-15
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2023-08-15
Also published as: CN1488428A

Abstract

本发明公开了一种W型循环流态化的干法烟气脱硫方法，其特点是将需脱硫的烟气分为两路，一路通过烟气引射加速装置从脱硫塔下部区域的前后两侧处以一定的角度和流速向下喷入脱硫塔中，另一路通过烟气布风装置从脱硫塔下部区域的底部向上以一定的流速均匀给风，使烟气在脱硫塔的下部区域先向下运动，然后在脱硫塔的底部携带流态化的脱硫剂颗粒转弯100～180°向上流动，形成W型的烟气流场后，进入脱硫塔的上部区域，从而使烟气与脱硫剂颗粒发生剧烈混合反应。本发明在Ca/S＝1.1～1.3的较低钙硫比条件下可达到90～92%以上的脱硫效率，并且具有较宽的调节比特性，可以满足燃烧设备20～110%负荷变化的高效脱硫要求，降低了脱硫塔的系统阻力，降低了投资及运行成本。

Description

W型循环流态化的干法烟气脱硫方法

技术领域

本发明属于烟气脱硫技术领域，涉及各种燃烧设备所排烟气的干法脱硫，具体地指一种W型循环流态化的干法烟气脱硫方法。

背景技术

燃烧设备所排烟气中的二氧化硫气体污染的治理，一直是世界上大多数国家环境保护的重点，其所产生的污染物更是造成我国生态环境破坏的最大污染源，已经成为我国空气污染治理的当务之急。对烟气中二氧化硫的治理，国外通常采用湿式石灰石膏法(W-FGD)来脱硫，虽然其脱除效果较好，但存在投资巨大、耗水量大、占地面积较大、系统复杂、阻力较大、结构复杂、以及需要对水进行再处理等一系列的问题。因此，干法或半干法的烟气脱硫技术成为了国内外研究开发的重点。

对于干法或半干法烟气脱硫技术而言，影响脱硫效率的主要因素有反应温度、湿度、脱硫剂颗粒表面活性、脱硫剂与烟气接触反应时间、脱硫剂颗粒与烟气的湍流传质特性等等；对于整个干法脱硫系统而言，还必须考虑系统阻力大小、系统复杂程度、装置及设备的磨损及腐蚀、系统对负荷的适应性、耗水量大小等多方面因素的影响。

现有的干法烟气脱硫技术主要有喷雾干燥法、炉内喷钙加增湿活化法和循环流化床烟气脱硫等方法。前两种方法中脱硫剂利用率较低，烟气脱硫效率不高，同时在脱硫塔的内壁易引起腐蚀和结垢。而循环流化床烟气脱硫方法通过脱硫剂颗粒的多次再循环利用，使脱硫剂颗粒的停留时间增长，大大地提高了脱硫剂的利用率和脱硫效率，克服了前两种方法中的不足，具有适用范围广，可用于高中低硫煤等特点。

由于上述循环流化床烟气脱硫方法以循环流化床原理为基础，因此不同的循环流化方式对脱硫效率、脱硫剂的利用率、系统阻力以及整个干法烟气脱硫技术系统及装置具有很大的影响。目前，该脱硫方法大多采用底部循环流化的方式，即通过烟气引射加速装置如文丘里喷嘴从脱硫塔底部喷入烟气。在烟气引射加速装置高速冲射下，脱硫剂颗粒流态化并与烟气充分混合，烟气通过烟气引射加速装置后降速，而脱硫剂颗粒仍以高速惯性冲射，气固存在速差，强化传质，烟气与脱硫剂颗粒充分反应。如公开号为CN1401415A的中国发明专利公开说明书中所介绍的就是这种底部流化方式，它由文丘里流化段和渐扩段两部分构成，其中文丘里流化段由文丘里喷嘴组成。公开号为CN1195573A的中国发明专利公开说明书中所介绍的是由布风板和风箱组成的底部循环流化方式。又如德国Wulff公司采用的回流式循环流化床烟气脱硫技术，也是通过文丘里喷嘴的烟气引射加速装置来实现这种底部循环流化的。但是，采用这种底部循环流化方式的干法烟气脱硫技术仍存在以下的缺陷：首先，其烟气流通总阻力较大，正常运行情况下通常高于2000帕，这就造成了运行费用的提高和设备磨损的加剧。其次，底部循环流化方式难以考虑由于燃烧设备负荷变化、烟气量变小可能导致流化床反应系统不能正常流化等因素的影响，负荷调节性较差。另外，随着目前燃煤电站锅炉的日益大型化，其脱硫塔截面以及高度的增加，这种底部循环流化方式的脱硫塔内部流场趋于均匀，难以保证脱硫塔内固体颗粒间的碰撞以及固体颗粒与烟气的接触，从而使得烟气和脱硫剂颗粒的混合减弱，甚至导致烟气与颗粒流场的组织失败，进而影响了脱硫剂的利用率和脱硫效率。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述现有技术中所存在的缺陷，提供一种W型循环流态化的干法烟气脱硫方法，采用该方法能保证在较低钙硫比的情况下达到较高的脱硫效率，实现较宽的负荷调节比，并进一步降低烟气阻力，简化系统组成，降低设备投资及运行费用。

为实现此目的，本发明所设计的W型循环流态化的干法烟气脱硫方法，包括脱硫剂制备消化、脱硫反应塔内脱硫反应、外部脱硫剂颗粒的分离和再循环等工艺，其特殊之处在于：将需脱硫的烟气分为两路，一路通过烟气引射加速装置从脱硫塔下部区域的前后两侧处以与垂直线0～60°的夹角和30～100m/s的流速向下喷射进入脱硫塔中，另一路通过烟气布风装置从脱硫塔下部区域的底部向上以0.1～10m/s的流速均匀给风，使烟气在脱硫塔的下部区域先向下运动，然后在脱硫塔的底部携带流态化的脱硫剂颗粒转弯100～180°向上流动，形成W型的烟气流场后，进入脱硫塔的上部区域，从而使烟气与脱硫剂颗粒在脱硫塔中发生剧烈混合反应。

上述方法中，脱硫塔可由下部拱型区域和上部柱型区域组成，下部拱型区域的深度是上部柱型区域的深度的1.1～2.5倍，下部拱型区域前后两侧突出部分的顶部和底部分别构成脱硫塔的顶拱和底斜面。

上述方法中，可将60～95％需脱硫的烟气通过烟气引射加速装置从脱硫塔下部拱型区域的顶拱处向下喷射进入脱硫塔中，将5～40％需脱硫的烟气通过烟气布风装置从脱硫塔下部拱型区域的底斜面处向上均匀给风进入脱硫塔中。调节好两个方向的烟气量，可使脱硫塔内达到正常流态化的需求，以保证脱硫塔底部的颗粒正常流动。

上述方法中，可采用双侧或单例进料、回料方式，将所制备出的新鲜脱硫剂颗粒和外部再循环颗粒从脱硫塔下部区域的两侧或单侧喷入脱硫塔中。可以在此位置布置1～4层脱硫剂颗粒进料、回料喷嘴，各层喷嘴之间的距离为800～1500mm。

上述方法中，可采用分段喷水方式，在脱硫塔下部区域的拱顶处以及上部区域的中下段，沿半径方向在单侧或两侧设置1～4层降温增湿的水雾化喷嘴，其中：布置在上部区域中下段的最下层喷嘴的位置与脱硫塔下部区域顶拱的距离为300～2000mm，各层喷嘴之间的距离为800～1500mm。

上述方法中，可采用烟气射流方式，在脱硫塔上部区域的中下段，沿半径方向在单侧或者两侧布置1～4层向下的烟气射流喷嘴，将10～30％的经外部除尘器分离后的洁净含湿烟气以30～180m/s的流速喷入脱硫塔中进行再循环。

与现有技术相比，本发明的优点在于：首先，由于采用了W型的烟气循环流化方式，大部分的烟气在脱硫塔下部区域的前后两侧处以设定的角度和流速向下喷入，剩余的烟气从脱硫塔下部区域的底部以设定的流速向上均匀给风，两股烟气流相互作用形成W型烟气流场，加上从脱硫塔下部区域喷入的脱硫剂颗粒和雾化冷却水，三相物质可在脱硫塔内强烈混合反应，形成较好的流态化及颗粒内部再循环特性，极大地提高了其脱硫反应能力，增强了脱硫剂颗粒的活性，也大幅提高了脱硫剂的利用率。其次，这种W型循环流化方式使得脱硫塔下部的气流和脱硫剂颗粒的混合卷吸作用非常剧烈，降低了脱硫剂颗粒正常流态化时对烟气量需求的依赖程度，从而很容易实现脱硫系统负荷变化的宽调节特性。再者，由于这种W型循环流化方式主要是通过组织脱硫塔内的W型烟气流场结构卷吸脱硫剂颗粒来实现其流态化的，其机理与底部循环流态化的方法截然不同，它大大减小了烟气引射加速装置的阻力，降低了脱硫塔的系统阻力。因此，本发明能实现较高的脱硫效率，在钙硫比Ca/S＝1.1～1.3之间可达到90～92％以上的脱硫效率；较宽的调节比，满足燃烧设备20～110％负荷变化的高效脱硫要求；以及较低阻力的脱硫技术要求，使设备趋于简化，降低运行成本。

附图说明

图1为采用本发明脱硫方法的脱硫系统结构示意图；

图2为图1中的脱硫塔主体以及其内部流场的结构示意图；

图3为图1中的脱硫塔横截面及主烟气进口管的结构示意图；

图4为采用本发明脱硫方法中的单侧进料、回料方式和分段喷水方式的系统结构示意图；

图5为采用本发明脱硫方法中的烟气射流方式的系统结构示意图。

图中：烟气预除尘装置1，脱硫剂制备的消化系统2，脱硫塔下部拱型区域3，脱硫塔上部圆柱型区域4，脱硫塔烟气出口5，烟气除尘系统6，主引风机7，烟囱8，灰渣仓9，水雾化喷嘴10，主烟气进口11，辅烟气进口12，脱硫剂颗粒喷入口13，脱硫剂再循环入口14，脱硫剂颗粒进料和回料喷嘴15，洁净烟气再循环系统16，组合烟气射流喷嘴17。

具体实施方式

下面结合附图对本发明W型循环流态化的干法烟气脱硫方法作进一步的详细描述：

如图1～3所示的方法，其起主导作用的脱硫塔由下部拱型区域3和上部圆柱型区域4组成，下部拱型区域3的深度是上部圆柱型区域4的深度的2.5倍，下部拱型区域3前后两侧突出部分的顶部和底部分别构成脱硫塔的顶拱和底斜面。从燃烧设备排出的需脱硫烟气首先经过一个烟气预除尘装置1如静电除尘器、布袋除尘器、惯性分离除尘器等进行预处理。经过预除尘处理后，70～90％的烟气通过主烟气进口11进入烟气引射加速装置，如低阻力的文丘里喷嘴，从脱硫塔下部拱型区域3的顶拱处以与垂直线20～40°的夹角向下喷射进入脱硫塔中，烟气引射加速装置采用5～35根文丘里管组成，并维持烟气射流的速度变化范围为40～80m/s。另外，10～30％的烟气通过辅烟气进口12进入烟气布风装置，从脱硫塔下部拱型区域3的底斜面处以0.5～5m/s的流速向上均匀给风进入脱硫塔中。烟气量可以根据需要调节，以使脱硫塔内达到正常流态化的需求，以保证脱硫塔底部颗粒正常流动。

同时，将脱硫剂原料CaO粉送入脱硫剂制备的消化系统2中，经消化反应生成高活性的Ca(OH)₂脱硫剂颗粒。将消化后粒径范围为1～10μm的脱硫剂颗粒，由脱硫剂颗粒喷入口13喷入脱硫塔下部拱型区域3内。在脱硫剂颗粒喷入口13位置的上部，布置有从烟气除尘系统6引出的脱硫剂再循环入口14。在脱硫塔下部拱型区域3的拱顶处还设有向下布置的水雾化喷嘴10，其所喷出的雾化冷却水可使脱硫剂颗粒与雾化水颗粒发生强烈的湍流传热传质交换，一方面降低脱硫反应塔内的温度，另一方面在脱硫剂颗粒表面形成一层水膜，保持其表面较高的反应活性。烟气进入脱硫塔下部拱型区域3后，与从脱硫剂颗粒喷入口13喷进的高活性脱硫剂颗粒、从水雾化喷嘴10喷入的雾化冷却水、以及从脱硫剂再循环入口14进来的再循环脱硫剂颗粒混合，发生强烈的三相湍流传热传质交换。上述塔内的烟温降到55～70℃之间，高于塔内烟气露点温度5～15℃，某些情况下也可以在烟温80℃左右运行，大部分脱硫剂颗粒粒径在1～5μm之间。

从主烟气进口11进入的烟气在脱硫塔下部拱型区域3中先向下运动，然后在脱硫塔下部拱型区域3的底部与从辅烟气进口12进入的烟气相互作用，携带流态化的脱硫剂颗粒转弯100～180度向上流动，进入脱硫塔上部圆柱型区域4，在脱硫塔内组织烟气形成W型的烟气流场。这样烟气、水颗粒、脱硫剂颗粒和再循环颗粒在主烟气射流的带动下，先从两侧向下运动，然后从中间向上运动，整个脱硫塔内呈W型流化悬浮态。所形成的W型流场结构，不仅使烟气中部分脱硫剂颗粒分离出来，强化脱硫剂颗粒在脱硫塔内的内循环量，使脱硫剂颗粒内循环量可以达到30～70％之间。并且，在减小了对外部气固分离回流装置磨损的情况下，由于烟气行程较长，亦即增加了脱硫剂颗粒与烟气在脱硫反应塔内的接触反应时间，有利于脱硫剂颗粒的充分利用和脱硫效率的提高。

而在脱硫塔上部圆柱型区域4中，脱硫剂颗粒基本呈现较大的回落趋势，大部分颗粒沿侧壁附近向下运动，回到脱硫塔下部拱型区域3中，又重新被烟气带动向上运动往复，在塔内形成高强度的三相湍流交换状态，发生强烈的混合、传热、传质及化学反应的复杂物理化学过程。在塔内烟气中的二氧化硫SO₂与脱硫剂Ca(OH)₂反应生成亚硫酸钙或硫酸钙，并可以同时脱出烟气中少量的三氧化硫SO₃、以及可能存在的HCl、HF等有害气体成分，脱硫效率至少可以达到90％以上。

再后，烟气由脱硫塔上部圆柱型区域4顶部的脱硫塔烟气出口5引出，进入烟气除尘系统6中。烟气除尘系统6可以是静电除尘器、布袋除尘器或它们的组合，在此烟气中携带的颗粒被分离出来，其中还含有一部分未反应的脱硫剂颗粒，为了提高脱硫剂利用率，通过脱硫剂再循环入口14，将它们送回脱硫塔下部拱型区域3中再循环，而已经反应完成的大部分1～2μm的小颗粒不再参与循环，即脱硫副产品及飞灰则送入灰渣仓9储存并转运走。从烟气除尘系统6出来的达标洁净烟气经主引风机7送入烟囱8，最后排入大气。

如图4所示的方法，与上述方法基本相同，只是其采用了单侧进料、回料方式和分段喷水方式。单侧进料、回料方式的特征是从脱硫塔下部拱型区域3的同一侧位置喷入经脱硫剂制备消化系统2得到的高活性脱硫剂颗粒及从外部烟气除尘系统6分离出的一部分脱硫剂颗粒。两者的喷入位置位于同一侧时，可以进一步加强脱硫剂颗粒之间的混合程度，使需脱硫烟气与脱硫剂颗粒发生强烈的湍流传热传质交换，从而提高脱硫剂颗粒的利用率和脱硫效率。在提高脱硫剂颗粒的混合特性的同时，也简化了系统工艺，降低了设备的投资和维护费用。具体地可在脱硫塔下部拱型区域3的一侧布置1～4层脱硫剂颗粒进回料喷嘴15，各层喷嘴之间的距离为800～1500mm，以取代原来的脱硫剂颗粒喷入口13和脱硫剂再循环入口14。脱硫剂颗粒进回料喷嘴15可以采用固定式或位置可调式的进回料喷嘴，位置可调式喷嘴的伸缩长度、上下摆动角度和左右摆动角度均可调节，可保证脱硫剂颗粒良好的混合特性。

分段喷水方式的特征是在脱硫塔上部圆柱型区域4的中下段，沿半径方向在单侧或者两侧增设1～4层分段降温增湿的水雾化喷嘴10。最下层的喷嘴位置距离脱硫塔下部拱型区域3的顶拱300～2000mm，各层喷嘴之间的距离为800～1500mm。水雾化喷嘴10可以采用固定式或位置可调式雾化喷水的喷嘴，其中采用位置可调式雾化喷水的喷嘴其伸缩长度、上下摆动角度和左右摆动角度均可调节。在脱硫塔上部圆柱型区域4中，由于脱硫剂表面的水分已基本上蒸发为水蒸汽，使得脱硫剂表面的反应活性降低，采用上述分段喷水方式后，脱硫剂表面的反应活性得到进一步的增强。特别是在二氧化硫与脱硫剂Ca(OH)₂反应中，离子之间的反应占很大的份额，通过分段喷水可以大大提高脱硫反应的完全程度，使脱硫效率显著提高。

如图5所示的方法，也与上述方法基本相同，只是其增加了烟气射流方式。烟气射流方式的特征是在脱硫塔上部圆柱型区域4的中下段，针对大型化脱硫化学反应的要求，布置经洁净烟气再循环系统16引入的组合烟气射流喷嘴17，将脱硫后的洁净含湿烟气与燃烧设备中排出的需脱硫烟气一起送入流态化脱硫塔中进行烟气再循环，以形成脱硫塔中部的高强度湍流混合区，加强总脱硫反应的强度。从烟气除尘系统6出来的达标洁净烟气通过洁净烟气再循环系统16带走，进行烟气再循环，其余则由主引风机7送入烟囱8，最后排入大气。由洁净烟气再循环系统16带走的再循环洁净含湿烟气，在脱硫塔上部圆柱型区域4的中下段向下通过在单侧或者两侧布置的1～4层固定式或位置可调式组合烟气射流喷嘴17，以90～120m/s的流速喷入脱硫塔中，以保证脱硫剂颗粒、雾化冷却水和射流烟气这三者之间发生强烈的三相湍流传热传质交换混合。同时，由于再循环烟气本身的含湿量高于正常干空气，一定程度上降低了脱硫反应塔内所需的喷水量。达标洁净烟气抽出点在烟气除尘系统6的出口与烟囱8之间的管道任意处均可，再循环洁净含湿烟气量为总排放烟气量的10～30％，可进行调节，达到脱硫塔入口烟气降温5～20℃的要求。

Claims

1.一种W型循环流态化的干法烟气脱硫方法，包括脱硫剂制备消化、脱硫反应塔内脱硫反应、外部脱硫剂颗粒的分离和再循环，其特征在于：将需脱硫的烟气分为两路，一路通过烟气引射加速装置从脱硫塔下部区域的前后两侧处以与垂直线0～60°的夹角和30～100m/s的流速向下喷射进入脱硫塔中，另一路通过烟气布风装置从脱硫塔下部区域的底部向上以0.1～10m/s的流速均匀给风，使烟气在脱硫塔的下部区域先向下运动，然后在脱硫塔的底部携带流态化的脱硫剂颗粒转弯100～180°向上流动，形成W型的烟气流场后，进入脱硫塔的上部区域，从而使烟气与脱硫剂颗粒在脱硫塔中发生剧烈混合反应。

2.根据权利要求1所述的W型循环流态化的干法烟气脱硫方法，其特征在于：所说的脱硫塔由下部拱型区域和上部柱型区域组成，下部拱型区域的深度是上部柱型区域的深度的1.1～2.5倍，下部拱型区域前后两侧突出部分的顶部和底部分别构成脱硫塔的顶拱和底斜面。

3.根据权利要求2所述的W型循环流态化的干法烟气脱硫方法，其特征在于：将60～95％需脱硫的烟气通过烟气引射加速装置从脱硫塔下部拱型区域的顶拱处向下喷射进入脱硫塔中，将5～40％需脱硫的烟气通过烟气布风装置从脱硫塔下部拱型区域的底斜面处向上均匀给风进入脱硫塔中。

4.根据权利要求1或2或3所述的W型循环流态化的干法烟气脱硫方法，其特征在于：将所制备出的脱硫剂颗粒和经外部除尘器分离出的再循环颗粒从脱硫塔下部区域喷入脱硫塔中。

5.根据权利要求1或2或3所述的W型循环流态化的干法烟气脱硫方法，其特征在于：采用分段喷水方式，在脱硫塔下部区域的拱顶处以及上部区域的中下段，沿半径方向在单侧或两侧设置1～4层降温增湿的水雾化喷嘴，其中：布置在上部区域中下段的最下层喷嘴的位置与脱硫塔下部区域顶拱的距离为300～2000mm，各层喷嘴之间的距离为800～1500mm。

6.根据权利要求4所述的W型循环流态化的干法烟气脱硫方法，其特征在于：采用分段喷水方式，在脱硫塔下部区域的拱顶处以及上部区域的中下段，沿半径方向在单侧或两侧设置1～4层降温增湿的水雾化喷嘴，其中：布置在上部区域中下段的最下层喷嘴的位置与脱硫塔下部区域顶拱的距离为300～2000mm，各层喷嘴之间的距离为800～1500mm。

7.根据权利要求1或2或3所述的W型循环流态化的干法烟气脱硫方法，其特征在于：采用烟气射流方式，在脱硫塔上部区域的中下段，沿半径方向在单侧或者两侧布置1～4层向下的烟气射流喷嘴，将10～30％的经外部除尘器分离后的洁净含湿烟气以30～180m/s的流速喷入脱硫塔中进行再循环。

8.根据权利要求4所述的W型循环流态化的干法烟气脱硫方法，其特征在于：采用烟气射流方式，在脱硫塔上部区域的中下段，沿半径方向在单侧或者两侧布置1～4层向下的烟气射流喷嘴，将10～30％的经外部除尘器分离后的洁净含湿烟气以30～180m/s的流速喷入脱硫塔中进行再循环。

9.根据权利要求5所述的W型循环流态化的干法烟气脱硫方法，其特征在于：采用烟气射流方式，在脱硫塔上部区域的中下段，沿半径方向在单侧或者两侧布置1～4层向下的烟气射流喷嘴，将10～30％的经外部除尘器分离后的洁净含湿烟气以30～180m/s的流速喷入脱硫塔中进行再循环。

10.根据权利要求6所述的W型循环流态化的干法烟气脱硫方法，其特征在于：采用烟气射流方式，在脱硫塔上部区域的中下段，沿半径方向在单侧或者两侧布置1～4层向下的烟气射流喷嘴，将10～30％的经外部除尘器分离后的洁净含湿烟气以30～180m/s的流速喷入脱硫塔中进行再循环。