CN1214954A - 中温干式循环流化床烟气脱硫方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种中温干式循环流化床烟气脱硫方法及装置,涉及一种以钙基脱硫剂为床料的循环流化床烟气脱硫技术。其特点是利用以钙基脱硫剂为床料的循环流化床装置,使烟气中的二氧化硫与床料在较高的工作温度下发生脱硫反应,并对已进行过部分脱硫反应的脱硫剂作蒸汽活化处理。其优点是在脱硫过程中无喷浆或喷水过程,不仅免去了庞大的制浆设备,也大大降低了水的消耗;并能够充分提高脱硫剂的利用率和对烟气的脱硫效率;是一种无酸腐蚀、少耗水、低投资和低运行费用的有效的脱硫方法。

Description

中温干式循环流化床烟气脱硫方法及装置

本发明涉及一种烟气脱硫技术及装置，尤其涉及一种以钙基脱硫剂为床料的循环流化床烟气脱硫技术及装置，用于脱除由燃煤锅炉、层燃锅炉等燃烧设备排出的处于中等温度范围的烟气中的硫化物。

现有技术中，任何一种采用钙基脱硫剂的干式烟气脱硫技术的发展都是以降低脱硫剂和其它能量及资源的消耗、提高脱硫效率、避免腐蚀、具备更高的可利用性为根本目的。已有的干式循环流化床烟气脱硫方法就是利用脱硫剂在循环流化床内反复循环使用的优点，使脱硫剂利用率达到70％左右，并在钙硫比为1.5时获得80％的脱硫效率。为了进一步提高脱硫效率和钙的利用率，中国发明专利申请“干式脱硫剂床料内循环的烟气脱硫方法及装置”(申请号：97103839.2)，采用在循环流化床脱硫反应器内的上部加装气固分离装置，从而大大强化床内物料的内循环，使脱硫效率在同样的钙硫比条件下可达到85％以上。这种技术的烟气脱硫过程一般是在略高于烟气露点温度的常温范围内(50-80℃)进行的，以取得这个温度范围内的最佳脱硫效率。该发明中的钙基脱硫剂被制作成水浆喷入烟气中，或者将脱硫剂粉和水同时喷入，不但可将原有的烟气温度降低到脱硫所要求的水平，而且由于水溶液的作用使氧化硫气体与脱硫剂固体颗粒之间发生离子反应，有利于提高脱硫效率。但这种技术的不足之处在于喷入水浆后蒸发降低了烟气温度，耗水量也很大；同时必须建立相应的制浆设施，增加占地面积，因而造成初投资大，运行费用高。

为了克服现有技术的不足和缺陷，本发明的目的和任务是提供一种适用于400-800℃烟气温度范围的所谓“中温”干式循环流化床烟气脱硫方法及装置，使其在脱硫反应过程中无喷浆或喷水过程，从而避免了对烟气的降温冷却；在保证较高的钙基脱硫剂利用率的前提下，实现较高的脱硫效率。

本发明的另一个目的是尽可能减少水的消耗和占地面积，降低成本。

本发明的目的和任务是通过如下技术方案实现的：该方法首先将燃烧设备排出的中温烟气送入以钙基脱硫剂和飞灰混合物为床料的循环流化床反应器中，使烟气中的二氧化硫与床料在较高的工作温度下发生反应，形成固态硫酸钙或亚硫酸钙留在脱硫剂颗粒中；钙基脱硫剂粉或直接喷入流化床反应器内，或通过把石灰石粉喷入燃烧空间煅烧成石灰粉后随烟气带入的方式供给。利用附设在脱硫反应器外部的气固分离装置，将烟气挟带的大部分未完全反应的脱硫剂颗粒及飞灰颗粒从烟气中分离出来；然后将这部分颗粒进行蒸汽活化处理，再送回脱硫反应器中，使其在流化床反应器与分离器形成的回路中往复循环。

采用实现上述方法的一种中温干式循环流化床烟气脱硫的装置，它包括以钙基脱硫剂和飞灰混合物为床料的循环流化床反应器本体，附设在脱硫反应器外部的气固分离装置，后续的除尘装置及分别设在分离装置和除尘装置下部的回料系统；上述流化床本体下部设有烟气入口，脱硫剂进料口，排渣口及布风系统，其特征是在气固分离装置与该回料系统之间设有蒸汽活化装置，该装置上部通过调节阀与分离器相连，其下部通过气动节阀与回料系统相连。

附图1为本发明的带蒸汽活化装置的中温干式循环流化床烟气脱硫装置的结构示意图。

附图2为蒸汽活化装置的结构示意图。图中：1．反应器本体2．气固分离装置3．后续除尘装置4．调节阀5．蒸汽管路6．蒸汽活化装置7．气动节阀8．回料管9．飞灰回送管路10．布风系统11．排渣口12．风箱13．烟气入口14．脱硫剂进料口15．内分料器

下面结合附图详细描述本发明的工作原理、具体结构、工艺过程及最佳实施方式。

从燃烧设备中排放的中温含硫烟气被送入以粉状钙基脱硫剂和烟气中的飞灰为床料的循环流化床反应器(1)，烟气中的二氧化硫与脱硫剂反应后以固体硫酸钙及亚硫酸钙的形态留在脱硫剂颗粒中，脱硫后的烟气排出流化床反应器。未完全反应的脱硫剂颗粒及飞灰颗粒一部分通过参与反应器的内循环继续逗留在床内，另一部分则被烟气挟带进入附设在脱硫反应器外部的气固分离装置(2)内进行分离，其绝大部分颗粒从烟气分离出来后进入蒸汽活化装置(6)接受活化处理，然后再回送到流化床反应器内继续进行烟气脱硫反应。随烟气经分离器排走的小部分床料颗粒将通过其它的后续除尘装置(3)进一步回收，进行蒸汽活化处理，或直接送回脱硫反应器，从而实现最大的床料循环倍率并充分提高脱硫剂的利用率。

上述所谓“蒸汽活化处理”是指将已经部分与氧化硫反应了的所谓“乏”脱硫剂置于水蒸汽中，通过它对水蒸汽的物理吸附以及与水分子的化学反应，进一步激发和提高其固硫能力的一种方法。经过这种处理后，脱硫剂颗粒的理化特性发生变化，颗粒表面形成的反应生成物层进一步被破碎，使内部未反应的新鲜脱硫剂成分暴露出来。此外，在水蒸汽作用下，钙基脱硫剂颗粒和含SiO₂,Al₂O₃的飞灰混合物，还会形成脱硫活性很强的含钙溶胶-凝胶(sol-gel)微粒。从而进一步增强原脱硫剂的固硫活性，并通过在床内物料反复循环的过程中进一步与氧化硫反应，获得最大程度的利用；同时，烟气脱硫效率也随之得到进一步的提高。脱硫剂颗粒和飞灰颗粒的粒径在90微米以下时，形成溶胶-凝胶的效果最好。为了取得充足的活化效果，脱硫剂最好在蒸汽活化装置中停留3分钟以上。

本发明所述装置主要是由以粉状钙基脱硫剂和烟气中的飞灰为床料的循环流化床脱硫反应器本体(1)，串接在该反应器外部的气固分离装置(2)，后续除尘装置(3)，蒸汽活化装置(6)，调节阀(4)，气动节阀(7)，回料系统(8)、飞灰回送系统(9)以及烟气入口(13)和脱硫剂进料口(14)等组成。运行时，来自燃烧设备的含二氧化硫和飞灰的400-800℃中温烟气经烟气入口(13)、风箱(12)和布风系统(10)进入反应器本体(1)；钙基脱硫剂通常采用以氧化钙为主要成分的石灰粉，从进料口(14)以适当的钙硫比直接加入反应器内，与经回料系统回送的床料一起混入烟气中，形成稠密气固两相流。钙硫比在1.1-2.0的范围内变动。经脱硫反应后，部分床料随烟气运动进入串接在反应器之后的气固分离装置(2)，大部分颗粒(95％以上)被离心分离，靠重力回落，经下接分离装置的调节阀(4)，进入蒸汽活化装置(6)。该活化装置为一垂直放置的容器(图2)。其上部通过调节阀(4)与气固分离装置(2)连接，下部与气动节阀(7)和床料回送管(8)连接。该装置内部设有内分料器(15)和蒸汽分布器(5)。其尺寸设计应保证脱硫剂颗粒在活化器中有足够长的停留时间。蒸汽以一定压力(1.5kg/cm²以上)通过设置在活化装置内的蒸汽分布器供入，并形成蒸汽汽室，使脱硫剂颗粒在高温过热蒸汽的氛围中缓慢运动并充分吸收蒸汽，使其物质结构上发生物理化学变化，获得充分的活化处理。蒸汽量将控制在适当水平上。通过对脱硫剂进行反复活化，将充分提高脱硫剂的利用率。由于供入的是过热蒸汽和干燥脱硫剂，床内无液态水而始终保持干态，不存在酸腐蚀。经活化处理后，床料的温度变化微小，故不存在因冷却烟气及床料导致的附加热损失。在本发明中，蒸汽的耗水量较之常温喷乳浆或喷水的烟气脱硫方法要少得多。

经蒸汽活化后的颗粒，再经下气动节阀(7)和回料管(8)回到流化床密相区，形成床料的往复循环。少部分未能分离的颗粒将被后续的除尘装置(3)回收、并根据实际需要进行蒸汽活化处理或直接送回流化床反应器(1)内。气固分离器和蒸汽活化装置的下部均呈漏斗状，利于颗粒的重力运动。经反复进行脱硫反应后，脱硫剂的固硫能力逐渐消失而趋于饱和，将从排渣口(11)定量排出。经过脱硫的烟气排向脱硫系统的后续装置(如烟囱等)。

布风系统可采用风帽式布风板或拉伐尔喷管式布风装置，以降低布风装置的阻力、减小烟气中粉尘对装置的磨蚀和避免堵塞。

为了强化床料的内循环，还可使流化床脱硫反应器本体(1)的壁面向上延伸，在高过排烟出口的地方形成端头帽形空腔，其顶盖为一水平或倾斜平板，空腔的高度等于或大于反应器上部横截面当量内径D的1/2。

除此之外，另一种强化床料内循环效应和气固分离效果的实施方案是：在反应器本体上方接近但低于排烟出口的高度上，加装一个带旋流叶片的气固分离装置。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：本发明是一种适于较高工作温度范围的干式循环流化床烟气脱硫技术。在脱硫反应过程中无喷浆或喷水过程，不仅免去了庞大的制浆设备，也大大降低了水的消耗。这对于我国水资源匮乏的地区而言，具有十分重要的意义；较高的工作温度能够大大提高脱硫过程的化学反应速率，同时避免了象常温烟气脱硫技术那样对烟气的降温冷却。另一方面，对脱硫剂作蒸汽活化处理，能够充分提高钙基脱硫剂的利用率和对烟气的脱硫效率；因而本发明是一种无酸腐蚀、少耗水、低投资和低运行费用的有效的烟气脱硫方法。

Claims (6)

1、一种中温干式循环流化床烟气脱硫方法，其特征是：

a．将燃烧设备排出的含有飞灰的中温烟气送入以钙基脱硫剂与飞灰混合物为床料的循环流化床反应器中，使烟气中的二氧化硫与床料在较高的工作温度下发生反应，形成固态硫酸钙或亚硫酸钙留在脱硫剂颗粒中；钙基脱硫剂粉将直接喷入流化床反应器内，或者通过把石灰石粉喷入燃烧空间煅烧成石灰粉后由烟气带入的方式供入；

b．利用附设在脱硫反应器外部的气固分离装置，将烟气挟带的大部分未完全反应的脱硫剂及飞灰颗粒从烟气中分离出来；

c．将从分离器分离出的床料颗粒进行蒸汽活化处理，然后再送回脱硫反应器中，使其在反应器与分离器形成的回路中往复循环；

2．按照权利要求1所述的一种中温干式循环流化床烟气脱硫方法，其特征是随烟气经分离器排走的小部分未完全反应的脱硫剂颗粒及飞灰颗粒被后续的除尘装置回收，进行蒸汽活化处理，或直接回送到流化床脱硫反应器中循环使用。

3．按照权利要求1或2所述的一种中温干式循环流化床烟气脱硫方法，其特征是未完全反应的脱硫剂颗粒及飞灰颗粒在蒸汽活化装置内活化时的停留时间在3分钟以上。

4．一种采用如权利要求1所述方法的中温干式循环流化床烟气脱硫装置，包括以钙基脱硫剂和飞灰混合物为床料的循环流化床脱硫反应器本体(1)，附设在脱硫反应器外部的气固分离器(2)，后续的除尘装置(3)及分别设在分离器和除尘器下部的回料系统。流化床本体下部设有烟气入口(13)，脱硫剂进料口(14)，排渣口(11)及布风系统(10)。所述循环流化床烟气脱硫装置的特征是在分离器和回料系统之间设有蒸汽活化装置(6)，该装置上部通过调节阀(4)与分离器(2)相连，其下部通过气动节阀(7)与回料管(8)相连。

5．按照权利要求4所述的中温干式循环流化床烟气脱硫装置，其特征是上述蒸汽活化装置由容器(6)、内分料器(15)以及蒸汽分布器(5)所组成。

6．按照权利要求5所述的中温干式循环流化床烟气脱硫装置，其特征是在后续除尘器(3)下部与飞灰回送管(9)之间设有蒸汽活化装置。

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