CN1226073C - 一种独立给料、回料及喷水的干法烟气脱硫工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种独立给料、回料及喷水的干法烟气脱硫工艺，属于烟气脱硫技术领域，特别涉及各种燃烧设备排放烟气中的干法脱硫系统及工艺。本发明的包括：脱硫剂制备消化系统、脱硫反应塔及脱硫反应系统、外部脱硫剂颗粒的分离和再循环系统。本发明是将脱硫反应塔的给水雾化装置、脱硫剂给料装置和颗粒再循环回料装置独立设置，并在脱硫反应塔的不同高度设置各自的喷嘴，从而改变脱硫塔主反应区域的流动特性，加强湍流强度，达到有效组织脱硫反应塔内气、固、液三相的充分混合以及速度滑移，提高脱硫剂的利用率和脱硫效果。同时实现了脱硫系统的宽调节比特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种独立回料、给料及喷水的干法烟气脱硫工艺，属于烟气脱硫技术领域，特别涉及各种燃烧设备排放烟气中的干法脱硫系统及工艺。
背景技术
二氧化硫气体污染的治理一直是世界大多数国家环境保护的重点，其所产生污染物更是造成我国生态环境破坏的最大污染源，目前已经成为了我国空气污染治理的当务之急。
目前对二氧化硫的治理，国外一般主要采用湿式石灰石膏法(W-FGD)，采用上述方法，虽然脱除效果较好，但其存在投资巨大、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等一系列问题。因此干式或半干式的高效烟气脱硫技术成为了国内外研究开发的重点。
对于目前应用的烟气循环流化床方法的干法脱硫技术，大都将脱硫剂(如消石灰等)和脱硫反应塔外部分离装置分离出的物料先混合，然后一同喷入到脱硫反应塔中，这种方式由于循环回料的影响很难保证脱硫剂细小颗粒能和水颗粒充分接触，发生充分的表面脱硫化学反应，并且未反应完全的细小颗粒很难被分离装置分离出来，会随烟气排入大气，从而降低了脱硫剂利用效率，而很难到达高脱硫率的要求；或是先将脱硫剂制成浆液，然后喷入脱硫反应塔和外部分离器分离出来的物料作为循环床料，或是先将脱硫剂和回料混合加水制成浆液，然后喷入脱硫反应塔，这两种方式不但耗水量大，而且极易在脱硫反应塔内壁面结灰，费用高而且脱硫效果差。
针对我国火力发电单台装机容量基本为600MW的烟气脱硫市场需要和电力环保的特殊要求，以及国家对水资源利用保护的加强。同时根据国际上烟气脱硫技术发展和市场的客观规律，先进的大型化(可适用于600MW以上火力发电机组)干法烟气脱硫技术将成为国内外电力环保技术及市场的主力。
但是上述的干法(半干法)脱硫技术，都没有考虑当机组大型化以后，由于脱硫反应塔截面以及高度的增加，将导致整个脱硫反应由于烟气与颗粒流场的组织失败而达不到脱硫技术要求。
从上述介绍中可见，在干法循环流化的烟气脱硫系统中，目前大多采用的给料、回料和给水的混合方式都很难满足低钙硫比下较高的脱硫效率，而且系统运行耗水量大，特别是当机组容量增大时，此种方式更难满足低消耗、高脱硫率的要求。
发明内容
针对现有技术在工程中存在的问题和在大型化方面存在的不足和缺陷，本发明提出一种在脱硫反应塔反应区内，气、固、液三相混合充分、脱硫剂颗粒利用率高，脱硫反应速率较快、流通阻力较低的一种独立回料、给料及喷水的干法烟气脱硫工艺。采用该种技术，使其能在保证较低的钙硫比(Ca/S＝1.1～1.3)的情况下达到较高的脱硫效率(90％～92％以上)，同时降低耗水量和洁净烟气的携带水量，保证脱硫剂颗粒较高的表面活性，同时实现了脱硫系统的宽调节比特性，在实现上述目的前提下，并进一步简化系统，降低设备投资及运行费用，降低烟气阻力，从而真正实现高效、宽调节比、低成本、低耗水量的干法烟气脱硫的目的。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的独立给料、回料及喷水的干法烟气脱硫工艺包括：脱硫剂制备消化系统、脱硫反应塔及脱硫反应系统、外部脱硫剂颗粒的分离和再循环系统。本发明主要是针对脱硫反应塔及脱硫反应系统进行的，脱硫反应系统包括烟气混合室、烟气引射装置(文丘里喷嘴、布风装置)、脱硫反应塔、及塔体上的各种进、出口、脱硫反应塔外部的分离(静电、布袋、惯性等)装置、脱硫塔烟气再循环装置。本发明是将脱硫反应塔的给水雾化装置、脱硫剂给料装置和颗粒再循环回料装置独立设置，并在脱硫反应塔的不同高度设置各自的喷嘴，从而改变脱硫塔主反应区域的流动特性，加强湍流强度，达到有效组织脱硫反应塔内气、固、液三相的充分混合以及速度滑移，提高脱硫剂的利用率和脱硫效果。
所述的独立回料、给料及喷水的干法烟气脱硫工艺，其脱硫剂给料喷嘴布置在距脱硫塔烟气引射装置出口向上500～1500mm的位置；颗粒再循环回料喷嘴布置在距硫剂给料喷嘴向上500～3000mm的位置；给水雾化喷嘴布置在距颗粒再循环回料喷嘴向上800～3000mm的位置。
所述的独立回料、给料及喷水的干法烟气脱硫工艺，其中脱硫剂给料喷嘴和颗粒再循环回料喷嘴分别布置在脱硫反应塔的两侧，即脱硫剂给料喷嘴位于脱硫塔的前侧，颗粒再循环回料喷嘴布置在脱硫塔后侧。
所述的独立回料、给料及喷水的干法烟气脱硫工艺，颗粒再循环回料喷嘴和给水雾化喷嘴布置1～2层，每层布置1个或多个。
其给水雾化喷嘴在脱硫塔的水平截面上均布，或给水雾化喷嘴在脱硫塔的水平截面上的脱硫塔前侧壁均布。
其颗粒再循环回料喷嘴在脱硫塔的水平截面上的脱硫塔后侧壁均布。
所述的独立回料、给料及喷水的干法烟气脱硫工艺，其各种喷嘴向下倾斜，其轴向与水平方向在5～60°角范围可调。
所述的独立回料、给料及喷水的干法烟气脱硫工艺，其给水雾化喷嘴还可以伸入在脱硫塔中，喷嘴成莲蓬状朝下。
所有的喷嘴在其轴向可伸缩。
所述的独立回料、给料及喷水的干法烟气脱硫工艺，其特征是在脱硫反应塔的塔体中部，布置烟气射流喷嘴，通过烟气的组合射流，形成脱硫塔中部的高强度湍流混合区。
本发明的优点：
首先，本发明采用独立的回料、给料及喷水方式，主要考虑了给料进入的新鲜脱硫剂颗粒与回料的再循环颗粒具有完全不同的表面化学特性，以及与水颗粒作用形成水膜对脱硫化学反应的动力学的不同影响，根据不同的颗粒特性，有针对性地布置颗粒入口位置，主要提高了新鲜脱硫剂颗粒的反应效率，即提高了脱硫反应效率。
其次，在保证相同的脱硫效率的前提下，采用本发明可以降低外部再循环颗粒的回流量，降低脱硫塔及脱硫反应系统的烟气流动阻力，减轻了脱硫塔的壁面磨损以及外部除尘装置的颗粒分离负担，在一定程度上解决了大型化干法烟气脱硫设备所面临的的重要技术问题。
第三，本发明将再循环回料入口布置在脱硫剂给料喷嘴上部，可以使得在新鲜脱硫剂颗粒反应一定程度的时候，遭遇大量的相反流动方向的再循环脱硫剂颗粒，由于颗粒的碰撞，将打破脱硫剂颗粒的表面反应产物，提高脱硫剂的利用率和反应效率。
第四，本发明将再循环回料入口布置在脱硫剂给料喷嘴上部，由于再循环回料大部分是未完全反应的大颗粒，当回料流入到脱硫反应塔内时，由于回流的颗粒动量很大(主要由于回流颗粒总质量很大)，会先向下沉降，然后在流化风的作用下再向上混合流动，并参加脱硫反应，如果回料口贴脱硫反应塔壁面布置，则回料颗粒会沿脱硫反应塔内壁面贴壁流下，这样有利于冲刷脱硫塔内壁面，防止内壁面粘灰，同时由于回料的沉降会加强塔内的气固液相湍流和混合强度。而且，二者均可增加回料颗粒在脱硫反应塔内的停留时间，有利于提高脱硫剂的利用率。
第五，本发明易于根据脱硫反应塔的结构和形状，布置一层或多层给水雾化喷嘴和循环回料入口，有效地组织脱硫反应塔内气、固、液三相流场，加强其强烈的混合，降低消耗水量。
第六，本发明由于有效组织脱硫反应塔内的非均相反应模式，加强了塔内气液固相的混和强度，增强了塔内传质效果，提高了脱硫剂利用率，有效控制了脱硫反应塔内壁的粘灰；脱硫系统在Ca/S＝1.2情况下，脱硫效率达到90％以上，塔体总流通阻力小于1800Pa；同时，由于可以采用烟气再循环和烟气射流装置，拓宽了脱硫系统的负荷变化适应能力，可以满足燃烧设备(如锅炉等)从20％-110％负荷变化的高效脱硫要求。
附图说明
图1为本发明的系统布置示意图。
图2、图3、图4为各个喷嘴在塔的高度方向的各种布置示意图。
图5是外部再循环颗粒回料喷嘴布置示意图。
图6、图7为给水雾化喷嘴在塔体水平截面上的各种布置示意图。
图中：2是烟气引射装置(拉法尔喷管)、3是脱硫反应塔、3-1是脱硫反应塔的下部流化区域、4是烟气混合室、5是脱硫反应塔的烟气出口、6是烟气预除尘装置(静电、布袋、惯性除尘器等)、7是消化系统、8是脱硫剂给料喷嘴、9是外部再循环颗粒回料喷嘴、10是脱硫用给水雾化喷嘴、11是脱硫塔后的颗粒分离装置(静电、布袋、惯性除尘器等)、12是主引风机、13是烟囱、14是灰渣仓、15是射流烟气喷嘴、16是洁净再循环烟气入口管、17是主烟气入口管、18是灰斗。
具体实施方式
下面结合附图进一步介绍本发明的的最佳实施实例：
首先，从燃烧设备排出的烟气首先经过一个烟气预除尘(可以为静电、布袋、惯性或其它种除尘器或多个的组合)装置6，经过预除尘后的烟气经主烟气入口管17送入烟气混合室4，并进入脱硫塔底部的烟气引射装置2中，维持烟气射流的出口速度范围为20～55m/s，加速进入脱硫塔底部3-1区。
同时，将脱硫剂原料(如CaO粉)送入消化系统7中，经消化反应生成高活性的脱硫剂颗粒，将消化后粒径范围为1～8μm的脱硫剂(如Ca(OH)2)颗粒，由脱硫剂给料喷嘴8喷入到脱硫反应塔下部流化区域3-1。
在脱硫反应塔3的下部流化区域3-1中，在距烟气引射装置2出口向上约500～1500mm高度，是新鲜脱硫剂给料喷嘴8，它在脱硫塔的前侧布置，该喷嘴8可以是固定式也可是可伸缩或调整方向的。
在距新鲜脱硫剂给料喷嘴8向上约500～3000mm高度布置3～8个再循坏颗粒的回料喷嘴9，再循环回料喷嘴在脱硫塔后侧壁的水平截面上均布，见图5。该回料喷嘴口9可以是固定或可伸缩或调整方向的。
给水雾化喷嘴10布置在距颗粒再循环回料喷嘴向上800～3000mm的位置。喷水量是为塔内烟气降温和脱硫剂颗粒水膜形成所需的水量；给水雾化喷嘴在脱硫塔的水平截面上均布，布置4～8个雾化水喷嘴，如图7；或是给水雾化喷嘴在脱硫塔的水平截面上的脱硫塔前侧壁均布，沿圆周方向布置1～3个给水雾化喷嘴10，如图6。给水雾化喷嘴可以是固定的，也可是可伸缩的或调整方向的；可以布置一层，也可以布置两层或两层以上，见图2、图4；给水雾化喷嘴还可以伸入在脱硫塔中，喷嘴朝下，如图3。
当给水雾化喷嘴10两层布置时，下层给水雾化喷嘴10采用在脱硫塔前侧沿圆周方向布置1～2个，上层(第二层)距下层1500～3000mm的高度，沿塔体圆周方向4～8个喷嘴均布。
喷嘴是与水平方向向下斜5～60°角，角度可调，使雾化冷却水从脱硫反应塔内壁面斜向下喷入塔内，如图2；也可从脱硫反应塔中心垂直向下喷入，如图3。
这样，进入脱硫反应塔3下部区域的烟气首先与脱硫剂给料喷嘴8进入的新鲜脱硫剂颗粒相遇，并在雾化水颗粒的影响下发生强烈的表面化学反应，同时烟气主要在脱硫塔前侧向上运动，由于再循环颗粒的向下冲击动量，与再循环颗粒发生强烈碰撞，以进一步提高颗粒利用率。这样烟气与从喷嘴8喷进的高活性脱硫剂颗粒、由10喷入的雾化冷却水，与从除尘器分离出来的从9喷入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。上述塔内烟气温度降到55～70℃之间(高于塔内烟气露点温度5～15℃之间)，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。这样烟气、水颗粒、脱硫剂颗粒和再循环颗粒在烟气射流的带动下，向上运动，整个脱硫塔内呈流化悬浮态。
同时由于再循环颗粒的从脱硫反应塔内壁面斜向下(与水平面的夹角为5～60°)喷入塔内，向下冲击，使再循环脱硫颗粒沿脱硫塔内壁面流回到塔的下部，这样再循环的脱硫剂颗粒可以冲刷内壁面，减少内壁面的积灰和结灰。
对于大型的脱硫反应塔，可在脱硫反应塔3的塔体中部，布置烟气射流喷嘴15，通过烟气的组合射流，形成脱硫塔中部的高强度湍流混合区，并改变塔体中上部的烟气流动形式，加强烟气中上部的脱硫反应的强度，并形成各种形式、大小的涡流区，提高颗粒的内循环效率。射流烟气可从烟气通道的任何部位引出，也可是压缩空气(湿空气)。
再往上，塔内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，并到塔下部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，烟气由脱硫塔顶部的出口管道5引出，进入脱硫反应塔外部的分离装置11(静电、布袋或惯性分离装置，或者它们的组合形式)，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，通过再循环颗粒回料喷嘴9将它们再送回脱硫塔中，而已经反应完成的大部分小颗粒(小于2μm左右)不再参与循环，即脱硫副产品及飞灰则送入灰渣仓14储存、转运走。从除尘系统11出来的达标洁净烟气经主引风机12，一部分进入洁净烟气再循环管16，送入烟气混合室4中，进行烟气再循环，其余则送入烟囱13，最后排入大气。
Claims (10)
1.一种独立给料、回料及喷水的干法烟气脱硫工艺，包括脱硫剂制备消化系统、脱硫反应系统、外部脱硫剂颗粒的分离和再循环系统，其特征是将脱硫反应塔的给水雾化装置、脱硫剂给料装置和颗粒再循环回料装置独立设置，并在脱硫反应塔的不同高度设置各自的给入喷嘴。
2.根据权利要求1所述的独立回料、给料及喷水的干法烟气脱硫工艺，其特征是脱硫剂给料喷嘴布置在距脱硫塔烟气引射装置出口向上500～1500mm的位置；颗粒再循环回料喷嘴布置在距脱硫剂给料喷嘴向上500～3000mm的位置；给水雾化喷嘴布置在距颗粒再循环回料喷嘴向上800～3000mm的位置。
3.根据权利要求1或2所述的独立回料、给料及喷水的干法烟气脱硫工艺，其特征是脱硫剂给料喷嘴和颗粒再循环回料喷嘴分别布置在脱硫反应塔的两侧，即脱硫剂给料喷嘴位于脱硫塔的前侧，颗粒再循环回料喷嘴布置在脱硫塔后侧。
4.根据权利要求1或2所述的独立回料、给料及喷水的干法烟气脱硫工艺，其特征是颗粒再循环回料喷嘴和给水雾化喷嘴布置1～2层，每层布置1个或多个。
5.根据权利要求4所述的独立回料、给料及喷水的干法烟气脱硫工艺，其特征是给水雾化喷嘴在脱硫塔的水平截面上均布。
6.根据权利要求4所述的独立回料、给料及喷水的干法烟气脱硫工艺，其特征是给水雾化喷嘴在脱硫塔的水平截面上的脱硫塔前侧壁均布。
7.根据权利要求4所述的独立回料、给料及喷水的干法烟气脱硫工艺，其特征是颗粒再循环回料喷嘴在脱硫塔的水平截面上的脱硫塔后侧壁均布。
8.根据权利要求2所述的独立回料、给料及喷水的干法烟气脱硫工艺，其特征是喷嘴向下倾斜，其轴向与水平方向在5～60°角范围可调。
9.根据权利要求1或2所述的独立回料、给料及喷水的干法烟气脱硫工艺，其特征是给水雾化喷嘴伸入在脱硫塔中，水颗粒向下雾化喷出。
10.根据权利要求2所述的独立回料、给料及喷水的干法烟气脱硫工艺，其特征是喷嘴在其轴向可伸缩。
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