CN1307926A

CN1307926A - 一种循环悬浮床干法烟气脱硫工艺及其系统

Info

Publication number: CN1307926A
Application number: CN 00128285
Authority: CN
Inventors: 佟会玲; 由长福; 祁海鹰; 李彦; 吴学安; 程从明; 项光明; 李定凯; 郑洽余; 陈昌和; 徐秀清; 徐旭常
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2001-08-15
Anticipated expiration: 2020-12-15
Also published as: CN1114467C

Abstract

一种循环悬浮床干法烟气脱硫工艺及系统,涉及烟气中氧化硫的脱除方法及装置。其特点是以干石灰、除尘器分离出的飞灰及水按一定比例混合后所形成的物质做为吸收剂,在系统中采用低阻力烟气射流结构,内分离部件及外置低阻分离器。本发明与现有技术相比,简化了工艺系统,结构紧凑,提高了系统设备的可靠性,有效降低了烟气的总流通阻力,从而明显降低了烟气脱硫系统的初投资和运行成本,可在较低的钙硫比(1.2－1.4)下能达到90%以上的系统脱硫效率。

Description

一种循环悬浮床干法烟气脱硫工艺及其系统

本发明属于烟气脱流技术领域，特别涉及一种循环流化床或循环悬浮床干法烟气脱硫的工艺及其系统。

目前现有技术中采用的循环流化床或循环悬浮床干法烟气脱硫系统，大都是利用消化后的石灰(浆)作为吸收剂，用吸收剂及由外置或内置和外置的气固分离装置分离下来的物料作为循环床料，在流化床(或悬浮床)吸收塔内通过强烈的气一固一液三相作用过程脱除烟气中的氧化硫及其它有害气体。此种技术的缺点是：一方面采用石灰浆系统，不仅工艺流程和设备复杂，占地面积大，且灰浆输送管路容易结垢和堵塞，增加了系统的运行维护及维修费用；对于采用消石灰系统，除了需要独立使用石灰消化器外，干消石灰直接喷入吸收塔，不利于吸收剂附着在颗粒表面以形成薄层脱硫反应以及与回送的循环物料之间的充分混合，从而降低了床内的有效反应颗粒表面积。另一方面，在气固分离及物料循环系统中，传统的做法是完全靠外置的旋风分离器实现气固分离和循环物料的回送，因此循环量大，对设备要求高，磨损严重且烟气流通阻力大。为解决流通阻力大的问题，通常需要在分离器与除尘器之间设置引风机，以减少流通阻力，但其结果很快被腐蚀和磨损。针对这一缺陷，Wulff公司的“回流式循环流化床烟气脱硫(RCFB-FGD)技术”以及中国发明专利申请(专利申请号：97103839)“干式脱硫剂床料内循环的烟气脱硫技术”中都在吸收塔上部设置了内分离装置，以加强物料的内循环。该技术对降低烟气流通阻力，避免腐蚀和磨损，减少外循环物料的比例，减轻外部分离器的负担以及进一步提高脱硫剂的利用率都起到了较好的作用。但内分离机构都较复杂，且内分离份额还不够高。例如上述专利技术中采用带旋流叶片的内分离结构，不仅其结构复杂，而且由于吸收塔内具有一定的湿度水平，旋流片易结垢和腐蚀，影响设备寿命。另外在该技术中，烟气则是通过传统的流化床布风板结构进入吸收塔内，造成烟气的入口阻力损失很大；有的则采用吸收塔与前面的烟道直接连接，虽然烟气入口阻力较小，但是在吸收塔下部气固两相的混合较弱，不利于提高脱硫效率。

针对现有技术存在的不足和缺陷，本发明的目的和任务是提供一种新的循环悬浮床干法烟气脱硫的工艺及其系统，使其能在保证足够的钙基脱硫剂利用率和烟气脱硫效率的前提下，进一步简化工艺系统，使其结构紧凑，提高系统设备的可靠性和使用寿命，有效降低烟气的总流通阻力，从而达到明显降低烟气脱硫系统的初投资和运行成本的目的。

本发明的目的和任务是通过以下技术方案实现的：一种循环悬浮床干法烟气脱硫的工艺方法，它是将锅炉或其它燃烧设备排出的烟气送入以钙基脱硫剂为床料的循环悬浮床吸收塔内，通过设置在循环悬浮床上部的内分离装置，将烟气部分床料分离，使分离下来的床料重新返回密相床；而随烟气一起离开的未完全反应的脱硫剂床料，通过附设在该床烟气出口外部的气固分离装置分离后又被送回床内，其工艺方法的特征在于：

a．将燃烧设备中排出的未经净化的烟气，通过由单根或若干根文丘里管组成的低阻力烟气射流结构从塔底部向上射入循环悬浮床吸收塔内；

b．在所述循环悬浮床吸收塔下部，喷入雾化冷却水，同时从静电(或布袋)除尘器的收尘中取出一部分，与干石灰和水在消化搅拌器内按一定比例混合，使其形成具有一定活性和含湿量的脱硫剂，并将该脱硫剂直接送入吸收塔内；

c．通过所述设置在悬浮床吸收塔上部的内分离装置，使大部分循环物料在塔内进行内循环；

d．通过所述设置在悬浮床吸收塔烟气出口外部的低阻力气固分离装置，使小部分的循环物料在塔外进行外循环。

在上述工艺中，从消化搅拌器内消化、混合后形成的脱硫剂混合物的含湿量应在8％～15％的范围内。

一种实现上述烟气脱硫工艺方法的循环悬浮床干法烟气脱硫系统，它主要包括烟气进口结构，上部带有帽形空腔的悬浮床吸收塔，设置在吸收塔上部的内分离装置，设置在烟气出口外部的气固分离器，除尘器，飞灰回送系统及相应的连接管道等部件，其特征在于所述吸收塔下部锥体侧面设有水雾化喷嘴，并在吸收塔与除尘器之间增设消化搅拌器，该搅拌器的出口与吸收塔底部相连，其进口分别与进水管、石灰储存罐及除尘器相连，其上部设有水蒸汽及扬尘出口；所述烟气进口结构采用单根或若干根文丘里管组成的低阻力烟气射流结构，每根管的一端与进气风箱相连通，另一端与吸收塔底板连接；所述内分离装置是一个纵断面呈三角形，其宽度与烟气出口宽度相等且设置在吸收塔烟气出口下部的内分离部件。

附图1为本发明的工艺流程及系统结构示意图。

附图2为附图1的A-A剖视图，表示出了由6根文丘里管组成的低阻力烟气射流结构。

附图3为附图1的B-B剖视图，表示出安装在吸收塔上部的内分离部件的结构及形状。

图中：1．悬浮床吸收塔 2．烟箱 3．低阻力烟气射流结构 4．排渣管 5．内分离部件 6．顶部帽形空腔 7．外置低阻气固分离装置 8．干石灰储存罐 9．电动星阀 10．消化搅拌器 11．气力输送阀 12．除尘器 13．电动星阀 14．进水管 15．水蒸气及扬尘出口管

下面结合附图具体说明本发明的工艺过程、工作原理、系统结构及最佳实施方式。

本发明的工艺过程及工作原理是：从燃烧设备排出的烟气通过低阻力烟气射流结构3射入循环悬浮床吸收塔1。上述进口烟气射流结构采用单根或若干根文丘里管，该管底部与烟箱2连通，其上部与吸收塔1的下底板焊接，采用的根数可由设计烟气量的大小决定。根据运行中的负荷变化，烟气射流出口速度的变化范围约为8～25米/秒，其最大阻力损失不超过350Pa。吸收塔1是用普通碳钢制作的，塔体呈圆柱形或矩形，下部有锥度，在塔的底板上设有排料管4。烟气进入吸收塔后立即受到从雾化喷口喷入的水的冷却，并同时向吸收塔底部加入含湿的脱硫剂床料，使烟气温度从入口温度(一般≥120℃)迅速降到高于塔内状态的露点温度5-15℃(一般达到55-70℃)；来自消化搅拌器10的含湿量不大于8％～15％的脱硫剂混合物和外部循环物料被送入吸收塔。在塔的底部，烟气射流、雾化冷却水、循环物料三相物质同时进入吸收塔，在烟气射流的带动下，液、固两相物质也向上运动。由于塔内固体颗粒的筛分较窄，且平均直径大约在100μm左右，故呈悬浮颗粒床状态。在气体夹带固体颗粒向上运动的过程中，三相间发生混合、传热、传质、化学反应的复杂物理化学过程，其结果使塔内的平均温度大约保持在55-70℃的范围，烟气中的SO₂与脱硫剂Ca(OH)₂反应生成的亚硫酸钙或硫酸钙，存在于独立的脱硫剂颗粒中，或者存在于循环物料的颗粒中。烟气中少量的SO₃，以及可能存在的HCl、HF等有害气体也能在床内被脱除。吸收塔的脱硫效率可达90％以上。到悬浮床的烟气出口，固体颗粒已基本被完全干燥而呈干态，床内的液相物质消失。设置在吸收塔上部的内分离部件5的作用是使烟气出口下方部分气流中的固体颗粒转向、加速，促使其与气流脱离而向顶部空腔6运动，以加强顶部空腔的气固内分离效果。该部件5的上板倾角α≤45°，下板倾角25°≤β≤35°，宽度与烟气出口的宽度相等，深度B为塔的内直径的0.4-0.5倍，其纵断面呈三角形。试验研究表明，内分离部件5和顶部空腔6的优化组合设计，可以使吸收塔顶部的气固内分离效率达到70％，甚至更高，从而使总循环物料的约70％参与内循环。在塔顶被分离的固体颗粒大部分沿塔的侧壁向下运动。内分离的结果一方面是增加了脱硫剂在塔内的停留时间，提高了脱硫剂的利用率；另一方面是减小了出口烟气中夹带的固体颗粒浓度，从而减小外分离量和外循环量的比例。在吸收塔的烟气出口，设置低阻力气固分离装置7，该分离装置可采用百叶窗式或U形槽钢惯性分离器，其分离效率为80-85％，烟气阻力损失小，一般只为300-400Pa，且不易被磨损。分离器7分离的固体物料经U形或J形或L形气力送料阀11直接返回吸收塔，这样绝大部分未完全反应的脱硫剂都得以直接循环使用，大部分循环物料也通过内外循环的方式直接循环。烟气离开分离器7之后，通过烟道流入除尘器12，除尘器采用电除尘或布袋除尘，对烟气中剩余的SO₂也有脱除作用。经过电除尘(或布袋除尘)后的排放达标烟气由引风机17送入烟囱18，最后排入大气。由于进入除尘器的烟气中仍含有未完全反应的脱硫剂颗粒，为了提高脱硫剂利用率，需要将其循环使用；还由于仅靠前面的物料循环还不能保持悬浮床吸收塔1中的物料浓度，所以要将电除尘或布袋除尘器收集的少量物料循环回送到吸收塔1，不循环的飞灰则送往灰库16储存、转运。从除尘器12下来的少量循环物料可由电动星阀13或其它设备控制被送进消化搅拌器10，同时将一定量的干石灰从石灰储存罐8由电动星阀9控制也进入消化搅拌器10，与由进水管14来的雾化水一起搅拌、消化、混合形成具有一定活性和含湿量的脱硫剂混合物。消化搅拌器10由外壳、电动机、传动轴、搅拌推进叶片和各种连接部件组成，它是连续运转的，其出料的含湿量应在8％～15％的范围内。其作用之一是将干石灰(主要成分是CaO)消化成消石灰(主要成分是Ca(OH)₂)；作用之二是将消石灰与循环灰混合，加强细颗粒的团聚和粘合，增加脱硫剂的活性。消化搅拌器10的出料被送往气力送料阀11，与分离器7分离下的循环物料一起进入吸收塔1。在消化搅拌过程中产生的水蒸气和扬尘经管道15进入分离器7后的烟道，随烟气进入除尘器12。

本系统由于采用了低阻力射流烟气进气结构以及在吸收塔上部设置结构简单且分离效率高的内分离部件和外置低阻气固分离装置，同时充分利用飞灰对脱硫反应的催化作用，采用石灰与飞灰混合后的物质作为脱硫剂，而不采用石灰浆作脱硫剂。因此，在保证足够的钙基脱硫剂利用率和烟气脱硫效率的前提下，使系统得到了进一步的简化，并有效提高了系统设备的可靠性和使用寿命，使系统结构更加紧凑，而且烟气的总流通阻力大为降低。在1.2-1.5的钙硫比(Ca/S)范围内，烟气脱硫系统的总脱硫效率一般可达到90％以上，而包括悬浮床内压降在内的系统烟气总阻力损失不大于2500Pa，从而显著降低了烟气脱硫系统的初投资和运行成本。

Claims

1、一种循环悬浮床干法烟气脱硫的工艺方法，它是将锅炉或其它燃烧设备排出的烟气送入以钙基脱硫剂为床料的循环悬浮床吸收塔内，通过设置在循环悬浮床上部的气固内循环装置，将烟气与大部分床料分离，使分离下来的床料重新返回密相床；而随烟气一起离开的未完全反应的脱硫剂床料，通过附设在该床烟气出口外部的气固分离装置分离后又被送回床内，其工艺方法的特征在于：

b．在所述循环悬浮床吸收塔下部，喷入雾化冷却水，同时从静电(或布袋)除尘器的收尘中取出一部分，与干石灰和水在消化搅拌器内按一定比例混合，使其形成具有一定活性和含湿量的脱硫剂混合物，并将该脱硫剂混合物直接送入吸收塔内；

c．通过所述设置在悬浮床吸收塔上部的内分离装置，使大部分的物料在塔内进行内循环；

d．通过所述设置在悬浮床吸收塔烟气出口外部的低阻气固分离装置，使一小部分循环物料在塔外直接进行外循环。

2．按照权利要求1所述的一种循环悬浮床干法烟气脱硫的工艺方法，其特征在于从消化搅拌器内消化、混合后形成的脱硫剂混合物的含湿量应在8％～15％的范围内。

3．一种采用如权利要求1所述脱硫工艺方法的循环悬浮床干法烟气脱硫系统，它主要包括烟气进口结构，上部带有帽形空腔的悬浮床吸收塔，设置在吸收塔上部的内分离循环装置，设置在烟气出口外部的气固分离器，除尘器，循环物料回送系统及相应的连接管道等部件，其特征在于所述吸收塔下部锥体侧面设有水雾化喷嘴，并在吸收塔与除尘器之间增设消化搅拌器，该搅拌器的出口与吸收塔的底部相连，其进口分别与进水管、石灰储存罐和除尘器相连，其上部设有水蒸汽及扬尘出口；所述烟气进口结构采用由单根或若干根文丘里管组成的低阻力烟气射流结构，每根管的一端与进气风箱相连通，另一端与吸收塔底板连接；所述内分离循环装置是一个纵断面呈三角形，宽度与烟气出口宽度相等且设置在吸收塔烟气出口下部的内分离部件。

4．按照权利要求3所述的一种循环悬浮床烟气脱硫系统，其特征是所述内分离部件的深度B为吸收塔内直径的0.4-0.5倍，其上板倾角≤45°，下板倾角25°≤β≤35°。

5．按照权利要求3或4所述的一种循环悬浮床烟气脱硫系统，其特征在于所述外置低阻气固分离装置采用百叶窗式除尘器。

6．按照权利要求3或4所述的一种循环悬浮床烟气脱硫系统，其特征在于所述外置低阻气固分离装置采用U形槽钢惯性分离器。