CN1513585A - 采用多塔并联结构的干法烟气脱硫系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用多塔并联结构的干法烟气脱硫系统，属于烟气脱硫技术领域，特别涉及各种大型燃烧设备排放烟气中的干法脱硫系统及工艺。本发明主要解决干法烟气脱硫技术大型化后的脱硫剂颗粒的流化问题和多相化学反应过程的流场组织问题，其特点是该系统的脱硫反应塔采用2个或2个以上的子脱硫反应塔组成，并将这些子脱硫反应塔底部烟气混合室并联起来，形成一个大型化并具有宽调节比特性的脱硫反应系统。多个子脱硫反应塔底部的烟气混合室中布置有烟气导流板，将烟气均匀分配到每个子脱硫反应塔的烟气引射加速装置中。在各子脱硫反应塔的塔体中部布置有组合烟气射流，形成脱硫反应塔中部的高强度湍流混合区。

Description

采用多塔并联结构的干法烟气脱硫系统

                        技术领域

本发明涉及一种大型化干法烟气脱硫方法，属于烟气脱硫技术领域，特别涉及各种大型燃烧设备排放烟气中的大型化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。

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，特别针对一些地区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。

对于目前所有的干法(半干法)脱硫技术以及专利技术，例如喷雾干燥法、炉内喷钙加增湿活化法和烟气循环流化床方法等，它们虽然都在烟气脱硫反应过程的某一些方面具有自己的技术特色，但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。

特别对于目前应用的烟气循环流化床方法的干法脱硫技术，大都利用消化后的石灰(浆)作为吸收剂，用吸收剂和外部分离器分离出来的物料作为循环床料，在流化床反应塔中通过强烈的气固液三相作用来脱出烟气中的有害气体。如中国专利公开号为CN86108755A、CN1307926A和德国Wulff公司的“回流式循环流化床烟气脱硫技术”等，都是采用一个类似于流化床的脱硫反应塔，通过烟气、脱硫剂颗粒以及喷水等在塔中的接触反应而实现脱硫目的，并且都为单塔单床设计，其大型化后的大截面单塔设计不能满足循环流态化的基本技术要求。

从上述背景技术中可见，在循环流化的烟气脱硫系统中，塔内的多相流场组织能否满足设计的流化要求是脱硫反应能否顺利进行的关键因素。而目前所有的流态化干法脱硫技术都存在当机组容量较大时，不能满足大型化烟气脱硫反应的流态化要求。

                        发明内容

针对现有技术存在的不足和缺陷，本发明的目的是提供一种采用多塔并联结构的干法烟气脱硫系统，使其能保证在较高的锅炉机组负荷下(400～1000MW)，满足大截面脱硫塔的均衡流化过程，脱硫效率及各项性能指标可优于常规机组(300MW以下)的干法烟气脱硫性能。本发明的另一个目的是降低设备投资及运行费用，降低烟气阻力，并且单位设备成本可降到目前的干法烟气脱硫装置的0.7～0.8左右。从而，真正实现大型化干法烟气脱硫的高效、宽调节比、低成本、低耗水量的烟气脱硫的目的。

实现本发明的技术方案：

本发明多塔并联结构的大型循环流态化干法烟气脱硫系统，包括脱硫剂的消化制备系统、脱硫反应塔和外部脱硫剂颗粒分离和再循环系统，该系统的脱硫反应塔采用2个或2个以上的子脱硫反应塔组成，并将这些子脱硫反应塔底部烟气混合室并联起来，形成一个大型化并具有宽调节比特性的脱硫反应系统。

所述的多塔并联结构的干法烟气脱硫系统，在多个子脱硫反应塔底部的烟气混合室中布置有烟气导流板，将烟气均匀分配到各子脱硫反应塔的烟气引射加速装置中。

所述的多塔并联结构的干法烟气脱硫系统，在各子脱硫反应塔的塔体中部布置有组合烟气射流喷嘴，喷入组合烟气射流，以便形成各子脱硫反应塔中部的高强度湍流混合区。

所述系统中，每个子脱硫反应塔的烟气引射加速装置3采用5～7根低阻力拉法尔喷管，以保持较好的流化需求的烟气射流刚性，同时阻力较低。

所述系统中，新加入的脱硫剂颗粒、雾化水颗粒以及外部再循环脱硫剂颗粒都分别进入每个子脱硫反应塔下部。

本发明将大型火电机组需要进行脱硫的烟气引入脱硫反应塔群底部的烟气混合室，然后通过烟气导流板均匀分配并分别进入与混合室相连的每个子脱硫反应塔的烟气引射加速装置，在每个子脱硫反应塔内喷入钙基脱硫剂、雾化水颗粒以及外部再循环脱硫剂颗粒。

本发明的优点在于：首先，本发明由于采用了多塔并联结构的流态化技术，解决了单塔大型化后的脱硫剂颗粒的流化问题和多相化学反应过程的流场组织问题，这也是解决循环流态化干法烟气脱硫大型化技术的核心。第二，本发明针对实际的大容量火电机组的烟气脱硫要求，根据实际需要，可以任何的组合形式增加子脱硫反应塔，解决了干法烟气脱硫的大型化问题。第三，本发明通过采用多塔并联结构，从而可以保证各项常规干法烟气脱硫技术在机组大型化以后的顺利应用，并达到或超过常规技术的性能参数指标。第四，本发明可以较好地降低大型脱硫反应塔的高度，同时实现了干法烟气脱硫技术的大型化要求，较大地降低干法烟气脱硫的单位成本。第五，本发明同样实现了高脱硫效率(在钙硫比1.1～1.3之间可达到90～92％以上的脱硫效率)、宽调节比(满足燃烧设备20％～110％负荷变化的高效脱硫要求)，低投资及运行成本、低耗水量的脱硫技术要求。

                        附图说明

附图1为双塔并联结构的脱硫反应塔示意图。

附图2为是附图1中的B-B向剖面示意图。

附图3为三塔并联结构的脱硫反应塔平面布置示意图。

附图4为不带组合烟气射流的本发明的工艺流程系统示意图。

附图5为带有组合烟气射流的本发明的工艺流程系统示意图。

图中：子脱硫反应塔1，烟气导流板2，烟气引射加速装置3，烟气混合室4，脱硫塔烟气出口5，烟气预除尘系统6，脱硫剂制备的消化系统7，脱硫剂颗粒喷入口8，外部再循环脱硫剂颗粒的回流口9，水雾化喷入口10，烟气除尘系统11，主引风机12，烟囱13，灰渣仓14，组合烟气射流喷入口15。

                      具体实施方式

本发明提供的是一个火力发电机组单台装机容量为600MW的实例，采用了具有2个子脱硫反应塔并联特征的一种干法烟气脱硫反应系统。

首先，从燃烧设备排出的烟气经过一个烟气预除尘装置6(如静电除尘器、布袋除尘器、惯性分离除尘器或者它们的组合形式)，除去烟气中约90％的飞灰，经过预除尘后的烟气送入烟气混合室中4，通过布置在烟气混合室4中的烟气导流板2将烟气均匀地分配到每个子脱硫反应塔1的烟气引射加速装置3(例如文丘里喷嘴)中，维持烟气射流的出口速度范围为10-55m/s，加速进入各子脱硫反应塔的底部。

同时，将脱硫剂原料(如CaO粉)送入脱硫剂制备的消化系统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1～10μm的脱硫剂(如Ca(OH)₂)颗粒，由脱硫剂颗粒喷入口8喷入各子脱硫反应塔1的下部，同时在各子脱硫反应塔下部的脱硫剂颗粒喷入口8位置上部，布置有外部再循环脱硫颗粒的回流口9，随后，烟气进入子脱硫反应塔1的下部与从脱硫剂颗粒喷入口8喷进的高活性脱硫剂颗粒、由水雾化喷入口10喷入的雾化冷却水，和从烟气除尘系统11分离出来的从外部再循环脱硫剂颗粒的回流口9进来的再循环脱硫剂颗粒混合，三者发生强烈的三相湍流传热传质交换。上述塔内烟温降到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。

针对大型化脱硫化学反应的要求，在各个子脱硫反应塔1的塔体中部的单侧或两侧还布置有组合烟气射流，通过组合烟气射流喷入口15以80-120m/s的出口射流流速向下喷入各个子脱硫反应塔1的中部，形成脱硫塔中部的高强度湍流混合区，加强整体脱硫反应的强度。其中组合烟气射流为1～4层，各层烟气射流喷入口之间的距离为1000～3000mm，具体投运层数可以根据运行情况的需要加以调节。在脱硫塔的中上部，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，到脱硫塔的下部后由于脱硫塔底部的烟气流速较高，颗粒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，烟气由各子脱硫反应塔1顶部的烟气出口5引出，进入烟气除尘系统11(如静电除尘器、布袋除尘器、惯性分离除尘器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，通过一个外部再循环脱硫剂颗粒的回流口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(1～2μm)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送入烟囱13，最后排入大气。

Claims (4)

1.一种多塔并联结构的干法烟气脱硫系统，它包括脱硫剂的消化制备系统、脱硫反应塔和外部脱硫剂颗粒分离和再循环系统，其特征是：该系统的脱硫反应塔采用2个或2个以上的子脱硫反应塔组成，并将这些子脱硫反应塔底部烟气混合室并联起来，形成一个大型化并具有宽调节比特性的脱硫反应系统。

2.根据权利要求1所述的多塔并联结构的干法烟气脱硫系统，其特征是在多个子脱硫反应塔底部的烟气混合室中布置有烟气导流板，将烟气均匀分配到各子脱硫反应塔的烟气引射加速装置中。

3.根据权利要求1或2所述的多塔并联结构的干法烟气脱硫系统，其特征是在各子脱硫反应塔的塔体中部布置有组合烟气射流喷嘴，喷入组合烟气射流，以便形成各子脱硫反应塔中部的高强度湍流混合区。

4、根据权利要求1或2所述的多塔并联结构的干法烟气脱硫系统，其特征是每个子脱硫反应塔的烟气引射加速装置采用5～7根低阻力拉法尔喷管，以保持较好的流化需求的烟气射流刚性。

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