CN2755089Y - 循环流态化的生石灰消化反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种循环流态化的生石灰消化反应装置，主要由消化反应塔主体、外部除尘器、流化风机和物料循环仓等组成。该装置的设计要点是在消化反应塔主体的外圆锥体段内部增设内圆锥体段，以形成一个变截面环锥型气流扰动区域；在该气流扰动区域的上方与塔顶壁之间布置有引导风粉混合物进入的叶片分离器，使大颗粒的石灰原料在内圆锥体段中直接离心分离后进入再循环；同时在气流混合室的下方设计敞开式塔底储渣仓，以便于落渣。该装置将生石灰的消化反应、再分离循环、以及原料中大颗粒杂质的清除这三大工作过程有机地结合为一体，具有流动阻力小、消化效率高、所得脱硫剂品质高、且占用空间少的特点。

Description

循环流态化的生石灰消化反应装置

                  技术领域

本实用新型涉及燃煤电站烟气脱硫系统中的脱硫剂颗粒制备设备，具体地指一种循环流态化的生石灰消化反应装置。

                  背景技术

我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一，煤炭在我国一次能源的生产和消耗比例中一直在70％以上，燃煤产生的二氧化硫排放已形成了巨大的环境污染，从根本上治理二氧化硫排放污染已势在必行。

常见的燃煤电站烟气脱硫技术包括湿法、半干法和干法脱硫等几种方法。循环流化床烟气脱硫是20世纪80年代发展起来的一种半干法烟气脱硫方法，由于该方法具有投资少、占地面积小、设备简单、脱硫效率高等特点，故成为电力环保行业中研究、开发和推广的重点。

目前，在我国普遍使用的循环流化床烟气脱硫系统中，通常采用流化方式或机械方式把生石灰消化为熟石灰来作为脱硫剂。例如德国Wulff公司的生石灰消化制备装置，是采用流化方式进行石灰消化的。由于此类装置大多采用底部小管径的流化风输入，在石灰的消化过程中大颗粒杂质容易在此堵塞，妨碍整个消化系统的正常工作，因而其缺点是对生石灰的品质要求很高，一般要求生石灰的平均粒径小于1mm，生石灰含量大于85％；而且，大颗粒杂质和水混合成粘稠状的浆液，容易使石灰消化反应器的内壁结垢，内壁结垢后使大颗粒杂质更容易堵塞，形成恶性循环，最终将导致消化系统不能有效地运行；同时，粒径未达到要求石灰原料颗粒，需要一台甚至多台外部分离器进行分离处理，再送回消化反应塔中循环，使得整个消化装备的占地面积过大。公告号为CN2542658Y和CN2518861Y的中国实用新型专利说明书所介绍的生石灰消化装置，采用的是机械搅拌加喷水方式对生石灰进行消化，此类装置虽然可以连续地对生石灰进行消化处理，但原料中生石灰与杂质混存，不可能获得表面积大、颗粒直径小的高品质消石灰脱硫剂，并且也无有效的办法将其中的大颗粒杂质清除掉，其消化反应的效率也不高。

                  发明内容

本实用新型的目的就是要提供一种流动阻力小、消化效率高、所得脱硫剂品质高、且占用空间少的循环流态化的生石灰消化反应装置。

为实现此目的，本实用新型所设计的循环流态化的生石灰消化反应装置，包括消化反应塔主体、外部除尘器、流化风机和物料循环仓。消化反应塔主体自下而上依次包括敞开式塔底储渣仓、气流混合室、渐缩管段、文丘里管流化段、渐扩管段、中间圆柱段、外圆锥体段和塔顶段。流化风机的风输出端与气流混合室相连，生石灰原料入口布置在渐扩管段上，雾化水喷嘴布置在中间圆柱段的底部。所述消化反应塔主体的外圆锥体段内部中央对应地设有一内圆锥体段，外圆锥体段和内圆锥体段之间构成一个锥环型流动区域，该锥环型流动区域的横截面为圆环形截面，该圆环形截面的面积由下向上逐渐减小。所述内圆锥体段的顶边与塔顶段的顶壁之间设置有一引导风粉混合物进入内圆锥体段中的叶片分离器。所述内圆锥体段的底部通过物料循环管与物料循环仓的进口相连，物料循环仓的出口与流化风机的风输出端相连。所述塔顶段的顶壁中央设置有物料出口管，物料出口管的下端入口位于内圆锥体段的顶部中央，物料出口管的上端出口与外部除尘器的输入端相连。

由于本实用新型在消化反应塔主体的外圆锥体段内部增设内圆锥体段，以形成一个变截面环锥型气流扰动区域；并且在该气流扰动区域的上方与塔顶壁之间布置有引导风粉混合物进入的叶片分离器，使大颗粒的石灰原料在内圆锥体段中直接离心分离后进入物料循环仓进行再循环；同时在气流混合室的下方设计便于落渣的敞开式塔底储渣仓，从而将生石灰的消化反应、再分离循环、以及原料中大颗粒杂质的清除这三大工作过程有机地结合为一体。故本实用新型的优点主要表现在以下几个方面：

其一，通过控制气流在文丘里管流化段的流速，可以很容易地使生石灰中所含的大颗粒杂质落到敞开式塔底储渣仓中，既可有效地除去生石灰中的无用杂质，又能尽量避免大颗粒杂质阻塞和浆液结垢现象的发生，从而对生石灰的原料要求可以大幅降低。其二，消化反应塔主体上部的变截面环锥型气流扰动空间，强化了消化水蒸汽的紊流度，增强了水蒸汽与石灰原料颗粒之间的动量、热量和传质交换，从而提高了消化反应的速率。其三，消化反应塔主体塔顶下部起离心作用的叶片分离器，可有效地实现了对大颗粒未消化石灰原料的分离，并可将其直接送回气流混合室进行循环流态化处理，如此不断重复，大大增加了大颗粒石灰原料的消化反应次数，大幅提高了生石灰原料的利用率以及消化反应的效率。其四，消化反应塔主体与循环分离装置一体化的设计，有效地减少了整个消化反应装置的占地面积，大幅节约了脱硫剂的产生成本。综上所述，采用本实用新型所设计的生石灰消化反应装置，不仅可以有效除去生石灰原料中的大颗粒杂质，而且可以实现较高的生石灰原料消化效率，制备出颗粒直径为5～10μm、表面积大、活性强的高品位脱硫剂，同时可以确保整个消化反应装置在低成本下长期稳定安全运行。

                  附图说明

图1为循环流态化的生石灰消化反应装置的整体结构示意图；

图2为图1中消化反应塔主体的A-A剖视结构示意图。

                具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述：

图中所示的循环流态化的生石灰消化反应装置，主要由消化反应塔主体、外部除尘器20、流化风机1和物料循环仓2组成。消化反应塔主体自下而上依次包括敞开式塔底储渣仓4、气流混合室6、减缩管段7、文丘里管流化段8、渐扩管段9、中间圆柱段12、外圆锥体段14和塔顶段18。流化风机1的风输出端通过管路3与气流混合室6相连，生石灰原料入口10布置在渐扩管段9上，雾化水喷嘴11布置在中间圆柱段12的底部。

在消化反应塔主体的外圆锥体段14内部中央对应设有与其等高的内圆锥体段15。外圆锥体段14和内圆锥体段15之间构成一个锥环型流动区域，该锥环型流动区域的横截面为圆环形截面，该圆环形截面的面积由下向上逐渐减小。具体制作时其较佳的设计参数为：内圆锥体段15的锥顶角为90～120°，外圆锥体段14的锥顶角为70～90°，其所构成的锥环型流动区域的上部出口圆环形截面面积为下部进口圆环形截面面积的0.3～0.5倍，而其下部进口圆环形截面面积始终要小于中间圆柱段12的截面面积。这样设计，可以最大限度地强化气流的紊流度，加剧物料之间的动量、热量和传质交换，进一步提高消化反应的速度。

在内圆锥体段15的顶边与塔顶段18的顶壁之间连接有一叶片分离器，叶片分离器具有一圆环形框架22，该圆环形框架22的圆周方向上均布有许多切向叶片16，切向叶片16通过环形连杆驱动机构17连为一体。通过拨动环形连杆驱动机构17，可以方便统一地调节切向叶片16的径向偏角，其径向偏角的调节范围一般在0～60°之间。这样设计，可以通过控制切向叶片16径向偏角的大小，来控制脱硫剂颗粒直径大小，以及脱硫剂的制备量多少，满足各种工况和负荷的需要。塔顶段18的顶壁最好为圆锥体结构，其锥顶角设计在120～150°的范围内，它与切向叶片16配合，可使切向导入的风粉混合物先旋入塔顶段18的锥顶再向下旋入内圆锥体段15中，以减小气流阻力，保持气流稳定可靠的离心运动，从而确保再分离循环的质量。

在内圆锥体段15的底部连接有物料循环管13，物料循环管13的另一端与物料循环仓2的进口相连，物料循环仓2的出口与流化风机1的风输出端相连，将所分离出的大颗粒原料连同流化风一起送入气流混合室6内。气流混合室6内设置有若干导流板5，以进一步减小流动阻力，降低气流的动量损失，确保气流顺畅。

在塔顶段18的顶壁中央设置有物料出口管19，物料出口管19的下端入口设置在内圆锥体段15的顶部中央，稍低于切向叶片16的安装位置，以便从切向叶片16旋入的风粉混合物不会直接从物料出口管19的下端入口冲出。物料出口管19的上端出口与外部除尘器20的输入端相连，外部除尘器20的乏气输出端通过乏气输送管21与流化风机1的风输入端相连，以使整套消化反应装置周围处于无污染的工作环境，确保消化反应的安全性和稳定性。

本实用新型工作时，从流化风机1吹出的流化风通过管路3进入气流混合室6，在导流板5的引导下经过渐缩管段7进入文丘里管流化段8，流化风在文丘里管流化段8的喉部速度保持在10～15m/s。然后，流化风进入渐扩管段9，在此一方面原料从生石灰原料入口10进入到消化反应塔主体中，另一方面雾化水滴经雾化水喷嘴11从中间圆柱段12的底部以扇面喷射方式进入消化反应塔主体内，形成消化反应塔中心的过湿区，生石灰颗粒、消石灰颗粒和雾化水滴之间发生强烈的碰撞，进行剧烈的动量、热量和传质交换，生石灰颗粒与雾化水滴进行消化反应，同时释放出大量的热量，干燥消石灰脱硫剂颗粒和流化风，流化风在等直径的中间圆柱段12内的流速为3～6m/s。

当流化风和脱硫剂颗粒的风粉混合物进入外圆锥体段14和内圆锥体段15之间的锥环型流动区域时，由于流化风通过的截面积变小，其流速变高，强化了流化风的紊流度，进一步增加了风粉混合物之间的动量、热量和传质交换，提高了消化反应的速度以及脱硫剂颗粒的干燥程度。再后，风粉混合物通过圆环形框架22上的切向叶片16旋转进入内圆锥体段15的空间中，在旋转离心力的作用，将风粉混合物中90％以上大于10μm的未完全消化的脱硫剂颗粒分离出来，通过物料循环管13回到物料循环仓2，通过流化风机1的风输出端处的管道3进入消化反应塔主体中，再次进行消化反应。拨动环形连杆驱动机构17可以改变切向叶片16的径向偏角，即改变切向叶片16的进口角度，以调节制备脱硫剂的数量及粒径大小，适应各种负荷变化需求。

最后，符合要求粒径的风粉混合物经过塔顶段18顶壁中央的物料出口管19排出，进入外部除尘器20中。外部除尘器20可以将95％以上的完全消化的脱硫剂颗粒与乏气分离，被分离下来的合格脱硫剂可以保证95％以上的颗粒粒径在5～10μm之间，可将其输送到消石灰仓进行储存或直接喷入脱硫反应塔内进行烟气脱硫。未被外部除尘器分离出来的乏气和少量非常细的脱硫剂粉尘则通过乏气输送管21送回流化风机1的风输入端，以保证整套消化反应装置周围处于良好的工作环境。

Claims (10)

1.一种循环流态化的生石灰消化反应装置，包括消化反应塔主体、外部除尘器(20)、流化风机(1)和物料循环仓(2)，消化反应塔主体自下而上依次包括敞开式塔底储渣仓(4)、气流混合室(6)、减缩管段(7)、文丘里管流化段(8)、渐扩管段(9)、中间圆柱段(12)、外圆锥体段(14)和塔顶段(18)，流化风机(1)的风输出端与气流混合室(6)相连，生石灰原料入口(10)布置在渐扩管段(9)上，雾化水喷嘴(11)布置在中间圆柱段(12)的底部，其特征在于：所述消化反应塔主体的外圆锥体段(14)内部中央对应地设有一内圆锥体段(15)，外圆锥体段(14)和内圆锥体段(15)之间构成一个锥环型流动区域，该锥环型流动区域的横截面为圆环形截面，该圆环形截面的面积由下向上逐渐减小；内圆锥体段(15)的顶边与塔顶段(18)的顶壁之间设置有引导风粉混合物进入内圆锥体段(15)中的叶片分离器；内圆锥体段(15)的底部通过物料循环管(13)与物料循环仓(2)的进口相连，物料循环仓(2)的出口与流化风机(1)的风输出端相连；塔顶段(18)的顶壁中央设置有物料出口管(19)，物料出口管(19)的下端入口位于内圆锥体段(15)的顶部中央，物料出口管(19)的上端出口与外部除尘器(20)的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的循环流态化的生石灰消化反应装置，其特征在于：所说的锥环型流动区域的上部出口圆环形截面面积为下部进口圆环形截面面积的0.3～0.5倍。

3.根据权利要求1或2所述的循环流态化的生石灰消化反应装置，其特征在于：所说的内圆锥体段(15)的锥顶角为90～120°，所说的外圆锥体段(14)的锥顶角为70～90°。

4.根据权利要求1或2所述的循环流态化的生石灰消化反应装置，其特征在于：所说的叶片分离器为叶片径向偏角可调节的分离器。

5.根据权利要求3所述的循环流态化的生石灰消化反应装置，其特征在于：所说的叶片分离器为叶片径向偏角可调节的分离器。

6.根据权利要求4所述的循环流态化的生石灰消化反应装置，其特征在于：所说的叶片分离器包括有一圆环形框架(22)，该圆环形框架(22)的圆周方向上均布有许多切向叶片(16)，切向叶片(16)通过环形连杆驱动机构(17)连为一体，其径向偏角的调节范围为0～60°。

7.根据权利要求5所述的循环流态化的生石灰消化反应装置，其特征在于：所说的叶片分离器包括有一圆环形框架(22)，该圆环形框架(22)的圆周方向上均布有许多切向叶片(16)，切向叶片(16)通过环形连杆驱动机构(17)连为一体，其径向偏角的调节范围为0～60°。

8.根据权利要求1或2所述的循环流态化的生石灰消化反应装置，其特征在于：所说的塔顶段(18)的顶壁为圆锥体结构，其锥顶角为120～150°。

9.根据权利要求1或2所述的循环流态化的生石灰消化反应装置，其特征在于：所说的外部除尘器(20)的乏气输出端通过乏气输送管(21)与流化风机(1)的风输入端相连。

10.根据权利要求1或2所述的循环流态化的生石灰消化反应装置，其特征在于：所说的气流混合室(6)内设置有导流板(5)。

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