CN101007236A - 一种超细脱硫剂浆液制备方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种超细脱硫剂浆液制备方法及装置，涉及烟气脱硫技术中脱硫剂的制备。本发明的特点是使用较大尺寸的块状石灰原料进行脱硫剂浆液的制备，利用块状石灰水合消化时的局部高温反应热和石灰消化的体积膨胀作用，将块状石灰破碎成超细的氢氧化钙脱硫剂颗粒。采用该制备方法，可以显著减小脱硫剂颗粒粒径，不仅可以提高脱硫剂颗粒的钙利用率和减小脱硫剂浆液的喷入量，而且可以增强脱硫剂颗粒在浆液中的悬浮特性，不仅能在较低钙硫比下达到较高的脱硫效率，同时可以大大提高***运行的安全稳定性，从而实现半干法脱硫***的高效稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃烧设备排放烟气的半干法脱硫***及工艺，特别涉及一种超细脱硫剂浆液制备方法及装置，属于烟气脱硫技术领域。
背景技术
煤燃烧所产生的污染物是造成我国生态环境破坏的最大污染源。我国二氧化硫排放90％来自燃煤，排放总量连续多年超过2000万吨，酸雨区面积约占国土面积的1/3。燃煤二氧化硫污染治理已经成为了我国空气污染治理的当务之急。
对二氧化硫的治理，目前国外主要采用石灰石-石膏湿法脱硫技术，其主要优点是脱硫效率高，但存在投资和运行费用高、占地面积大、耗水量大以及需要对水进行再处理等一系列问题。综合我国的SO2污染现状与目前的经济实力，全部采用具有很高脱硫效率但投资运行昂贵的湿法脱硫技术是难以接受的，并且湿法脱硫技术的高水耗也对我国广大中西部缺水地区的应用造成很大的障碍。
与湿法脱硫技术相比，半干法烟气脱硫技术具有低成本、低费用、低水耗和较高脱硫效率等优点，具有良好的发展前景，是国内外开发应用的热点。目前在我国应用较多的半干法烟气脱硫技术，大都利用消化后的石灰(浆)作为脱硫剂，用脱硫剂和外部除尘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除烟气中的二氧化硫气体。如中国发明专利00128285.9、02147821.X和03125276.1等，都是采用一个类似于循环流化床的脱硫反应塔，通过烟气、脱硫剂颗粒以及雾化水液滴在塔中的接触反应以实现脱硫目的。
然而，半干法烟气脱硫技术在实际工程应用中目前普遍存在脱硫效率较低和运行稳定性较差的问题。造成上述问题的重要原因之一是所使用的脱硫剂的反应活性较低。而造成脱硫剂反应活性低的主要原因是脱硫剂颗粒的粒径太大。因为SO2与脱硫剂的反应主要发生在脱硫剂颗粒表面，脱硫剂颗粒粒径越大，其比表面积越小，脱硫剂与SO2的接触几率越小，从而导致脱硫剂的钙利用率和***脱硫效率低。对于半干法烟气脱硫***，随着脱硫反应的进行，脱硫剂中的水分不断蒸发，脱硫剂表面的脱硫反应机理从表面覆盖有水膜的反应速率较高的离子反应转变为表面没有水膜的脱硫反应速率较低的气固反应。因此，随着喷水量增加，脱硫剂表面的液膜变厚，水分蒸发时间延长，脱硫效率会有所增加，但同时会导致***的运行稳定性变差。与此相反，随着喷水量减少，水分蒸发时间缩短，离子反应比例下降，气固反应比例上升，脱硫剂颗粒呈现为干态的时间延长，***运行稳定性增强，但脱硫效率降低。由上可见，半干法脱硫***的高效运行和稳定运行是一对矛盾，而脱硫剂颗粒粒径的减小可以较好地解决这一矛盾，从而提高***的脱硫效率和运行稳定性。
发明内容
本发明的目的是针对目前半干法烟气脱硫中使用的脱硫剂反应活性低，粒径较大，从而导致***运行稳定性较差，脱硫剂的钙利用率和***脱硫效率低的问题，提供一种超细脱硫剂浆液制备方法及装置，利用本发明所制备的脱硫剂浆液不仅可以提高脱硫剂颗粒的钙利用率和减小脱硫剂浆液的喷入量，而且可以增强脱硫剂颗粒在浆液中的悬浮特性，有利于实现半干法脱硫***的高效稳定运行。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种超细脱硫剂浆液制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)将粒径为1～100mm的块状石灰倒入水合反应器中；
2)向水合反应器中加入与块状石灰中CaO的摩尔数之比为10∶1～20∶1的消化用水；
3)保持水合反应器静置状态，使块状石灰与水充分进行水合反应过程；
4)再向水合反应器中加入制浆用水，制备得到质量浓度为10～20％的脱硫剂浆液；
5)启动水合反应器内的搅拌器，得到均匀悬浮的脱硫剂浆液；
6)将脱硫剂浆液输送至储浆罐，通过过滤装置滤去块状石灰中的固体杂质颗粒，得到脱硫剂浆液。
本发明所述的超细脱硫剂浆液制备方法，其特征还在于：所述的块状石灰中CaO含量在80％以上。
作为本发明的进一步的改进方案，所述的水合反应器的静置时间为15～30分钟；消化用水和制浆用水的温度为5～40℃。
本发明还提供了一种超细脱硫剂浆液制备装置，其特征在于：该装置包括水合反应器，设置在水合反应器中的搅拌器和储浆罐，所述的水合反应器和储浆罐通过连接管道相连接，在所述的储浆罐的出口处设置过滤装置。
本发明所述的超细脱硫剂浆液制备装置，其搅拌器采用离心螺旋搅拌器；其过滤装置采用滤网结构，网眼尺寸为0.1～2mm。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：超细脱硫剂浆液制备方法，对减小脱硫剂颗粒粒径具有显著作用(脱硫剂颗粒的粒径为10μm左右)，不仅可以提高脱硫剂颗粒的钙利用率和减小脱硫剂浆液的喷入量，而且可以增强脱硫剂颗粒在浆液中的悬浮特性，有利于解决由于脱硫剂浆液喷入量过多所带来的粘壁结垢问题和脱硫剂浆液输送过程中的管道沉积和雾化喷嘴堵塞问题，不仅能在较低钙硫比下达到较高的脱硫效率，同时可以大大提高***运行的安全稳定性，从而实现半干法脱硫***的高效稳定运行。另外，采用较大的块状石灰代替工程应用中通常采用的粉末状石灰颗粒进行脱硫剂浆液制备，由于块状石灰尺寸较大，其比表面积较小，有效地避免了粉末状石灰暴露在空气中所经常出现的石灰活性降低问题。另外，采用较大的块状石灰代替通常采用的粉状颗粒进行脱硫剂浆液制备，省去了石灰原料的破碎和输送***，简化了***制备工艺和节省了占地面积，从而大大降低了脱硫剂浆液的制备成本。
附图说明
图1为本发明的装置结构及工艺流程示意图。
图2为采用块状和粉末状石灰制得的脱硫剂浆液中的氢氧化钙颗粒的粒径分布。
图3为采用不同粒径范围的块状石灰所制得浆液中的氢氧化钙颗粒的粒径分布。
图4为不同质量浓度的脱硫剂浆液中的氢氧化钙颗粒的粒径分布。
图中：1-水合反应器；2-搅拌器；3-储浆罐；4-连接管道；5-过滤装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的装置的结构、工艺流程和工作原理作进一步的说明。
本发明装置主要包括：水合反应器1、水合反应器中的搅拌器2、储浆罐3、水合反应器1和储浆罐3之间的连接管道4、以及设置在储浆罐出口处的过滤装置5。
本发明的工艺流程为：
首先，将一定质量的粒径范围为1～100mm的块状石灰倒入水合反应器1，然后向水合反应器1中加入与块状石灰中的CaO的摩尔数之比为10∶1～20∶1的消化用水，接着将水合反应器1静置一段时间，静置时间通常为15～30分钟。块状石灰中CaO含量至少为80％，主要根据块状石灰和消化用水的消化程度进行调整，以保证块状石灰与水进行充分的细粉化水合反应过程。
然后，向水合反应器1中加入制浆用水，制备得到质量浓度为10～20％的脱硫剂浆液，同时启动水合反应器1中的搅拌器2，得到均匀悬浮的脱硫剂浆液。最后，将水合反应器1中制备得到的均匀悬浮超细脱硫剂浆液，通过水合反应器1和储浆罐3之间的连接管道4，输送到储浆罐3中，以供半干法脱硫***运行时使用。制浆用水的数量根据制备一定质量浓度的脱硫剂浆液所需的总水量和消化用水量的差值确定。制浆用水和消化用水通常使用工业用水，水温为常温，一般为5～40℃。水合反应器1中的搅拌器2通常采用离心螺旋搅拌。搅拌方式可以在水合反应器1的中心轴线垂直放置搅拌，也可以在水合反应器1的下部区域侧向放置搅拌。考虑到块状石灰原料中不可避免地含有一些杂质，在储浆罐3的出口处设置过滤装置5。过滤装置5的形式通常采用一定网眼尺寸的滤网结构，网眼尺寸一般为0.1～2mm。
本发明所述的超细脱硫剂浆液制备方法的原理如下：块状石灰遇水进行消化，从CaO变成Ca(OH)2，同时在局部空间放出大量的反应热(66.5kJ/mol)，由于Ca(OH)2的摩尔容积(33cm3/mol)大于CaO(16.9cm3/mol)，受热膨胀以及所生成Ca(OH)2的体积膨胀的双重作用使得石灰颗粒破碎，形成极细的氢氧化钙悬浊液。
下面举出几个具体的实施例来对本发明做进一步的说明。
实施例1：
下面介绍分别采用首钢建材化工厂所生产的块状石灰和粉末状石灰作为原料进行脱硫剂浆液制备的对比实验情况。将粒径为10～30mm的块状石灰和粒径范围为0.2～700μm的粉末状石灰各50千克分别倒入水合反应器中，石灰中CaO含量为86.5％；然后，向水合反应器中加入210升消化用水，消化用水与石灰中CaO的摩尔数之比为15；接着，水合反应器处于静置状态15分钟，使石灰与水充分进行水合反应过程；然后，再向水合反应器中加入75升制浆用水，制备成质量浓度为15％的脱硫剂浆液；最后，启动水合反应器1中的搅拌器2，得到均匀悬浮的脱硫剂浆液，并将脱硫剂浆液通过水合反应器1和储浆罐3之间的连接管道4，输送到储浆罐3中。消化用水和制浆用水的温度为20℃。表1给出了分别采用块状石灰和粉末状石灰作为原料制得的脱硫剂浆液中氢氧化钙颗粒的粒径分析对比结果。图2给出了分别采用块状石灰和粉末状石灰制得的脱硫剂浆液中的氢氧化钙颗粒的粒径分布曲线。由表1和图2可见，块状石灰与粉末状石灰相比，虽然原始粒径增加了上百倍，然而采用块状石灰所制得的脱硫剂浆液中氢氧化钙颗粒的粒径比采用粉末状石灰所制得的脱硫剂浆液中氢氧化钙颗粒的粒径减小1倍左右。另外，采用块状石灰制得的脱硫剂浆液中氢氧化钙颗粒，在10μm以下的粒径范围内具有较大数量的细颗粒比例。可见，块状石灰与粉末状石灰相比，可以很好地减小脱硫剂浆液中氢氧化钙颗粒粒径。
表1采用块状石灰和粉末状石灰制得的脱硫剂浆液中颗粒粒径的对比结果
| 参数名称 | 粉末状石灰原料 | 块状石灰原料 | 改善程度 |
| 体积平均粒径D43(μm) | 18.89 | 9.20 | 51.3％ |
| 50％体积份额粒径D50(μm) | 18.68 | 8.89 | 52.4％ |
另外，实施例1中所述的采用块状石灰和粉末状石灰制得的脱硫剂浆液的悬浮效果相差很大。采用块状石灰制备得到的脱硫剂浆液的悬浮特性较好，静置2天后仍然具有较好的悬浮特性，呈现出与刚制备得到的脱硫剂浆液相似的乳白色悬浊状态；而采用粉末状石灰制备得到的脱硫剂浆液悬浮特性较差，静置不到10分钟，脱硫剂浆液明显分成容器底部的固体沉淀物和容器上部的澄清液。
实施例2：
将粒径范围为1～10mm、10～30mm、30～60mm和60～100mm的四种块状石灰样品各50千克分别倒入水合反应器中，石灰中CaO含量为86.5％；然后，向水合反应器中加入210升消化用水，消化用水与石灰中CaO的摩尔数之比为15；接着，水合反应器处于静置状态15分钟，使石灰与水充分进行水合反应过程；然后，再向水合反应器中加入75升制浆用水，制备成质量浓度为15％的脱硫剂浆液。其它制备条件同实施例1。表2给出了采用四种不同粒径范围的块状石灰对制得的脱硫剂浆液中氢氧化钙颗粒的粒径对比结果。图3给出了采用四种不同粒径范围的块状石灰制得的脱硫剂浆液中的氢氧化钙颗粒粒径分布的影响。由表2和图3可见，块状石灰的粒径为1～10mm时，其比表面积较大，容易与空气中的水蒸汽和CO2发生反应而使石灰活性下降，使得浆液中的氢氧化钙颗粒粒径增加；块状石灰的粒径为60～100mm时，浆液中颗粒间的相互作用力增加，使得浆液中的氢氧化钙颗粒粒径增加。结果表明，存在块状石灰的最佳粒径范围，该最佳粒径范围为10～30mm。
表2采用不同粒径范围的块状石灰制得的脱硫剂浆液中颗粒粒径的对比结果
| 参数名称 | 1-10mm | 10-30mm | 30-60mm | 60-100mm |
| 体积平均粒径D43(μm) | 12.27 | 9.20 | 9.51 | 10.95 |
| 50％体积份额粒径D50(μm) | 10.97 | 8.89 | 9.18 | 10.34 |
实施例3：
将粒径范围为10～30mm的块状石灰30千克倒入水合反应器中，石灰中CaO含量为86.5％；然后，向水合反应器中分别加入167升、126升和83升的消化用水，消化用水与石灰中CaO的摩尔数之比分别为20、15和10；接着，水合反应器处于静置状态30分钟，使石灰与水充分进行水合反应过程；然后，再向水合反应器中加入103升、45升和37升的制浆用水，分别制备得到质量浓度为10％、15％和20％的脱硫剂浆液。其它制备条件同实施例1。表3给出了上述三种不同质量浓度的脱硫剂浆液中氢氧化钙颗粒的粒径对比结果。图4给出了上述三种不同质量浓度的的脱硫剂浆液中的氢氧化钙颗粒粒径分布的影响。由表3和图4可见，浆液质量浓度越高，浆液中颗粒间的相互作用力稍有增加，使得脱硫剂浆液中氢氧化钙颗粒的粒径稍微增加。
表3不同质量浓度的脱硫剂浆液中颗粒粒径的对比结果
| 参数名称 | 10％ | 15％ | 20％ |
| 体积平均粒径D43(μm) | 10.91 | 11.50 | 11.83 |
| 50％体积份额粒径D50(μm) | 10.04 | 11.29 | 11.46 |
然而，在块状石灰粒径(1～100mm)和浆液质量浓度(10～20％)范围内，石灰粒径和浆液质量浓度对最终制备得到的脱硫剂浆液中氢氧化钙颗粒粒径的分布形状、峰值范围和悬浮效果影响不大，均优于采用粉末状石灰制得的脱硫剂浆液。
Claims (8)
1.一种超细脱硫剂浆液制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)将粒径为1～100mm的块状石灰倒入水合反应器中；
2)向水合反应器中加入与块状石灰中CaO的摩尔数之比为10∶1～20∶1的消化用水；
3)保持水合反应器静置状态，使块状石灰与水充分进行水合反应过程；
4)再向水合反应器中加入制浆用水，制备得到质量浓度为10～20％的脱硫剂浆液；
5)启动水合反应器内的搅拌器，得到均匀悬浮的脱硫剂浆液；
6)将脱硫剂浆液输送至储浆罐，通过过滤装置滤去块状石灰中的固体杂质颗粒，得到脱硫剂浆液。
2.根据权利要求1所述的超细脱硫剂浆液制备方法，其特征在于：所述的块状石灰中CaO含量至少为80％。
3.根据权利要求1或2所述的超细脱硫剂浆液制备方法，其特征在于：所述的块状石灰的粒径为10～30mm。
4.根据权利要求3所述的超细脱硫剂浆液制备方法，其特征在于：所述的水合反应器静置时间为15～30分钟。
5、根据权利要求1所述的超细脱硫剂浆液制备方法，其特征在于：所述的消化用水和制浆用水的温度为5～40℃。
6.一种实施如权利要求1所述方法的超细脱硫剂浆液制备装置，其特征在于：该装置包括水合反应器(1)，设置在水合反应器中的搅拌器(2)和储浆罐(3)，所述的水合反应器和储浆罐通过连接管道(4)相连接，在所述的储浆罐的出口处设置过滤装置(5)。
7.根据权利要求6所述的超细脱硫剂浆液制备装置，其特征在于：所述的搅拌器采用离心螺旋搅拌器。
8.根据权利要求6或7所述的超细脱硫剂浆液制备装置，其特征在于：所述的过滤装置采用滤网结构，网眼尺寸为0.1～2mm。
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