CN101116795B - 分级配水式循环流化床干法烟气脱硫工艺及其专用吸收塔 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分级配水式循环流化床干法烟气脱硫工艺，包括吸收塔内由吸收剂循环形成的循环流化床、除尘器分离出来的脱硫产物灰的再循环，该工艺采用分级配水的方式向吸收塔加入减温水，第一级工艺减温水和第二级工艺减温水分别通过管道输送至吸收塔的两个不同位置的加入口。此外，本发明还公开了一种上述工艺的专用吸收塔。本发明在较低钙硫比(Ca/S)的情况下能达到较高的脱硫效率，同时提高了吸收塔内的反应温度，降低了工艺减温水的消耗量，节省运行费用。
Description
技术领域
本发明涉及一种干法烟气脱硫工艺，尤其涉及一种分级配水式循环流化床干法烟气脱硫工艺；此外，本发明还涉及上述工艺专用的吸收塔。
背景技术
酸沉降和SO2污染一直是国际科学界和各国政府关心的重大环境问题。我国既是能源生产大国，也是能源消费大国，酸沉降和SO2污染已对我国的生态环境造成了很大的破坏，目前治理酸沉降和SO2污染已成为我国治理环境的重点。
目前对于酸沉降和SO2污染的治理，国内外一般流行采用“湿法脱硫-石灰石石膏法”，采用该工艺，虽然脱硫效果较好，但由于其存在“初期投资大，工艺水耗量大，占地面积较大，***、结构复杂，设备容易腐蚀，电耗量大以及需要对废水进行处理”等问题，因此，干法及半干法的高效脱硫工艺正成为国内外的研究趋势。
对于干法、半干法脱硫技术，影响脱硫效率的主要因素有：反应温度、吸收塔内湿度分布、吸收剂活性、粒度、吸收剂与原烟气的有效接触时间及接触概率等。判断一种干法脱硫***是否先进，还应考虑***的脱硫效率，***的阻力，电耗，运行费用，设备磨损、腐蚀，使用寿命，对负荷变化的适应性，以及工艺水耗量等。
目前，在国内外，已有许多比较成功的适用于燃烧低硫煤机组的干法、半干法工程实施先例，但是，当主机***燃用高硫煤时，现有的干法、半干法工艺便会出现许多的不足：脱硫效率低、运行温度低、工艺水耗量大等。
近年来，随着国内对电能需求量的猛增，低硫煤炭资源逐渐出现紧缺，电厂所燃用的煤种有明显向高含硫量发展的趋势，因此研究与开发适应于燃用高硫煤机组的干法、半干法脱硫工艺将成为必然的趋势。
在干法、半干法脱硫工艺中，营造良好的气(SO2)、固(吸收剂)反应氛围是获得高的脱硫效率的关键，这个良好的反应氛围便是：气、液、固三相共存并伴有强烈的紊流以保证传热、传质的顺利进行。
现有的干法、半干法脱硫工艺中，由于工艺减温水的加入均是采用一次性定点加入的方式，因此，在工艺减温水的加入区域，有很好的气、固反应氛围，但是，由于水分的快速蒸发，使气、液、固三相共存的范围被限制在一个很小的高度空间内，在实际的脱硫岛布置中，为了满足各设备的正常运行，吸收塔一般都设计的比较高，只在吸收塔下部的很小范围内，才会出现良好的气、液、固三相共存，而在范围更大的上部空间内，仅存在气相与固相，在此范围内脱硫反应很难进行。这就相当于限制了吸收塔内的吸收剂与原烟气的有效接触时间，同时也浪费了吸收塔的上部空间。在机组燃用高硫煤时，为了获得较高的脱硫效率，目前通用的办法是加大工艺减温水的加入量来间接扩大“气、液、固三相共存区”在吸收塔内的覆盖范围，这虽然对脱硫效率的提高有一定的效果，但这种做法也带来许多较严重的负面影响：吸收塔出口温度过低，烟气露点温度升高；脱硫产物灰流动性降低导致灰输送***易于堵塞；过流设备板结；设备腐蚀的危险性加大等。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种分级配水式循环流化床干法烟气脱硫工艺，该工艺在较低钙硫比(Ca/S)的情况下能达到较高的脱硫效率，同时提高了吸收塔内的反应温度，降低了工艺减温水的消耗量。为此，本发明还要提供一种上述工艺的专用吸收塔。
为解决上述技术问题，本发明提供一种分级配水式循环流化床干法烟气脱硫工艺，该工艺包括吸收塔内由吸收剂循环形成的循环流化床、除尘器分离出来的脱硫产物灰的再循环，该工艺采用分级配水的方式向吸收塔加入减温水，第一级工艺减温水和第二级工艺减温水分别通过管道输送至吸收塔的两个不同位置的加入口。
所述第一级工艺减温水的加入口位于吸收塔下部扩散段，所述第二级工艺减温水的加入口位于吸收塔的循环流化床过度区。
该工艺还包括净烟气再循环，所述的净烟气再循环是将部分经除尘器净化后的净烟气引至吸收塔上游与原烟气一起从吸收塔底部送入进行再循环。
所述的净烟气是由引风机出口至烟囱入口的水平主烟道引出，而接入***处则选择在吸收塔入口前的水平烟道上，净烟气循环量为主机工况下烟气流量的0～40％。
该工艺还包括净烟气送水***，在净烟气再循环烟道上，引出部分净烟气通过送水用回流净烟气的加入管道输送至吸收塔，所述第二级工艺减温水的加入口设置在该送水用回流净烟气的加入管道中，用来提高第二级配水在吸收塔内的横向贯穿能力。
所述的脱硫产物灰的再循环是由除尘器分离出来的脱硫产物灰通过外部物料循环***重新输送回到吸收塔内，与塔内的吸收剂一起参与脱硫反应。
由吸收塔底部加入的吸收剂及循环脱硫产物灰与分级加入的工艺减温水充分混合，经设在吸收塔底部的文丘里管加速后进入吸收塔，并在吸收塔的下部扩散段形成循环流化床，在循环流化床内吸收剂、循环脱硫产物灰与第一级加入的工艺减温水充分混合，形成强烈的紊流，从而使循环流化床具有极佳的传热和传质特性。
本发明还提供一种上述工艺的专用吸收塔，塔体是一种变截面的结构，其从下到上包括：底部矩形段(T1)，用于保证与主***烟道对接；下方圆节(T2)，该段设有新鲜吸收剂的加入口(T8)和再循环的脱硫产物灰的加入口(T9)；文丘里管(T3)，在该段，烟气、吸收剂与脱硫产物灰混合后被加速；扩散段(T4)，在该段由于烟气流速的不断降低，其所携带的物料颗粒被部分分离出来而形成循环流化床，第一级工艺减温水的加入口(T10)位于该扩散段(T4)；直段(T5)，该段的较低部分就是循环流化床的过度区，其上部为循环流化床的稀相区，该循环流化床的过度区设有第二级工艺减温水的加入口(T11)，该第二级工艺减温水的加入口(T11)设置在送水用回流净烟气的加入管道(T12)中；上方圆节(T6)；出口段(T7)。
烟气的引出口位于出口段(T7)的侧面，烟气离开吸收塔后倾斜向下进入除尘器。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：能使***在较低钙硫比(Ca/S＝1.1～1.25)的情况下达到较高的脱硫效率(90％～92.5％以上)，尤其在机组燃用高硫煤时更能显现其脱硫高效率的优越性。同时提高了吸收塔内的反应温度，降低了工艺减温水的消耗量，通过净烟气的再循环，可以使***具有更好的负荷适应能力。具体为：
1、由于采用了分级配水的工艺减温水加入方式，“气、液、固”三相共存区在吸收塔内的覆盖范围明显扩大，在很大程度上改善了吸收塔内的脱硫反应环境，相对延长了吸收塔内吸收剂与原烟气的有效接触时间，在较少的工艺减温水加入量下就可以获得较高的脱硫效率，同时***所需的反应温度的提高使***工作更安全。
2、脱硫效率高，运行费用低。容易选择最佳的CFB(循环流化床)操作气流速度，气固两相流在CFB内滑落速度最大，脱硫反应区层密度高，颗粒在吸收塔停留时间长，使SO2与脱硫剂能得到充分的混合，保证达到较高脱硫效率。
3、由于脱硫剂的利用率高，它所产生的脱硫副产物排放少。脱硫副产物流动性好，易于处理。除尘器收集的灰分绝大部分循环使用，只有少量外排，灰综合处理成本低。
4、转动部件少，整个装置可用率高。吸收塔内为空塔，没有运动部件，磨损小，使用寿命长。
5、控制简单，因脱硫剂为干态，床温只取决于喷水量的多少，不受进口烟气中SO2浓度的制约。
6、负荷适应性好。由于采用了清洁烟气再循环技术，以及脱硫灰渣再循环等措施，可以满足不同的锅炉负荷要求。锅炉负荷在40％～110％范围内，脱硫***可以正常运行。
7、具有良好的操作弹性。在煤的含硫量增加或要提高脱硫效率时，无需增加任何设备，仅需调节Ca/S摩尔比就行了。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明分级配水式循环流化床干法烟气脱硫工艺流程示意图；
图2本发明的吸收塔的主视图；
图3是图2的A-A剖视图。
图1中：1是生石灰仓；2是多级式消化器；3是第二级工艺减温水管路；4是第一级工艺减温水管路；5是消石灰仓；6是消石灰给料控制阀；7是消石灰给料计量仪表；8是消石灰输送斜槽；9是净烟气再循环调节挡板门；10是送水用再循环净烟气调节蝶阀；11是吸收塔；T10是第一级工艺减温水的加入口；T11是第二级工艺减温水的加入口；12是除尘器；13是脱硫产物灰再循环管路；14是脱硫产物灰外排管路；15是脱硫产物灰再循环输送斜槽；16是脱硫产物灰外排缓冲箱；17是引风机；18是烟囱。
图2中：T1是吸收塔的底部矩形段；T2是下方圆节；T3是文丘里管；T4是吸收塔的扩散段；T5是吸收塔的直段；T6是吸收塔的上方圆节；T7是出口段；T8是新鲜吸收剂的加入口；T9是再循环的脱硫产物灰的加入口；T10是第一级工艺减温水的加入口；T11是第二级工艺减温水的加入口；T12是送水用回流净烟气的加入管道。
具体实施方式
第一、本发明分级配水式循环流化床干法烟气脱硫工艺采用了三种再循环方式：
1、吸收塔内的固体颗粒再循环形成了塔内的循环流化床：
如图2所示，在吸收塔的下部设有一个烟气加速装置一文丘里管T3，烟气及其携带的固体颗粒在此被加速到很高的流速，下游紧接着便是吸收塔的扩散段T4，在此，由于通道的逐渐扩张，烟气的流速快速下降，其所携带的固体颗粒大部分被分离出来而向下滑落，然后重新被后续的高速烟气托起而形成塔内的循环流化床。循环流化床具有极佳的热和物质传送特性，在这区域内流体处于激烈的湍流状态，循环流化床内的Ca/S值可达到40-50，这是因为细小颗粒和烟气之间极大的速差而决定的。颗粒反应界面不断摩擦，碰撞更新，极大地强化了脱硫反应的传质与传热。
2、脱硫产物灰的再循环：
如图1所示，由除尘器12分离出来的脱硫产物灰颗粒通过脱硫产物灰再循环管路13、脱硫产物灰再循环输送斜槽15重新输送回到吸收塔11内，与塔内的吸收剂颗粒一起参与脱硫反应，脱硫产物灰的再循环提高了吸收剂的利用率，进一步降低Ca/S，节省运行费用。
3、净烟气再循环：
如图1所示，经除尘器12净化后的净烟气在低负荷下部分进行再循环，净烟气再循环是将部分净烟气引至吸收塔11上游与原烟气一起从吸收塔11底部送入，根据主机负荷的变化情况来调整净烟气的再循环量，以保证吸收塔11在主机低负荷时维持正常流态化所需的烟气量，从而可以使该***在低负荷下(负荷适应范围为40％～110％)同样具有较高的脱硫效率及安全性。它包括一套净烟气再循环调节挡板门9以及相关的烟道***。
第二、本发明采用了分级配水的方式来向吸收塔中加入减温工艺水：
1、如图1所示，第一级工艺减温水的加入口T10选在吸收塔11内部循环流化床的浓相区。
在该区域加入大比例的工艺减温水，是因为在该区域内，固相颗粒浓度及原烟气内的SO2浓度都很高，容易形成良好的高浓度的“气、液、固”三相共存区，且该区域具有很剧烈的紊流条件使传热、传质得以快速进行，这就使该区域成为主要的脱硫反应区。
2、如图1所示，第二级工艺减温水的加入口T11选在吸收塔11内部循环流化床的过度区。
在该区域固相颗粒浓度虽有所降低，但剩余的固相颗粒中还包含有相当数量的没有反应完毕的吸收剂，而从循环流化床的浓相区逃逸出来的SO2等污染性气体在烟气中也还有相当数量，尤其在燃用高硫煤时，SO2等污染性气体从浓相区逃逸的数量会更多，但是由于浓相区水分的快速蒸发，在到达过度区后，液相的比例已经非常稀薄，难以维持更进一步的脱硫反应。因此需要在该区域重新加入部分工艺减温水，以恢复良好的“气、液、固”三相共存状态，使由浓相区逃逸的SO2等污染性气体在此区域能被顺利的脱除干净，进一步提高***的脱硫效率。
对于第二级工艺减温水的加入，由于水量相对较少，因此由喷嘴喷出的雾滴束在烟气中的贯穿能力有限，尤其在大机组中，由于吸收塔的直径过大，二次加入的水分很难覆盖整个吸收塔的横截面。鉴于此，本发明提出用部分净烟气的回流来提高雾滴束在吸收塔内的射流刚度(即：净烟气送水)。它包括一个送水用再循环净烟气调节蝶阀10及其相关的烟道***。
下面结合附图具体说明本发明的最佳实施方式及工艺过程：
如图1和图2所示，自锅炉燃烧***排出的烟气，通过原烟气***由吸收塔的底部矩形段T1进入。然后在吸收塔的下方圆节T2部分高温烟气与由新鲜吸收剂的加入口T8加入的吸收剂、由再循环的脱硫产物灰的加入口T9加入的循环灰分充分混合，进行初步的脱硫反应，然后通过吸收塔下部的文丘里管T3加速，在吸收塔的扩散段T4内吸收剂、循环脱硫灰受到气流的冲击作用而悬浮起来，形成循环流化床，进行充分的脱硫反应。
在吸收塔的扩散段T4设有第一级工艺减温水的加入口T10，通过一套高压喷水装置，喷入的大比例的工艺减温水经过雾化后一方面增湿颗粒表面，另一方面使烟温降至高于露点温度20-25℃，创造良好的“气、液、固”三相共存环境及适当的脱硫反应温度。第一级工艺减温水通过第一级工艺减温水管路4及第一级工艺减温水的加入口T10进入吸收塔11。在循环流化床的过度区(吸收塔的直段T5的下半部分)还设有第二级工艺减温水的加入口T11，小比例的工艺减温水的加入可以继续在该区域维持良好的“气、液、固”三相共存状态，以使脱硫反应得以持续进行，相对的延长了吸收剂与原烟气的有效接触时间。第二级工艺减温水通过第二级工艺减温水管路3及第二级工艺减温水的加入口T11进入吸收塔11。
为了提高二次加入的工艺减温水在吸收塔内的横向贯穿能力以及提高吸收塔内的紊流强度，本工艺还配置有“净烟气送水***”，在净烟气再循环烟道上，净烟气再循环调节挡板门9前，引出部分净烟气，通过一个送水用再循环净烟气调节蝶阀10后，从吸收塔11的送水用回流净烟气的加入管道T12喷入吸收塔。第二次工艺减温水的加入口T11就设置在送水用回流净烟气的加入管道T12中，其所喷出的工艺水雾滴被包裹在刚性较强的净烟气流中，如此，多个喷嘴所喷出的工艺水雾滴在吸收塔的横截面上就能有很好的覆盖率(如图3所示)。图3显示了第二级工艺减温水的加入口T11与送水用回流净烟气的加入管道T12之间的对应关系，以及它们在喷入吸收塔后的大致分布情况。
如图1所示，本发明采用CaO作为原始吸收剂，Ca(OH)2作为最终的吸收剂，从厂外购得的生石灰首先贮存在生石灰仓1中，然后经过多级式消化器2将生石灰消化成消石灰(最终的吸收剂)，通过一套气力输送***消石灰被输送到消石灰仓5中进行缓存，然后经过一套精密的计量***——消石灰给料控制阀6、消石灰给料计量仪表7，再通过消石灰输送斜槽8，将其加入到吸收塔11底部的文丘里管T3前(如图2所示)，与循环使用的脱硫产物灰一起混合加速后进入吸收塔11内。
吸收剂与SO2充分反应，主要生成亚硫酸钙CaSO3·1/2H2O、硫酸钙CaSO4·1/2H2O和碳酸钙CaCO3，它们和飞灰一起由清洁烟气携带到吸收塔的出口段T7，然后在后面的除尘器12中被分离出来。分离出来的脱硫产物灰大部分通过脱硫产物灰再循环管路13、脱硫产物灰再循环输送斜槽15重新输送回到吸收塔11内，以延长吸收剂颗粒的停留时间，降低工艺过程中Ca/S摩尔比。该工艺在Ca/S摩尔比稍有增加的情况下，就可以使脱硫率达到95％以上。对于少量的脱硫产物灰，通过脱硫产物灰外排管路14排放到脱硫产物灰外排缓冲箱16中，最后进入电厂的除灰***。
被除尘器12净化后的净烟气由引风机17升压后通过烟囱18排入大气。
Claims (9)
1.一种分级配水式循环流化床干法烟气脱硫工艺，其特征在于，包括吸收塔内由吸收剂循环形成的循环流化床、除尘器分离出来的脱硫产物灰的再循环以及净烟气再循环，该工艺采用分级配水的方式向吸收塔加入减温水，第一级工艺减温水和第二级工艺减温水分别通过管道输送至吸收塔的两个不同位置的加入口，所述净烟气再循环包括净烟气送水***，在净烟气再循环烟道上，引出部分净烟气通过送水用回流净烟气的加入管道输送至吸收塔。
2.根据权利要求1所述的分级配水式循环流化床干法烟气脱硫工艺，其特征在于，所述第一级工艺减温水的加入口位于吸收塔下部扩散段，所述第二级工艺减温水的加入口位于吸收塔的循环流化床过度区。
3.根据权利要求1所述的分级配水式循环流化床干法烟气脱硫工艺，其特征在于，所述的净烟气再循环是将部分经除尘器净化后的净烟气引至吸收塔上游与原烟气一起从吸收塔底部送入进行再循环。
4.根据权利要求3所述的分级配水式循环流化床干法烟气脱硫工艺，其特征在于，所述的净烟气是由引风机出口至烟囱入口的水平主烟道引出，而接入***处则选择在吸收塔入口前的水平烟道上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的分级配水式循环流化床干法烟气脱硫工艺，其特征在于，所述第二级工艺减温水的加入口设置在该净烟气再循环烟道上送水用回流净烟气的加入管道中，用来提高第二级配水在吸收塔内的横向贯穿能力。
6.根据权利要求1所述的分级配水式循环流化床干法烟气脱硫工艺，其特征在于，所述的脱硫产物灰的再循环是由除尘器分离出来的脱硫产物灰通过外部物料循环***重新输送回到吸收塔内，与塔内的吸收剂一起参与脱硫反应。
7.根据权利要求1所述的分级配水式循环流化床干法烟气脱硫工艺，其特征在于，由吸收塔底部加入的吸收剂及循环脱硫产物灰充分混合，经设在吸收塔底部的文丘里管加速后进入吸收塔，并在吸收塔的下部扩散段形成循环流化床，在循环流化床内吸收剂、循环脱硫产物灰与第一级加入的工艺减温水充分混合，形成强烈的紊流，从而使循环流化床具有极佳的传热和传质特性。
8.一种权利要求1所述工艺的专用吸收塔，其特征在于：塔体是一种变截面的结构，其从下到上包括：底部矩形段(T1)，用于保证与主***烟道对接；下方圆节(T2)，该段设有新鲜吸收剂的加入口(T8)和再循环的脱硫产物灰的加入口(T9)；文丘里管(T3)，在该段，烟气、吸收剂与脱硫产物灰混合后被加速；扩散段(T4)，在该段由于烟气流速的不断降低，其所携带的物料颗粒被部分分离出来而形成循环流化床，第一级工艺减温水的加入口(T10)位于该扩散段(T4)；直段(T5)，该段的较低部分就是循环流化床的过度区，其上部为循环流化床的稀相区，该循环流化床的过度区设有第二级工艺减温水的加入口(T11)，该第二级工艺减温水的加入口(T11)设置在送水用回流净烟气的加入管道(T12)中；上方圆节(T6)；出口段(T7)。
9.根据权利要求8所述的专用吸收塔，其特征在于，烟气的引出口位于出口段(T7)的侧面，烟气离开吸收塔后倾斜向下进入除尘器。
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