CN101690867A - 一种半干式循环流化床切流与直流复合进气脱硫塔 - Google Patents

Abstract

一种半干式循环流化床切流与直流复合进气脱硫塔，包括烟气分支进气管(1)，烟气进气管(2)，方圆过渡管(3)，切向进气结构(4)，内筒体(11)，脱硫剂入口管(5)，脱硫塔体(6)，烟气出口管(7)，气固分离器(8)，回料入口管(9)，气流分配室(10)；该装置由于设置了切向进气结构，气固之间剧烈湍流混合使烟气与脱硫剂充分接触强化脱硫反应过程，充分发挥脱硫剂的作用。来自气流分配室的上行直流，夹带外器壁表面的浓缩颗粒上行。该结构大大降低了脱硫塔的高度，提高了脱离效率。

Description

一种半干式循环流化床切流与直流复合进气脱硫塔

技术领域

本发明涉及烟气脱硫塔，特别是循环流化床半干法烟气脱硫技术。本发明是一种通过设置切流与直流复合进气结构，强化循环流化床脱硫塔内气流的湍流强度，使脱硫剂和烟气充分接触，是提高脱硫效率的一种方法。

背景技术

半干法循环流化床脱硫技术以循环流化床为基础，通过脱硫剂的多次循环，延长脱硫剂与烟气的接触时间，提高脱硫剂的利用率和脱硫效率。该技术的主体设备是脱硫塔，烟气的脱硫过程是在脱硫塔内进行的。通常含硫烟气从脱硫塔的底部进入，在塔内均匀上行，脱硫塔的底部向塔内喷入脱硫剂和适量雾化水。脱硫剂和适量雾化水在上行过程中与烟气中的硫化物进行反应，脱出烟气中的硫。因此这种反应过程是一个均匀浓度反应过程，烟气与脱硫剂在均匀浓度分布下进行的。脱硫后的烟气从塔顶流出，通过气固分离设备分离烟气和其中的固体颗粒物，净化烟气通过烟囱排放，分离下来的固体颗粒物一部分再次进入脱硫塔循环使用，一部分排出。

由于烟气的脱硫过程是在脱硫塔内进行的，因此脱硫塔内的气固两相流动特征是影响脱硫效果的重要因素之一。目前的脱硫塔在流化方式上，多采用布风板或文丘里管，目的是均匀分配气流，维持流化床的均匀浓度反应特点。理想的流动状态是在不同塔截面上上行气流分布尽可能均匀、对称，脱硫剂均匀分布在气流中，形成均匀浓度的流态，充分发挥脱硫塔内的有效空间，充分利用脱硫剂完成脱硫过程，提高烟气脱硫效率。但这种均匀浓度反应过程存在以下不足：

1.这种均匀的上行流，气流的剪切力比较小，湍流强度不高，烟气与脱硫剂接触不激烈，混合不充分，不能强化烟气与脱硫剂的反应过程。

2.气流的流速比较低，只有轴向速度，携尘量小，脱硫塔内物料浓度低，内循环不强，不适应大负荷率变化的操作。

3.脱硫剂颗粒表面的反应产物保留下来，阻碍了外部烟气与颗粒内部的脱硫剂继续进行反应，不能充分利用脱硫剂。

4.受到脱硫塔的基础支撑结构和烟气管道布置的便利的限制，烟气管道通常由脱硫塔底部一侧水平进入，通过90°弯管上行进入脱硫塔，受到气体惯性的影响，使进入脱硫塔的烟气速度分布是不均匀的，脱硫塔内存在比较大的回流。虽然通过单个文丘里管或多个文丘里管可以调整一部分偏流，但受到不能产生很大的压降的限制，这种调整是有限的，尤其是大直径的脱硫塔，难以维持脱硫塔内的烟气速度均匀分布。

5.这种烟气管道水平进入，通过90°弯管上行进入文丘里管，再进入脱硫塔，增加了脱硫塔的整体高度。

6.通常脱硫剂的进口设在脱硫塔底部的侧壁上，这样脱硫剂进入后会造成在脱硫塔内部分布不均，进入口一侧的脱硫剂浓度较高，其他位置的脱硫剂浓度偏低，导致喷入塔内的脱硫剂在脱硫塔内的停留时间不均匀，存在很大的差异，影响脱硫效率和脱硫剂的利用率。

中国发明专利CN 200410101852.6提出的循环流化床烟气脱硫除尘一体化方法及装置，在脱硫塔底部设置预分离室，预分离室采用双向切向进气结构在预分离室形成旋转流，但预分离室目的是实现烟气的缓冲和烟气中固体颗粒的预分离，分离后烟气再经过过渡段进入脱硫塔，过渡段形式类似文丘里管束，作用仍是分配气流，脱硫塔内的气流流场是均匀上行的。中国发明专利CN 200410101853.0提出的一种干式循环流化床脱硫反应塔，在脱硫塔底部设置预分离室，预分离室切向进气形成旋转流，目的是实现烟气的缓冲和烟气中固体颗粒的预分离，分离后烟气再经过文丘里段进入脱硫塔，脱硫塔内的气流流场是均匀上行的。

郝晓文，马春元等(文献1郝晓文，马春元，黄盛珠，张立强，循环流化床脱硫塔直/旋流复合流化下的两相流场试验研究，热能动力工程，2005年9月，第20卷第5期：497-505。2郝晓文，马春元，张立强，董勇，内旋/直流复合流化下循环流化床的脱硫，动力工程，2007年8月，第27卷第4期：576-600。3郝晓文，马春元，王春冰，张立强，循环流化床旋直复合流化下的两相流动试验研究，热能动力工程，2008年11月，第23卷第6期：620-624)提出一种直流与切流混合进气的循环流化床，采用非均匀布风的流化方式，在文丘里直流流化基础上提出直流与旋流复合的流化方式，在文丘里喉管安装内筒，内筒和文丘里之间安装轴向旋转叶片，形成外侧旋流与内筒直流复合的流化方式。内外筒的风量自动分配。叶片宽度，叶片出口仰角，安装位置对气相流场均有影响。叶片安装在喉部出口或渐扩段入口，如附图3所示，但这种依靠叶片产生旋转流的方法，在结构上制造和安装相对复杂。

发明内容

本发明采用一种非均匀布风的流化方式进气，通过直流与切流复合进气使脱硫塔内直流与旋转共存，将脱硫塔内的均匀浓度反应过程改进为非均匀浓度反应过程，目的是强化脱硫塔内的脱硫反应过程。本发明通过提供一种安装在脱硫塔内的烟气切向进气结构和安装在脱硫塔底部的气流分配室，在脱硫塔内形成一个直流与旋转流共存的流场，解决脱硫塔内流场剪切力比较小，气流湍流强度不高，烟气与脱硫剂混合接触不充分，脱硫剂利用率不高的问题，同时可以提高脱硫塔的操作弹性，降低脱硫塔高度。

本发明一种半干式循环流化床切流与直流复合进气脱硫塔，包括烟气分支进气管(1)，烟气进气管(2)，方圆过渡管(3)，切向进气结构(4)，内筒体(11)，脱硫剂入口管(5)，脱硫塔体(6)，烟气出口管(7)，气固分离器(8)，回料入口管(9)，气流分配室(10)；烟气进气管(2)通过方圆过渡管(3)与切向进气结构(4)连接，切向进气结构(4)位于脱硫塔体(6)下部，与内筒体(11)相切，内筒体(11)与脱硫塔体(6)形成一个环形空间(12)，从烟气进气管(2)引出的烟气分支进气管(1)连接到脱硫塔体(6)底部的气流分配室(10)，气流分配室(10)通过环形空间(12)与脱硫塔体(6)相通，脱硫剂入口管(5)位于脱硫塔体(6)底部中心位置，回料入口管(9)位于脱硫塔体(6)的下部，烟气出口管(7)位于脱硫塔体(6)的顶部。

本发明一种半干式循环流化床切流与直流复合进气脱硫塔，其特征在于，所述的切向进气结构(4)是矩形管，或是圆管。

本发明一种半干式循环流化床切流与直流复合进气脱硫塔，其特征在于，所述的切向进气结构(4)与内筒体(11)直切，或蜗壳式切入。

以下结合附图，详细叙述本发明的技术方案。

为克服脱硫塔内烟气气流剪切力比较小，气流湍流强度不高，烟气与脱硫剂接触不充分，脱硫剂利用率不高的问题，在脱硫塔底部设置切向进气结构，在脱硫塔内形成强烈的旋转流。在旋转流的作用下，气流的剪切力和湍流强度提高，烟气与脱硫剂的充分接触和混合得到强化。由于旋转流的作用，脱硫剂颗粒之间相互碰撞和摩擦，使脱硫剂颗粒表面的反应产物脱落，脱硫剂颗粒内部活性高的部分继续参加反应，提高脱硫剂的利用率。同时颗粒在离心力的作用下，颗粒间的剪切分离作用增强，颗粒不易聚团，不产生沉积，颗粒容易被上行烟气带走。脱硫剂的入口设置在脱硫塔的中心部位，由于喷射作用使脱硫剂均匀的分布在脱硫塔内部，避免了以往脱硫剂在侧壁进入产生的脱硫剂分布不均匀的问题。虽然旋转流的作用使脱硫剂颗粒向器壁运动，但由于颗粒的粒径比较小，旋转流的径向速度有限，颗粒运动到器壁的时间足大于脱硫剂的反应时间。

在离心力的作用下，颗粒会浓缩在器壁附近，在重力作用下向下沉降。但通过设置向上的轴向直流携带这部分颗粒上行或进入内旋流中形成循环，增加脱硫剂的传质和反应强度。轴向直流是通过在脱硫塔底部设置气流分配室产生的。烟气分支管引自烟气进气管的烟气进入气流分配室，分配室内的气流通过切向进气结构与脱硫塔之间的环形空间上行，形成轴向的上行直流。

因此脱硫塔内部的流场为内部是旋转流，外部是直流，两者共存，相互作用复合在一起。旋转流的强度和轴向速度的大小，即切流与直流的大小可以通过分配各部分烟气量的比例进行调节。

本发明一种半干式循环流化床切流与直流复合进气脱硫塔，包括烟气分支进气管(1)，烟气进气管(2)，方圆过渡管(3)，切向进气结构(4)，内筒体(11)，脱硫剂入口管(5)，脱硫塔体(6)，烟气出口管(7)，气固分离器(8)，回料入口管(9)，气流分配室(10)；烟气进气管(2)通过方圆过渡管(3)与切向进气结构(4)连接，若烟气进气管(2)为矩形管，则直接与切向进气结构(4)连接，切向进气结构(4)位于脱硫塔体(6)下部，与内筒体(11)相切，脱硫塔体(6)与内筒体(11)之间形成一个环形空间(12)，从烟气进气管(2)引出的烟气分支进气管(1)连接到脱硫塔底部的气流分配室(10)，气流分配室(10)通过环形空间(12)与脱硫塔体(6)相通。脱硫剂入口(5)位于脱硫塔底部中心位置，回料入口(9)位于脱硫塔下部，烟气出口(7)位于脱硫塔的顶部，

切向进气管为矩形管，或是圆管。进气形式为蜗壳形式进气，或直切进气。相比叶片式进气产生旋转流，切向进气结构加工制造简单，布置容易。

由于取消了文丘里管布气，脱硫塔***的压降大大降低，具有一定的节能效果。此外，由于取消了文丘里管和90°弯管，采用了切向进气结构降低了脱硫塔的整体高度。

本发明一种半干式循环流化床切流与直流复合进气脱硫塔，其工作原理为，如附图4所示，烟气通过切向进气结构在脱硫塔内产生强烈的旋转流，形成三维旋转速度场，气流之间存在比较大的剪切力，气流的湍流强度也提高，维持脱硫剂与烟气之间的充分接触和混合。由于旋转流的离心作用，脱硫剂颗粒逐渐向器壁运动，在器壁表面浓缩旋转，颗粒之间的碰撞摩擦使颗粒表面的反应产物脱落，内部的新鲜脱硫剂继续与烟气接触参加反应，充分利用了脱硫剂，提高脱硫效率。脱硫剂的进口设在脱硫塔底部的中心处，脱硫剂进入脱硫塔后向四周均匀散射，脱硫剂在脱硫塔内均匀分布，经过5～7(s)以上的反应时间后到达器壁，这个时间可以满足烟气与脱硫剂进行反应的时间要求。虽然脱硫塔器壁的颗粒浓度比较高，但由于设置了上行的轴向气流，上行的轴向速度是较大，携带颗粒上行，从而避免颗粒的沉降。

本发明一种半干式循环流化床切流与直流复合进气脱硫塔，其理论是采用非均匀浓度反应模式，改变以往脱硫塔的均匀浓度反应模式，通过将脱硫塔进气改造为切向进气结构，将流化气动力和旋转离心力有机结合，具有以下有益效果：

1.烟气在脱硫塔内形成强旋转流，气流之间存在比较大的剪切力，气流的湍流强度也大大提高，具有良好的气固接触、混合、湍动作用，维持脱硫剂与烟气之间的充分接触，强化烟气与脱硫剂的脱硫反应过程。

2.由于流场是旋转状态，含脱硫剂的浓度比较高，脱硫塔内脱硫剂的藏量也高，增加了烟气与脱硫剂的接触几率，提高了脱硫效率。

3.旋转气流的速度大于单向的轴向速度，携带颗粒的能力比较强。旋转气流的旋转强度受入口速度的影响比较小，当处理的烟气量有变化时，可以保证一定的旋转强度，所以适应负荷率变化的操作。

4.由于旋转流的离心作用，脱硫剂颗粒在器壁表面浓缩旋转，颗粒之间的碰撞摩擦使颗粒表面的反应产物脱落，内部的新鲜脱硫剂继续与烟气接触参加反应，充分利用了脱硫剂，提高脱硫效率，效果显著。

5.由于旋转流的离心作用，脱硫剂颗粒在器壁表面浓缩旋转，在器壁表面形成较强的冲刷，可以有效防止粘壁现象发生。

6.切向进气脱硫塔，取消了文丘里管束，不需要文丘里管束对气流分布的整合，以往文丘里管束部分压降是整个循环流化床压降的主要部分，因此采用切向进气的脱硫塔可以消除了这部分很大的压降。虽然切向进气产生的旋转流存在有压降，但远低于文丘里管束部分的压降，总体上降低了烟气的流通阻力，能量消耗合理，具有很好的节能效果。

7.由于取消了文丘里管和脱硫塔下部的水平转上行的弯管，脱硫塔装置高度降低，结构紧凑、合理、便于安装和维护。

8.脱硫塔内部的流场内部是旋转流，外部是直流，两者共存，互相作用复合在一起。旋转流的强度和轴向速度的大小，即切流与直流的大小可以通过分配各部分烟气量的比例进行调节。

附图说明

图1为一种半干式循环流化床切流与直流复合进气脱硫塔示意图，进口为矩形管直切脱硫塔。

Claims (3)

1.本发明一种半干式循环流化床切流与直流复合进气脱硫塔，包括烟气分支进气管(1)，烟气进气管(2)，方圆过渡管(3)，切向进气结构(4)，内筒体(11)，脱硫剂入口管(5)，脱硫塔体(6)，烟气出口管(7)，气固分离器(8)，回料入口管(9)，气流分配室(10)；烟气进气管(2)通过方圆过渡管(3)与切向进气结构(4)连接，切向进气结构(4)位于脱硫塔体(6)下部，与内筒体(11)相切，内筒体(11)与脱硫塔体(6)形成一个环形空间(12)，从烟气进气管(2)引出的烟气分支进气管(1)连接到脱硫塔体(6)底部的气流分配室(10)，气流分配室(10)通过环形空间(12)与脱硫塔体(6)相通，脱硫剂入口管(5)位于脱硫塔体(6)底部中心位置，回料入口管(9)位于脱硫塔体(6)的下部，烟气出口管(7)位于脱硫塔体(6)的顶部。

2.根据权利要求1所述的循环流化床切流与直流复合进气脱硫塔，其特征在于，所述的切向进气结构(4)是矩形管，或是圆管。

3.根据权利要求1所述的循环流化床切流与直流复合进气脱硫塔，其特征在于，所述的切向进气结构(4)与内筒体(11)直切，或蜗壳式切入。

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