CN103480268B - 一种半干法循环旋流床脱硫塔 - Google Patents
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Abstract
一种半干法循环旋流床脱硫塔，通过提供一种脱硫塔烟气切向进气结构，在脱硫塔内构建了一个旋转流场以实现烟气的充分混合接触，强化脱硫塔内的脱硫反应过程，充分利用了脱硫剂，提高了脱硫效率，同时设置二次风强化旋转流的强度，在脱硫塔内实现了气固之间的分离过程。该结构取消了常规循环流化床脱硫工艺的外置旋风分离器，使设备结构紧凑，便于安装和维护。
Description
技术领域
本发明涉及烟气脱硫塔，特别是循环旋流床半干法烟气脱硫技术。本发明通过设置旋转进气结构，使循环旋流床脱硫塔内气流处于旋转状态，强化气流的湍流强度，使脱硫剂和烟气充分接触，从而提高脱硫效率，同时在脱硫塔上部设置二次风进气结构，加强含尘气流的旋转强度，进行气固分离过程，使气固分离与烟气脱硫在一个塔内完成。
背景技术
烟气脱硫(FGD-flue gas desulfurization)按照硫化物吸收剂及副产品的形态，脱硫技术可分为干法、半干法和湿法三种。干法脱硫工艺主要是利用固体吸收剂去除烟气中的SO2，一般把石灰石细粉喷入炉膛中，使其受热分解成CaO，吸收烟气中的SO2，生成CaSO3，与飞灰一起在除尘器收集或经烟囱排出，干法脱硫的优点是治理中无废水、废酸排出，减少了二次污染；缺点是脱硫效率低，设备庞大。湿法烟气脱硫是采用液体吸收剂在离子条件下进行气液反应，去除烟气中的SO2，***所用设备简单，运行稳定可靠，脱硫效率高，但脱硫后烟气温度较低，设备的腐蚀较干法严重。
半干法脱硫工艺介于干法和湿法之间。半干法脱硫工艺的典型实例是烟气循环流化床脱硫工艺(CFB-FGD，circulating fluidized bed flue gas desulfurization)。该工艺以循环流化床原理为基础，主体设备是脱硫塔，烟气的脱硫过程在脱硫塔内进行。脱硫吸收剂一般为Ca(OH)2干粉，颗粒很细，在10μm以下。在烟气循环流化床脱硫工艺中含硫烟气通常从脱硫塔底部进入，烟气经文丘里管后速度加快，并与很细的吸收剂粉末互相结合，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。脱硫吸收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，脱出烟气中硫含物。因此这种反应过程是一个气固浓度均匀分布的反应过程，烟气与脱硫剂在浓度均匀分布和速度均匀分布下进行。脱硫后的烟气从塔顶流出，进入旋风分离器中进行气固分离，将脱硫吸收剂固体颗粒的大部分从烟气中分离出来。这些收集的固体颗粒经过一个中间灰仓和循环管返回脱硫塔继续使用。由于大部分颗粒都循环多次，因此吸收剂在脱硫塔内的滞留时间很长，一般可达30分钟以上，大大提高了吸收剂的利用率。循环流化床脱硫不但具有干法工艺的许多优点，如流程简单，占地少，投资小以及副产品可以综合利用等，而且能在很低的钙硫比情况下(Ca／S=1.1～1.2)达到较高的脱硫效率(95％以上)。
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，维持流化床气固浓度均匀分布的反应特点。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，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。
但这种反应过程存在以下不足：
1.半干法循环流化床脱硫工艺的脱硫和分离是在两个设备内进行的，烟气脱硫在脱硫塔内进行，烟气和吸收剂的分离在旋风分离器内进行。由于脱硫塔和旋风分离器两器布置，工艺设备整体布置占地面积大，设备尺寸也很大。
2.脱硫塔内是均匀上行的气流，气流剪切力较小，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。
3.由于脱硫塔内气固之间的剪切力比较小，颗粒之间的摩擦碰撞不激烈，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.受脱硫塔的基础支撑结构的限制和烟气管道布置的需要，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不均匀，存在比较大的速度偏流。虽然通过单个文丘里管或多个文丘里管可以调整部分偏流，但受到不能产生很大压降的限制，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.烟气管道的设置方式，先水平进入，再通过90°弯管和文丘里管上行进入脱硫塔的结构，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，进入口处脱硫剂浓度较高，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CN200410101852.6提出一种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，但目的是实现烟气的缓冲和烟气中固体颗粒的预分离，没有脱硫反应进行，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CN200410101853.0提出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，没有脱硫反应进行，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。
发明内容
本发明是在脱硫塔内构建一个旋转流场实现烟气的充分混合接触，强化脱硫塔内的脱硫反应过程，同时设置二次风强化旋转流的强度，在脱硫塔内实现气固之间的分离过程。
本发明通过提供一种脱硫塔烟气切向进气结构，在脱硫塔内形成一个旋转流，由于离心力场的存在，将传统的均相反应过程改进为非均相反应过程。通过上述方法解决传统的脱硫塔内流场剪切力比较小，气流湍流强度不高，烟气与脱硫剂接触不充分，脱硫剂利用率不高的问题。
本发明通过提供一种脱硫塔的二次风切向进气喷嘴，强化脱硫塔内的旋转流场。在离心力场的条件下，实现烟气与脱硫吸收剂的气固分离过程。
本发明通过提供一种文丘里进料结构，将分离收集的吸收剂重新加入到脱硫塔内，强化脱硫吸收剂的循环次数，延长脱硫吸收剂的停留时间。
本发明一种半干法循环旋流床脱硫塔，包括烟气进气管(1)，文丘里管(2)，吸收剂进料口(3)，循环脱硫反应器(4)，二次风流量控制阀(5)，导向叶片(6)，分布器(7)，二次风管(8)，烟气出口管(9)，脱硫塔(10)，二次风喷嘴(11)，二次风分配器(12)，脱硫吸收剂出口管(13)，螺旋叶片(14)，脱硫吸收剂入口管(15)，脱硫剂排料口(16)，其特征在于：烟气进气管(1)与文丘里管(2)连接，文丘里管(2)与循环脱硫反应器(4)连接，循环脱硫反应器(4)中部设置连接脱硫吸收剂入口管(15)，脱硫吸收剂入口管(15)出口安装螺旋叶片(14)，循环脱硫反应器(4)与脱硫吸收剂入口管(15)环形之间设置导向叶片(6)，循环脱硫反应器(4)出口设置分布器(7)，循环脱硫反应器(4)设置在脱硫塔(10)的底部，脱硫塔(10)的顶部设置二次风分配器(12)，二次风分配器(12)内部设置二次风喷嘴(11)，二次风喷嘴(11) 以切向方式安装在脱硫塔(10)的顶部，二次风管(8)入口连接烟气进气管(1)，二次风管(8)出口连接二次风分配器(12)，二次风管(8)管道上安装二次风流量控制阀(5)，吸收剂进料口(3)设置在文丘里管(2)中部，脱硫剂排料口(16)设置在脱硫塔(10)的下部，烟气出口管(9)位于脱硫塔(10)的顶部。
以切向方式安装在脱硫塔(10)的顶部，二次风管(8)入口连接烟气进气管(1)，二次风管(8)出口连接二次风分配器(12)，二次风管(8)管道上安装二次风流量控制阀(5)，吸收剂进料口(3)设置在文丘里管(2)中部，脱硫剂排料口(16)设置在脱硫塔(10)的下部，烟气出口管(9)位于脱硫塔(10)的顶部。
本发明一种半干法循环旋流床脱硫塔，其特征在于：所述的循环脱硫反应器(4)位于脱硫塔底部中心位置，循环脱硫反应器(4)下部连接文丘里管(2)，二次风分配器(12)安装在脱硫塔(10)顶部。
本发明一种半干法循环旋流床脱硫塔，其特征在于：所述的二次风分配器(12)内部设置多个二次风喷嘴(11)，二次风喷嘴(11)以切向方式安装在脱硫塔(10)的顶部。
本发明在脱硫塔底部设置循环脱硫反应器(4)，其目的在于克服传统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。循环脱硫反应器(4)切向出气结构使得烟气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，由于旋流的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，旋转流的切向有限，颗粒运动到器壁的时间足大于脱硫剂的反应时 间。
本发明通过提供一种脱硫塔的二次风切向进气喷嘴(11)，其目的是切向引入高速气流。二次风的喷入使得脱硫塔内气流的旋转速度增加，强化脱硫塔内的旋转离心力流场，实现烟气与脱硫吸收剂的气固分离过程。同时向下的轴向速度携带被分离的脱硫吸收剂颗粒下行，进入到脱硫塔下部的积尘室，减少了脱硫吸收剂颗粒在脱硫塔内的返混。
本发明通过提供一种在文丘里管(2)中部设置吸收剂进料口(3)，使脱硫吸收剂颗粒被抽吸进入循环脱硫反应器(4)，维持脱硫塔内颗粒的循环倍率，保证脱硫吸收剂颗粒的停留时间，提高脱硫吸收剂的利用率。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细地说明。
图1是循环旋流床脱硫塔的结构图。
图2是二次风分配器。
附图说明
图3是二次风喷嘴。
图1是循环旋流床脱硫塔的结构图。在使用本发明一种半干法循环旋流床脱硫塔，烟气从烟气进气管(1)，经文丘里管(2)进入循环脱硫反应器(4)。由于文丘里管(2)的抽吸作用，积尘室的吸收剂颗粒被抽进循环脱硫反应器(4)。在循环脱硫反应器(4)出口设置有导向叶片(6)，当烟气流出后形成旋转，使得循环流化床脱硫塔内形成强旋转流场。新鲜脱硫吸收剂由位于脱硫塔底部中心位置的循环脱硫反应器(4)中心的脱硫吸收剂出口管(13)喷出，射向分布器(7)，同时设置螺旋叶片(14)形成旋转出料，与烟气的旋向相同。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。
脱硫塔内部在旋转流的作用下，形成强烈的旋转流，构成三维速度场，气流的剪切力和湍流强度提高，保证烟气与脱硫剂之间充分接触和混合。由于旋转流的作用，脱硫剂颗粒之间相互碰撞和摩擦，脱硫剂颗粒在器壁表面浓缩旋转，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，充分利用了脱硫剂，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。
具体实施方式
在脱硫塔的顶部设置二次风分配器(12)，二次风通过二次风喷嘴(11)切向进入脱硫塔(10)，旋向与来自循环脱硫反应器(4)的旋转气流一致。二次风流量由设置在二次风管(8)上的二次风流量控制阀(5)进行调节。由于二次风的入口速度比较高，使顶部的旋转气流的强度显著提高，具有很强的离心分离功能，将脱硫吸收剂颗粒与烟气分离，经过4～6s的反应时间后到达器壁，脱硫吸收剂颗粒沿器壁下行。由于脱硫塔中部上行轴向速度是比较大的，夹带颗粒上行，可以避免颗粒的沉降。而器壁附近的轴向速度向下，输送颗粒进入到脱硫塔底部的积尘室。脱硫后的烟气从位于脱硫塔(10)顶部的烟气出口管(9)流出。
在积尘室内，中心部分是文丘里管(2)，在文丘里管上开吸收剂进料口(3)。由于文丘里管内部气流的抽吸作用，使积尘室的吸收剂颗粒卷吸进入文丘里管，通过文丘里管流向循环脱硫反应器(4)，再次进入脱硫塔循环使用，从而维持吸收剂的循环。同时在循环脱硫反应器(4)内烟气与脱硫吸收剂进行烟气脱硫反应过程。
积尘室设置脱硫剂排料口(16)，根据吸收剂的供给量以及除尘分离效率，按比例排出吸收剂，送到灰仓待外运。
本发明一种半干法循环旋流床脱硫塔，其理论基础是采用非均匀浓度分布的反应模式，改变以往脱硫塔的均匀浓度的反应模式，通过在脱硫塔底部设置循环脱硫反应器，在脱硫塔顶部设置二次风进气，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，脱硫剂颗粒浓度分布不均匀，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。同时旋转流的离心作用，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，可以有效的防止粘壁现象发生。
3.由于二次风的强化旋流作用，具有分离吸收剂的功能，可以取消常规循环流化床脱硫工艺的外置旋风分离器使设备结构紧凑、合理、便于安装和维护。
Claims (3)
1.一种半干法循环旋流床脱硫塔，包括烟气进气管(1)，文丘里管(2)，吸收剂进料口(3)，循环脱硫反应器(4)，二次风流量控制阀(5)，导向叶片(6)，分布器(7)，二次风管(8)，烟气出口管(9)，脱硫塔(10)，二次风喷嘴(11)，二次风分配器(12)，脱硫吸收剂出口管(13)，螺旋叶片(14)，脱硫吸收剂入口管(15)，脱硫剂排料口(16)，其特征在于：烟气进气管(1)与文丘里管(2)连接，文丘里管(2)与循环脱硫反应器(4)连接，循环脱硫反应器(4)中部设置连接脱硫吸收剂入口管(15)，脱硫吸收剂入口管(15)出口安装螺旋叶片(14)，循环脱硫反应器(4)与脱硫吸收剂入口管(15)环形之间设置导向叶片(6)，循环脱硫反应器(4)出口设置分布器(7)，循环脱硫反应器(4)设置在脱硫塔(10)的底部，脱硫塔(10)的顶部设置二次风分配器(12)，二次风分配器(12)内部设置二次风喷嘴(11)，二次风喷嘴(11)以切向方式安装在脱硫塔(10)的顶部，二次风管(8)入口连接烟气进气管(1)，二次风管(8)出口连接二次风分配器(12)，二次风管(8)管道上安装二次风流量控制阀(5)，吸收剂进料口(3)设置在文丘里管(2)中部，脱硫剂排料口(16)设置在脱硫塔(10)的下部，烟气出口管(9)位于脱硫塔(10)的顶部。
2.根据权利要求1所述的半干法循环旋流床脱硫塔，其特征在于：所述的循环脱硫反应器(4)位于脱硫塔底部中心位置，循环脱硫反应器(4)下部连接文丘里管(2)，二次风分配器(12)安装在脱硫塔(10)顶部。
3.根据权利要求1所述的半干法循环旋流床脱硫塔，其特征在于：所述的二次风分配器(12)内部设置多个二次风喷嘴(11)，二次风喷嘴(11)以切向方式安装在脱硫塔(10)的顶部。
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