一種反應集成雙循環流化床煙氣脫硫方法
2023-07-25 13:32:01 2
專利名稱：一種反應集成雙循環流化床煙氣脫硫方法
技術領域：
本發明涉及一種煙氣脫硫技術，該技術是廣泛應用於燃煤火力發電廠和垃圾發電廠尾氣汙染物二氧化硫的排放控制過程的技術之一，尤其適合於現有中小機組的脫硫技術改造工程。
二氧化硫是造成溫室效應、酸雨等環境汙染問題的主要汙染物之一。由於在我國的能源結構中，長期以來燃煤一直佔70％以上，在可預見的將來，我國以煤為主要能源的能源結構不會得到根本改變，煤炭的大量燃用產生大量的二氧化硫等汙染物，目前，我國二氧化硫年排放量已位居世界首位，嚴重影響我國國民經濟的可持續發展，並且使我國政府面臨很大的國際壓力。為實現我國國民經濟的可持續發展，改善我國的環境狀況和人民的生存環境，我國已開始進行大規模的環境治理工作，在煙氣脫硫方面對世界範圍內的成功技術進行了全面的開發、引進和示範工程建設。
煙氣脫硫分為溼法、半乾法、和幹法脫硫，本發明涉及的技術是半乾法煙氣脫硫技術的一種，該技術的基本原理為循環流化床技術的原理，目前在世界範圍內應用循環流化床原理的脫硫技術有3～4種，循環流化床煙氣脫硫技術的共同優點是投資較少，佔地面積小，系統操作簡單，脫硫效率較高等，但是各種循環流化床脫硫技術均有不同的適用情況和限制條件。
如(1)丹麥史密斯·繆勒公司(FLS.miljo)的氣體懸浮吸收技術(GasSuspension Absorber)，該技術以石灰漿為脫硫劑，這就帶來以下幾個問題①需要較為複雜的製漿系統，佔用較大的面積；②脫硫劑以漿液形式噴入，需用特殊形式耐磨噴嘴，且噴漿系統容易發生堵塞，影響系統的正常運行；③噴漿的漿液濃度有一定限制，當煤含硫量高，需加入較多脫硫劑時，該系統將無法使用。
(2)德國魯奇比肖夫公司(Lurgi)的循環流化床煙氣脫硫技術(The Lurgdrygas desul-furization Crculating Fluid Bed(CFB)process)，該技術使用的脫硫劑可以有兩種來源，一種是在鍋爐尾部噴入石灰石，經高溫煅燒後生成石灰，隨煙氣一起進入本系統的反應器；另一種是外購石灰直接加入循環系統中，該技術存在以下問題①若採用石灰石噴入法加脫硫劑，對鍋爐的傳熱有影響，因而影響鍋爐的效率，並易於在鍋爐受熱面和管道等處產生磨損、集會灰等問題；②由於高濃度的粉塵直接進入最終除塵器會影響排放指標，因此需要對除塵器的入口、出口、灰鬥等處進行較大工作量的改造工作，大幅度增加改造投資。
(3)瑞典阿爾斯通電力公司(Alstom Power)循環流化床煙氣脫硫技術(NIDThe Novel Integrated desulfurization)，該技術採用了特殊的消化器和調溼機，在製造和運行兩方面均要求很高，同時由於高濃度的粉塵直接進入最終除塵器會影響排放指標，因此需要對除塵器的入口、出口、灰鬥等處進行較大工作量的改造工作，大幅度增加改造投資。
本發明的目的就在於針對各種現有技術在實際應用中存在的限制條件而提出一種適用性更強，應用範圍更廣的循環流化床煙氣脫硫技術。
本發明提供了一種反應集成雙循環流化床煙氣脫硫方法，以鈣鹽為脫硫劑，採用循環流化床技術，其特徵在於基本過程如下1)電站鍋爐尾部來的煙氣經文丘裡管從底部進入反應器，煙氣的溫度120～180℃，含硫量200～10000mg/m3；2)減溫增溼水在文丘裡管喉部用霧化噴嘴沿煙氣方向噴入反應器，水的加入量控制在使反應器的溫度在65～80℃；3)脫硫劑和循環粉狀物料在文丘裡管出口處加入到反應器，脫硫劑的加入量控制在鈣硫摩爾比1.0～1.5；4)在反應器底部氣、液、固三相的物料迅速充分混合後，並流向上流動，同時進行脫硫反應，反應器床料濃度控制在500～3000g/m3；5)反應後煙氣經反應器出口處的內分離結構初步分離，反應過程中產生的較大顆粒的物料粒子返回反應器內部，初步分離後的煙氣離開反應器進入外分離裝置，反應器內分離循環物料的分離效率要求達到50～60％；6)初步分離後的煙氣經過外分離裝置分離，幹狀物料經循環裝置返回反應器底部的文丘裡管出口繼續反應，不含酸性物質的乾淨煙氣則進入原有的煙氣除塵系統，外分離系統循環物料的分離效率要求達到96～98％，此時煙氣的溫度65～80℃，含硫量20～2000mg/m3；本發明所述反應集成雙循環流化床煙氣脫硫方法中，所用脫硫劑最好為氧化鈣或氫氧化鈣。
本發明還提供了一種專門用於上述方法的反應集成雙循環流化床煙氣脫硫系統，其特徵在於該系統由脫硫劑加入裝置(1)、噴水降溫裝置(2)、帶有內分離結構(9)的反應器(3)、粉狀物料外分離裝置(4)、粉狀物料循環裝置(5)構成；反應器(3)、外分離裝置(4)、循環裝置(5)首尾循環相接，噴水降溫裝置(2)接反應器(3)前端文丘裡管喉部，脫硫劑加入裝置(1)和循環裝置(5)接反應器(3)前端文丘裡管出口處。
本發明反應集成雙循環流化床煙氣脫硫系統中，所述反應器(3)內分離結構可以是，按照工藝要求在反應器出口處常規設計的慣性分離器結構。
本發明反應集成雙循環流化床煙氣脫硫系統中，所述外分離系統(4)最好採用造價低廉的旋風分離器。
本發明反應集成雙循環流化床煙氣脫硫方法，可以廣泛用於含硫量不大於4％的燃煤電站鍋爐的煙氣處理。
本發明具有下述優點(1)脫硫劑以乾粉形式加入，無需製漿，簡化了流程，避免系統在運行中出現的結垢和堵塞問題；(2)採用噴水降溫方式調整反應溫度，以擴大本技術對不同煤種含硫量變化的適應性，尤其適合於燃用較高含硫量煤種的鍋爐的煙氣處理。
(3)反應器內設置內循環結構，使反應過程中產生的較大顆粒的物料粒子得到初步分離，返回反應器內部，強化了反應器內的傳熱和傳質過程，延長了脫硫劑在反應器內停留時間，使脫硫劑進一步完成脫硫反應，並減輕後續粉狀物料分離設備的分離負荷。
(4)採用單獨的較為廉價的粉狀物料分離設備，以使本系統出口粉塵濃度達到原有裝置的濃度，減少系統改造的工作量，減少改造投資。
(5)將脫硫劑的增溼、消化及其與煙氣中的二氧化硫等酸性氣體反應集中在反應器底部，簡化流程，減少佔地。
總之，本發明系統簡單、操作穩定性好、脫硫劑適應性強、脫硫效率高，可達到80％以上，並且可同時脫除煙氣中的氟化氫、氯化氫等酸性氣體。
下面通過實施例詳述本發明。
附
圖1為本發明設備連接示意。
本發明實施例均採用附圖1所示的設備連接，具體流程敘述如下電站鍋爐尾部來的煙氣進入反應器(3)底部，經文丘裡管使氣流分布均勻；減溫增溼水通過噴水降溫裝置(2)在文丘裡管喉部噴入；脫硫劑和循環粉狀物料通過脫硫劑加入裝置(1)和循環裝置(5)在文丘裡管出口加入；上述氣、液、固三相的物料迅速充分混合後，並流向上流動，同時進行脫硫反應，經過數秒的反應後到達反應器(3)出口，在反應器(3)出口處設置擋板狀內分離結構(9)，以使反應過程中產生的較大顆粒的物料粒子得到初步分離，返回反應器(3)內部；初步分離後的煙氣離開反應器(3)後進入專用粉狀物料分離裝置(4)——旋風分離器，分離後的幹狀物料經循環裝置(5)定量返回反應器(3)繼續反應以提高脫硫劑的利用率和脫硫效率，部分反應生成物經外排裝置外排，分離後的煙氣則進入原有的煙氣除塵系統。
實施例1某電站鍋爐排放煙氣17萬立方米/小時，煙氣中含硫2000mg/Nm3，反應器設計直徑為3.8m，內分離採用槽形分離器，採用單塔雙外分離器的結構，外分離器採用普通旋風分離器，直徑為3.3m，採用普通熟石灰粉作為脫硫劑，細度150～300目，採用的鈣硫摩爾比為1.2。具體流程為自電站鍋爐尾部來的煙氣進入反應器(3)底部，經文丘裡管使氣流分布均勻；減溫增溼水通過噴水降溫裝置(2)在文丘裡管喉部噴入；脫硫劑和循環粉狀物料通過脫硫劑加入裝置和循環裝置在文丘裡管出口加入；上述氣、液、固三相的物料迅速充分混合後，並流向上流動，同時進行脫硫反應，經過數秒的反應後到達反應器出口，在反應器出口處設置擋板狀內分離結構，以使反應過程中產生的較大顆粒的物料粒子得到初步分離，返回反應器內部；初步分離後的煙氣離開反應器後分別進入兩個專用粉狀物料分離裝置—旋風分離器，分離後的幹狀物料經循環裝置定量返回反應器繼續反應以提高脫硫劑的利用率和脫硫效率，部分反應產物經外排裝置外排，分離後的煙氣則進入原有的煙氣除塵系統。該系統的設計脫硫效率為85％。
實施例2某電站鍋爐排放煙氣48.5萬立方米/小時，煙氣中含硫6000mg/Nm3，反應器設計直徑為5m，內分離採用槽形分離器，採用單塔雙外分離器的結構，外分離器採用普通旋風分離器，直徑為4.8m，設兩套並聯的反應系統，最終主要設備為兩臺反應器，四臺外分離器，採用普通熟石灰粉作為脫硫劑，細度150～300目，採用的鈣硫摩爾比為1.4。具體流程為自電站鍋爐尾部來的煙氣進入反應器(3)底部，經文丘裡管使氣流分布均勻；減溫增溼水通過噴水降溫裝置(2)在文丘裡管喉部噴入；脫硫劑和循環粉狀物料通過脫硫劑加入裝置和循環裝置在文丘裡管出口加入；上述氣、液、固三相的物料迅速充分混合後，並流向上流動，同時進行脫硫反應，經過數秒的反應後到達反應器出口，在反應器出口處設置擋板狀內分離結構，以使反應過程中產生的較大顆粒的物料粒子得到初步分離，返回反應器內部；初步分離後的煙氣離開反應器後分別進入兩個專用粉狀物料分離裝置—旋風分離器，分離後的幹狀物料經循環裝置定量返回反應器繼續反應以提高脫硫劑的利用率和脫硫效率，部分反應產物經外排裝置外排，分離後的煙氣則進入原有的煙氣除塵系統。該系統的設計脫硫效率為90％。
權利要求
1.一種反應集成雙循環流化床煙氣脫硫方法，以鈣鹽為脫硫劑，採用循環流化床技術，其特徵在於基本過程如下1)電站鍋爐尾部來的煙氣經文丘裡管從底部進入反應器，煙氣的溫度120～180℃，含硫量100～10000mg/m3；2)減溫增溼水在文丘裡管喉部用霧化噴嘴沿煙氣方向噴入反應器，水的加入量控制在使反應器的溫度在65～80℃；3)脫硫劑和循環粉狀物料在文丘裡管出口處加入到反應器，脫硫劑的加入量控制在鈣硫摩爾比1.0～1.5；4)在反應器底部氣、液、固三相的物料迅速充分混合後，並流向上流動，同時進行脫硫反應，反應器床料濃度控制在500～3000g/Nm3；5)反應後煙氣經反應器出口處的內分離結構初步分離，反應過程中產生的較大顆粒的物料粒子返回反應器內部，初步分離後的煙氣離開反應器進入外分離裝置，反應器內分離循環物料的分離效率要求達到50～60％；6)初步分離後的煙氣經過外分離裝置分離，幹狀物料經循環裝置返回反應器底部的文丘裡管出口繼續反應，不含酸性物質的乾淨煙氣則進入原有的煙氣除塵系統，外分離系統循環物料的分離效率要求達到96～98％，此時煙氣的溫度65～80℃，含硫量200～2000mg/Nm3。
2.按權利要求1所述反應集成雙循環流化床煙氣脫硫方法，其特徵在於所述脫硫劑為氧化鈣或氫氧化鈣。
3.一種專門用於權利要求1所述方法的反應集成雙循環流化床煙氣脫硫系統，其特徵在於該系統由脫硫劑加入裝置(1)、噴水降溫裝置(2)、帶有內分離結構(31)的反應器(3)、粉狀物料外分離裝置(4)、粉狀物料循環裝置(5)構成；反應器(3)、外分離裝置(4)、循環裝置(5)首尾循環相接，噴水降溫裝置(2)接反應器(3)前端文丘裡管喉部，脫硫劑加入裝置(1)和循環裝置(5)接反應器(3)前端文丘裡管出口處。
4.按權利要求3所述反應集成雙循環流化床煙氣脫硫系統，其特徵在於所述反應器(3)內分離結構為反應器出口處設計的慣性分離器結構。
5.按權利要求3所述反應集成雙循環流化床煙氣脫硫系統，其特徵在於所述外分離系統(4)採用旋風分離器。
6.權利要求1所述反應集成雙循環流化床煙氣脫硫方法，用於含硫量不大於4％的燃煤電站鍋爐的煙氣處理。
全文摘要
一種反應集成雙循環流化床煙氣脫硫方法，煙氣經文丘裡管從底部進入反應器，水在文丘裡管喉部用霧化噴嘴沿煙氣方向噴入反應器，脫硫劑和循環粉狀物料在文丘裡管出口處加入到反應器，在反應器底部氣、液、固三相的物料迅速充分混合後，並流向上進行脫硫反應，反應後煙氣經反應器出口處的內分離結構初步分離，初步分離後的煙氣經過外分離裝置分離，幹狀物料經循環裝置返回反應器底部的文丘裡管出口繼續反應，不含酸性物質的乾淨煙氣則進入原有的煙氣除塵系統，
文檔編號B01D53/83GK1393284SQ0111412
公開日2003年1月29日 申請日期2001年6月22日 優先權日2001年6月22日
發明者李振中, 李辰飛, 馮兆興, 程雲馳, 韓旭, 馬力, 劉剛, 劉曉東, 於遂影, 王志強, 馮廣偉, 張悅 申請人:國家電站燃燒工程技術研究中心, 遼寧省燃燒工程技術中心, 遼寧東電燃燒設備有限公司, 遼寧科林環保工程有限責任公司