燃煤鍋爐煙氣脫硫方法及裝置的製作方法
2023-05-18 04:03:41
專利名稱：燃煤鍋爐煙氣脫硫方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃煤鍋爐煙氣脫硫方法及裝置，屬於環境治理方法領域，適用於燃煤鍋爐煙氣脫硫。
背景技術：
SO2是一種全球性的大氣汙染物，其危害主要為形成酸雨。另外，環境中的SO2可致使兒童免疫力功能下降，民眾呼吸道、眼部患病率增加等。SO2排放源主要有燃煤火電廠、中小燃煤工業鍋爐和其它工業和民用設施。其中，中小燃煤工業鍋爐一般可佔SO2排放總量的30％。因此，燃煤工業鍋爐煙氣脫硫成套技術的開發應用十分重要。
目前，燃煤鍋爐煙氣脫硫主要採用的工藝有幹法和溼法兩大類，其中溼法鍋爐煙氣脫硫工藝有石灰石—石膏法、海水法、溼式氨法、雙鹼法及鎂法煙氣脫硫工藝等；乾式煙氣脫硫技術主要有噴霧乾燥法、爐內噴鈣法、循環流化床幹法及荷電乾式吸收劑噴射脫硫技術等。上述工藝均需要鹼劑製備、製漿、輸送、產物幹化、廢水處理及產物儲運等環節，具有工藝流程長、設備臺(套)數量多、佔地大、投資大、運行費用高及產渣量大等缺點。以石灰石—石膏法為例，其流程包括石灰石存儲、破碎、磨粉、篩分、製漿、噴淋吸收、石膏分離、幹化、儲運及廢水處理等環節，涉及設備數量很多，設備規模很大，其設備投資費用和運轉費用均很高。石灰石-石膏法中因為石灰石的溶解能力很低，有時需加入一些添加劑，如US5630991提出在以石灰石為吸收劑的煙氣脫硫系統中添加500～7500ppm的銨離子，來提高石灰石的溶解速率，US5693301提出一種含有添加弱有機酸的石灰或石灰石層煙氣脫硫系統等。但這些方法並沒有解決石灰石—石膏法的上述不足，還增加了運行成本。
《遼寧城鄉環境科技》第23卷第4期45～47頁所介紹的「用鍋爐衝渣水為水源的溫式除塵器脫硫」，在衝渣油水中加入乙炔渣等鹼性物質，採用文丘裡管-麻石除塵器，在除塵的同時達到脫硫效果。《汙染防治技術》第12卷第1期61～62頁介紹的「燃煤鍋爐煙氣除塵系統改造」，採用文丘裡麻石除塵器進行除塵脫硫，水源為新鮮水，除塵後的水與進入衝渣池，衝渣水循環使用。《安全與環境工程》第11卷第3期第4～6頁介紹了一種燃煤熱力電廠除塵系統，將衝渣水去文丘裡麻石水膜除塵，除塵水去衝渣。《潔淨煤技術》1997年第4期「水力衝渣溼法除塵和灰水分離器的應用」中介紹將除塵水與衝渣水混合，循環水分兩路，一路去除塵，一路去衝渣。上述中小型燃煤鍋爐煙氣淨化中採用的水膜除塵器，在達到除塵的同時，通過在液相中添加鹼性物質，同時達到一定的脫硫效果。但水膜除塵器氣液接觸時間很短，其脫硫效果受到限制，並且除塵水與衝渣水採用兩路循環系統，設備較多，壓降較大，投資和運轉費用較高。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供一種燃煤鍋爐煙氣脫硫方法及裝置。該燃煤鍋爐煙氣脫硫裝置工藝簡單、設備數量少、佔地面積小、運行成本低廉。
本發明燃煤鍋爐煙氣脫硫方法包括以下過程，煙氣從下部進入噴淋塔，噴淋液從上部進入噴淋塔，噴淋液為鍋爐衝灰渣水，淨化後的煙氣從噴淋塔頂部排放。噴淋塔排出的液相進入裝有塊狀鹼性物質的中和設備，鹼性物質與吸收了SO2的噴淋塔排出液進行中和反應，中和設備排出的物流進入灰渣池中，灰渣池分離出的衝灰渣水進作為噴淋塔的水源，灰渣排出。
中和設備排出的物流可以直接用於輸送鍋爐灰渣，也可以直接進入灰渣池與衝灰渣水混合，優選直接用於輸送鍋爐灰渣。中和設備中裝填的塊狀鹼性物質可以是塊狀石灰石、塊狀菱鎂石等一種或幾種。塊狀鹼性物質的形狀任意，一般粉碎過程得到的物料即可，一般投料時塊狀鹼性物質的當量直徑為0.1～20cm，優選為0.5～10cm，可以採用均勻直徑物料，也可以採用不同直徑物料。
為實現上述工藝過程，本發明設置噴淋塔和中和設備，並組合了燃煤鍋爐機組原有的衝灰渣槽、灰渣池、循環泵、清渣鏟、引風機、多管旋風除塵器等主要設備，構成本發明的燃煤鍋爐煙氣脫硫裝置。設備的組合按流程順序設置，引風機將多管旋風除塵器出來的煙氣輸送至噴淋塔，循環泵將沉降後的衝灰渣水輸送至噴淋塔，噴淋塔排出液體進入中和設備，中和設備排出物料引入衝灰渣槽或灰渣池。灰渣和衝灰渣水在灰渣池中固液分離，灰渣排出，衝灰渣水循環使用。
噴淋塔由塔體、煙氣入口、填料層、除霧器、煙氣出口、底盤、檢修人孔及逆向噴淋器構成，逆向噴淋器設置在填料層之上，可以設置1～5級。中和設備上部設置液體入口，下部設置出口，內部設置塊狀鹼性物質，由於鹼性物質隨著使用而消耗，因此在上部設置物料填加口，定期及時補充。中和設備具有可以採用以下三種形式溢流式中和罐、中和濾床及中和反應移動床。可根據衝灰渣水酸性強弱、水量大小及場地空間位置進行選用；裝填的塊狀鹼性礦石為石灰石或菱鎂礦石，作為中和反應物質。本發明裝置可以採用氣動閥和電磁閥及自動儀表等控制設備，實現裝置運行自動化。
本發明是這樣實現的，在噴淋塔內衝灰渣水完成SO2溶解及部分中和過程，流出噴淋塔進入中和設備，中和設備內裝填塊狀石灰石或菱鎂礦石，SO2與之發生中和反應，同時液滴衝刷、剝離反應生成物；流入灰渣池，完成固液分離，衝灰渣水復用，同時可以利用灰渣中的鹼性物質。
本發明方法及裝置的主要優點在於可以使用塊狀鹼性物質(塊狀石灰石等)為煙氣中SO2的中和物質，煙氣中SO2通過預先溶解在衝灰渣水中，溶解了SO2後的衝灰渣水再與塊狀鹼生物質發生中和反應。而現有技術中採用石灰石漿液，需大量設備將塊狀石灰石粉碎、磨粉、篩分、製漿、保持漿液不沉澱，大大增加了設備投資和運行成本。本發明方法通過直接使用塊狀石灰石等鹼性物質，即實現了酸性物質的中和，又大大減少了設備和運行費用。將中和設備排出物流直接用於輸送鍋爐灰渣具有較強的實用性，因為衝灰渣是敞開系統，或半敞開系統，主要利用衝灰渣水的流量，不需要高的壓頭。為了達到一定的脫硫效果，噴淋塔需要一定的液氣比，由於煙氣的量較大，因此噴淋塔的噴淋水量較大，排出水的流量可以滿足衝灰渣的需要。採用噴淋排出水衝灰渣，可以將現有的兩套循環水系統(一套噴淋循環系統，一套衝灰渣循環系統)簡化為一套循環水系統，在不影響運行效果的同時，減少了設備數量和佔地面積，降低了投資和運轉費用。中和設備通過設置流體通道、反衝構件、鹼性物質移動化處理等方式，使中和產生的低溶解度物質不能賭塞中和設備，可以長期穩定運轉。本發明工藝過程合理，具有設備數量少、運行成本低廉、動力消耗小、操作方便、自動化程度高、佔地面積少等特點，適用於燃煤鍋爐煙氣脫硫的要求。
圖1為本發明的工藝流程示意圖。
圖2為本發明的一種工業試驗裝置工藝流程示意圖。
圖3為本發明的一種溢流式中和罐示意圖。
圖4為本發明的一種中和濾床示意圖。
圖5為本發明的一種中和反應移動床示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明做進一步詳述。本發明的脫硫工藝過程由SO2溶解-SO2與鹼性礦石進行中和反應—灰渣池內固液分離等主要工藝過程構成。如圖1所示，本發明設置噴淋塔1、中和設備5，並組合了燃煤鍋爐機組原有的衝灰渣槽2、灰渣池3、循環泵4、清渣鏟8、引風機9、多管旋風除塵器6等主要設備及多路管線，構成本發明的燃煤鍋爐煙氣脫硫裝置。
噴淋塔由塔體、下部煙氣入口、填料層、除霧器、頂部煙氣出口、底盤、檢修人孔及逆向噴淋器構成。其中煙氣入口在塔體下部，煙氣出口位於塔體上部，逆向噴淋器位於噴淋塔的上部；噴淋器為兩級，由吸收液主管、柵狀分布管及若干個噴嘴組成。該噴淋塔可以設置1～5層噴淋器，每層噴淋可以採用不同品種、規格和數量的噴嘴，並在吸收液入口處設置了流量調節閥，可使每層噴淋器產生不同液滴直徑、噴淋強度的工況。噴淋塔的操作液氣比一般為3～20L/Nm3，優選為5～10L/Nm3。煙氣進入噴淋塔的溫度一般為100～200℃。SO2的脫除率一般為60％～95％，除塵率一般為60％～95％。可以滿足排放要求。
本發明中和設備可以採用以下三種形式溢流式中和罐、中和濾床及中和反應移動床。可根據衝灰渣水酸性強弱、水量大小及場地空間位置進行選用。液體在中和設備中的停留時間5～20min。
如圖3所示，溢流式中和罐包括筒體、噴淋管、噴頭、上下封頭、塊狀礦石填料、格柵填料支撐組件、不鏽鋼篩網製成的降液管、進水口及出水口等構件；裝填的塊狀鹼性礦石為石灰石或菱鎂礦石；噴淋管設在塊狀礦石填料之上，進水口設置在中和罐上部，出水口設置在中和罐下部；降液管採用不鏽鋼篩網製成，設置在罐體邊緣或中心部位；格柵填料支撐組件設置在筒體下部，用於支撐塊狀礦石，格柵填料支撐組件由不鏽鋼板製成格柵，上表面鋪設若干目數的篩網。此種中和設備可以用於煙氣中SO2含量較低，或脫硫要求不高的工況。
如圖4所示，中和濾床包括筒體、噴淋管、噴頭、上下封頭、塊狀礦石填料、格柵填料支撐組件、反衝洗管束、進水口及出水口等構件；反衝洗管束分散在塊狀礦石填料中，進水口設置在中和罐上部，出水口設置在中和罐下部。填料為塊狀礦石，其規格與溢流式中和罐相同。此種中和設備可以用於煙氣中SO2含量中等，或脫硫要求中等的工況。
如圖5所示，中和反應移動床由螺旋型反應床和提升機兩部分構成。螺旋型反應床包括外筒體、內筒體、進料口、出料口、螺旋型反應床及底座等構件。螺旋型反應床設置在外筒體和內筒體之間，成U型槽狀，由底板及內、外、底三面襯板構成，襯板材料為鑄鐵、鋼板、石板、鑄石板或陶瓷板，優選灰綠巖鑄石板；螺旋型反應床每層間呈固定落差或不等距落差；底板徑向與水平線夾角為1°～45°，外沿上翹。進料口設置在螺旋型反應床頂部，包括進液口和循環固體進口。提升機包括水箱、從動輪、出水口、提升鬥、鏈條、主動輪、電動機、減速機及機架等構件。提升鬥呈長條U型、矩形、方形或其它幾何形狀，提升鬥開設若干小孔，或用若干目數、若干層數的不鏽鋼篩網製成；提升鬥兩端各設置兩個軸耳，並與鏈條相連；提升鬥的間距200mm～600mm，優選300mm。水箱與螺旋型反應床外筒體焊接在一起，兩者間為密封焊，水箱底部設置排水口。提升機與螺旋型反應床共用一個底盤，構成一體設備。中和反應移動床可以是敞開設備，也可以是封閉設備，最好為封閉設備。可以採用氣動閥和電磁閥及自動儀表等控制設備，實現裝置運行自動化。液體在中和設備中的停留時間5～20min。此種中和設備可以用於煙氣中SO2含量較高，或脫硫要求較高的工況。
工作時，待處理的燃煤鍋爐煙氣在引風機5的驅動下，經多管旋風除塵器6除塵後，從設置在噴淋塔1下部的煙氣入口輸入噴淋塔內；衝灰渣水由循環泵4(4A、4B)自灰渣池內輸送到噴淋塔，噴淋塔上部設置了上、下兩層噴淋器，兩層噴淋採用了不同品種、規格和數量的噴嘴，並在吸收液入口處設置了流量調節閥，可使每層噴淋器產生不同液滴直徑、噴淋強度的淋洗工況，與含SO2煙氣形成逆向洗滌，實現SO2在衝灰渣水內的溶解，淨化後的煙氣，經設置在噴淋塔上部煙氣出口流入煙囪7，排入大氣；溶解了SO2的衝灰渣水，流出噴淋塔。中和反應設備9採用溢流式中和罐時，衝灰渣水通過中和罐的噴淋系統噴灑在鹼性礦石填料層上，與鹼性礦石發生中和反應，液滴可以衝刷礦石與SO2的反應生成物，剝離並夾帶反應產物從降液管流出中和罐。中和反應設備採用中和濾床時，衝灰渣水通過中和濾床的噴淋系統噴灑在鹼性礦石填料層上，與鹼性礦石發生中和反應，液滴可以衝刷礦石與SO2的反應生成物，剝離並夾帶反應產物從床層間隙流落至罐底，經出水口流出中和濾床，床層發生堵塞時利用反衝洗管束進行衝洗。中和反應設備採用中和反應移動床時，衝灰渣水從進液口流進螺旋型反應床，在中和反應移動床頂部投加塊狀鹼性礦石物質，優選石灰石或菱鎂礦石；塊狀鹼性物質在螺旋型反應床上被水力衝動及在重力作用下，沿著呈螺旋形狀的螺旋型反應床與衝灰渣水一起流(滾)動，在此過程中，鹼性礦石物質與衝灰渣水發生中和反應，並有鹽類或亞酸鹽產物生成；鹼性礦石在運動過程中相互摩擦、碰撞，剝離、去除反應產物，生成物與液相形成漿液；鹼性礦石與衝灰渣水及生成物滾落至螺旋型反應床出口，並墜落到提升機的提升鬥裡，酸性水完成中和反應後，與生成物形成的漿液漏到水箱裡，從出料口流至灰渣槽，塊狀鹼性物質被提升到螺旋型反應床頂部，倒進螺旋型反應床入口中，循環使用。
中和設備與灰渣槽亦存在位差，中和後的衝灰渣水自流至灰渣槽2，將鍋爐排進灰渣槽的灰渣衝送至灰渣池3；在灰渣池內進行固液分離，設置在灰渣池上方的灰渣鏟8將灰渣及中和反應產物剷出灰渣池，輸送到建築、道路等工地使用，衝灰渣水由循環泵輸送至噴淋塔進行循環使用。
實施例1～5按圖2流程。煙氣入口溫度為170℃。操作條件及結果見表1。
塊狀鹼性物質當量直徑為與該塊狀鹼性物質體積相等的球形的直徑。其中百分比為質量百分比。
表1實施例操作條件及結果
權利要求
1.一種燃煤鍋爐煙氣脫硫方法，包括以下過程，煙氣從下部進入噴淋塔，噴淋液從上部進入噴淋塔，噴淋液為鍋爐衝灰渣水，淨化後的煙氣從噴淋塔頂部排放；其特徵在於噴淋塔排出的液相進入裝有塊狀鹼性物質的中和設備，鹼性物質與吸收了SO2的噴淋塔排出液進行中和反應，中和設備排出的物流進入灰渣池中，灰渣池分離出的衝灰渣水作為噴淋塔的水源，灰渣排出。
2.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的中和設備排出的物流直接用於輸送鍋爐灰渣，或直接進入灰渣池與衝灰渣水混合。
3.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的中和設備中裝填的塊狀鹼性物質是塊狀石灰石、塊狀菱鎂石等一種或幾種。
4.按照權利要求1或3所述的方法，其特徵在於所述的塊狀鹼性物質的形狀任意，投料時塊狀鹼性物質的當量直徑為0.1～20cm，採用均勻直徑物料，或採用不同直徑物料。
5.按照權利要求4所述的方法，其特徵在於所述的投料時塊狀鹼性物質的當量直徑為0.5～10cm。
6.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於噴淋塔的操作液氣比為3～20L/Nm3。
7.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於噴淋塔的操作液氣比為5～10L/Nm3。
8.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於液體在中和設備中的停留時間為5～20min。
9.一種權利要求1所述燃煤鍋爐煙氣脫硫方法所用的裝置，包括噴淋塔和中和設備，以及衝灰渣槽、灰渣池、循環泵、清渣鏟、引風機和多管旋風除塵器；設備的組合按流程順序設置，引風機將多管旋風除塵器出來的煙氣輸送至噴淋塔，循環泵將沉降後的衝灰渣水輸送至噴淋塔，噴淋塔排出液體進入中和設備，中和設備排出物料引入衝灰渣槽或灰渣池，灰渣和衝灰渣水在灰渣池中固液分離，灰渣排出，衝灰渣水循環使用。
10.按照權利要求9所述的裝置，其特徵在於所述的噴淋塔由塔體、下部煙氣入口、塔內填料層、除霧器、頂部煙氣出口、底盤、檢修人孔及逆向噴淋器構成，逆向噴淋器設置在填料層之上，設置1～5級。
11.按照權利要求9所述的裝置，其特徵在於所述的中和設備上部設置液體入口，下部設置出口，內部設置塊狀鹼性物質，上部設置鹼性物質添加口。
12.按照權利要求11所述的裝置，其特徵在於所述的中和設備為溢流式中和罐，包括罐筒體、噴淋管、噴頭、上下封頭、塊狀礦石填料、格柵填料支撐組件、不鏽鋼篩網製成的降液管、進水口及出水口；噴淋管設在塊狀礦石填料之上，降液管採用不鏽鋼篩網製成，設置在罐體邊緣或中心部位；格柵填料支撐組件設置在筒體下部，用於支撐塊狀礦石。
13.按照權利要求11所述的裝置，其特徵在於所述的中和設備為中和濾床，包括筒體、噴淋管、噴頭、上下封頭、塊狀礦石填料、格柵填料支撐組件、反衝洗管束、進水口及出水口組成；反衝洗管束分散在塊狀礦石填料中。
14.按照權利要求11所述的裝置，其特徵在於所述的中和設備為中和反應移動床，包括螺旋型反應床和提升機兩部分構成；螺旋型反應床由外筒體、內筒體、進料口、出料口、螺旋型反應床及底座構成，螺旋型反應床設置在外筒體和內筒體之間，成U型槽狀，由底板及內、外、底三面襯板構成；進料口設置在螺旋型反應床頂部；提升機包括水箱、從動輪、出水口、提升鬥、鏈條、主動輪、電動機、減速機及機架構成；提升鬥開設若干小孔，或用若干目數、若干層數的不鏽鋼篩網製成；提升鬥兩端各設置軸耳，並與鏈條相連，提升鬥的間距200mm～600mm，水箱底部設出水口。
全文摘要
本發明公開了一種燃煤鍋爐煙氣脫硫方法及裝置。在噴淋塔中，採用衝灰渣水完成煙氣SO
文檔編號B01D53/78GK1951543SQ200510047520
公開日2007年4月25日 申請日期2005年10月19日 優先權日2005年10月19日
發明者劉忠生, 方向晨, 彭德強, 齊慧敏, 戴文軍 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院