專利名稱：干式脫硫劑床料內(nèi)循環(huán)的煙氣脫硫方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煙氣脫硫技術(shù)，尤其涉及一種煤粉鍋爐、層燃鍋爐或其他燃燒設(shè)備排出的煙氣中氧化硫脫除的方法及裝置。
目前煤粉鍋爐、層燃鍋爐或其他燃燒設(shè)備所用的鈣基脫硫劑(石灰石、白云石、石灰、氫氧化鈣等)的半干法或干式煙氣脫硫技術(shù)主要有噴霧煙氣脫硫法、爐內(nèi)噴鈣加增濕活化法和尾部煙氣干式循環(huán)流化床脫硫法。前二項技術(shù)的煙氣脫硫技術(shù)的鈣基脫硫劑利用率較低(一般方0.3-0.4)，煙氣脫硫效率不高(鈣硫比為2時達(dá)到0.5-0.8)；同時在反應(yīng)器或增濕活化器內(nèi)壁上易腐蝕和結(jié)灰垢，影響連續(xù)安全運行。德國金屬有限公司在中國申請的專利CN85105199A，即尾部煙氣干式循環(huán)流化床脫流法”，有效的克服了上述缺陷，其鈣基脫硫劑利用率較高，可達(dá)0.7；煙氣脫硫效率也有明顯改善，可在鈣硫比僅1.5時達(dá)到0.8以上。此種干式循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)主要包括循環(huán)流化床反應(yīng)器，分離器和外回送系統(tǒng)。其工藝過程是把從鍋爐、窯爐或其他燃燒設(shè)備排出的煙氣，送入循環(huán)流化床反應(yīng)器，其床料為鈣基脫硫劑，或脫硫劑和煙氣中飛灰的混合物。煙氣中的二氧化硫就和床料反應(yīng)，形成固體亞硫酸鈣留在脫硫劑中，然后定量排出脫硫系統(tǒng)。隨循環(huán)流化床排出煙氣一起離開的未反應(yīng)完全的脫硫劑顆粒懸浮物，進(jìn)入設(shè)置在流化床發(fā)應(yīng)器外部的不同型式的常規(guī)的顆粒分離器(例如旋風(fēng)分離器、百葉窗式慣性分離器、靜電除塵器、布袋除塵器等，此類分離器或單獨采用，或串聯(lián)使用)，并把分離器分離下來的未反應(yīng)完全的脫硫劑床料送回流化床，使其在流化床和附設(shè)在外部的分離器組成的回路中循環(huán)。此種脫硫技術(shù)不同于流化床燃燒的爐內(nèi)高溫脫硫，而是以排出的煙氣作為流化氣體，此種脫硫技術(shù)由于只靠外部分離和循環(huán)，循環(huán)量大，對設(shè)備要求高，其煙氣流通阻力也較大，回路中煙氣流通總阻力可大于1500Pa。這就造成運行費用的提高和設(shè)備的嚴(yán)重磨損。
近年來上述技術(shù)又有了新的發(fā)展，例如參考文獻(xiàn)H.Sauer et al，“Opert ing Experience with a Dry FGD Plant using a Circulating FluidBed(CFB) at the Brown-Coal-Fired Power Station in Borken，F(xiàn)ederalRepublic of Germany”，VGB Kraftwerkstechnik，Vol.69，No.10，(1989)，pp.887-892。文中介紹了該技術(shù)在德國燒褐煤的電站鍋爐上的應(yīng)用情況，并指出在循環(huán)流化床反應(yīng)器的煙氣進(jìn)口處做成7個漸縮漸擴噴口(yenturinozzles)，以減少煙氣流動阻力。同時還特別強調(diào)在循環(huán)流化床脫硫反應(yīng)器中不得設(shè)置內(nèi)件，以免發(fā)生腐蝕問題。
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的之一是提供一種干式脫硫劑床料內(nèi)循環(huán)的煙氣脫硫的方法和裝置，使其不僅能有效的提高鈣基脫硫劑的利用率和煙氣脫硫效率，使外部分離器的負(fù)擔(dān)相對減小，而且能明顯降低煙氣的總流通阻力，避免腐蝕，從而達(dá)到有效降低運行費用之目的。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的其煙氣脫硫的方法是將燃燒設(shè)備排出的煙氣送入以鈣基脫硫劑為床料的循環(huán)流化床反應(yīng)器，使煙氣中的二氧化硫與床料反應(yīng)，形成固體亞硫酸鈣留在脫硫劑中，然后排出脫硫系統(tǒng)，隨循環(huán)流化床排出煙氣一起離開的部分未完全反應(yīng)的脫硫劑顆粒；通過附設(shè)在流化床外部的分離器后送回流化床，使其在流化床和外部的分離器組成的回路中循環(huán)，其特征是通過設(shè)置在流化床脫硫反應(yīng)器上部的氣固分離裝置，將煙氣和大部分固體床料分離，將分離下來的床料重新返回密相區(qū)，使煙氣中的二氧化硫與床料充分接觸并反應(yīng)，從而形成床料內(nèi)循環(huán)的煙氣脫硫方法。
實現(xiàn)上述脫硫方法的裝置是這樣實現(xiàn)的一種干式脫硫劑床料內(nèi)循環(huán)的煙氣脫硫裝置，主要包括以鈣基脫硫劑為床料的循環(huán)流化床脫硫反應(yīng)器本體以及附設(shè)在該反應(yīng)器外部的分離器和外回送系統(tǒng)，在流化床脫硫反應(yīng)器下部主要設(shè)有煙氣入口，排渣口，風(fēng)箱和布風(fēng)裝置，其特征是在流化床脫硫反應(yīng)器的上部設(shè)置氣固分離裝置。
上述的氣固分離裝置采用多個旋流片組成，且該旋流片和反應(yīng)器壁面用環(huán)形頂蓋密封，環(huán)形頂蓋部分做成漏斗狀并連接回料管段，上述的氣固分離裝置也可以采取如下結(jié)構(gòu)它是由流化床反應(yīng)器壁面向上延伸，越過排煙出口處之后而形成的端頭帽形空腔，其頂蓋為一水平的或傾斜的平板。
由于采用上述方案，即流化床反應(yīng)器中的內(nèi)分離器獨特的氣固兩相流結(jié)構(gòu)(下面將詳述)，使煙氣和大部分固體床料分離，并使床料沿反應(yīng)器的近壁區(qū)域大量回落，形成床料內(nèi)循環(huán)。床料在床內(nèi)的回落量可達(dá)上行量的80％(即內(nèi)部循環(huán)量為系統(tǒng)中外部循環(huán)量的4倍以上)，使反應(yīng)器中的床料盡量充分地和煙氣中的氧化硫發(fā)生反應(yīng)。這種床料的內(nèi)循環(huán)，不同于一般的流化床下部床料的翻動和遷移，而是使床料從上部回落到底部，在床中作內(nèi)循環(huán)和脫硫反應(yīng)。
附

圖1表示出在流化床脫硫反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)有氣固分離裝置的脫硫劑床料內(nèi)循環(huán)的煙氣脫硫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其氣固分離裝置采用的是多個旋流片。
附圖2是附圖1的1-1剖視圖，表示出多個旋流片的具體結(jié)構(gòu)以及該旋流片與反應(yīng)器壁面的連接關(guān)系。
附圖3為附圖1的11-11剖視圖，表示的是環(huán)形頂蓋部分做成漏斗狀并與連接回料管段。
附圖4表示的是本發(fā)明的另一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其分離裝置是由流化床反應(yīng)器壁面向上延伸，越過排煙出口處之后而形成的端頭帽形空腔，該帽形空腔的頂端為一水平的或傾斜的平板。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的工藝過程，具體結(jié)構(gòu)以及最佳實施方式以附圖1為例，本發(fā)明主要由以鈣基脫硫劑為床料的流化床脫硫反應(yīng)器本體1以及附設(shè)在該反應(yīng)器外部的分離器2和外回送系統(tǒng)4。在流化床反應(yīng)器1的上部裝有氣固分離裝置3，該分離裝置由6-24個旋流片組成，其旋流片5的仰角一般為15°-30°，通常為25°。此氣固分離裝置的煙氣流通阻力通常不超過300Pa。運行時，從燃燒設(shè)備排出的含有二氧化硫的煙氣從煙氣入口19進(jìn)入脫硫反應(yīng)器1下部的風(fēng)箱16，通過布風(fēng)裝置17后，在床料中以合適的鈣硫比1.2-2.0，通常為1.5，連續(xù)噴入鈣基脫硫劑。鈣基脫硫劑可以作成水漿12，通常為石灰漿；或不用水漿，把脫硫劑改為向爐膛內(nèi)噴入石灰石粉，在爐內(nèi)高溫下煅燒成氧化鈣粉并吸收一小部分二氧化硫，然后隨煙氣和煤粉飛灰進(jìn)入脫硫反應(yīng)器1，也可在床中噴水13；或在床料中噴入脫硫劑粉末12，即向床中連續(xù)以合適的鈣硫比噴入，此時也在床料中同時噴水13。噴石灰漿或噴水，使原來從鍋爐或其它燃燒設(shè)備排出的煙氣，在循環(huán)流化床中從通常的120℃以上的溫度，迅速降為50-85℃，一般為70℃的均勻床溫，比煙氣露點高5-35℃。由于噴入的石灰漿或水在流化床中蒸發(fā)很快，床料上下循環(huán)很快，床料整體保持為干態(tài)。固體顆粒在反應(yīng)器上部的氣固分離裝置3中，由于慣性和撞擊旋流片5，大部分被分離出來；這部分床料，直接沿反應(yīng)器1的近壁區(qū)域或沿專設(shè)的漏斗和管段(可裝在反應(yīng)器1之內(nèi)，或之外)回送到流化床的密相床內(nèi)，從而形成床料在脫硫反應(yīng)器1中的內(nèi)循環(huán)。旋流片5的直徑為反應(yīng)器1上部當(dāng)量內(nèi)徑D的0.7-0.9，通常為0.8倍。旋流片5和反應(yīng)器1的壁面之間用環(huán)形頂蓋23密封，使之有利于近壁處原來上升的較濃顆粒轉(zhuǎn)為下落。圓環(huán)頂蓋可部分做成漏斗狀15，并連接回料管段6。從反應(yīng)器1排出的還含有未反應(yīng)完全的脫硫劑顆粒的煙氣，經(jīng)過附設(shè)在外部的常規(guī)的分離器2(或除塵器)，把收集下來的脫硫劑和飛灰混合物由外部回送裝置4送入脫硫反應(yīng)器1的密相區(qū)，形成少量脫硫劑床料的外循環(huán)回路。從脫硫反應(yīng)器1下部向上流動的煙氣，接觸了由內(nèi)外循環(huán)回送來的大量未反應(yīng)完全的脫硫劑床料，二氧化硫被大量吸收。同時，含有亞硫酸鈣的床料從反應(yīng)器的排渣口21中定量排出。
本發(fā)明的另一種實施例是采用如圖2所示的結(jié)構(gòu)，其氣固分離裝置3是在脫硫反應(yīng)器1的排煙出口處20之上所形成的端頭帽形空腔18.。它是由流化床反應(yīng)器壁面向上延伸，越過排煙出口處20之后所形成的，頂板24為一水平的或傾斜的平板?？涨欢蔚母叨龋丛竭^排煙出口處20的上邊緣到頂板的高度應(yīng)等于或大于脫硫反應(yīng)器上部橫截面當(dāng)量直徑D的1/2。實驗表明，這種形似很簡單的特殊結(jié)構(gòu)，能使煙氣在轉(zhuǎn)彎排出脫硫反應(yīng)器1時，床料顆粒在空腔之前和空腔中沿反應(yīng)器軸線向上運動的速度漸減。因而，在這種獨特的空腔形成的氣固兩相流結(jié)構(gòu)中，沿軸線向上方使顆粒濃度逐漸增大并聚成團(tuán)狀，在近壁處顆粒團(tuán)更多。這種團(tuán)狀物在重力作用下會下降并互相合并，像種子似的逐漸長大，促使反應(yīng)器中、上部的近壁區(qū)域聚成較大的顆粒團(tuán)并向下運動，從而增加煙氣與床料的充分接觸并形成床料的內(nèi)循環(huán)。因此這種脫硫反應(yīng)器上部的端頭帽形空腔18，同樣是一種氣固分離裝置，能促成床料的大量內(nèi)循環(huán)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，除了沒有發(fā)生象上述對比文獻(xiàn)中所強調(diào)的在流化床內(nèi)設(shè)置內(nèi)件造成腐蝕的問題外，還具有以下特點及有益效果由于采用了干式脫硫劑床料內(nèi)循環(huán)的方法及裝置，因此大部分床料可在脫硫反應(yīng)器中進(jìn)行內(nèi)分離和循環(huán)；使從反應(yīng)器排出的煙氣中只攜帶少量床料，這樣就使外分離器的負(fù)擔(dān)相對減小，其煙氣流通總阻力也明顯降低。本項發(fā)明中整個煙氣脫硫系統(tǒng)的總阻力可小于1500Pa，甚至僅為此值的2/3以下，因而消耗電能較少。由于床料的內(nèi)循環(huán)，使含有二氧化硫的煙氣在反應(yīng)器中接觸了顆粒濃度很高的大量未完全反應(yīng)的脫硫劑床料，使其充分接觸和反應(yīng)，因而有效的提高了鈣基脫硫劑的利用率和煙氣的脫硫效率，在鈣硫比為1.5時煙氣脫硫率可達(dá)0.85以上。在達(dá)到同樣的煙氣脫硫率下，比之現(xiàn)有技術(shù)，可有效地節(jié)約使煙氣流通的電能消耗和脫硫劑的耗費以及煙氣脫硫設(shè)備的投資費用。在達(dá)到接近濕法脫硫的煙氣脫硫率時，其投資費用僅為濕法脫硫的一半或更少。由于床料整體保持為干態(tài)，脫硫反應(yīng)器的內(nèi)件及有關(guān)的管道，不會象在濕法和半干法脫硫系統(tǒng)中那樣易被腐蝕。
權(quán)利要求
1.一種干式脫硫劑床料內(nèi)循環(huán)的煙氣脫硫方法，它是將燃燒設(shè)備排出的煙氣送入以鈣基脫硫劑為床料的循環(huán)流化床反應(yīng)器，使煙氣中的二氧化硫與床料反應(yīng)，形成固體亞硫酸鈣留在脫硫劑中，然后排出脫硫系統(tǒng)，隨循環(huán)流化床排出煙氣一起離開的部份未完全反應(yīng)的脫硫劑顆粒，通過附設(shè)在流化床外部的分離器后送回流化床，使其在流化床和外部的分離器組成的回路中循環(huán)，其特征是通過設(shè)置在流化床脫硫反應(yīng)器內(nèi)部的氣固分離裝置，將煙氣和大部分固體床料分離，使分離下來的床料重新反回密相區(qū)，使煙氣中的二氧化硫與床料充分接觸并反應(yīng)，從而形成床料內(nèi)循環(huán)的煙氣脫硫方法。
2.一種干式脫硫劑床料內(nèi)循環(huán)的煙氣脫硫裝置，主要包括以鈣基脫硫劑為床料的循環(huán)流化床脫硫反應(yīng)器本體[1]以及附設(shè)在該反應(yīng)器外部的分離器[2]和外循環(huán)系統(tǒng)，在流化床脫硫反應(yīng)器下部主要設(shè)有煙氣入口[19]，排渣口[21]，風(fēng)箱[16]和布風(fēng)裝置[17]，其特征是在流化床脫硫反應(yīng)器上部設(shè)置氣固分離裝置[3]。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的干式脫硫劑床料內(nèi)循環(huán)的煙氣脫硫裝置，其特征是所述氣固分離裝置[3]采用多個旋流片[5]組成，且該旋流片[5]和流化床反應(yīng)器[1]壁面用環(huán)形頂蓋[23]密封，環(huán)形頂蓋部分做成漏斗狀[15]，并連接回料管段[6]。
4.根據(jù)權(quán)利要求2.或3所述的干式脫硫劑床料內(nèi)循環(huán)的煙氣脫硫裝置，其特征是上述旋流片[5]由6-24個旋流片組成，該旋流片的直徑為脫流反應(yīng)器上部當(dāng)量內(nèi)徑D的0.7-0.9倍，其仰角為15°-30°。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的干式脫硫劑床料內(nèi)循環(huán)的煙氣脫硫裝置，其特征是所述氣固分離裝置[3]是由流化床脫硫反應(yīng)器[1]壁面向上延伸，越過排煙出口處[20]之后而形成的端頭帽形空腔[18]，其頂蓋[24]為一水平的或傾斜的平板。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的干式脫硫劑床料內(nèi)循環(huán)的煙氣脫硫裝置，其特征是所述的端頭帽形空腔[18]的高度等于或大于流化床脫硫反應(yīng)器上部橫截面當(dāng)量內(nèi)徑D的1/2。
全文摘要
一種干式脫硫劑床料內(nèi)循環(huán)的煙氣脫硫方法及裝置,涉及一種燃燒設(shè)備排出的煙氣中氧化硫的脫除方法及裝置。它是通過設(shè)置在流化床反應(yīng)器內(nèi)的氣固分離裝置,將煙氣與大部分固體床料分離,形成床料的內(nèi)循環(huán),而從反應(yīng)器排出的煙氣中只攜帶少量床料。本發(fā)明的優(yōu)點是:不僅能有效的提高鈣基脫硫劑的利用率和煙氣的脫硫效率(在鈣硫比為1.5時煙氣脫硫率可達(dá)0.85以上);還可使煙氣流通總阻力明顯降低,避免腐蝕,因此有效的降低了運行及設(shè)備的投資費用。
文檔編號B01D53/48GK1195573SQ97103839
公開日1998年10月14日 申請日期1997年4月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月4日
發(fā)明者陳昌和, 項光明, 何榕, 由長福, 徐旭常, 董仁芬, 徐秀清, 鄭洽余, 金茂廬 申請人:清華大學(xué)