專利名稱：一種采用貼壁直流風的半干法煙氣脫硫方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃燒設備排放煙氣的半干法脫硫系統及工藝，特別涉及一種采用貼壁直流風的半干法煙氣脫硫方法及裝置，屬于煙氣脫硫技術領域。
背景技術：
煤燃燒所產生的污染物是造成我國生態環境破壞的最大污染源。我國二氧化硫排放90％來自燃煤，排放總量連續多年超過2000萬噸，酸雨區面積約占國土面積的1/3。燃煤二氧化硫污染治理已經成為了我國空氣污染治理的當務之急。
對二氧化硫的治理，目前國外主要采用石灰石-石膏濕法脫硫技術，其主要優點是脫硫效率高，但存在投資和運行費用高、占地面積大、耗水量大以及需要對水進行再處理等一系列問題。綜合我國的SO2污染現狀與目前的經濟實力，全部采用具有很高脫硫效率但投資運行昂貴的濕法脫硫技術是難以接受的，并且濕法脫硫技術的高水耗也對我國廣大中西部缺水地區的應用造成很大的障礙。
與濕法脫硫技術相比，半干法煙氣脫硫技術具有低成本、低費用、低水耗和較高脫硫效率等優點，具有良好的發展前景，是國內外開發應用的熱點。目前在我國應用較多的循環流化床半干法煙氣脫硫技術，大都利用消化后的石灰(漿)作為脫硫劑，用脫硫劑和外部除塵器分離出來的物料作為循環床料，在流化床反應塔中通過強烈的氣固液三相作用來脫除煙氣中的二氧化硫氣體。如公開號為CN00128285.9、CN02147821.X和CN03125276.1等專利，都是采用一個類似于循環流化床的脫硫反應塔，通過煙氣、脫硫劑顆粒以及霧化水液滴在塔中的接觸反應以實現脫硫目的。
然而，半干法煙氣脫硫技術在實際工程應用中目前普遍存在脫硫效率較低和運行穩定性較差的問題。造成上述問題的重要原因之一是所噴入的霧化水和脫硫劑顆粒的利用效率較低。流化床反應塔內通常存在顆粒的環-核流動行為，導致脫硫劑顆粒聚集在塔體壁面附近的顆粒下降流動區域，難以與霧化水和煙氣中的SO2接觸而得到高效利用，從而影響系統脫硫效果。另外，噴入脫硫反應塔的霧化水液滴在塔內強烈湍動的氣固液三相流場作用下，容易粘結在塔體壁面而造成粘壁結垢現象，從而影響系統的運行穩定性。由上可見，在半干法煙氣脫硫系統中，塔內的多相流場組織是決定系統能否高效穩定運行的關鍵因素。
發明內容
針對現有半干法煙氣脫硫技術在工程應用中存在的運行穩定性較差和脫硫效率較低的問題，本發明提出一種采用貼壁直流風的半干法煙氣脫硫方法及裝置，對緩解脫硫反應塔內的脫硫劑顆粒的環-核流動和霧化水液滴粘壁現象有顯著作用，使其不僅較好地解決霧化水液滴和脫硫劑顆粒粘壁結垢所帶來的運行穩定性差的問題，而且可提高所噴入霧化水液滴和脫硫劑顆粒的利用效率，實現脫硫反應塔反應區內的氣液固三相充分混合，從而改善系統的脫硫效果。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的一種采用貼壁直流風的半干法煙氣脫硫方法，其特征在于該方法包括如下步驟a.從燃燒設備排出的需脫硫的煙氣，進入脫硫反應塔底部的煙氣混合室，通過煙氣引射裝置加速后，進入脫硫反應塔下部的漸擴段內；b.煙氣與噴入的脫硫劑顆粒、霧化水和從外部除塵器回送的再循環物料充分混合后，在塔體內進行脫硫反應；c.在進行脫硫反應的過程中，在脫硫反應塔主體的壁面附近噴入一股或若干股氣流速度高于塔內主流煙氣速度的貼壁直流風，以減少脫硫劑顆粒和液滴在塔體壁面附近的聚集；d.煙氣攜帶脫硫劑顆粒通過脫硫反應塔出口進入外部除塵器，分離后的大部分顆粒通過物料再循環裝置回送到脫硫塔內作為再循環物料，脫硫后的煙氣通過煙囪排放大氣。
本發明所述的貼壁直流風的噴射方向為沿塔體中心線方向垂直向上0～30°。所述的貼壁直流風的氣流速度在8～40m/s范圍內。
本發明所述的貼壁直流風可采用空氣、脫硫后的煙氣、未脫硫的煙氣或或是它們的混合物。
本發明還提供了一種采用貼壁直流風的半干法煙氣脫硫裝置，該裝置含有脫硫反應塔、外部除塵器和物料再循環裝置，所述的脫硫反應塔包括煙氣混合室、設置在煙氣混合室上的煙氣入口、煙氣引射裝置、漸擴段以及脫硫反應塔主體，在所述的漸擴段的塔體上設有脫硫劑噴嘴、再循環物料噴嘴和霧化水噴嘴，其特征在于在霧化水噴嘴或脫硫劑噴嘴上方的脫硫反應塔主體壁面上設有貼壁直流風噴嘴。
本發明所述的貼壁直流風噴嘴的位置在霧化水噴嘴或脫硫劑噴嘴上方0.5～10m處。所述的貼壁直流風噴嘴沿脫硫反應塔主體高度方向設置1～6層，每層數量至少2個，沿圓周方向均勻布置。
本發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果貼壁直流風能有效組織脫硫反應塔內的氣液固三相流場特性，從而不僅顯著改善了霧化水液滴和脫硫劑顆粒在塔體內壁附近的聚集情況，緩解和消除脫了硫反應塔的粘壁結垢現象，提高了脫硫系統的運行穩定性，而且加強了塔內氣液固三相的混合強度，增強了塔內傳質效果，提高了脫硫劑的利用率，實現在較低的鈣硫比(Ca/S＝1.1～1.3)的情況下達到較高的脫硫效率(90％～92％以上)。
圖1為本發明的工藝流程及系統結構示意圖。
圖2為貼壁直流風噴嘴在脫硫反應塔主體側壁面上的布置結構示意圖。
圖3為圖2的俯視圖。
圖4為脫硫反應塔采用梯形結構時的貼壁直流風噴嘴的布置結構示意圖。
圖5為圖4的俯視圖。
圖中1-煙氣混合室；2-煙氣引射裝置；3-漸擴段；4-脫硫反應塔主體；5-脫硫反應塔出口；6-外部除塵器；7-引風機；8-煙囪；9-物料再循環裝置；10-灰渣倉；11-煙氣入口；12-脫硫劑噴嘴、13-再循環物料噴嘴；14-霧化水噴嘴；15-貼壁直流風噴嘴；16-落灰斗。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的裝置結構、工藝流程和工作原理作進一步的說明圖1為本發明的工藝流程及系統結構示意圖。本發明裝置主要包括脫硫反應塔、外部除塵器6和物料再循環裝置9。脫硫反應塔由下往上依次包括塔體底部的落灰斗16、煙氣混合室1、設置在煙氣混合室上的煙氣入口11、煙氣引射裝置2、漸擴段3以及脫硫反應塔主體4，在漸擴段的塔體上設有脫硫劑噴嘴12、再循環物料噴嘴13和霧化水噴嘴14，在霧化水噴嘴或脫硫劑噴嘴上方的脫硫反應塔主體壁面上設有貼壁直流風噴嘴15。
本發明的工藝流程及工作原理是從燃燒設備排出的煙氣經過脫硫反應塔底部的煙氣入口11進入煙氣混合室1，通過煙氣引射裝置2(文丘里噴管或大孔射流布風板)，加速進入脫硫反應塔的漸擴段。漸擴段3的塔體上設置有脫硫劑噴嘴12、再循環物料噴嘴13和霧化水噴嘴14(噴嘴均可采用單層或多層布置)。在塔內，煙氣與從脫硫劑噴嘴12噴入的高活性脫硫劑顆粒(如粒徑為1～10μm的消石灰)、由霧化水噴嘴14噴入的霧化冷卻水和從再循環物料噴嘴13噴入的再循環脫硫劑顆粒混合，煙氣、霧化水液滴、脫硫劑顆粒和再循環物料在煙氣射流的帶動下，向上運動進入脫硫反應塔主體4，整個脫硫反應塔內呈流化懸浮態。在漸擴段3和脫硫反應塔主體4內，形成高強度的三相湍流交換狀態，發生強烈的混合、傳熱、傳質及化學反應的復雜物理化學過程。塔內的煙氣溫度從煙氣入口11的130℃左右迅速降到55～70℃之間(高于塔內煙氣露點溫度5～15℃之間)，煙氣中的SO2與脫硫劑Ca(OH)2反應生成亞硫酸鈣或硫酸鈣。煙氣中少量的SO3，以及可能存在的HCl和HF等有害氣體也能在床內被脫除。
在脫硫反應塔主體4，塔內的主流煙氣速度為3～8m/s。塔內處于流化懸浮態，塔體壁面附近的顆粒濃度較高，通常存在顆粒的環-核流動行為，導致脫硫劑顆粒聚集在塔壁附近的顆粒下降流動區域，難以與霧化水和煙氣中的SO2接觸而得到高效利用，影響系統的脫硫效果。另外，噴入脫硫反應塔的霧化水液滴在塔內強烈湍動的氣固液三相流場作用下，容易粘結在塔體壁面而造成粘壁結垢現象，影響系統的運行穩定性。
為了提高系統運行穩定性和改善系統脫硫效果，在脫硫反應塔主體4上布置兩層貼壁直流風，每層貼壁直流風沿塔體中心周向均勻布置至少兩個貼壁直流風噴嘴15，噴入的風量可以是空氣，脫硫后的煙氣，需脫硫的煙氣，或者它們的組合。貼壁直流風的引出位置可以是脫硫反應塔入口前的煙氣、外部除塵器前、后的煙氣，或者煙氣通道任何部位兩處及兩處以上的組合。貼壁直流風的噴射方向為沿塔體中心線方向垂直向上0～30°，氣流速度可在8～40m/s范圍內調整。根據本實施例中的主流速度為3～8m/s，采用的貼壁直流風氣流速度為20～30m/s，形成脫硫塔主體壁面附近的高強度湍流區，減少了液滴和脫硫劑顆粒在塔體內壁附近的聚集，減輕粘壁結垢現象，提高系統運行穩定性，同時使得壁面附近的脫硫劑顆粒和霧化水液滴能夠進入塔內中央區域而得到高效利用，從而實現在較低的鈣硫比(Ca/S＝1.1～1.3)的情況下達到較高的脫硫效率(90％～92％以上)。
到脫硫反應塔出口5，脫硫劑顆粒已基本被完全干燥而呈干態，床內的霧化冷卻水也基本完全蒸發為水蒸汽。煙氣攜帶部分脫硫劑顆粒經過脫硫反應塔出口5進入外部除塵器6，煙氣中攜帶的絕大部分顆粒被分離出來。這些被分離下來的顆粒中還含有一部分未反應的脫硫劑顆粒，為了提高脫硫劑利用率，通過脫硫反應塔外部的物料再循環9，將它們通過再循環物料噴嘴13送回脫硫反應塔內，而已經反應完成的大部分小顆粒(1～3μm)不再參與循環，送入灰渣倉10儲存、轉運走。從外部除塵器6出來的達標潔凈煙氣經引風機7，一部分可以作為貼壁直流風經貼壁直流風噴嘴15進入脫硫反應塔主體4，其余則送入煙囪8，排入大氣。
附圖2～5給出了貼壁直流風噴嘴的兩種典型布置方式。圖2和圖3表示出貼壁直流風噴嘴沿脫硫反應塔主體高度方向設置2層，每層貼壁直流風噴嘴沿塔體周向均勻布置12個，貼壁直流風通過90～120°的彎管伸入貼壁直流風噴嘴并向上噴入塔內。圖4和圖5所示的是脫硫反應塔主體采用流通橫截面積不斷擴大的梯形結構，每一層貼壁直流風噴嘴布置在塔體不同橫截面積的兩個截面相連接之處。貼壁直流風噴嘴在每一層塔體的底部壁面上沿周向均勻設置，貼壁直流風通過貼壁直流風噴嘴直接垂直向上噴入塔內。實際工程應用中，可以根據具體情況采用其中的一種或兩種的組合形式。
權利要求
1.一種采用貼壁直流風的半干法煙氣脫硫方法，其特征在于該方法包括如下步驟a.從燃燒設備排出的需脫硫的煙氣，進入脫硫反應塔底部的煙氣混合室，通過煙氣引射裝置加速后，進入脫硫反應塔下部的漸擴段；b.煙氣與噴入的脫硫劑顆粒、霧化水和從外部除塵器回送的再循環物料充分混合后，在塔體內進行脫硫反應；c.在進行脫硫反應的過程中，在脫硫反應塔主體的壁面附近噴入一股或若干股氣流速度高于塔內主流煙氣速度的貼壁直流風，以減少脫硫劑顆粒和液滴在塔體壁面附近的聚集；d.煙氣攜帶脫硫劑顆粒通過脫硫反應塔出口進入外部除塵器，分離后的大部分顆粒通過物料再循環裝置回送到脫硫塔內作為再循環物料，脫硫后的煙氣通過煙囪排放大氣。
2.根據權利要求1所述的采用貼壁直流風的半干法煙氣脫硫方法，其特征在于所述的貼壁直流風的噴射方向為沿塔體中心線方向垂直向上0～30°。
3.根據權利要求1所述的采用貼壁直流風的半干法煙氣脫硫方法，其特征在于所述的貼壁直流風的氣流速度在8～40m/s范圍內。
4.根據權利要求1、2或3任一權利要求所述的采用貼壁直流風的半干法煙氣脫硫方法，其特征在于所述的貼壁直流風采用空氣、脫硫后的煙氣、未脫硫的煙氣或是它們的混合物。
5.一種采用貼壁直流風的半干法煙氣脫硫裝置，該裝置含有脫硫反應塔、外部除塵器6和物料再循環裝置9，所述的脫硫反應塔包括煙氣混合室(1)、設置在煙氣混合室上的煙氣入口(11)、煙氣引射裝置(2)、漸擴段(3)以及脫硫反應塔主體(4)，在所述的漸擴段(3)的塔體上設有脫硫劑噴嘴(12)、再循環物料噴嘴(13)和霧化水噴嘴(14)，其特征在于在霧化水噴嘴或脫硫劑噴嘴上方的脫硫反應塔主體(4)壁面上設有貼壁直流風噴嘴(15)。
6.根據權利要求5所述的貼壁直流風的半干法煙氣脫硫裝置，其特征在于所述的貼壁直流風噴嘴的位置在霧化水噴嘴或脫硫劑噴嘴上方0.5～10m處。
7.根據權利要求5或6所述的貼壁直流風的半干法煙氣脫硫裝置，其特征在于所述的貼壁直流風噴嘴沿脫硫反應塔主體高度方向設置1～6層，每層數量至少2個，沿圓周方向均勻布置。
全文摘要
一種采用貼壁直流風的半干法煙氣脫硫方法及裝置，包括脫硫反應塔內脫硫反應、脫硫劑顆粒的分離和再循環，其特點是在脫硫反應塔內的霧化水噴嘴或脫硫劑噴嘴上方的塔體壁面上設有噴嘴，噴入一股或若干股氣流速度高于塔內主流煙氣速度的貼壁直流風，從而減少了液滴和脫硫劑顆粒在塔體內壁附近的聚集，減輕塔體壁面的粘壁結垢現象，同時能有效組織脫硫反應塔內氣、固、液相的充分混合，改善脫硫效果。采用該種技術可以大大提高系統運行的安全穩定性，同時能在較低鈣硫比下達到較高的脫硫效率。
文檔編號B01D53/50GK1895748SQ20061001216
公開日2007年1月17日 申請日期2006年6月9日 優先權日2006年6月9日
發明者張頡, 由長福, 陳昌和, 祁海鷹 申請人:清華大學