专利名称：采用分层回料的循环流态化干法烟气脱硫工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于烟气脱硫技术领域，涉及各种燃烧设备所排烟气的干法脱硫，具体地指一种采用分层回料的循环流态化干法烟气脱硫工艺。
背景技术：
燃烧设备所排烟气中的二氧化硫气体污染的治理，一直是世界上大多数国家环境保护的重点，其所产生的污染物更是造成我国生态环境破坏的最大污染源，已经成为我国空气污染治理的当务之急。对烟气中二氧化硫的治理，国外通常采用湿式石灰石膏法(W-FGD)来脱硫，虽然其脱除效果较好，但存在投资巨大、耗水量大、占地面积较大、系统复杂、阻力较大、结构复杂、以及需要对水进行再处理等一系列的问题。因此，干法或半干法的烟气脱硫技术成为了国内外研究开发的重点。对于干法或半干法烟气脱硫技术而言，影响脱硫效率的主要因素有反应温度、湿度、脱硫剂颗粒表面活性、脱硫剂与烟气接触反应时间、脱硫剂颗粒与烟气的湍流传质特性等。
现有的干法烟气脱硫技术主要有喷雾干燥法、炉内喷钙加增湿活化法和循环流化床烟气脱硫等方法。前两种方法中脱硫剂利用率较低，烟气脱硫效率不高，同时在脱硫塔的内壁易引起腐蚀和结垢。
公开号为CN1307926A的中国发明专利公开说明书中所介绍的是采用一个烟气除尘和回料装置的循环流态化干法烟气脱硫技术。又如德国Wulff公司采用的回流式循环流化床烟气脱硫技术是通过一个烟气除尘装置和一个再循环的回料口来进行脱硫剂颗粒的再循环。但是，采用上述单一回料方式的干法烟气脱硫技术仍存在以下的缺陷首先，由于采用单一的除尘器和回料口，使得再循环颗粒的粒径变化范围较大，导致脱硫塔内固体颗粒间的碰撞以及固体颗粒与烟气的接触不充分，烟气和脱硫剂颗粒的混合减弱，进而影响了脱硫剂的利用率和脱硫效率。其次，脱硫塔底部和底部斜面上由于粒径较小的脱硫剂颗粒较多，而小粒径的脱硫剂颗粒其粘结性很强，容易形成在脱硫塔底部及底部斜面上形成粘结和堵塞的现象。另外，当干法烟气脱硫机组大型化后，其回料量增加得较多，采用单一回料方式会大大增加除尘系统和回料管道的负担，不仅会影响除尘系统的除尘效果，使得粉尘的排放难以达标，而且会由于除尘系统及回料管道的安全性下降而影响整个机组的正常运行。
发明内容
本发明的目的就是要克服上述现有技术中所存在的缺陷，提供一种分层回料的循环流态化干法烟气脱硫工艺，采用该工艺能保证脱硫塔内多相流场组织得更加合理，并且特别适用于大型化干法烟气脱硫系统中的颗粒再循环技术要求，实现很高的烟气除尘效率，同时在较低钙硫比的情况下达到较高的脱硫效率，并减轻脱硫反应塔下部的粘结和堵塞以及脱硫剂颗粒分离装置的负担。
为实现此目的，本发明的技术方案是分层回料的循环流态化干法烟气脱硫工艺，包括脱硫剂制备消化、脱硫反应塔内脱硫反应、外部脱硫剂颗粒的分离和再循环。
本发明在脱硫反应塔的外部颗粒再循环过程中，回料采用了两级颗粒分离和再循环，第一级和第二级脱硫剂颗粒分离装置分离出的颗粒分别通过第一级和第二级脱硫剂颗粒再循环入口送入脱硫反应塔下部流化区域进行颗粒再循环。
所述的分层回料的循环流态化干法烟气脱硫工艺，其特征在于从脱硫反应塔出来的烟气依次通过第一级脱硫剂颗粒分离装置和第二级脱硫剂颗粒分离装置。
所述的分层回料的循环流态化干法烟气脱硫工艺，其特征在于第一级脱硫剂颗粒再循环入口在第二级再循环颗粒回料入口的上方，与其距离高度约500～1000mm，第二级再循环颗粒回料入口在脱硫剂颗粒给料入口另一侧的上方，与其距离高度约500～1000mm。
所述的分层回料的循环流态化干法烟气脱硫工艺，其特征在于第一级脱硫剂颗粒分离装置的分离效率为20％～80％，其中对于＞8μm以上的颗粒的分离效率为80％以上，并且该级脱硫剂颗粒分离装置分离出来的颗粒全部送回脱硫塔，作为再循环颗粒继续参与脱硫反应。
所述的分层回料的循环流态化干法烟气脱硫工艺，其特征在于第二级脱硫剂颗粒分离装置的分离效率为99％以上，其中分离出来的50％～99％颗粒送回脱硫塔，作为再循环颗粒继续参与脱硫反应，而绝大部分2μm以下的颗粒将直接送到灰仓，不再参与再循环。
与现有技术相比，本发明的优点在于首先，由于采用了分层回料技术，使得对回料的再循环颗粒粒径的控制更为精确，由于较大粒径的再循环颗粒的回料口在脱硫塔下部靠上的位置处，较小粒径的再循环颗粒的回料口在脱硫塔下部靠下的位置处，由于小颗粒向上运动，大颗粒向下运动，这样不仅增加了大颗粒的停留反应时间，而且增强了小颗粒与大颗粒之间的碰幢，改善了脱硫塔内的流场结构，从而提高了脱硫剂的利用率和脱硫效率，在钙硫比Ca/S＝1.1～1.3之间可达到92％以上的脱硫效率。
第二，本发明将第一级分离出来的大颗粒回料入口布置在第二级再循环颗粒回料入口的上方，由于大颗粒的动量较大，在该入口区域形成较为强烈向下流动，并可以充分带动(或压住)第二级分离出来的再循环小颗粒也向下运动，避免小颗粒一进入脱硫塔即被烟气带走，同时增强了大小颗粒之间的的碰撞频率，有助于打破脱硫剂颗粒的表面反应产物，提高了脱硫剂颗粒的利用率，提高脱硫剂的利用率和脱硫反应效率。
第三，由于再循环大颗粒布置在所有颗粒入口的上方，且大部分未完全反应，当它进入脱硫反应塔内时，由于回流的颗粒动量很大(主要由于回流颗粒总质量很大)，会先向下沉降，然后在流化风的作用下再向上混合流动，并参加脱硫反应，如果回料口贴脱硫反应塔壁面布置，则回料颗粒会沿脱硫反应塔内壁面贴壁流下，这样有利于冲刷脱硫塔内壁面，从而减轻了该区域的壁面粘结和脱硫塔底部的堵塞，由于回料的沉降会加强塔内的气固液相湍流和混合强度，也有利于提高脱硫反应效率。
第四，对于大型化的干法烟气脱硫技术，其回料量比较大，本发明由于采用了分层回料技术，再循环颗粒由两级除尘系统分离，而不是采用单级除尘系统及再循环入口，这样本发明的第一级惯性分离装置可以分离出相当部分的再循环颗粒，采用从而大大减轻了脱硫剂颗粒分离装置的单机负担，在一定程度上解决了大型化干法烟气脱硫设备所面临的的重要技术问题。
图1本发明脱硫系统结构示意图；图2本发明采用组合烟气射流的脱硫系统结构示意图。
图中烟气预除尘装置1，烟气混合室2，烟气引射加速装置3，脱硫反应塔4，脱硫塔下部流化区域4-1、脱硫塔烟气出口5，水雾化喷嘴6，脱硫剂制备的消化系统7，脱硫剂颗粒喷入口8，第一级脱硫剂颗粒分离装置9(惯性分离器)，第一级脱硫剂颗粒再循环入口10，第二级脱硫剂颗粒分离装置11(静电分离或布袋分离器)，第二级脱硫剂颗粒再循环入口12，灰渣仓13，主引风机14，烟囱15，洁净烟气再循环管道16，组合烟气射流喷嘴17。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明采用两层回料时的循环流态化干法烟气脱硫工艺作进一步的详细描述
首先，从燃烧设备排出的烟气经过一个烟气预除尘装置1(如静电除尘器、布袋除尘器、惯性分离除尘器或者它们的组合形式)，除去烟气中约85％的飞灰，经过预除尘后的烟气送入烟气混合室2中，通过烟气引射加速装置3(例如文丘里喷嘴)向上喷射进入脱硫反应塔4的底部，维持烟气射流的出口速度范围为30～55m/s。
同时，将脱硫剂原料(如CaO粉)送入脱硫剂制备的消化系统7中，经消化反应生成高活性的脱硫剂颗粒，将消化后粒径范围为1～10μm的脱硫剂(如Ca(OH)2)颗粒，由脱硫剂颗粒喷入口8喷入脱硫反应塔的下部流化区域4-1。在脱硫反应塔下部区域4-1的脱硫剂颗粒喷入口8位置上部的同一侧，布置有水雾化喷嘴6，在脱硫剂颗粒喷入口8位置上部的另一侧，布置有第二级脱硫剂颗粒再循环入口12。在第二级脱硫剂颗粒再循环入口12位置上部的同一侧，布置有第二级脱硫剂颗粒再循环入口10。烟气进入脱硫反应塔的下部区域4-1与从脱硫剂颗粒喷入口8喷进的高活性脱硫剂颗粒、由水雾化喷嘴6喷入的雾化冷却水，和从第一级脱硫剂颗粒分离装置9和第二级脱硫剂颗粒分离装置11分离出来的颗粒，即从第一级脱硫剂颗粒再循环入口10和第二级脱硫剂颗粒再循环入口12进来的再循环脱硫剂颗粒混合，三者发生强烈的三相湍流传热传质交换。上述塔内烟温降到55-70℃之间(高于塔内烟气露点温度5-15℃之间)，某些情况下也可以在烟温80℃左右运行，大12部分脱硫剂颗粒的粒径在1-5μm之间。这样烟气、水颗粒、脱硫剂颗粒和再循环颗粒在烟气射流的带动下，向上运动，整个脱硫塔内呈流化悬浮态。
其中，从第一级脱硫剂颗粒再循环入口10进入脱硫反应塔下部区域4-1的颗粒的粒径为8～30μm，由于颗粒粒径较大，使得其动量大于烟气的动量，故在颗粒的冲击作用下此处及附近的烟气向下流动，再循环颗粒直接落到脱硫反应塔4的底部或者沿着脱硫反应塔4的底部斜面向下流动，回到脱硫反应塔4的底部，沿着脱硫反应塔4的底部斜面向下流动的部分再循环颗粒对于减轻脱硫塔底部斜面的粘结和堵塞有一定作用。
由于第一级脱硫剂颗粒再循环入口10位于脱硫塔下部靠上的位置处，且进入的再循环颗粒粒径较大，而第二级脱硫剂颗粒再循环入口12位于脱硫塔下部靠下的位置处，从第二级脱硫剂颗粒再循环入口12进入脱硫反应塔4的颗粒的粒径为2～10μm，由于颗粒粒径较小，虽然此处空截面的烟气流速较高，但在上部的再循环大颗粒的向下动量的作用下，小颗粒会被大颗粒压住并也成一定的向下流动趋势，或直接与大颗粒碰撞，且碰撞频率较高，这样不仅增加了大颗粒的停留反应时间，而且增强了小颗粒与大颗粒之间的碰撞，有助于打破脱硫剂颗粒的表面反应产物，改善了脱硫塔内的流场结构，从而提高了脱硫剂的利用率和脱硫效率。另外，调节第一级脱硫剂颗粒再循环入口10和第二级脱硫剂颗粒再循环入口12的回料量的比例，也可以合理地调节脱硫反应塔4内的流场结构，并且可以合理地分配第一级脱硫剂颗粒分离装置9和第二级脱硫剂颗粒分离装置11的负荷，以达到高效安全的运行情况。
在脱硫塔的中上部，塔内颗粒基本呈现较大的回落趋势，大部分颗粒沿侧壁附近向下运动，到脱硫塔的下部后由于脱硫塔底部的烟气流速较高，颗粒又重新被烟气带动向上运动往复，在塔内形成高强度的三相湍流交换状态，发生强烈的混合、传热、传质及化学反应的复杂物理化学过程。在塔内烟气中的SO2与脱硫剂Ca(OH)2反应生成亚硫酸钙或硫酸钙，并可以同时脱出烟气中少量的SO3以及可能存在的HCl、HF等有害气体成分，脱硫效率至少可以达到90％以上。
再后，烟气由脱硫反应塔4顶部的烟气出口5引出，进入第一级脱硫剂颗粒分离装置9(惯性分离除尘器)，其分离效率为60％，其中对于＞8μm以上的颗粒的分离效率为80％以上，即烟气中的大颗粒大部分被分离出来，由于其中还含有一部分未反应的脱硫剂颗粒，为了提高脱硫剂利用率，通过第一级脱硫剂颗粒再循环入口10将分离出来的颗粒全部送回脱硫塔中进行颗粒再循环。由第一级脱硫剂颗粒分离装置9顶部排放的已脱出大部分大颗粒后的烟气进入第二级脱硫剂颗粒分离装置11(如静电除尘器、布袋除尘器或者它们的组合形式)，烟气所携带的剩余颗粒绝大部分被分离出来，其分离效率在99％以上，其中也还含有一部分未反应的脱硫剂颗粒，为了提高脱硫剂利用率，通过第二级脱硫剂颗粒再循环入口12将其中分离出的90％左右的颗粒再送回脱硫塔中，而已经反应完成的大部分小颗粒(小于2μm)不再参与再循环，即脱硫副产品及飞灰则送入灰渣仓13储存、转运走。从第二级脱硫剂颗粒分离装置11出来的达标洁净烟气，经主引风机14送入烟囱15，最后排入大气。
如图2所示的方法，也与上述方法基本相同，只是其增加了烟气射流方式。烟气射流方式的特征是在脱硫反应塔4的中部布置经洁净烟气再循环系统16引入的组合烟气射流喷嘴17，将脱硫后的洁净含湿烟气送入流态化脱硫塔中进行烟气再循环，以形成脱硫塔中部的高强度湍流混合区，加强总脱硫反应的强度。从第二级脱硫剂颗粒分离装置11出来的达标洁净烟气通过洁净烟气再循环系统16带走，进行烟气再循环，其余则经主引风机14送入烟囱15，最后排入大气。由洁净烟气再循环系统16带走的再循环洁净含湿烟气，在脱硫反应塔4的中部向下通过在单侧或者两侧布置的组合烟气射流喷嘴17，以90～120m/s的流速喷入脱硫塔中，以保证脱硫剂颗粒、雾化冷却水和射流烟气这三者之间发生强烈的三相湍流传热传质交换混合。同时，由于再循环烟气本身的含湿量高于正常干空气，一定程度上降低了脱硫反应塔内所需的喷水量。达标洁净烟气抽出点在第二级脱硫剂颗粒分离装置11的出口与烟囱15之间的管道上，再循环洁净含湿烟气量为总排放烟气量的10～30％，可进行调节，达到脱硫塔入口烟气降温5～20℃的要求。
权利要求
1.一种分层回料的循环流态化干法烟气脱硫工艺，包括脱硫剂制备消化、脱硫反应塔内脱硫反应、外部脱硫剂颗粒的分离和再循环，其特征在于在脱硫反应塔的外部颗粒再循环过程中，回料采用了两级颗粒分离和再循环，第一级和第二级脱硫剂颗粒分离装置分离出的颗粒分别通过第一级和第二级脱硫剂颗粒再循环入口送入脱硫反应塔下部流化区域进行颗粒再循环。
2.根据权利要求1所述的分层回料的循环流态化干法烟气脱硫工艺，其特征在于从脱硫反应塔出来的烟气依次通过第一级脱硫剂颗粒分离装置和第二级脱硫剂颗粒分离装置。
3.根据权利要求1所述的分层回料的循环流态化干法烟气脱硫工艺，其特征在于第一级脱硫剂颗粒再循环入口在第二级再循环颗粒回料入口的上方，与其距离高度约500～1000mm，第二级再循环颗粒回料入口在脱硫剂颗粒给料入口另一侧的上方，与其距离高度约500～1000mm。
4.根据权利要求1所述的分层回料的循环流态化干法烟气脱硫工艺，其特征在于第一级脱硫剂颗粒分离装置的分离效率为20％～80％，其中对于＞8μm以上的颗粒的分离效率为80％以上，并且该级脱硫剂颗粒分离装置分离出来的颗粒全部送回脱硫塔，作为再循环颗粒继续参与脱硫反应。
5.根据权利要求1所述的分层回料的循环流态化干法烟气脱硫工艺，其特征在于第二级脱硫剂颗粒分离装置的分离效率为99％以上，其中分离出来的50％～99％颗粒送回脱硫塔，作为再循环颗粒继续参与脱硫反应，而绝大部分2μm以下的颗粒将直接送到灰仓，不再参与再循环。
全文摘要
一种分层回料的循环流态化干法烟气脱硫工艺，本发明涉及大型化循环流态化干法烟气脱硫系统中的外部颗粒再循环技术，它包括脱硫剂制备消化、脱硫反应塔内脱硫反应、外部脱硫剂颗粒的分离和再循环，在脱硫反应塔的外部颗粒再循环过程中，回料采用了两级颗粒分离和再循环，第一级和第二级脱硫剂颗粒分离装置分离出的颗粒分别通过第一级和第二级脱硫剂颗粒再循环入口送入脱硫反应塔下部流化区域进行颗粒再循环，从而提高了脱硫剂颗粒利用率和脱硫反应效率，与现有技术相比，并可以实现很高的烟气除尘效率，同时在Ca/S＝1.1～1.3的较低钙硫比条件下可达到92％以上的脱硫效率，并且减轻脱硫反应塔下部的粘结和堵塞以及脱硫剂颗粒分离装置的单机负担。
文档编号B01D53/83GK1491739SQ0312530
公开日2004年4月28日 申请日期2003年8月21日 优先权日2003年8月21日
发明者李雄浩, 张颉, 张泽, 林冲, 刘亚丽, 胡永锋 申请人:武汉凯迪电力股份有限公司