专利名称：一种采用贴壁直流风的半干法烟气脱硫方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃烧设备排放烟气的半干法脱硫系统及工艺，特别涉及一种采用贴壁直流风的半干法烟气脱硫方法及装置，属于烟气脱硫技术领域。
背景技术：
煤燃烧所产生的污染物是造成我国生态环境破坏的最大污染源。我国二氧化硫排放90％来自燃煤，排放总量连续多年超过2000万吨，酸雨区面积约占国土面积的1/3。燃煤二氧化硫污染治理已经成为了我国空气污染治理的当务之急。
对二氧化硫的治理，目前国外主要采用石灰石-石膏湿法脱硫技术，其主要优点是脱硫效率高，但存在投资和运行费用高、占地面积大、耗水量大以及需要对水进行再处理等一系列问题。综合我国的SO2污染现状与目前的经济实力，全部采用具有很高脱硫效率但投资运行昂贵的湿法脱硫技术是难以接受的，并且湿法脱硫技术的高水耗也对我国广大中西部缺水地区的应用造成很大的障碍。
与湿法脱硫技术相比，半干法烟气脱硫技术具有低成本、低费用、低水耗和较高脱硫效率等优点，具有良好的发展前景，是国内外开发应用的热点。目前在我国应用较多的循环流化床半干法烟气脱硫技术，大都利用消化后的石灰(浆)作为脱硫剂，用脱硫剂和外部除尘器分离出来的物料作为循环床料，在流化床反应塔中通过强烈的气固液三相作用来脱除烟气中的二氧化硫气体。如公开号为CN00128285.9、CN02147821.X和CN03125276.1等专利，都是采用一个类似于循环流化床的脱硫反应塔，通过烟气、脱硫剂颗粒以及雾化水液滴在塔中的接触反应以实现脱硫目的。
然而，半干法烟气脱硫技术在实际工程应用中目前普遍存在脱硫效率较低和运行稳定性较差的问题。造成上述问题的重要原因之一是所喷入的雾化水和脱硫剂颗粒的利用效率较低。流化床反应塔内通常存在颗粒的环-核流动行为，导致脱硫剂颗粒聚集在塔体壁面附近的颗粒下降流动区域，难以与雾化水和烟气中的SO2接触而得到高效利用，从而影响系统脱硫效果。另外，喷入脱硫反应塔的雾化水液滴在塔内强烈湍动的气固液三相流场作用下，容易粘结在塔体壁面而造成粘壁结垢现象，从而影响系统的运行稳定性。由上可见，在半干法烟气脱硫系统中，塔内的多相流场组织是决定系统能否高效稳定运行的关键因素。
发明内容
针对现有半干法烟气脱硫技术在工程应用中存在的运行稳定性较差和脱硫效率较低的问题，本发明提出一种采用贴壁直流风的半干法烟气脱硫方法及装置，对缓解脱硫反应塔内的脱硫剂颗粒的环-核流动和雾化水液滴粘壁现象有显著作用，使其不仅较好地解决雾化水液滴和脱硫剂颗粒粘壁结垢所带来的运行稳定性差的问题，而且可提高所喷入雾化水液滴和脱硫剂颗粒的利用效率，实现脱硫反应塔反应区内的气液固三相充分混合，从而改善系统的脱硫效果。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种采用贴壁直流风的半干法烟气脱硫方法，其特征在于该方法包括如下步骤a.从燃烧设备排出的需脱硫的烟气，进入脱硫反应塔底部的烟气混合室，通过烟气引射装置加速后，进入脱硫反应塔下部的渐扩段内；b.烟气与喷入的脱硫剂颗粒、雾化水和从外部除尘器回送的再循环物料充分混合后，在塔体内进行脱硫反应；c.在进行脱硫反应的过程中，在脱硫反应塔主体的壁面附近喷入一股或若干股气流速度高于塔内主流烟气速度的贴壁直流风，以减少脱硫剂颗粒和液滴在塔体壁面附近的聚集；d.烟气携带脱硫剂颗粒通过脱硫反应塔出口进入外部除尘器，分离后的大部分颗粒通过物料再循环装置回送到脱硫塔内作为再循环物料，脱硫后的烟气通过烟囱排放大气。
本发明所述的贴壁直流风的喷射方向为沿塔体中心线方向垂直向上0～30°。所述的贴壁直流风的气流速度在8～40m/s范围内。
本发明所述的贴壁直流风可采用空气、脱硫后的烟气、未脱硫的烟气或或是它们的混合物。
本发明还提供了一种采用贴壁直流风的半干法烟气脱硫装置，该装置含有脱硫反应塔、外部除尘器和物料再循环装置，所述的脱硫反应塔包括烟气混合室、设置在烟气混合室上的烟气入口、烟气引射装置、渐扩段以及脱硫反应塔主体，在所述的渐扩段的塔体上设有脱硫剂喷嘴、再循环物料喷嘴和雾化水喷嘴，其特征在于在雾化水喷嘴或脱硫剂喷嘴上方的脱硫反应塔主体壁面上设有贴壁直流风喷嘴。
本发明所述的贴壁直流风喷嘴的位置在雾化水喷嘴或脱硫剂喷嘴上方0.5～10m处。所述的贴壁直流风喷嘴沿脱硫反应塔主体高度方向设置1～6层，每层数量至少2个，沿圆周方向均匀布置。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果贴壁直流风能有效组织脱硫反应塔内的气液固三相流场特性，从而不仅显著改善了雾化水液滴和脱硫剂颗粒在塔体内壁附近的聚集情况，缓解和消除脱了硫反应塔的粘壁结垢现象，提高了脱硫系统的运行稳定性，而且加强了塔内气液固三相的混合强度，增强了塔内传质效果，提高了脱硫剂的利用率，实现在较低的钙硫比(Ca/S＝1.1～1.3)的情况下达到较高的脱硫效率(90％～92％以上)。
图1为本发明的工艺流程及系统结构示意图。
图2为贴壁直流风喷嘴在脱硫反应塔主体侧壁面上的布置结构示意图。
图3为图2的俯视图。
图4为脱硫反应塔采用梯形结构时的贴壁直流风喷嘴的布置结构示意图。
图5为图4的俯视图。
图中1-烟气混合室；2-烟气引射装置；3-渐扩段；4-脱硫反应塔主体；5-脱硫反应塔出口；6-外部除尘器；7-引风机；8-烟囱；9-物料再循环装置；10-灰渣仓；11-烟气入口；12-脱硫剂喷嘴、13-再循环物料喷嘴；14-雾化水喷嘴；15-贴壁直流风喷嘴；16-落灰斗。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的装置结构、工艺流程和工作原理作进一步的说明图1为本发明的工艺流程及系统结构示意图。本发明装置主要包括脱硫反应塔、外部除尘器6和物料再循环装置9。脱硫反应塔由下往上依次包括塔体底部的落灰斗16、烟气混合室1、设置在烟气混合室上的烟气入口11、烟气引射装置2、渐扩段3以及脱硫反应塔主体4，在渐扩段的塔体上设有脱硫剂喷嘴12、再循环物料喷嘴13和雾化水喷嘴14，在雾化水喷嘴或脱硫剂喷嘴上方的脱硫反应塔主体壁面上设有贴壁直流风喷嘴15。
本发明的工艺流程及工作原理是从燃烧设备排出的烟气经过脱硫反应塔底部的烟气入口11进入烟气混合室1，通过烟气引射装置2(文丘里喷管或大孔射流布风板)，加速进入脱硫反应塔的渐扩段。渐扩段3的塔体上设置有脱硫剂喷嘴12、再循环物料喷嘴13和雾化水喷嘴14(喷嘴均可采用单层或多层布置)。在塔内，烟气与从脱硫剂喷嘴12喷入的高活性脱硫剂颗粒(如粒径为1～10μm的消石灰)、由雾化水喷嘴14喷入的雾化冷却水和从再循环物料喷嘴13喷入的再循环脱硫剂颗粒混合，烟气、雾化水液滴、脱硫剂颗粒和再循环物料在烟气射流的带动下，向上运动进入脱硫反应塔主体4，整个脱硫反应塔内呈流化悬浮态。在渐扩段3和脱硫反应塔主体4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。塔内的烟气温度从烟气入口11的130℃左右迅速降到55～70℃之间(高于塔内烟气露点温度5～15℃之间)，烟气中的SO2与脱硫剂Ca(OH)2反应生成亚硫酸钙或硫酸钙。烟气中少量的SO3，以及可能存在的HCl和HF等有害气体也能在床内被脱除。
在脱硫反应塔主体4，塔内的主流烟气速度为3～8m/s。塔内处于流化悬浮态，塔体壁面附近的颗粒浓度较高，通常存在颗粒的环-核流动行为，导致脱硫剂颗粒聚集在塔壁附近的颗粒下降流动区域，难以与雾化水和烟气中的SO2接触而得到高效利用，影响系统的脱硫效果。另外，喷入脱硫反应塔的雾化水液滴在塔内强烈湍动的气固液三相流场作用下，容易粘结在塔体壁面而造成粘壁结垢现象，影响系统的运行稳定性。
为了提高系统运行稳定性和改善系统脱硫效果，在脱硫反应塔主体4上布置两层贴壁直流风，每层贴壁直流风沿塔体中心周向均匀布置至少两个贴壁直流风喷嘴15，喷入的风量可以是空气，脱硫后的烟气，需脱硫的烟气，或者它们的组合。贴壁直流风的引出位置可以是脱硫反应塔入口前的烟气、外部除尘器前、后的烟气，或者烟气通道任何部位两处及两处以上的组合。贴壁直流风的喷射方向为沿塔体中心线方向垂直向上0～30°，气流速度可在8～40m/s范围内调整。根据本实施例中的主流速度为3～8m/s，采用的贴壁直流风气流速度为20～30m/s，形成脱硫塔主体壁面附近的高强度湍流区，减少了液滴和脱硫剂颗粒在塔体内壁附近的聚集，减轻粘壁结垢现象，提高系统运行稳定性，同时使得壁面附近的脱硫剂颗粒和雾化水液滴能够进入塔内中央区域而得到高效利用，从而实现在较低的钙硫比(Ca/S＝1.1～1.3)的情况下达到较高的脱硫效率(90％～92％以上)。
到脱硫反应塔出口5，脱硫剂颗粒已基本被完全干燥而呈干态，床内的雾化冷却水也基本完全蒸发为水蒸汽。烟气携带部分脱硫剂颗粒经过脱硫反应塔出口5进入外部除尘器6，烟气中携带的绝大部分颗粒被分离出来。这些被分离下来的颗粒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，通过脱硫反应塔外部的物料再循环9，将它们通过再循环物料喷嘴13送回脱硫反应塔内，而已经反应完成的大部分小颗粒(1～3μm)不再参与循环，送入灰渣仓10储存、转运走。从外部除尘器6出来的达标洁净烟气经引风机7，一部分可以作为贴壁直流风经贴壁直流风喷嘴15进入脱硫反应塔主体4，其余则送入烟囱8，排入大气。
附图2～5给出了贴壁直流风喷嘴的两种典型布置方式。图2和图3表示出贴壁直流风喷嘴沿脱硫反应塔主体高度方向设置2层，每层贴壁直流风喷嘴沿塔体周向均匀布置12个，贴壁直流风通过90～120°的弯管伸入贴壁直流风喷嘴并向上喷入塔内。图4和图5所示的是脱硫反应塔主体采用流通横截面积不断扩大的梯形结构，每一层贴壁直流风喷嘴布置在塔体不同横截面积的两个截面相连接之处。贴壁直流风喷嘴在每一层塔体的底部壁面上沿周向均匀设置，贴壁直流风通过贴壁直流风喷嘴直接垂直向上喷入塔内。实际工程应用中，可以根据具体情况采用其中的一种或两种的组合形式。
权利要求
1.一种采用贴壁直流风的半干法烟气脱硫方法，其特征在于该方法包括如下步骤a.从燃烧设备排出的需脱硫的烟气，进入脱硫反应塔底部的烟气混合室，通过烟气引射装置加速后，进入脱硫反应塔下部的渐扩段；b.烟气与喷入的脱硫剂颗粒、雾化水和从外部除尘器回送的再循环物料充分混合后，在塔体内进行脱硫反应；c.在进行脱硫反应的过程中，在脱硫反应塔主体的壁面附近喷入一股或若干股气流速度高于塔内主流烟气速度的贴壁直流风，以减少脱硫剂颗粒和液滴在塔体壁面附近的聚集；d.烟气携带脱硫剂颗粒通过脱硫反应塔出口进入外部除尘器，分离后的大部分颗粒通过物料再循环装置回送到脱硫塔内作为再循环物料，脱硫后的烟气通过烟囱排放大气。
2.根据权利要求1所述的采用贴壁直流风的半干法烟气脱硫方法，其特征在于所述的贴壁直流风的喷射方向为沿塔体中心线方向垂直向上0～30°。
3.根据权利要求1所述的采用贴壁直流风的半干法烟气脱硫方法，其特征在于所述的贴壁直流风的气流速度在8～40m/s范围内。
4.根据权利要求1、2或3任一权利要求所述的采用贴壁直流风的半干法烟气脱硫方法，其特征在于所述的贴壁直流风采用空气、脱硫后的烟气、未脱硫的烟气或是它们的混合物。
5.一种采用贴壁直流风的半干法烟气脱硫装置，该装置含有脱硫反应塔、外部除尘器6和物料再循环装置9，所述的脱硫反应塔包括烟气混合室(1)、设置在烟气混合室上的烟气入口(11)、烟气引射装置(2)、渐扩段(3)以及脱硫反应塔主体(4)，在所述的渐扩段(3)的塔体上设有脱硫剂喷嘴(12)、再循环物料喷嘴(13)和雾化水喷嘴(14)，其特征在于在雾化水喷嘴或脱硫剂喷嘴上方的脱硫反应塔主体(4)壁面上设有贴壁直流风喷嘴(15)。
6.根据权利要求5所述的贴壁直流风的半干法烟气脱硫装置，其特征在于所述的贴壁直流风喷嘴的位置在雾化水喷嘴或脱硫剂喷嘴上方0.5～10m处。
7.根据权利要求5或6所述的贴壁直流风的半干法烟气脱硫装置，其特征在于所述的贴壁直流风喷嘴沿脱硫反应塔主体高度方向设置1～6层，每层数量至少2个，沿圆周方向均匀布置。
全文摘要
一种采用贴壁直流风的半干法烟气脱硫方法及装置，包括脱硫反应塔内脱硫反应、脱硫剂颗粒的分离和再循环，其特点是在脱硫反应塔内的雾化水喷嘴或脱硫剂喷嘴上方的塔体壁面上设有喷嘴，喷入一股或若干股气流速度高于塔内主流烟气速度的贴壁直流风，从而减少了液滴和脱硫剂颗粒在塔体内壁附近的聚集，减轻塔体壁面的粘壁结垢现象，同时能有效组织脱硫反应塔内气、固、液相的充分混合，改善脱硫效果。采用该种技术可以大大提高系统运行的安全稳定性，同时能在较低钙硫比下达到较高的脱硫效率。
文档编号B01D53/50GK1895748SQ20061001216
公开日2007年1月17日 申请日期2006年6月9日 优先权日2006年6月9日
发明者张颉, 由长福, 陈昌和, 祁海鹰 申请人:清华大学