采用旋流喷射器脱除燃煤烟气中三氧化硫的装置及方法与流程

本发明涉及采用旋流喷射器脱除燃煤烟气中三氧化硫的装置及方法，属于大气污染物治理领域。

背景技术：

为了达到超低排放标准，燃煤机组普遍采用选择性催化还原法(selectivecatalytic)进行烟气脱硝。由于燃烧过程中有0.5-1.5%的so2会转化为so3，当烟气温度较低时，so3会与烟气中的nh3和h2o发生反应，生成(nh4)2so4和nh4hso4，并在scr脱硝催化剂表面以及空气预热器换热板表面沉积，造成催化剂的失效和空气预热器的堵塞，严重时会使脱硝系统退出运行、空气预热器内部阻力增大、电厂能耗升高，影响机组的正常运行。so3在空气预热器内，当烟温降至200℃以下时，会与烟气中h2o生成h2so4气溶胶且不易被除尘设备和脱硫设备所捕获，将随烟气排入大气中，成为雾霾产生的主要因素之一。现有烟气脱硝技术中，scr以其成熟的技术、较高的脱硝效率，在燃煤电厂中得到广泛的应用。随着环保标准的提高，scr脱硝技术已经成为国内燃煤电站脱硝的主流技术。但scr脱硝技术存在催化剂失活、空气预热器堵塞等问题。造成这些问题的主要原因是机组低负荷运行时，烟气中所含有的so3与喷入的nh3反应生成具有黏性的nh4hso4，造成催化剂表面孔隙堵塞，催化剂失活且寿命严重下降，进入空气预热器后造成空气预热器堵塞。而现有防止催化剂堵塞的措施主要是进行省煤器旁路烟道改造以及scr省煤器，提高scr入口烟温，改造成本相对较高。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供采用旋流喷射器脱除燃煤烟气中三氧化硫的装置及方法。该采用旋流喷射器脱除燃煤烟气中三氧化硫的装置可防止脱硝催化剂失活以及寿命下降、空气预热器堵塞，有效提高脱硝催化剂利用率，避免空气预热器堵塞，确保燃煤机组安全运行。

本发明的技术方案如下：

采用旋流喷射器脱除燃煤烟气中三氧化硫的装置，包括一端垂直烟气进气方向穿入脱硝反应器的脱硝入口烟道内的旋流喷射器；所述旋流喷射器包括直流喷射管道和转动套设在直流喷射管道外的旋流喷射管道；所述旋流喷射管道位于脱硝入口烟道内的端部设置有卷吸烟气的旋流叶片；所述脱硝入口烟道外设置有再循环烟道；所述再循环烟道进气端与脱硝入口烟道连通，所述再循环烟道出气端与旋流喷射管道连通；所述直流喷射管道向脱硝入口烟道内喷射强碱性颗粒。

其中，所述采用旋流喷射器脱除燃煤烟气中三氧化硫的装置还包括粉碎强碱性物质成颗粒状的叶轮给粉机；所述叶轮给粉机包括粉碎壳体、设置在粉碎壳体上端的进料口、设置在粉碎壳体下端的出料口以及设置在粉碎壳体内的粉碎装置；所述出料口通过一输气管与直流喷射管道联通，可通过调节驱动装置，控制叶轮给粉机的给粉量。

其中，所述旋流喷射器具有多个，沿脱硝入口烟道均匀布置；所述旋流喷射管道产生的旋转气流旋向与烟气流动方向相反。

其中，所述强碱性颗粒为钙基吸收剂，所述强碱性颗粒的粒径为10-150μm，粒径分布系数为1.5-3。

其中，所述强碱性钙基吸收剂颗粒为氢氧化钙或氧化钙或采用碱性化合物改性后的钙基吸收剂；所述脱硝反应器内设置有多层催化剂层。

其中，所述脱硝反应器还旁通有一氨气和空气的混合器。

其中，多层催化剂层上方的脱硝反应器内沿内壁设置有集液槽；多根沿集液槽均匀分布的导液棒一端伸入集液槽内，另一端倾斜向上并相互铰接。

其中，所述出料口内套设有一精磨装置；所述精磨装置包括顶点向上的转动的圆锥形中磨体和套设在中磨体下部外的外磨体；所述中磨体外圆锥面中部设置有中磨面；所述外磨体内圈设置有与中磨面间隙设置的外磨面；所述中磨面与外磨面形成研磨空间；所述中磨体上部与外磨体上部围合形成竖直截面为w字形的进料槽。

其中，所述外磨体下部与中磨体下部围合形成出料槽；所述外磨体位于出料槽内的内壁为光滑的内凸弧面；所述外磨体上开设有位于出料槽内且向下出风的环形出风细缝；所述出风细缝与内壁之间具有凸出的圆滑过渡。

一种脱三氧化硫方法，采用所述的采用旋流喷射器脱除燃煤烟气中三氧化硫的装置，包括以下步骤：

①从进料口将氢氧化钙或氧化钙或采用碱性化合物改性后组成的强碱性钙基吸收剂送入叶轮给粉机中粉碎成强碱性颗粒，强碱性颗粒的粒径为10-150μm，粒径分布系数为1.5-3；

②强碱性颗粒进入输气管，并由输气管的空气携带从直流喷射管道向脱硝入口烟道内喷出与烟气中的三氧化硫反应，强碱性颗粒与三氧化硫的反应当量比为1：1.5-5；在烟气中的停留时间为0.2-2.5s；

③与步骤②同步进行，旋流喷射管道旋转，通过旋流叶片卷吸脱硝入口烟道内的烟气，其中，部分烟气通过再循环烟道进入旋流喷射管道并进入后回到脱硝入口烟道内；

④经步骤②和步骤③脱除三氧化硫后的烟气与从混合器中nh3和空气的混合物混合后进入脱硝反应器的氨气和空气进行反应；

⑤烟气与脱硝反应器中的催化剂层进行催化还原反应脱硝。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用旋流喷射器脱除燃煤烟气中三氧化硫的装置可防止脱硝催化剂失活以及寿命下降、空气预热器堵塞，有效提高脱硝催化剂利用率，避免空气预热器堵塞，确保燃煤机组安全运行。

2、本发明可避免脱硝反应器出现低负荷时，脱硝催化剂的失活和空气预热器的堵塞等问题，保证scr脱硝装置的脱硝效率，确保机组的正常运行。

3、本发明通过降低进入脱硝催化剂前三氧化硫的浓度，来降低催化剂发生失活以及空预器发生堵塞的可能，不仅投资小，且易于实现。

4、本发明设置有精磨装置，可以有效的提高强碱性颗粒的粒径精度，提高强碱性颗粒的利用率。

5、本发明的精磨装置设置有出风细缝，一是利用科恩达效应，使外磨体位于出料槽内的内壁贴覆风膜，防止强碱性颗粒粘附在出料槽内阻塞出料槽，降低出料量的精度；二是可利用风压变化使强碱性颗粒更好的出料，进入输气管；三是能在强碱性颗粒进入输气管之前就形成均匀性分布，能够提高强碱性颗粒最终与三氧化硫反应的精确性。

6、本发明在直流喷射管道外套设有旋流喷射管道，并设置有旋流叶片，能够卷吸烟气，使烟气与强碱性颗粒能够更长时间和更均匀的接触，有效提高强碱性颗粒的利用率和烟气中三氧化硫的脱除率。

7、本发明的旋流喷射管道产生的旋转气流旋向与烟气流动方向相反，能够降低烟气的层流效果，增加烟气的紊流效果，提高烟气与强碱性颗粒的有效接触面积和时间。

8、本发明设置有集液槽和导液棒，能够有效的减少烟气中所含有三氧化硫与喷入的nh3反应生成的nh4hso4的量，从而降低催化剂表面孔隙堵塞，催化剂失活且寿命严重下降，空气预热器堵塞的可能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明旋流喷射器的正面示意图；

图3为本发明旋流喷射器的侧视图；

图4为本发明旋流喷射器在脱硝入口烟道一侧壁上的布置示意图；

图5为本发明精磨装置的结构示意图；

图6为本发明图5中出风细缝的放大示意图；

图7为本发明导液棒和集液槽的俯视示意图。

图中附图标记表示为：

1-叶轮给粉机、11-进料口、12-出料口、13-粉碎壳体、14-驱动装置、15-精磨装置、151-中磨体、152-外磨体、153-中磨面、154-外磨面、155-进料槽、156-出料槽、157-出风细缝、158-内壁、2-输气管、3-再循环烟道、4-脱硝入口烟道、5-旋流喷射器、51-直流喷射管道、52-旋流喷射管道、521-旋流叶片、6-脱硝反应器、61-催化剂层、62-集液槽、63-导液棒、7-混合器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。

如图1至4所示，采用旋流喷射器脱除燃煤烟气中三氧化硫的装置，包括一端垂直烟气进气方向穿入脱硝反应器6的脱硝入口烟道4内的旋流喷射器5；所述旋流喷射器5包括直流喷射管道51和转动套设在直流喷射管道51外的旋流喷射管道52；所述旋流喷射管道52位于脱硝入口烟道4内的端部设置有卷吸烟气的旋流叶片521；所述脱硝入口烟道4外设置有再循环烟道3；所述再循环烟道3进气端与脱硝入口烟道4联通，所述再循环烟道3出气端与旋流喷射管道52联通；所述直流喷射管道51向脱硝入口烟道4内喷射强碱性颗粒；旋流喷射管道52能够卷吸烟气，使烟气与强碱性颗粒能够更长时间和更均匀的接触，有效提高强碱性颗粒的利用率和烟气中三氧化硫的脱除率。

进一步的，所述采用旋流喷射器脱除燃煤烟气中三氧化硫的装置还包括粉碎强碱性物质成颗粒状的叶轮给粉机1；所述叶轮给粉机1包括粉碎壳体13、设置在粉碎壳体13上端的进料口11、设置在粉碎壳体13下端的出料口12以及设置在粉碎壳体13内的粉碎装置；所述出料口12通过一输气管2与直流喷射管道51联通，可通过调节驱动装置14，控制叶轮给粉机1的给粉量。

进一步的，参见图1，所述旋流喷射器5具有多个，沿脱硝入口烟道4均匀布置；参见图4，脱硝入口烟道4单侧内壁上的旋流喷射器5两个一组，其旋流喷射管道52的旋转方向相反且与烟气运动方向a也相反，使所述旋流喷射管道52产生的旋转气流旋向与烟气流动方向a相反，能够降低烟气的层流效果，增加烟气的紊流效果，提高烟气与强碱性颗粒的有效接触面积和时间。

优选的，所述强碱性颗粒为钙基吸收剂，所述强碱性颗粒的粒径为10-150μm，粒径分布系数为1.5-3。

优选的，所述强碱性钙基吸收剂颗粒为氢氧化钙ca(oh)2或氧化钙cao或采用碱性化合物改性后的钙基吸收剂；通过固体ca(oh)2或cao或改性的钙基吸收剂颗粒与烟气中so3的发生气固反应，将烟气中的so3脱除。

进一步的，所述脱硝反应器6还旁通有一混合器7；所述混合器7分别通入氨气和空气，将氨气和空气通入混合器7中进行混合稀释。

进一步的，如图1、7所示，所述脱硝反应器6内设置有多层催化剂层61；多层催化剂层61上方的脱硝反应器6内沿内壁设置有集液槽62；多根沿集液槽62均匀分布的导液棒63一端伸入集液槽62内，另一端倾斜向上并相互铰接；能够有效的减少烟气中所含有三氧化硫与喷入的nh3反应生成的nh4hso4的量，从而降低催化剂表面孔隙堵塞，催化剂失活且寿命严重下降，空气预热器堵塞的可能。

进一步的，如图1、5、6所示，所述出料口12内套设有一精磨装置15；所述精磨装置15包括顶点向上的可转动的圆锥形中磨体151和套设在中磨体151下部外的外磨体152；所述中磨体151外圆锥面中部设置有中磨面153；所述外磨体152内圈设置有与中磨面153间隙设置的外磨面154；所述中磨面153与外磨面154形成研磨空间；所述中磨体151上部与外磨体152上部围合形成竖直截面为w字形的进料槽155，可以有效的提高强碱性颗粒的粒径精度，提高强碱性颗粒的利用率。

进一步的，所述外磨体152下部与中磨体151下部围合形成出料槽156；所述外磨体152位于出料槽156内的内壁158为光滑的内凸弧面；所述外磨体152上开设有向出料槽156内出风的环形出风细缝157；所述出风细缝157紧贴外磨体152内壁向下出风，所述出风细缝157与内壁158之间具有凸出的圆滑过渡，使由出风细缝157流出的风沿内壁158表面流动；一是利用科恩达效应，使外磨体152位于出料槽156内的内壁贴覆风膜，防止强碱性颗粒粘附在出料槽156内阻塞出料槽156，降低出料量的精度；二是可利用风压变化使强碱性颗粒更好的出料，进入输气管2；三是能在强碱性颗粒进入输气管2之前就形成均匀性分布，能够提高强碱性颗粒最终与三氧化硫反应的精确性。

经过叶轮给粉机1粉碎的强碱性颗粒在出料口12内进入精磨装置15的进料槽155，并经外磨面154和中磨面153研磨后从出料槽156落下，在落下过程中受出风细缝157的出风贴覆外磨体152位于出料槽156的内壁形成的风膜作用均匀分散并带入输气管2中。

采用旋流喷射器脱除燃煤烟气中三氧化硫的装置的脱三氧化硫方法，包括以下步骤：

①从进料口11将氢氧化钙或氧化钙或采用碱性化合物改性后组成的强碱性钙基吸收剂送入叶轮给粉机1中粉碎成强碱性颗粒，强碱性颗粒的粒径为10-150μm，粒径分布系数为1.5-3；

②强碱性颗粒进入输气管2，并由输气管2的空气携带从直流喷射管道51向脱硝入口烟道4内喷出与烟气中的三氧化硫反应，强碱性颗粒与三氧化硫的反应当量比为1：（1.5-5），在烟气中的停留时间为0.2-2.5s；

③与步骤②同步进行，旋流喷射管道52旋转，通过旋流叶片521卷吸脱硝入口烟道4内的烟气，其中，部分烟气通过再循环烟道3进入旋流喷射管道52并进入后回到脱硝入口烟道4内；

④经步骤②和步骤③脱除三氧化硫后的烟气与从混合器7中nh3和空气的混合物混合后进入脱硝反应器6的氨气和空气进行反应；

⑤烟气与脱硝反应器6中的催化剂层61进行催化还原反应脱硝。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。