一种带有入口烟气均流装置的循环流化床高效脱硫塔的制作方法
本发明属于烟气循环流化床半干法脱硫技术领域，特别涉及一种带有入口烟气均流装置的循环流化床高效脱硫塔。
背景技术：
烟气半干法脱硫工艺是利用氧化钙加水制成的氢氧化钙或者直接采购氢氧化钙作为脱硫剂，与烟气接触反应，脱除烟气中二氧化硫的方法。在20世纪70年代中期，欧美一些国家开始研究开发烟气半干法脱硫工艺，在美国，瑞典和德国均建立了工业性示范生产装置，目前全世界燃煤锅炉烟气脱硫装置市场占有率仅次于湿法脱硫。
烟气半干法脱硫工艺应用较为广泛的主要有两种：喷雾干燥法工艺和烟气循环流化床工艺。近几年烟气循环流化床半干法脱硫工艺在我国应用范围不断扩大，最大应用规模为600MW燃煤发电机组。对于采用循环流化床锅炉的火力发电机组，采用炉内干法脱硫与烟气循环流化床半干法脱硫相结合的深度脱硫工艺能够满足SO2超低排放的要求，国内已有多台300MW循环流化床发电机组的工程应用。典型的烟气循环流化床半干法脱硫工艺如图1所示。包括11-脱硫塔12-除尘器13-引风机14-烟气再循环门15-生石灰仓16-消化器17-消石灰仓18-工艺水箱19-水泵20-雾化喷枪21-消石灰给料点10-脱硫灰仓等。
烟气循环流化床半干法脱硫工艺是将消石灰喷入脱硫塔，同时喷入减温增湿水，在脱硫塔内吸收剂与烟气混合，发生强烈的物理化学反应，对烟气中的SO2进行脱除。
主要化学反应如下：
(1)生石灰与液滴结合产生的水合反应(生石灰的消化过程)
CaO+H2O→Ca(OH)2
(2)SO2被液滴吸收的反应
SO2+H2O→H2SO3
(3)Ca(OH)2与H2SO3的反应
Ca(OH)2+H2SO3→CaSO3·1/2H2O+3/2H2O
(4)部分CaSO3·1/2H2O被烟气中的O2氧化
CaSO3·1/2H2O+1/2O2+3/2H2O→CaSO4·2H2O
(5)其它反应
Ca(OH)2+SO2＝CaSO3·1/2H2O+1/2H2O
Ca(OH)2+SO3＝CaSO4·1/2H2O+1/2H2O
CaSO3·1/2H2O+1/2O2＝CaSO4·1/2H2O
Ca(OH)2+CO2＝CaCO3+H2O
2Ca(OH)2+2HCl＝CaCl2·Ca(OH)2·2H2O(＞120℃)
Ca(OH)2+2HF＝CaF2+2H2O
烟气循环流化床半干法脱硫工艺中，烟气中的其他酸性气体SO3，HCl和HF等也与Ca(OH)2反应，其中SO3和HCl的脱除率远高于湿法脱硫工艺。
烟气循环流化床半干法脱硫工艺具有技术成熟，系统可靠，工艺流程简单，耗水量少，占地面积小和一次性投资费用低，脱硫产物呈干态，无脱硫废水排放，可脱除部分重金属等特点。但是半干法脱硫工艺采用氢氧化钙作为脱硫剂，原材料的成本较高。一般设计钙硫摩尔比1.2左右，脱硫效率可达到85％以上。工程应用中普遍存在实际运行的钙硫摩尔比大于设计值，脱硫灰未利用的氧化钙含量高等问题。因此，相同条件下提高脱硫剂的利用率，减少脱硫剂的消耗成为烟气循环流化床半干法脱硫工艺的一个研究重点，同时也是研究的难点。
烟气循环流化床半干法脱硫工艺原理来源于化工领域的流化态反应器，脱硫塔是工艺装置的核心，脱硫的主要反应过程在脱硫塔内完成。在脱硫塔内烟气与脱硫剂及脱硫循环灰进行混合，充分接触，在上升过程中一部分物料随烟气离开脱硫塔进出除尘器，其中大部分被再循环装置回送到脱硫塔内形成物料的外循环；另外一部分物料沿脱硫塔壁面下落至塔底下部形成物料的内循环。
脱硫塔入口烟气流动方向随烟道走向发生变化，在离心力作用下不同区域烟气流速和烟气中飞灰颗粒和污染物浓度存在较大差异，烟气进入脱硫塔后与塔内物料接触反应也会存在较大的局部浓度偏差，塔内存在(1)局部钙硫比过量(高于设计值)；(2)局部钙硫比饱和(达到设计值)；(3)局部钙硫比不足(低于设计值)。尤其对于多台锅炉共用一套脱硫系统时，脱硫塔入口烟道来的不同锅炉的烟气由于锅炉运行工况的差异造成这种状况更加明显。
另外，由于脱硫塔内是高灰浓度和高风速的反应容器，因此不可避免会造成塔体的磨损。脱硫塔壁面的磨损速率主要与贴壁物料风速、物料粒径、物料浓度以及流场的不均匀性有着密切关系。由于影响磨损及速率的因素很多，一般常用半经验公式做定性的分析，即速度的3次方关系式：
式中E—磨损速率，mm/103h；kp—灰特性系数，一般取10-3；Cp—颗粒浓度，kg/m3；dp—灰平均直径，mm；u—烟气流速，m/s。
以上公式表明，各影响因素中烟气流速对塔体的磨损速率最大。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种带有入口烟气均流装置的循环流化床高效脱硫塔，本装置具有良好的脱硫塔入口烟气均流作用。沿脱硫塔入口烟气水平段和垂直段设置一定长度的烟气导流板，降低离心力作用造成的脱硫塔入口烟气流场不均匀，使入口烟气有序流动。在导流板与脱硫塔入口方圆节之间进一步设置有烟气湍流板，烟气在进入脱硫塔体之前在湍流板强烈扰动作用下混匀混合，保证进入脱硫塔烟气中二氧化硫等成分的均匀分布。脱硫塔内沿塔体不同标高布置的金属扰流板具有良好的脱硫塔内循环灰贴壁流扰动作用，能够提高烟气与塔内循环物料的接触反应几率，相同条件下提高脱硫效率和脱硫剂的利用率；同时有效减缓脱硫塔内贴壁流动物料对于塔体的磨损。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种带有入口烟气均流装置的循环流化床高效脱硫塔，包括依次连接的入口烟道1、脱硫塔锥段6、脱硫塔直段7和出口烟道9，在入口烟道1中沿烟气流向设置有烟气导流板2，在入口烟道1中位于烟气导流板2的出口位置设置有烟气湍流板3，所述烟气导流板2和烟气湍流板3共同组成烟气均流装置。
所述入口烟道1通过方圆节4和文丘里管组5与脱硫塔锥段6连接。
所述脱硫塔直段7中设置有水平的金属扰流板8。
所述金属扰流板8为扇面形状，在脱硫塔直段7内沿脱硫塔内壁不同标高分多层布置，每层有多个，连成环状。
所述金属扰流板8与脱硫塔内壁之间的固定采用焊接方式，同一层相邻的金属扰流板8之间设置有膨胀间隙。
所述烟气导流板2的设置方向与烟气流向平行。
所述烟气导流板2沿入口烟道1的水平段和垂直段布置，采用焊接方式连接。
所述烟气导流板2根据入口烟道1的尺寸设置3～5层，以保证烟气有序流动。
所述烟气湍流板3的形状为机翼型，通过焊接方式连接在入口烟道1中。
所述烟气湍流板3设置1～3层，以保证烟气进入脱硫塔塔身之前二氧化硫浓度均匀。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
脱硫塔入口水平烟道和垂直烟道沿程布置的烟气导流板使烟气沿导流板的方向有序流动，降低了烟气在流动方向发生偏转时由于离心力作用造成的流场分布不均匀问题。导流板与脱硫塔入口方圆节之间布置的烟气湍流板，烟气在进入脱硫塔体之前在湍流板强烈扰动作用下混匀混合，保证进入脱硫塔烟气中二氧化硫等组分的均匀分布。
本装置的金属扰流板分多层布置在脱硫塔内壁，改变了脱硫塔内壁贴壁流的流动方向，使更多的贴壁物料抛洒到塔体中部空间，强化了物料与烟气的混合过程，提高了接触反应几率；金属扰流板上设置有交错布置的内凹部和外凸部，使得贴壁下降的物料向塔体中部抛洒的更加均匀；由于贴壁流的物料更多的抛洒到了塔体中部，因此塔体内壁受到物料冲刷磨损的几率和速率降低，提高了运行的安全性。
附图说明
图1为现有技术中典型的烟气循环流化床半干法脱硫工艺结构图。
图2为本实用新型结构图。
图3为本实用新型的A-A剖视图。
图4为本实用新型图1的B-B剖视图。
图5为本实用新型图1的C-C剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
参见图2，本实用新型一种带有入口烟气均流装置的循环流化床高效脱硫塔，包括依次连接的入口烟道1、脱硫塔锥段6、脱硫塔直段7和出口烟道9，入口烟道1通过方圆节4和文丘里管组5与脱硫塔锥段6连接。在入口烟道1中沿烟气流向设置有烟气导流板2，在入口烟道1中位于烟气导流板2的出口位置设置有烟气湍流板3，烟气导流板2和烟气湍流板3共同组成烟气均流装置。脱硫塔直段7中焊接有水平的金属扰流板8。
参见图3，金属扰流板8为扇面形状，沿脱硫塔内壁不同标高分多层布置，每层有多个，连成环状，同一层的相邻金属扰流板8之间预留膨胀缝。根据脱硫塔塔体高度、烟气流速等输入参数设计沿脱硫塔直段7不同标高布置金属扰流板8的层数。安装时，根据设计方案首先沿脱硫塔内壁不同标高标出需要设置金属扰流板8的位置。金属扰流板8与脱硫塔内壁采用焊接连接，连接部位在金属扰流板8支固结构与脱硫塔内壁相结合的部位，相邻金属扰流板设置的膨胀缝，可保证金属扰流板在正常运行中的自由膨胀，避免热应力对于金属扰流板8的不良影响，延长金属扰流板8的使用寿命。
参见图4-图5，烟气导流板2沿脱硫塔入口的水平烟道和垂直烟道分多层布置，烟气导流板2的材质与烟道材质相同，烟气导流板2与烟道采用焊接连接，根据烟道尺寸布置3～5层。烟气湍流板3布置在烟气导流板2与方圆节4之间，根据来流烟气的特性分1～3层布置，层间距不小于1m。烟气湍流板3的形状为机翼型，具体地，可由三条直线边和一条弧线边连接构成，其中，与弧线边相对的一个直线边焊接在烟道壁上，弧线边悬空，且弧线边为不对称弧线，也就是说，弧线边的中点并非弧顶点。根据脱硫塔来流烟气的温度、体积流量、烟气成分、飞灰颗粒浓度、飞灰物化特性等参数设计烟气导流板和湍流板的数量，对于截面尺寸较大的烟道根据需要考虑导流板的支撑和加固措施。
本实用新型的工作原理：
由烟气导流板2和烟气湍流板3组成的脱硫塔入口烟气均流装置使烟气沿烟气导流板2的方向有序流动，降低了烟气在流动方向发生偏转时由于离心力作用造成的流场分布不均匀问题。烟气在进入脱硫塔体之前在烟气湍流板3强烈扰动作用下混匀混合，保证进入脱硫塔烟气中二氧化硫等组分的均匀分布。组分均匀的烟气进入脱硫塔与塔内物料接触反应，减少了塔内由于烟气组分分布不均造成的脱硫剂利用率低的问题，提高了脱硫效率和单位时间内脱硫剂的利用率。
金属扰流板8沿塔体不同标高多层布置改变了贴壁气灰两相流的流动方向，使更多的贴壁物料抛洒到塔体中部空间，强化了物料与烟气的混合过程，提高了接触反应几率，相同条件下提高脱硫效率和脱硫剂的利用率；同时降低了贴壁气灰两相流的流速和灰颗粒浓度，有效减缓脱硫塔内贴壁流动物料对于塔体的磨损。相邻金属扰流板8设置有膨胀缝，保证金属扰流板8在正常运行中的自由膨胀，避免热应力对于金属扰流板的不良影响，延长金属扰流板8的使用寿命。相同条件下提高脱硫效率和脱硫剂的利用率，并降低塔体的磨损速率，有效延长脱硫塔的安全运行周期。
综上所述，带有脱硫塔入口烟气均流装置的循环流化床脱硫塔具有脱硫塔入口烟气流场分布均匀，脱硫效率高、单位时间内脱硫剂利用率高、塔体磨损速率低，安全运行周期长的优点，适用于烟气循环流化床半干法脱硫技术领域。
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