专利名称：灰渣颗粒床渗流增湿活化干法除尘脱硫方法
技术领域：
本发明涉及一种灰渣颗粒床渗流增湿活化干法除尘脱硫方法，利用灰渣及污泥等配料进行燃煤烟气干法除尘和脱硫，属于锅炉烟气净化及环境保护
背景技术：
SO2是最主要的大气污染物之一，是造成酸雨的主要原因，严重破坏生态环境，危害人体健康。烟气脱硫是解决SO2污染的主要方法。目前世界各国对烟气脱硫进行了广泛而深入的研究，其方法很多，大致可分为两类湿法和干法。湿法采用液体吸收剂洗涤烟气，其优点是效率高，技术成熟，但投资高、运行费用高，烟气容易带水。我国目前在工业应用的大部分湿法脱硫装置烟气带水严重，烟风道和引风机容易腐烂，有的新装设备在运行不到一年甚至半年就需更换管道和引风机，运行和维护费用太高，用户难于接受。干法脱硫具有系统简单、投资省、占地面积小、运行费用低等优点。但目前此方法脱硫效率较低，吸收剂利用率低，限制了此种方法的应用。
颗粒床除尘是一种有效的干法除尘技术，颗粒床除尘具有滤料吸尘表面积大，耐腐蚀、耐磨损、蓄热能力强，耐高温，无二次污染等优点，滤料一般采用石英石、鹅卵石等。中国专利CN87106722A公开了一种矿石水渣屏幕除尘器，中国专利CN2278520Y公开了一种湿床颗粒层除尘方法，这两项专利技术只能除尘而不能脱硫。因而发展了可以同时除尘和脱硫的颗粒湿床技术(《有色冶金设计与研究》1994，Vol.15，No.1，P38-55)。现有的颗粒湿床除尘脱硫方法的特点是在床层上方用石灰浆液或其它脱硫药液对颗粒物料进行喷淋，整个料床被药液侵湿，除在颗粒表面形成有一层液膜外，还有可能在颗粒空隙中形成细液流和水滴，除尘脱硫后的废液从料层下方流出。颗粒湿床营造了一个除尘脱硫场所，填充床内的颗粒是过滤用的介质但其本身不参与吸收反应，脱硫是通过喷入的脱硫药液来实现的。颗粒湿床属于湿法除尘脱硫技术，脱硫效率比颗粒干床工艺大为提高，但这种湿法工艺需要向床内喷射浆液，床层阻力较大且烟气带水严重，系统复杂，设备易于腐蚀，沉淀池中的脱硫废渣和除尘粉尘分离困难。
《热能动力工程》(1997，NO.4，P245)介绍了日本北海道电力公司与日立公司合作开发了一种煤灰颗粒床干法烟气净化技术，该方法利用煤灰添加石灰石或者消石灰制成的颗粒作为滤料和脱硫介质，但其颗粒需要用过热蒸汽在专用设备中进行特殊的活化预处理，蒸汽消耗费用较大，系统复杂。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种灰渣颗粒床渗流增湿活化干法除尘脱硫方法，在除尘脱硫反应床层内，采用渗流增湿方法替代在专用设备中采用过热蒸汽的方法使颗粒活化，使反应床获得良好的脱硫条件和除尘环境，同时通过调节渗透水量、床温和料层厚度来控制尾部排放烟气不带水，从而避免烟风道和引风机腐蚀等问题。
为实现这样的目的，本发明利用灰渣和不同配料混合后压制成1-8mm的颗粒，所述的灰渣为煤灰或垃圾焚烧灰渣，配料主要为污泥、石灰石或电石泥，废铁泥和水等，其中煤灰或垃圾焚烧灰渣占总重的10-50％，污泥占总重的10-30％，石灰石或电石泥占物料总重的10-30％，废铁泥占物料总重的5-20％，水占物料总重的5-20％。然后将颗粒自然干燥后送入移动床反应器内，形成颗粒填充料层，用来脱除燃煤烟气中的SOx等有害气体。移动床颗粒反应器内气固流向主要采用正交接触和错流接触，也可布置成逆流和顺流方式。气体穿过料层的厚度一般为80-180mm之间。渗流增湿的部位位于烟气进口的颗粒料层内，渗流增湿的实现是通过在料层内埋设水管或贴近料层顶部的空间布置水管，水管与烟气流向呈正交布置，水管壁面上均匀分布有许多小孔，孔径为0.1-0.5mm，PH值为7-12的碱性药水经水管上的小孔均匀渗流到颗粒料层，通过调节渗流药水量使该区的物料含湿度控制在5-50％之间，采用不同的水管数量和管径使渗流增湿区厚度控制在30-120mm，渗流增湿活化区的床温控制100℃以上，使增湿的水份在料层中全部蒸发汽化。运行中，移动床内料层中的烟气流速为0.1～1m/s，灰渣物料在反应床内缓慢下移，当脱硫颗粒逐渐失效后从反应器底部排料口卸出。从底部卸出的物料含有灰渣颗粒和从烟气中脱除下来的粉尘。将两者分离后，一部分灰渣旧颗粒循环使用，其余用作筑路材料。
本发明的主要特征是在颗粒填充料层内采用渗流增湿方法，利用烟气进口段气固潜热使料层渗流区域的水份蒸发，促使周围的颗粒活化从而营造良好的脱硫反应条件和除尘环境。同时通过调节渗透水量、床温和料层厚度来控制尾部排放烟气不带水，从而避免烟风道和引风机腐蚀等问题。运行中，颗粒移动床的烟气进口温度可以高于300℃以上，因而该方法也可用来净化高温烟气。
本发明的渗流增湿区首先除尘，烟气首先通过渗流增湿区，由于含湿颗粒层的存在，增强了灰尘与颗粒表面间的黏附作用，提高了料层的捕集细尘的能力，使除尘效果得于提高。湿区也是水份蒸发区，含湿颗粒层的水份依靠烟气和物料的热焓使其蒸发汽化，渗流增湿的水份要求在料层中被全部蒸发汽化。蒸发的水汽随烟气渗流扩散，因而在其下游营造了具有一定含湿蒸汽量的区域。在含湿热蒸汽介质的作用下，该处的颗粒发生孔隙胀裂和扩张，灰渣颗粒被活化，颗粒脱硫反应性能大大增加，当烟气通过该区后，大部分硫化物被脱除，脱硫效率可达85％以上。
当进口烟温较低(一般小于300℃)时，由于床层渗流水液气化，使得烟温降低幅度较大，为避免尾部排放的烟气带水，可通过控制渗流水量和床温并使含湿烟气通过一定厚度的料层过滤除湿，因而出口烟气可做到不带水。当进口烟温较高(一般大于300℃)时，烟气在通过渗流气化区后温度仍然较高，这样可保证烟气排放温度大于水汽凝结温度，因而使烟气不带水。由此可避免烟气带水而使后续烟道和引风机腐蚀。
与现有技术相比，本发明有以下优点(1)本发明是在料层中布设水管，用渗流增湿的方法使局部区段的颗粒潮湿，增湿区的厚度控制在30-120mm，增湿区的颗粒含湿度控制在5-50％之间，渗流增湿活化区的床温控制100℃以上，使增湿的水份在料层中全部蒸发汽化，因而本发明避免了颗粒湿床布水过多而使料层阻力过大的缺点，也避免了反应器壁的腐蚀问题。
(2)本发明是在颗粒物料中依靠增湿的方法在料层中营造的一个局部的水汽活化区，因而系统简单，投资和运行费用较低。
(3)采用本发明的方法可以在单床内实现颗粒活化和除尘脱硫过程，系统大为简化，脱硫效率提高，烟气不带水。从移动床反应器卸出的废渣颗粒和粉尘呈干态形式，除尘粉尘易于分离和回收利用。
(4)本发明为工业灰渣和城市污泥等固体废弃物的资源化利用寻找到一条新的出路，做到了以废治废，并将大大降低净化烟气成本，是一种很有前途的新技术。
(5)采用颗粒移动床实现燃煤烟气干法除尘脱硫，颗粒移动床的烟气进口温度可以高于300℃以上，因而本发明的方法也可用来净化高温气体。
图1为本发明单段气固正交接触-渗流增湿活化除尘脱硫方法示意图。
图2为本发明两段气固正交接触-渗流增湿活化除尘脱硫方法示意图。
图3为本发明气固顺流接触-渗流增湿活化除尘脱硫方法示意图。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
本发明利用煤灰和不同配料混合后压制成颗粒，然后将颗粒干燥后送入移动床反应器内，形成颗粒填充料层，用来脱除燃煤烟气中的SOx等有害气体。图1是单段布置气固流向正交接触方式，渗流增湿水管布置在顶部料层内或贴近料层顶部的空间，脱硫除尘同时进行。图2为气固两段正交接触方式，渗流增湿水管分别布置在气固接触段的料层内上部位置，热烟气首先通过料床下部的气固一次正交段后，经过导向通道再引入料床的气固二次正交段，一次正交段主要是除尘，二次正交段主要是脱硫。运行中，灰渣物料在反应床内缓慢下移，脱硫颗粒逐渐失效后从反应器底部排料口卸出。从底部卸出的物料含有灰渣颗粒和烟气中脱除下来的粉尘。将两者分离后，一部分灰渣旧颗粒循环使用，其余废颗粒用作筑路材料。图3为气固顺流接触-渗流增湿活化除尘脱硫方法示意，渗流增湿区位于颗粒料层上端，气流与颗粒流同向。
实施例1利用煤灰和不同配料混合后压制成5mm的颗粒，所述配料为污泥、石灰石，废铁泥和水等，其中污泥占物料总重的20％，石灰石占物料总重的15％，废铁泥占物料总重的10％，水占物料总重的10％。然后将颗粒干燥后送入移动床反应器内，形成颗粒填充料层，用来脱除燃煤烟气中的SOx等有害气体。移动床颗粒反应器内气固流向正交接触，如图1所示，颗粒自上而下，与烟气横向正交接触，渗流增湿区位于烟气进口段，一根管径为24mm的水管布置在顶部料层内或贴近料层顶部的空间中，水管与烟气流向呈正交且水平布置，水管下侧壁面上均匀分布小孔，孔径为0.2mm，。通过水泵将石灰水(PH值为11-12)，注入渗流水管，将水均匀渗流到渗流增湿区域，通过调节渗流喷水量使渗流增湿区的物料含湿度控制在25％之间，渗流增湿区的料层厚度控制在50mm左右，气体穿过料层的总厚度120mm。烟气进口含尘浓度10g/m3，进口含SO2浓度1600mg/m3，进口烟温160～200℃。热烟气首先通过渗流增湿区。运行中，移动床内料层中的烟气流速为0.3～0.4m/s，除尘效率可达98％，脱硫效率可达85％以上。本实施例适合于燃煤锅炉烟气净化。
实施例2利用煤灰和不同配料混合后压制成8mm的颗粒，所述配料为污泥、石灰石，废铁泥和水等，其中污泥占物料总重的10％，石灰石占物料总重的10％，废铁泥占物料总重的20％，水占物料总重的15％。然后将颗粒干燥后送入移动床反应器内，形成颗粒填充料层，用来脱除燃煤烟气中的SOx等有害气体。移动床反应器内气固流向为正交接触，交错段呈两段布置，如图2所示。渗流水管分别布置在气固正交接触段的料层中的上方，水管与烟气流向呈正交且水平布置，水管下侧壁面上均匀分布小孔，孔径为0.2mm，管径30mm。通过水泵将PH值为7-8的碱性水，注入渗流水管，水管中的碱性药水通过分布小孔均匀渗流到颗粒料层，通过调节渗流喷水量使该区的物料含湿度控制在50％之间；湿区的料层厚度控制在30mm，气固正交段气体穿过料层的厚度为120mm，烟气进口含尘浓度18g/m3，进口含SO2浓度2000mg/m3，进口烟温为600～700℃。热烟气首先通过料床下部的交错段后，经过导向通道再引入料床的第二交错段。第一交错段主要是除尘，第二交错段主要是脱硫。运行中，气固交错段的烟气流速为0.25～0.35m/s，除尘效率可达98％，脱硫效率可达85％以上。本实施例适合于高炉和工业窑炉等高温燃煤烟气净化。
实施例3利用煤灰和不同配料混合后压制成3mm的颗粒，所述配料为污泥、石灰石，废铁泥和水等，其中污泥占物料总重的30％，石灰石占物料总重的30％，废铁泥占物料总重的5％，水占物料总重的10％。然后将颗粒干燥后送入移动床反应器内，形成颗粒填充料层，用来脱除燃煤烟气中的SOx等有害气体。移动床颗粒反应器内气固顺流接触，如图3所示。气流与颗粒流同向，自上而下，渗流增湿区位于颗粒料层上端，管径为24mm的水管布置在顶部料层内或贴近料层顶部的空间中，水管与烟气流向呈正交布置，水管壁面上均匀分布小孔，孔径为0.5mm，通过分布小孔将水均匀渗流到颗粒料层，通过调节渗流喷水量使渗流区的物料含湿度控制在30％之间，渗流湿区的料层厚度一般控制在120mm，料层总高180mm，烟气进口含尘浓度12g/m3，进口含SO2浓度2200mg/m3，进口烟温160～260℃。热烟气首先通过渗流增湿区。运行中，移动床内料层中的烟气流速为0.5～0.6m/s，除尘效率可达98％，脱硫效率可达85％以上。本实施例适合于燃煤锅炉尾气净化。
权利要求
1.一种灰渣颗粒床渗流增湿活化干法除尘脱硫方法，其特征在于将占总重10-50％的煤灰或垃圾焚烧灰渣、10-30％的污泥、10-30％的石灰石或电石泥、5-20％的废铁泥及5-20％的水混合后制成直径为1～8mm的颗粒，送入颗粒移动床内作为过滤烟尘的填充物料和吸附介质，气体穿过料层的厚度为80-180mm，渗流增湿区位于烟气进口的颗粒料层内，在料层内埋设水管或贴近料层顶部的空间布置水管，水管与烟气流向呈正交布置，水管壁面上均匀分布的小孔孔径为0.1-0.5mm，将PH值为7-12的碱性药水经水管上的小孔均匀渗流到颗粒料层，通过调节渗流药水量使渗流增湿区厚度控制在30-120mm，渗流增湿区的物料含湿度控制在5-50％，渗流增湿活化区的床温控制100℃以上，使增湿的水份在料层中被全部蒸发汽化，料层中烟气流速为0.1～1m/s。
全文摘要
一种灰渣颗粒床渗流增湿活化干法除尘脱硫方法，利用灰渣和不同配料混合后压制成颗粒，送入移动床内作为过滤烟尘的填充物料和吸附介质，在颗粒填充料层内，采用渗流增湿方法使局部区段的颗粒潮湿，利用床层气固潜热使渗流区域的水份蒸发，促使料层的颗粒活化从而营造良好的脱硫反应条件和除尘环境。渗流增湿区位于烟气进口的颗粒料层内，在料层内埋设水管或贴近料层顶部的空间布置水管，水管与烟气流向呈正交布置，通过调节控制渗流增湿区厚度、渗流增湿区的物料含湿度以及渗流增湿活化区的床温，来控制尾部排放烟气不带水，从而避免烟风道和引风机腐蚀等问题。本发明中烟气进口温度可以高于300℃以上，因而也适合于净化高温气体。
文档编号B01D53/80GK1546212SQ20031010935
公开日2004年11月17日 申请日期2003年12月12日 优先权日2003年12月12日
发明者胡国新 申请人:上海交通大学