专利名称：一种烧结烟气脱除二氧化硫和二噁英的装置及方法
技术领域：
本发明属于烟气净化领域，具体涉及一种用于钢铁烧结机烟气脱硫、脱二噁英的装置及方法。
背景技术：
二氧化硫(SO2)和二噁英是钢铁烧结机烟气中两种主要的污染物。我国钢铁行业 SO2排放量仅次于电力工业和工业锅炉，居第三位，钢铁行业排放的SA中50% -70%来自烧结工序，烧结烟气SO2减排已成为我国SO2排放控制的重点。二噁英类污染物是《关于持久性有机污染物(POPs)的斯德哥尔摩公约》中明确要求控制和减排的有机污染物。我国已于 2004年11月11日开始正式履行公约。据2004年数据表明我国钢铁企业大气二噁英排放量 1673. 4gTEQ，占全国大气二噁英排放量33%，而在钢铁企业排放的这部分二噁英中90%来自烧结工序，烧结烟气是二噁英类污染物的重要来源。目前我国对烧结机烟气污染现状日益重视，为控制污染物排放，国家环保部新制定的《钢铁工业大气污染物排放标准》即将颁布实施，其中增加了限制二噁英类污染物排放标准，对烧结烟气污染治理提出了新的要求， 由原来对粉尘、SO2污染治理，变为对多种污染物的综合治理，因此对脱除烧结烟气中和二噁英类污染物脱除技术与装置便有了迫切需要。但是，国内用于同时脱除钢铁烧结烟气中含有的SO2和二噁英的装置和技术缺乏。对于单独脱除钢铁烧结烟气中SA的循环流化床脱硫技术已在烧结烟气脱硫领域得到应用，发明专利号为20061007^00. X，名称为“一种干式内外双循环流化床脱硫装置及其脱硫方法”的申请公布了可用于烧结烟气脱硫的一种干式内外双循环流化床脱硫装置及其脱硫方法，通过扰流板强化循环流化床内循环，通过旋风分离器及返料装置完成外循环， 利用吸收剂的多次再循环，延长吸收剂与烟气的接触时间，提高吸收剂的利用率，但是本专利技术主要针对单一污染物SA脱除，没有考虑同时对二噁英的协同脱除。国内对于单独脱除钢铁烧结烟气中二噁英脱除装置几乎空白，某钢铁企业建立的现有唯一一套脱除二噁英的示范装置主要采用在袋式除尘器前喷注活性炭/焦，实现对二噁英脱除，但是这种方法受袋式除尘器滤袋易破损限制，因此需要及时更换滤袋这就给脱除二噁英带来很多不便。目前，国外对脱除钢铁烧结烟气中的SO2和二噁英类污染物的技术主要有日本钢铁公司开发的活性炭或活性焦(活性炭/焦)吸附技术及欧洲奥钢联开发的MEROS技术。日本的活性炭/焦联合脱除工艺主要由吸收、解析和硫回收三部分组成，主要装置包括吸收塔、解吸塔、还原反应器、烟气清洁器等。进入吸收塔的烟气温度在120°C -160°C之间时具有最高脱除效率，吸附污染物的活性炭/焦在解吸塔中解吸，产生可出售的副产品如硫酸等。活性炭/焦工艺复杂，解吸过程能耗大，活性炭/焦易自燃，系统投资、运行费用非常高。 所述欧洲的MEROS技术用于去除烧结烟气二氧化硫、二噁英工艺，该技术中采用碳基吸附剂和脱硫剂(小苏打或熟石灰)被逆向喷吹到烧结废气流中以去除重金属和有机物成分， 废气经过调节反应器，喷水进行冷却和加湿，以加快去除Sh和其它酸性气体成分的反应速度，离开调节反应器的废气流通过布袋过滤器以分离灰尘，MEROS缺点是脱硫效率不高，加消石灰在钙硫比为4的情况下脱硫率才能达到80%；加碳酸氢钠脱硫率可达到80%-85%, 但成本较高。
发明内容
本发明的目的在于，为克服国内外现有技术针对脱硫和脱二噁英混合烟气的装置都存在不同的缺陷，及现有技术单独脱除SA和二噁英的装置也是存在各自的缺陷，本发明提供一种用于钢铁烧结机烟气脱硫和脱二噁英的装置及方法。为了实现以上目的，本发明提供一种用于钢铁烧结烟气脱除SO2和二噁英的装置和方法。本发明提供的一种用于钢铁烧结机烟气脱硫和脱二噁英的装置，该装置采用循环流化床吸收塔(1)，其特征在于，所述循环流化床吸收塔(1)下部采用文丘里结构(11)，该文丘里结构(11)从下往上依次为圆锥收缩段、圆柱段和圆锥扩张段；所述收缩段设置脱硫剂入口(1 及循环灰入口(13)，所述扩张段设置喷水嘴(14)，用于喷射雾化水；其中，待脱除的SO2和二噁英的烧结烟气经由所述收缩段进入循环流化床吸收塔(1)；该部分用于烟气脱硫；所述循环流化床吸收塔(1)中上部设置活性炭或活性焦喷嘴(3)，正对所述喷嘴(3)设置锥形构件0)， 该锥形构件用于在其下方形成活性炭/焦相对浓度较高的区域；该部分用于对烟气脱除二噁英；所述循环流化床吸收塔(1)的上部沿径向设有烟气出口(5)，该烟气出口( 与旋风分离器(6)进口连通。作为本发明的一个改进，所述烟气出口( 和所述除尘器(17)进口之间还设置有一旋风分离器(6)；其中，所述烟气出口(5)沿所述旋风分离器(6)的切向进入；所述旋风分离器(6)下端料斗设置有两个出口，一个出口通过输送装置(1 与灰仓(10)连接，另一个出口通过螺旋返料装置(9)与循环灰入口(1 连接；所述旋风分离器(6)顶端的气体出口(16)与所述除尘器(17)进口连通，除尘器(17)气体出口与烟囱(18)相连。上述技术方案中，所述活性炭/焦喷嘴C3)沿所述循环吸收塔(1)轴向布置且喷口向上。所述锥形构件(4)设置于距所述活性炭/焦喷嘴(3)上部1 1.5米处，其中，所述锥形构件(4)顶角向下，该锥形构件的轴线与所述循环吸收塔(1)轴线重合，且该锥形构件(4)顶角为90° 150°，底面直径为所述循环吸收塔直径的1/4 1/5。基于以上的装置，本发明还提供一种用于钢铁烧结机烟气脱硫和脱二噁英的方法，包括以下步骤步骤1，烟气经除尘后进入循环流化床吸收塔，经由循环流化床吸收塔底部的文丘里结构(11)加速；同时脱硫剂经由所述文丘里结构(11)进入所述循环流化床吸收塔(1)；步骤2，雾化水喷向被加速的烟气流动截面，用于加速脱硫剂和烟气中Sh的反应速度；步骤3，活性炭/焦通过喷嘴(3)正对锥形构件(4)喷入所述循环流化床吸收塔 (1)，所述锥形构件(4)用于在其下方形成活性炭/焦相对浓度较高的区域，加强对二噁英的吸收；步骤4，经过脱硫和脱二噁英后的烟气可由除尘器(17)进一步除去粉尘后，由烟囱(18)排入大气。上述技术方案中，所述的步骤幻之后步骤4)之前还包含如下循环利用的步骤所述脱硫剂与活性炭/焦在所述循环流化床吸收塔(1)内与含有Sh和二噁英的烧结烟气反应后一起进入旋风分离器进行气固分离，其中分离出的一部分灰排至灰场处理，另一部分分离的固体颗粒物经由文丘里结构(11)加速部位重新进入所述循环流化床吸收塔(1)，进行循环利用。所述固体颗粒物在所述旋风分离器和所述循环流化床吸收塔中的总体停留时间达20分钟以上，可有效提高吸收剂利用率。所述的脱硫剂采用熟石灰，其中所述熟石灰Ca(OH)2和所述活性炭/焦的质量比为19 1 20 1。所述熟石灰的添加量为使Ca和S摩尔比为1. 1 2.0。技术中通过调节喷水量，控制吸收塔出口处的烟气温度，以控制塔内温度在露点以上。在烟气流量变化的情况下，通过灰的循环量，调节所述循环流化床吸收塔(1)进出口压差进而控制塔内颗粒浓度。本发明与现有技术相比有以下特色和优点1.装置结构简单、占地面积小，投资和运行费用少等优点。2.利用圆锥形构件，形成活性炭/焦相对浓度较高的区域，同时增强颗粒界面摩擦、碰撞，减少脱硫剂熟石灰Ca(OH)2对活性炭/焦裹附，强化对二噁英的脱除。3.采用旋风分离器进行塔外循环，可以通过螺旋返料机控制外循环量，在烟气流量变化情况下，通过控制外循环量，调控流化床内颗粒浓度。4.旋风分离器与吸收塔相结合方式，降低了除尘器入口颗粒浓度，减轻除尘器负担，在改造工程中不需要对原有除尘器进行改造。5.本发明装置有效促进了熟石灰Ca(OH)2和活性炭/焦对和二噁英的吸收， 在钙硫比为1. 2，熟石灰Ca(OH)2和活性炭/焦质量比为19的情况下，对脱除效率可达 85%以上，二噁英脱除效率可达80%以上。
附图1为本发明装置结构示意附图2为发明装置中吸收塔与旋风分离器连接方式。
附图标识
1、循环流化床吸收塔2、烟气进口
4、锥形构件5、烟气出口7、脱硫剂仓8、活性炭/焦仓
10、灰仓11、文丘里结构
13、循环灰入口14、喷水嘴
16、气体出口
17、除尘器
3、活性炭/焦喷嘴 6、旋风分离器 9、螺旋返料机 12、脱硫剂入口 15、输送装置 18、烟囱
具体实施例方式下面结合附图和具体的实施方式对进一步详细描述。如图1所示，该图为本发明提供的烧结烟气SO2和二噁英脱除装置。包括循环流化床吸收塔(1)，在吸收塔(1)的底部设有烟气进口 0)，吸收塔(1)中上部设置活性炭/焦喷嘴(3)，正对活性炭/焦喷嘴(3)设置圆锥形构件G)，吸收塔(1)的上部设有烟气出口
(5)，烟气出口( 通过管道与旋风分离器(6)连通；其特征在于还包括脱硫剂仓(7)、活性炭/焦仓(8)、螺旋返料机(9)、灰仓(10)；其中所述的循环流化床吸收塔(1)下部采用文丘里结构(11)，文丘里结构(11)包括圆柱段、圆锥收缩段、圆柱形喉口以及圆锥扩张段组成，文丘里(11)圆锥收缩段设置脱硫剂入口(1 及循环灰入口(13)，文丘里(11)圆锥扩张段上部沿轴向顺流烟气方向安装喷水嘴(14)；其中所述的旋风分离器(6)下端料斗有两个出口，一个出口直接通过输送装置(1 与灰仓(10)连接，另一个通过螺旋返料机(9) 与循环灰入口(1 连接，旋风分离器(6)的顶部有气体出口(16)，该气体出口(16)通过管道与除尘器(17)连通，除尘器(17)底端有出灰口，该除尘器(17)出灰口通过管道与灰仓
(10)连通，除尘器(17)的气体出口与烟囱(18)连接。在上述技术方案中，活性炭/焦喷嘴(3)设置在吸收塔(1)中上部稀相区，沿吸收塔⑴轴向布置，喷口向上。在上述技术方案中，正对活性炭/焦喷嘴(3)，距喷嘴(3)上部1 1.5米处设置圆锥形构件G)，圆锥形构件(4)顶角向下，圆锥轴线与吸收塔(1)轴线重合，圆锥形构件 (4)顶角90° 150°，底面直径为吸收塔直径的1/4 1/5。圆锥形构件(4)通过与吸收塔⑴连接的塔径向四根钢架固定。在上述技术方案中，所述旋风分离器(6)与吸收塔(1)采用沿吸收塔径向布置方式。本发明提供一种烧结烟气和二噁英脱除方法，包括以下步骤烟气经除尘器(19)预除尘后进入循环流化床吸收塔(1)，在文丘里结构(11)收缩段、喉口部位，烟气加速，脱硫剂熟石灰Ca(OH)2由此加速部位通过输送装置(1 进入吸收塔⑴。喷水嘴(14)喷出的雾化水喷向整个烟气流动截面，水汽化在固体颗粒表面形成水汽，在流化床强烈湍流混合作用下，加速熟石灰Ca (OH) 2和烟气中的反应速度，实现对 SO2的脱除。活性炭/焦通过喷嘴(3)正对圆锥形构件(4)喷入吸收塔(1)，通过圆锥形构件 (4)作用，在构件下方形成活性炭/焦相对浓度较高的区域，加强对二噁英的吸收，另外圆锥形构件(4)促进了活性炭/焦与脱硫剂颗粒返混，增强颗粒界面摩擦、碰撞，减少脱硫剂熟石灰Ca(OH)2对活性炭/焦裹附，有利于活性炭/焦对二噁英的吸收。熟石灰Ca(OH)2与活性炭/焦在吸收塔(1)内与烟气反应后一起进入旋风分离器
(6)，被分离器(6)气固分离后，一部分灰导入灰斗(10)排至灰场处理，另一部分由文丘里
(11)加速部位重新进入吸收塔(1)，固体颗粒在吸收塔(1)和分离器(6)之间往复循环，总体停留时间可达20min以上，可有效提高吸收剂利用率。经过分离器(6)的烟气可由除尘器(17)进一步除去粉尘后，由烟囱(18)排入大气。在上述技术方案中，所述的吸收剂可按熟石灰Ca(OH)2和活性炭/焦质量比为 19 1 20 1比例加入吸收塔。在上述技术方案中，所述的吸收剂中熟石灰Ca(OH)2的添加量可按照Ca/S摩尔比1. 1 2.0的比例加入吸收塔。在上述技术方案中，反应塔烟气流速一般为4 8m/s，停留时间在3s以上，以满足 SO2和二噁英脱除要求。在上述技术方案中，通过调节熟石灰的加入量，控制处理后烟气中的含量。熟石灰Ca(OH)2和活性炭/焦加入比例不变。在上述技术方案中，通过调节喷水量，控制吸收塔⑴出口处的烟气温度。喷水控制塔内温度应始终保持在露点以上。在上述技术方案中，在烟气流量变化的情况下，通过灰的循环量，调节吸收塔(1) 进出口前后压差从而控制流化床内颗粒浓度。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种用于钢铁烧结机烟气脱硫和脱二噁英的装置，该装置包含循环流化床吸收塔(I)和旋风分离器(6)，其特征在于，所述循环流化床吸收塔(1)下部采用文丘里结构(11)，该文丘里结构(11)从下往上依次为圆锥收缩段、圆柱段和圆锥扩张段；待脱除的SO2*二噁英的烧结烟气经由所述圆锥收缩段自下而上进入循环流化床吸收塔(1)；所述圆锥收缩段设置脱硫剂入口(1 ；所述圆锥扩张段沿轴线顺流烧结烟气的方向设置喷水嘴(14)，用于喷射雾化水；所述脱硫剂在所述雾化水的作用下脱除烧结烟气中的Sh ；所述循环流化床吸收塔(1)中上部设置活性炭或活性焦喷嘴(3)，正对所述喷嘴(3)上方间距某一段距离设置一锥形构件，所述锥形构件用于在其下方和所述活性炭或活性焦喷嘴(3)空间形成活性炭/焦相对浓度较高的区域并减少脱硫剂对活性炭/焦裹附，进而对烧结烟气中的二噁英进行脱除；所述循环流化床吸收塔(1)的上部沿径向设有烟气出口(5)，该烟气出口( 与旋风分离器(6)进口连通；其中，所述活性炭/焦喷嘴C3)沿所述循环吸收塔(1)轴向布置且喷口向上。
2.根据权利要求1所述的用于钢铁烧结机烟气脱硫和脱二噁英的装置，其特征在于， 所述旋风分离器(6)设置于所述烟气出口( 和所述除尘器(17)进口之间；其中，所述烟气出口(5)沿所述旋风分离器(6)的切向进入；所述旋风分离器(6)下端料斗设置有两个出口，一个出口通过输送装置(1 与灰仓(10)连接，另一个出口与循环灰入口(13)连接；所述旋风分离器(6)顶端的气体出口(16)与所述除尘器(17)进口连通， 除尘器(17)气体出口与烟囱(18)相连。
3.根据权利要求2所述的用于钢铁烧结机烟气脱硫和脱二噁英的装置，其特征在于， 所述旋风分离器的另一个出口通过螺旋返料装置(9)与循环灰入口(1 连接。
4.根据权利要求1所述的用于钢铁烧结机烟气脱硫和脱二噁英的装置，其特征在于， 所述锥形构件(4)通过与所述循环流化床吸收塔(1)连接的塔径向四根钢架固定。
5.根据权利要求1或4所述的用于钢铁烧结机烟气脱硫和脱二噁英的装置，其特征在于，所述锥形构件(4)设置于距所述活性炭/焦喷嘴(3)上部1 1. 5米处，其中，所述锥形构件(4)顶角向下，该锥形构件的轴线与所述循环吸收塔(1)轴线重合，且该锥形构件(4)顶角为90° 150°，底面直径为所述循环吸收塔直径的1/4 1/5。
6.一种用于钢铁烧结机烟气脱硫和脱二噁英的方法，该方法基于权利要求1所述的装置，包括以下步骤1)烟气经除尘后进入循环流化床吸收塔，经由循环流化床吸收塔底部的文丘里结构(II)加速；同时脱硫剂经由所述文丘里结构(11)进入所述循环流化床吸收塔(1)；2)雾化水喷向经过加速的烟气流动截面，用于促进脱硫剂和烟气中SA的反应速度；3)活性炭/焦通过喷嘴(3)向上正对锥形构件(4)喷入所述循环流化床吸收塔(1)，用于在所述锥形构件(4)下方形成活性炭/焦相对浓度较高的区域，加强对二噁英的吸收；4)经过脱硫和脱二噁英后的烟气可由除尘器(17)进一步除去粉尘后，由烟囱(18)排入大气。
7.根据权利要求6所述的用于钢铁烧结机烟气脱硫和脱二噁英的方法，其特征在于， 所述的步骤3)之后步骤4)之前还包含如下循环利用未完全反应吸收剂的步骤所述烟气在经由所述步骤( 和步骤C3)之后脱除烟气中的SA和二噁英，然后旋风分离器(6)将脱除SO2和二噁英的烟气和吸收剂进行气固分离，并将分离得到的固体颗粒物一部分外排，另一部分经由螺旋返料机(9)和文丘里结构(11)加速部位重新进入所述循环流化床吸收塔(1)，进行再次循环利用；其中，所述吸收剂包含脱硫剂与活性炭/焦。
8.根据权利要求7所述的用于钢铁烧结机烟气脱硫和脱二噁英的方法，其特征在于， 所述固体颗粒物在所述旋风分离器和所述循环流化床吸收塔中的总体停留时间达20分钟以上，可有效提高吸收剂利用率。
9.根据权利要求6所述的用于钢铁烧结机烟气脱硫和脱二噁英的方法，其特征在于，所述的脱硫剂采用熟石灰，其中所述熟石灰Ca(OH)2和所述活性炭/焦的质量比为 19 1 20 1 ；所述熟石灰的添加量为Ca和S摩尔比为11 2. 0。
10.根据权利要求9所述的用于钢铁烧结机烟气脱硫和脱二噁英的方法，其特征在于， 当所述钙硫比为1.2，所述熟石灰和所述活性炭/焦的质量比为19时，脱除502效率可达 85%以上，脱除二噁英效率可达80%以上。
11.按权利要求6所述的用于钢铁烧结机烟气脱硫和脱二噁英的方法，其特征在于通过调节喷水量，控制吸收塔出口处的烟气温度，以控制塔内温度在露点以上。
12.根据权利要求6所述的用于钢铁烧结机烟气脱硫和脱二噁英的方法，其特征在于， 在烟气流量变化的情况下，通过灰的循环量，调节所述循环流化床吸收塔(1)进出口压差进而控制塔内颗粒浓度。
全文摘要
本发明涉及一种用于钢铁烧结机烟气脱硫和脱二噁英的装置及方法，该装置的吸收塔下部采用文丘里结构，文丘里收缩段设置脱硫剂入口及循环灰入口，文丘里扩张段设置喷水嘴，吸收塔中上部设置活性炭/焦喷嘴，正对喷嘴设置锥形构件，吸收塔的上部设有烟气出口，烟气出口与径向配置的旋风分离器相连，旋风分离器下端料斗有两个出口，一个出口与灰仓连接，另一个通过螺旋返料装置与循环灰入口连接，旋风分离器顶端的气体出口与除尘器进口连通，除尘器气体出口与烟囱相连。含有SO2和二噁英的烧结烟气由文丘里进入吸收塔，与喷入的熟石灰Ca(OH)2、雾化水和活性炭/焦混合，Ca(OH)2在雾化水的作用下吸收SO2，活性炭/焦吸收二噁英，实现对两种污染物的协同脱除。
文档编号B01D53/96GK102228788SQ20111017359
公开日2011年11月2日 申请日期2011年6月24日 优先权日2011年6月24日
发明者刘 文, 叶猛, 徐文青, 朱廷钰, 李玉然, 王雪, 荆鹏飞 申请人:中国科学院过程工程研究所, 北京正实同创环境工程科技有限公司