專利名稱：分級配水式循環流化床干法煙氣脫硫工藝及其專用吸收塔的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種干法煙氣脫硫工藝，尤其涉及一種分級配水式循環流化床干法煙氣脫硫工藝；此外，本發明還涉及上述工藝專用的吸收塔。
技術背景酸沉降和S02污染一直是國際科學界和各國政府關心的重大環境問 題。我國既是能源生產大國，也是能源消費大國，酸沉降和S02污染已對 我國的生態環境造成了很大的破壞，目前治理酸沉降和S02污染已成為我 國治理環境的重點。目前對于酸沉降和S02污染的治理，國內外一般流行采用"濕法脫硫 —石灰石石膏法"，采用該工藝，雖然脫硫效果較好，但由于其存在"初 期投資大，工藝水耗量大，占地面積較大，系統、結構復雜，設備容易腐 蝕，電耗量大以及需要對廢水進行處理"等問題，因此，干法及半干法的 高效脫硫工藝正成為國內外的研究趨勢。對于干法、半干法脫硫技術，影響脫硫效率的主要因素有反應溫度、 吸收塔內濕度分布、吸收劑活性、粒度、吸收劑與原煙氣的有效接觸時間 及接觸概率等。判斷一種干法脫硫系統是否先進，還應考慮系統的脫硫效 率，系統的阻力，電耗，運行費用，設備磨損、腐蝕，使用壽命，對負荷 變化的適應性，以及工藝水耗量等。目前，在國內外，已有許多比較成功的適用于燃燒低硫煤機組的干法、
半千法工程實施先例，但是，當主機系統燃用高硫煤時，現有的干法、半 干法工藝便會出現許多的不足脫硫效率低、運行溫度低、工藝水耗量大等。近年來，隨著國內對電能需求量的猛增，低硫煤炭資源逐漸出現緊缺， 電廠所燃用的煤種有明顯向高含硫量發展的趨勢，因此研究與開發適應于 燃用高硫煤機組的千法、半干法脫硫工藝將成為必然的趨勢。在干法、半干法脫硫工藝中，營造良好的氣(S02)、固(吸收劑)反 應氛圍是獲得高的脫硫效率的關鍵，這個良好的反應氛圍便是氣、液、 固三相共存并伴有強烈的紊流以保證傳熱、傳質的順利進行。現有的干法、半干法脫硫工藝中，由于工藝減溫水的加入均是采用一 次性定點加入的方式，因此，在工藝減溫水的加入區域，有很好的氣、固 反應氛圍，但是，由于水分的快速蒸發，使氣、液、固三相共存的范圍被 限制在一個很小的高度空間內，在實際的脫硫島布置中，為了滿足各設備 的正常運行，吸收塔一般都設計的比較高，只在吸收塔下部的很小范圍內， 才會出現良好的氣、液、固三相共存，而在范圍更大的上部空間內，僅存 在氣相與固相，在此范圍內脫硫反應很難進行。這就相當于限制了吸收塔 內的吸收劑與原煙氣的有效接觸時間，同時也浪費了吸收塔的上部空間。 在機組燃用高硫煤時，為了獲得較高的脫硫效率，目前通用的辦法是加大 工藝減溫水的加入量來間接擴大"氣、液、固三相共存區"在吸收塔內的 覆蓋范圍，這雖然對脫硫效率的提高有一定的效果，但這種做法也帶來許 多較嚴重的負面影響吸收塔出口溫度過低，煙氣露點溫度升高；脫硫產 物灰流動性降低導致灰輸送系統易于堵塞；過流設備板結；設備腐蝕的危 險性加大等。 發明內容本發明要解決的技術問題是提供一種分級配水式循環流化床干法煙氣脫硫工藝，該工藝在較低鈣硫比(Ca/S)的情況下能達到較高的脫硫效 率，同時提高了吸收塔內的反應溫度，降低了工藝減溫水的消耗量。為此， 本發明還要提供一種上述工藝的專用吸收塔。為解決上述技術問題，本發明提供一種分級配水式循環流化床干法煙 氣脫硫工藝，該工藝包括吸收塔內由吸收劑循環形成的循環流化床、除塵 器分離出來的脫硫產物灰的再循環，該工藝采用分級配水的方式向吸收塔 加入減溫水，第一級工藝減溫水和第二級工藝減溫水分別通過管道輸送至 吸收塔的兩個不同位置的加入口。所述第一級工藝減溫水的加入口位于吸收塔下部擴散段，所述第二級 工藝減溫水的加入口位于吸收塔的循環流化床過度區。該工藝還包括凈煙氣再循環，所述的凈煙氣再循環是將部分經除塵器 凈化后的凈煙氣引至吸收塔上游與原煙氣一起從吸收塔底部送入進行再 循環。所述的凈煙氣是由引風機出口至煙囪入口的水平主煙道引出，而接入 系統處則選擇在吸收塔入口前的水平煙道上，凈煙氣循環量為主機工況下 煙氣流量的0 40%。該工藝還包括凈煙氣送水系統，在凈煙氣再循環煙道上，引出部分凈 煙氣通過送水用回流凈煙氣的加入管道輸送至吸收塔，所述第二級工藝減 溫水的加入口設置在該送水用回流凈煙氣的加入管道中，用來提高第二級
配水在吸收塔內的橫向貫穿能力。所述的脫硫產物灰的再循環是由除塵器分離出來的脫硫產物灰通過 外部物料循環系統重新輸送回到吸收塔內，與塔內的吸收劑一起參與脫硫 反應。由吸收塔底部加入的吸收劑及循環脫硫產物灰與分級加入的工藝減 溫水充分混合，經設在吸收塔底部的文丘里管加速后進入吸收塔，并在吸收塔的下部擴散段形成循環流化床，在循環流化床內吸收劑、循環脫硫產 物灰與第一級加入的工藝減溫水充分混合，形成強烈的紊流，從而使循環流化床具有極佳的傳熱和傳質特性。本發明還提供一種上述工藝的專用吸收塔，塔體是一種變截面的結 構，其從下到上包括底部矩形段(Tl)，用于保證與主系統煙道對接；下方圓節(T2)，該段設有新鮮吸收劑的加入口 (T8)和再循環的脫硫產 物灰的加入口 (T9);文丘里管(T3)，在該段，煙氣、吸收劑與脫硫產物 灰混合后被加速；擴散段(T4)，在該段由于煙氣流速的不斷降低，其所 攜帶的物料顆粒被部分分離出來而形成循環流化床，第一級工藝減溫水的 加入口 (T10)位于該擴散段(T4);直段(T5)，該段的較低部分就是循 環流化床的過度區，其上部為循環流化床的稀相區，該循環流化床的過度 區設有第二級工藝減溫水的加入口 (Tll)，該第二級工藝減溫水的加入口 (T11)設置在送水用回流凈煙氣的加入管道(T12)中；上方圓節(T6); 出口段(T7)。煙氣的引出口位于出口段(T7)的側面，煙氣離開吸收塔后傾斜向下 進入除塵器。
與現有技術相比，本發明的有益效果在于能使系統在較低釣硫比 (Ca/S=l. 1 1.25)的情況下達到較高的脫硫效率(90% 92.5%以上)， 尤其在機組燃用高硫煤時更能顯現其脫硫高效率的優越性。同時提高了吸 收塔內的反應溫度，降低了工藝減溫水的消耗量，通過凈煙氣的再循環， 可以使系統具有更好的負荷適應能力。具體為-1、由于采用了分級配水的工藝減溫水加入方式，"氣、液、固"三相 共存區在吸收塔內的覆蓋范圍明顯擴大，在很大程度上改善了吸收塔內的 脫硫反應環境，相對延長了吸收塔內吸收劑與原煙氣的有效接觸時間，在 較少的工藝減溫水加入量下就可以獲得較高的脫硫效率，同時系統所需的 反應溫度的提高使系統工作更安全。2、 脫硫效率高，運行費用低。容易選擇最佳的CFB (循環流化床)操 作氣流速度，氣固兩相流在CFB內滑落速度最大，脫硫反應區層密度高， 顆粒在吸收塔停留時間長，使S02與脫硫劑能得到充分的混合，保證達到 較高脫硫效率。3、 由于脫硫劑的利用率高，它所產生的脫硫副產物排放少。脫硫副 產物流動性好，易于處理。除塵器收集的灰分絕大部分循環使用，只有少 量外排，灰綜合處理成本低。4、 轉動部件少，整個裝置可用率高。吸收塔內為空塔，沒有運動部 件，磨損小，使用壽命長。5、 控制簡單，因脫硫劑為干態，床溫只取決于噴水量的多少，不受 進口煙氣中S(V濃度的制約。6、 負荷適應性好。由于采用了清潔煙氣再循環技術，以及脫硫灰渣200610029703.2說明書第6/ll頁再循環等措施，可以滿足不同的鍋爐負荷要求。鍋爐負荷在40% 110%范 圍內，脫硫系統可以正常運行。7、具有良好的操作彈性。在煤的含硫量增加或要提高脫硫效率時， 無需增加任何設備，僅需調節Ca/S摩爾比就行了。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明圖1是本發明分級配水式循環流化床干法煙氣脫硫工藝流程示意圖；圖2本發明的吸收塔的主視圖；圖3是圖2的A-A剖視圖。圖1中1是生石灰倉；2是多級式消化器；3是第二級工藝減溫水 管路；4是第一級工藝減溫水管路；5是消石灰倉；6是消石灰給料控制 閥；7是消石灰給料計量儀表；8是消石灰輸送斜槽；9是凈煙氣再循環 調節擋板門；10是送水用再循環凈煙氣調節蝶閥；ll是吸收塔；T10是 第一級工藝減溫水的加入口； Tll是第二級工藝減溫水的加入口； 12是除 塵器；13是脫硫產物灰再循環管路；14是脫硫產物灰外排管路；15是脫 硫產物灰再循環輸送斜槽；16是脫硫產物灰外排緩沖箱；17是引風機； 18是煙囪。圖2中Tl是吸收塔的底部矩形段；T2是下方圓節；T3是文丘里管；T4是吸收塔的擴散段；T5是吸收塔的直段；T6是吸收塔的上方圓節；T7 是出口段；T8是新鮮吸收劑的加入口； T9是再循環的脫硫產物灰的加入 口； T10是第一級工藝減溫水的加入口； Tll是第二級工藝減溫水的加入 口； T12是送水用回流凈煙氣的加入管道。
具體實施方式
第一、本發明分級配水式循環流化床干法煙氣脫硫工藝采用了三種再 循環方式1、 吸收塔內的固體顆粒再循環形成了塔內的循環流化床如圖2所示，在吸收塔的下部設有一個煙氣加速裝置一文丘里管T3， 煙氣及其攜帶的固體顆粒在此被加速到很高的流速，下游緊接著便是吸收塔的擴散段T4，在此，由于通道的逐漸擴張，煙氣的流速快速下降，其所攜帶的固體顆粒大部分被分離出來而向下滑落，然后重新被后續的高速 煙氣托起而形成塔內的循環流化床。循環流化床具有極佳的熱和物質傳送特性，在這區域內流體處于激烈的湍流狀態，循環流化床內的Ca/S值可達 到40-50，這是因為細小顆粒和煙氣之間極大的速差而決定的。顆粒反應 界面不斷摩擦，碰撞更新，極大地強化了脫硫反應的傳質與傳熱。2、 脫硫產物灰的再循環如圖1所示，由除塵器12分離出來的脫硫產物灰顆粒通過脫硫產物 灰再循環管路13、脫硫產物灰再循環輸送斜槽15重新輸送回到吸收塔11 內，與塔內的吸收劑顆粒一起參與脫硫反應，脫硫產物灰的再循環提高了 吸收劑的利用率，進一步降低Ca/S，節省運行費用。3、 凈煙氣再循環如圖1所示，經除塵器12凈化后的凈煙氣在低負荷下部分進行再循 環，凈煙氣再循環是將部分凈煙氣引至吸收塔11上游與原煙氣一起從吸 收塔11底部送入，根據主機負荷的變化情況來調整凈煙氣的再循環量， 以保證吸收塔11在主機低負荷時維持正常流態化所需的煙氣量，從而可 以使該系統在低負荷下(負荷適應范圍為40% 110%)同樣具有較高的脫 硫效率及安全性。它包括一套凈煙氣再循環調節擋板門9以及相關的煙道 系統。第二、本發明采用了分級配水的方式來向吸收塔中加入減溫工藝水1、 如圖1所示，第一級工藝減溫水的加入口 T10選在吸收塔11內部 循環流化床的濃相區。在該區域加入大比例的工藝減溫水，是因為在該區域內，固相顆粒濃 度及原煙氣內的S02濃度都很高，容易形成良好的高濃度的"氣、液、固" 三相共存區，且該區域具有很劇烈的紊流條件使傳熱、傳質得以快速進行， 這就使該區域成為主要的脫硫反應區。2、 如圖1所示，第二級工藝減溫水的加入口 Tll選在吸收塔11內部 循環流化床的過度區。在該區域固相顆粒濃度雖有所降低，但剩余的固相顆粒中還包含有相 當數量的沒有反應完畢的吸收劑，而從循環流化床的濃相區逃逸出來的 S02等污染性氣體在煙氣中也還有相當數量，尤其在燃用高硫煤時，S02 等污染性氣體從濃相區逃逸的數量會更多，但是由于濃相區水分的快速蒸 發，在到達過度區后，液相的比例已經非常稀薄，難以維持更進一步的脫 硫反應。因此需要在該區域重新加入部分工藝減溫水，以恢復良好的"氣、 液、固"三相共存狀態，使由濃相區逃逸的S02等污染性氣體在此區域能 被順利的脫除干凈，進一步提高系統的脫硫效率。對于第二級工藝減溫水的加入，由于水量相對較少，因此由噴嘴噴出 的霧滴束在煙氣中的貫穿能力有限，尤其在大機組中，由于吸收塔的直徑 過大，二次加入的水分很難覆蓋整個吸收塔的橫截面。鑒于此，本發明提 出用部分凈煙氣的回流來提高霧滴束在吸收塔內的射流剛度(g卩凈煙氣 送水)。它包括一個送水用再循環凈煙氣調節蝶閥10及其相關的煙道系 統。下面結合附圖具體說明本發明的最佳實施方式及工藝過程 如圖1和圖2所示，自鍋爐燃燒系統排出的煙氣，通過原煙氣系統由 吸收塔的底部矩形段Tl進入。然后在吸收塔的下方圓節T2部分高溫煙氣與由新鮮吸收劑的加入口 T8加入的吸收劑、由再循環的脫硫產物灰的加 入口T9加入的循環灰分充分混合，進行初步的脫硫反應，然后通過吸收 塔下部的文丘里管T3加速，在吸收塔的擴散段T4內吸收劑、循環脫硫灰 受到氣流的沖擊作用而懸浮起來，形成循環流化床，進行充分的脫硫反應。在吸收塔的擴散段T4設有第一級工藝減溫水的加入口 TIO，通過一 套高壓噴水裝置，噴入的大比例的工藝減溫水經過霧化后一方面增濕顆粒 表面，另一方面使煙溫降至高于露點溫度20-25°C，創造良好的"氣、液、 固"三相共存環境及適當的脫硫反應溫度。第一級工藝減溫水通過第一級 工藝減溫水管路4及第一級工藝減溫水的加入口 T10進入吸收塔11。在 循環流化床的過度區(吸收塔的直段T5的下半部分)還設有第二級工藝 減溫水的加入口 Tll，小比例的工藝減溫水的加入可以繼續在該區域維持 良好的"氣、液、固"三相共存狀態，以使脫硫反應得以持續進行，相對 的延長了吸收劑與原煙氣的有效接觸時間。第二級工藝減溫水通過第二級 工藝減溫水管路3及第二級工藝減溫水的加入口 Tll進入吸收塔11。為了提高二次加入的工藝減溫水在吸收塔內的橫向貫穿能力以及提高
吸收塔內的紊流強度，本工藝還配置有"凈煙氣送水系統"，在凈煙氣再循 環煙道上，凈煙氣再循環調節擋板門9前，引出部分凈煙氣，通過一個送水用再循環凈煙氣調節蝶闊10后，從吸收塔ll的送水用回流凈煙氣的加入管 道T12噴入吸收塔。第二次工藝減溫水的加入口T11就設置在送水用回流凈 煙氣的加入管道T12中，其所噴出的工藝水霧滴被包裹在剛性較強的凈煙氣 流中，如此，多個噴嘴所噴出的工藝水霧滴在吸收塔的橫截面上就能有很 好的覆蓋率(如圖3所示)。圖3顯示了第二級工藝減溫水的加入口T11與送 水用回流凈煙氣的加入管道T12之間的對應關系，以及它們在噴入吸收塔后 的大致分布情況。如圖1所示，本發明采用CaO作為原始吸收劑，Ca(0H)2作為最終的 吸收劑，從廠外購得的生石灰首先貯存在生石灰倉l中，然后經過多級式 消化器2將生石灰消化成消石灰(最終的吸收劑)，通過一套氣力輸送系 統消石灰被輸送到消石灰倉5中進行緩存，然后經過一套精密的計量系統 ——消石灰給料控制閥6、消石灰給料計量儀表7，再通過消石灰輸送斜 槽8，將其加入到吸收塔11底部的文丘里管T3前(如圖2所示)，與循 環使用的脫硫產物灰一起混合加速后進入吸收塔ll內。吸收劑與S02充分反應，主要生成亞硫酸鈣CaS03 1/2H20、硫酸鈣 CaS04 1/2H20和碳酸鈣CaC03，它們和飛灰一起由清潔煙氣攜帶到吸收塔 的出口段T7，然后在后面的除塵器12中被分離出來。分離出來的脫硫產 物灰大部分通過脫硫產物灰再循環管路13、脫硫產物灰再循環輸送斜槽 15重新輸送回到吸收塔11內，以延長吸收劑顆粒的停留時間，降低工藝 過程中Ca/S摩爾比。該工藝在Ca/S摩爾比稍有增加的情況下，就可以使
脫硫率達到95%以上。對于少量的脫硫產物灰，通過脫硫產物灰外排管路 14排放到脫硫產物灰外排緩沖箱16中，最后進入電廠的除灰系統。被除塵器12凈化后的凈煙氣由引風機17升壓后通過煙囪18排入大氣。
權利要求
1、一種分級配水式循環流化床干法煙氣脫硫工藝，其特征在于，包括吸收塔內由吸收劑循環形成的循環流化床、除塵器分離出來的脫硫產物灰的再循環，該工藝采用分級配水的方式向吸收塔加入減溫水，第一級工藝減溫水和第二級工藝減溫水分別通過管道輸送至吸收塔的兩個不同位置的加入口。
2、 根據權利要求1所述的分級配水式循環流化床干法煙氣脫硫工藝，其特征在于，所述第一級工藝減溫水的加入口位于吸收塔下部擴散段，所 述第二級工藝減溫水的加入口位于吸收塔的循環流化床過度區。
3、 根據權利要求1所述的分級配水式循環流化床干法煙氣脫硫工藝， 其特征在于，該工藝還包括凈煙氣再循環，所述的凈煙氣再循環是將部分 經除塵器凈化后的凈煙氣引至吸收塔上游與原煙氣一起從吸收塔底部送 入進行再循環。
4、 根據權利要求3所述的分級配水式循環流化床干法煙氣脫硫工藝， 其特征在于，所述的凈煙氣是由引風機出口至煙囪入口的水平主煙道引 出，而接入系統處則選擇在吸收塔入口前的水平煙道上，凈煙氣循環量為 主機工況下煙氣流量的0 40%。
5、 根據權利要求2-4任一項所述的分級配水式循環流化床干法煙氣 脫硫工藝，其特征在于，該工藝還包括凈煙氣送水系統，在凈煙氣再循環 煙道上，引出部分凈煙氣通過送水用回流凈煙氣的加入管道輸送至吸收 塔，所述第二級工藝減溫水的加入口設置在該送水用回流凈煙氣的加入管 道中，用來提高第二級配水在吸收塔內的橫向貫穿能力。
6、 根據權利要求1所述的分級配水式循環流化床干法煙氣脫硫工藝， 其特征在于，所述的脫硫產物灰的再循環是由除塵器分離出來的脫硫產物 灰通過外部物料循環系統重新輸送回到吸收塔內，與塔內的吸收劑一起參 與脫硫反應。
7、 根據權利要求1所述的分級配水式循環流化床干法煙氣脫硫工藝， 其特征在于，由吸收塔底部加入的吸收劑及循環脫硫產物灰充分混合，經 設在吸收塔底部的文丘里管加速后進入吸收塔，并在吸收塔的下部擴散段 形成循環流化床，在循環流化床內吸收劑、循環脫硫產物灰與第一級加入 的工藝減溫水充分混合，形成強烈的紊流，從而使循環流化床具有極佳的 傳熱和傳質特性。
8、 一種權利要求1所述工藝的專用吸收塔，其特征在于塔體是一 種變截面的結構，其從下到上包括底部矩形段(Tl)，用于保證與主系 統煙道對接；下方圓節(T2)，該段設有新鮮吸收劑的加入口 (T8)和再 循環的脫硫產物灰的加入口 (T9);文丘里管(T3)，在該段，煙氣、吸收 劑與脫硫產物灰混合后被加速；擴散段(T4)，在該段由于煙氣流速的不 斷降低，其所攜帶的物料顆粒被部分分離出來而形成循環流化床，第一級 工藝減溫水的加入口 (T10)位于該擴散段(T4);直段(T5)，該段的較 低部分就是循環流化床的過度區，其上部為循環流化床的稀相區，該循環 流化床的過度區設有第二級工藝減溫水的加入口 (Tll)，該第二級工藝減 溫水的加入口 (T11)設置在送水用回流凈煙氣的加入管道(T12)中；上 方圓節(T6);出口段(T7)。
9、 根據權利要求8所述的專用吸收塔，其特征在于，煙氣的引出口 位于出口段(T7)的側面，煙氣離開吸收塔后傾斜向下進入除塵器。
全文摘要
本發明公開了一種分級配水式循環流化床干法煙氣脫硫工藝，包括吸收塔內由吸收劑循環形成的循環流化床、除塵器分離出來的脫硫產物灰的再循環，該工藝采用分級配水的方式向吸收塔加入減溫水，第一級工藝減溫水和第二級工藝減溫水分別通過管道輸送至吸收塔的兩個不同位置的加入口。此外，本發明還公開了一種上述工藝的專用吸收塔。本發明在較低鈣硫比(Ca/S)的情況下能達到較高的脫硫效率，同時提高了吸收塔內的反應溫度，降低了工藝減溫水的消耗量，節省運行費用。
文檔編號B01D53/50GK101116795SQ20061002970
公開日2008年2月6日 申請日期2006年8月3日 優先權日2006年8月3日
發明者劉東初, 張健丁, 云 曲, 李建平, 溫鵬飛, 羅傳奎 申請人:上海融新能源環境科技有限公司;劉東初;羅傳奎;曲 云;溫鵬飛;李建平;張健丁