专利名称：干式脱硫剂床料内循环的烟气脱硫方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种烟气脱硫技术，尤其涉及一种煤粉锅炉、层燃锅炉或其他燃烧设备排出的烟气中氧化硫脱除的方法及装置。
目前煤粉锅炉、层燃锅炉或其他燃烧设备所用的钙基脱硫剂(石灰石、白云石、石灰、氢氧化钙等)的半干法或干式烟气脱硫技术主要有喷雾烟气脱硫法、炉内喷钙加增湿活化法和尾部烟气干式循环流化床脱硫法。前二项技术的烟气脱硫技术的钙基脱硫剂利用率较低(一般方0.3-0.4)，烟气脱硫效率不高(钙硫比为2时达到0.5-0.8)；同时在反应器或增湿活化器内壁上易腐蚀和结灰垢，影响连续安全运行。德国金属有限公司在中国申请的专利CN85105199A，即尾部烟气干式循环流化床脱流法”，有效的克服了上述缺陷，其钙基脱硫剂利用率较高，可达0.7；烟气脱硫效率也有明显改善，可在钙硫比仅1.5时达到0.8以上。此种干式循环流化床脱硫系统主要包括循环流化床反应器，分离器和外回送系统。其工艺过程是把从锅炉、窑炉或其他燃烧设备排出的烟气，送入循环流化床反应器，其床料为钙基脱硫剂，或脱硫剂和烟气中飞灰的混合物。烟气中的二氧化硫就和床料反应，形成固体亚硫酸钙留在脱硫剂中，然后定量排出脱硫系统。随循环流化床排出烟气一起离开的未反应完全的脱硫剂颗粒悬浮物，进入设置在流化床发应器外部的不同型式的常规的颗粒分离器(例如旋风分离器、百叶窗式惯性分离器、静电除尘器、布袋除尘器等，此类分离器或单独采用，或串联使用)，并把分离器分离下来的未反应完全的脱硫剂床料送回流化床，使其在流化床和附设在外部的分离器组成的回路中循环。此种脱硫技术不同于流化床燃烧的炉内高温脱硫，而是以排出的烟气作为流化气体，此种脱硫技术由于只靠外部分离和循环，循环量大，对设备要求高，其烟气流通阻力也较大，回路中烟气流通总阻力可大于1500Pa。这就造成运行费用的提高和设备的严重磨损。
近年来上述技术又有了新的发展，例如参考文献H.Sauer et al，“Opert ing Experience with a Dry FGD Plant using a Circulating FluidBed(CFB) at the Brown-Coal-Fired Power Station in Borken，FederalRepublic of Germany”，VGB Kraftwerkstechnik，Vol.69，No.10，(1989)，pp.887-892。文中介绍了该技术在德国烧褐煤的电站锅炉上的应用情况，并指出在循环流化床反应器的烟气进口处做成7个渐缩渐扩喷口(yenturinozzles)，以减少烟气流动阻力。同时还特别强调在循环流化床脱硫反应器中不得设置内件，以免发生腐蚀问题。
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的之一是提供一种干式脱硫剂床料内循环的烟气脱硫的方法和装置，使其不仅能有效的提高钙基脱硫剂的利用率和烟气脱硫效率，使外部分离器的负担相对减小，而且能明显降低烟气的总流通阻力，避免腐蚀，从而达到有效降低运行费用之目的。
本发明是通过以下技术方案实现的其烟气脱硫的方法是将燃烧设备排出的烟气送入以钙基脱硫剂为床料的循环流化床反应器，使烟气中的二氧化硫与床料反应，形成固体亚硫酸钙留在脱硫剂中，然后排出脱硫系统，随循环流化床排出烟气一起离开的部分未完全反应的脱硫剂颗粒；通过附设在流化床外部的分离器后送回流化床，使其在流化床和外部的分离器组成的回路中循环，其特征是通过设置在流化床脱硫反应器上部的气固分离装置，将烟气和大部分固体床料分离，将分离下来的床料重新返回密相区，使烟气中的二氧化硫与床料充分接触并反应，从而形成床料内循环的烟气脱硫方法。
实现上述脱硫方法的装置是这样实现的一种干式脱硫剂床料内循环的烟气脱硫装置，主要包括以钙基脱硫剂为床料的循环流化床脱硫反应器本体以及附设在该反应器外部的分离器和外回送系统，在流化床脱硫反应器下部主要设有烟气入口，排渣口，风箱和布风装置，其特征是在流化床脱硫反应器的上部设置气固分离装置。
上述的气固分离装置采用多个旋流片组成，且该旋流片和反应器壁面用环形顶盖密封，环形顶盖部分做成漏斗状并连接回料管段，上述的气固分离装置也可以采取如下结构它是由流化床反应器壁面向上延伸，越过排烟出口处之后而形成的端头帽形空腔，其顶盖为一水平的或倾斜的平板。
由于采用上述方案，即流化床反应器中的内分离器独特的气固两相流结构(下面将详述)，使烟气和大部分固体床料分离，并使床料沿反应器的近壁区域大量回落，形成床料内循环。床料在床内的回落量可达上行量的80％(即内部循环量为系统中外部循环量的4倍以上)，使反应器中的床料尽量充分地和烟气中的氧化硫发生反应。这种床料的内循环，不同于一般的流化床下部床料的翻动和迁移，而是使床料从上部回落到底部，在床中作内循环和脱硫反应。
附
图1表示出在流化床脱硫反应器内部设有气固分离装置的脱硫剂床料内循环的烟气脱硫装置的结构示意图，其气固分离装置采用的是多个旋流片。
附图2是附图1的1-1剖视图，表示出多个旋流片的具体结构以及该旋流片与反应器壁面的连接关系。
附图3为附图1的11-11剖视图，表示的是环形顶盖部分做成漏斗状并与连接回料管段。
附图4表示的是本发明的另一种实施例的结构示意图，其分离装置是由流化床反应器壁面向上延伸，越过排烟出口处之后而形成的端头帽形空腔，该帽形空腔的顶端为一水平的或倾斜的平板。
下面结合附图详细描述本发明的工艺过程，具体结构以及最佳实施方式以附图1为例，本发明主要由以钙基脱硫剂为床料的流化床脱硫反应器本体1以及附设在该反应器外部的分离器2和外回送系统4。在流化床反应器1的上部装有气固分离装置3，该分离装置由6-24个旋流片组成，其旋流片5的仰角一般为15°-30°，通常为25°。此气固分离装置的烟气流通阻力通常不超过300Pa。运行时，从燃烧设备排出的含有二氧化硫的烟气从烟气入口19进入脱硫反应器1下部的风箱16，通过布风装置17后，在床料中以合适的钙硫比1.2-2.0，通常为1.5，连续喷入钙基脱硫剂。钙基脱硫剂可以作成水浆12，通常为石灰浆；或不用水浆，把脱硫剂改为向炉膛内喷入石灰石粉，在炉内高温下煅烧成氧化钙粉并吸收一小部分二氧化硫，然后随烟气和煤粉飞灰进入脱硫反应器1，也可在床中喷水13；或在床料中喷入脱硫剂粉末12，即向床中连续以合适的钙硫比喷入，此时也在床料中同时喷水13。喷石灰浆或喷水，使原来从锅炉或其它燃烧设备排出的烟气，在循环流化床中从通常的120℃以上的温度，迅速降为50-85℃，一般为70℃的均匀床温，比烟气露点高5-35℃。由于喷入的石灰浆或水在流化床中蒸发很快，床料上下循环很快，床料整体保持为干态。固体颗粒在反应器上部的气固分离装置3中，由于惯性和撞击旋流片5，大部分被分离出来；这部分床料，直接沿反应器1的近壁区域或沿专设的漏斗和管段(可装在反应器1之内，或之外)回送到流化床的密相床内，从而形成床料在脱硫反应器1中的内循环。旋流片5的直径为反应器1上部当量内径D的0.7-0.9，通常为0.8倍。旋流片5和反应器1的壁面之间用环形顶盖23密封，使之有利于近壁处原来上升的较浓颗粒转为下落。圆环顶盖可部分做成漏斗状15，并连接回料管段6。从反应器1排出的还含有未反应完全的脱硫剂颗粒的烟气，经过附设在外部的常规的分离器2(或除尘器)，把收集下来的脱硫剂和飞灰混合物由外部回送装置4送入脱硫反应器1的密相区，形成少量脱硫剂床料的外循环回路。从脱硫反应器1下部向上流动的烟气，接触了由内外循环回送来的大量未反应完全的脱硫剂床料，二氧化硫被大量吸收。同时，含有亚硫酸钙的床料从反应器的排渣口21中定量排出。
本发明的另一种实施例是采用如图2所示的结构，其气固分离装置3是在脱硫反应器1的排烟出口处20之上所形成的端头帽形空腔18.。它是由流化床反应器壁面向上延伸，越过排烟出口处20之后所形成的，顶板24为一水平的或倾斜的平板。空腔段的高度，即越过排烟出口处20的上边缘到顶板的高度应等于或大于脱硫反应器上部横截面当量直径D的1/2。实验表明，这种形似很简单的特殊结构，能使烟气在转弯排出脱硫反应器1时，床料颗粒在空腔之前和空腔中沿反应器轴线向上运动的速度渐减。因而，在这种独特的空腔形成的气固两相流结构中，沿轴线向上方使颗粒浓度逐渐增大并聚成团状，在近壁处颗粒团更多。这种团状物在重力作用下会下降并互相合并，像种子似的逐渐长大，促使反应器中、上部的近壁区域聚成较大的颗粒团并向下运动，从而增加烟气与床料的充分接触并形成床料的内循环。因此这种脱硫反应器上部的端头帽形空腔18，同样是一种气固分离装置，能促成床料的大量内循环。
本发明与现有技术相比，除了没有发生象上述对比文献中所强调的在流化床内设置内件造成腐蚀的问题外，还具有以下特点及有益效果由于采用了干式脱硫剂床料内循环的方法及装置，因此大部分床料可在脱硫反应器中进行内分离和循环；使从反应器排出的烟气中只携带少量床料，这样就使外分离器的负担相对减小，其烟气流通总阻力也明显降低。本项发明中整个烟气脱硫系统的总阻力可小于1500Pa，甚至仅为此值的2/3以下，因而消耗电能较少。由于床料的内循环，使含有二氧化硫的烟气在反应器中接触了颗粒浓度很高的大量未完全反应的脱硫剂床料，使其充分接触和反应，因而有效的提高了钙基脱硫剂的利用率和烟气的脱硫效率，在钙硫比为1.5时烟气脱硫率可达0.85以上。在达到同样的烟气脱硫率下，比之现有技术，可有效地节约使烟气流通的电能消耗和脱硫剂的耗费以及烟气脱硫设备的投资费用。在达到接近湿法脱硫的烟气脱硫率时，其投资费用仅为湿法脱硫的一半或更少。由于床料整体保持为干态，脱硫反应器的内件及有关的管道，不会象在湿法和半干法脱硫系统中那样易被腐蚀。
权利要求
1.一种干式脱硫剂床料内循环的烟气脱硫方法，它是将燃烧设备排出的烟气送入以钙基脱硫剂为床料的循环流化床反应器，使烟气中的二氧化硫与床料反应，形成固体亚硫酸钙留在脱硫剂中，然后排出脱硫系统，随循环流化床排出烟气一起离开的部份未完全反应的脱硫剂颗粒，通过附设在流化床外部的分离器后送回流化床，使其在流化床和外部的分离器组成的回路中循环，其特征是通过设置在流化床脱硫反应器内部的气固分离装置，将烟气和大部分固体床料分离，使分离下来的床料重新反回密相区，使烟气中的二氧化硫与床料充分接触并反应，从而形成床料内循环的烟气脱硫方法。
2.一种干式脱硫剂床料内循环的烟气脱硫装置，主要包括以钙基脱硫剂为床料的循环流化床脱硫反应器本体[1]以及附设在该反应器外部的分离器[2]和外循环系统，在流化床脱硫反应器下部主要设有烟气入口[19]，排渣口[21]，风箱[16]和布风装置[17]，其特征是在流化床脱硫反应器上部设置气固分离装置[3]。
3.根据权利要求2所述的干式脱硫剂床料内循环的烟气脱硫装置，其特征是所述气固分离装置[3]采用多个旋流片[5]组成，且该旋流片[5]和流化床反应器[1]壁面用环形顶盖[23]密封，环形顶盖部分做成漏斗状[15]，并连接回料管段[6]。
4.根据权利要求2.或3所述的干式脱硫剂床料内循环的烟气脱硫装置，其特征是上述旋流片[5]由6-24个旋流片组成，该旋流片的直径为脱流反应器上部当量内径D的0.7-0.9倍，其仰角为15°-30°。
5.根据权利要求2所述的干式脱硫剂床料内循环的烟气脱硫装置，其特征是所述气固分离装置[3]是由流化床脱硫反应器[1]壁面向上延伸，越过排烟出口处[20]之后而形成的端头帽形空腔[18]，其顶盖[24]为一水平的或倾斜的平板。
6.根据权利要求5所述的干式脱硫剂床料内循环的烟气脱硫装置，其特征是所述的端头帽形空腔[18]的高度等于或大于流化床脱硫反应器上部横截面当量内径D的1/2。
全文摘要
一种干式脱硫剂床料内循环的烟气脱硫方法及装置,涉及一种燃烧设备排出的烟气中氧化硫的脱除方法及装置。它是通过设置在流化床反应器内的气固分离装置,将烟气与大部分固体床料分离,形成床料的内循环,而从反应器排出的烟气中只携带少量床料。本发明的优点是:不仅能有效的提高钙基脱硫剂的利用率和烟气的脱硫效率(在钙硫比为1.5时烟气脱硫率可达0.85以上);还可使烟气流通总阻力明显降低,避免腐蚀,因此有效的降低了运行及设备的投资费用。
文档编号B01D53/48GK1195573SQ97103839
公开日1998年10月14日 申请日期1997年4月4日 优先权日1997年4月4日
发明者陈昌和, 项光明, 何榕, 由长福, 徐旭常, 董仁芬, 徐秀清, 郑洽余, 金茂庐 申请人:清华大学