一种采用组合烟气射流的干法烟气脱硫方法

专利名称：一种采用组合烟气射流的干法烟气脱硫方法
技术领域：
本发明涉及一种采用组合烟气射流的干法烟气脱硫方法，属于烟气脱硫技术领域，特别涉及各种燃烧设备排放烟气中的干法脱硫系统及工艺。
背景技术：
二氧化硫气体污染的治理一直是世界大多数国家环境保护的重点，其所产生污染物更是造成我国生态环境破坏的最大污染源，目前已经成为了我国空气污染治理的当务之急。
目前对二氧化硫的治理，国外一般主要采用湿式石灰石膏法(W-FGD)，采用上述方法，虽然脱除效果较好，但其存在投资巨大、耗水量大，占地面积较大、系统复杂、阻力较大、结构复杂，以及需要对水进行再处理等等一系列问题。因此干式或半干式的高效烟气脱硫技术成为了国内外研究开发的重点。
特别针对我国火力发电单台装机容量基本为600MW的烟气脱硫市场需要，特别针对西北部地区电力环保的特殊要求，以及国家对水资源利用保护的加强。同时根据国际上烟气脱硫技术发展和市场的客观规律，先进的大型化(可适用于600MW以上火力发电机组)干法烟气脱硫技术将成为国内外电力环保技术及市场的主力。
对于目前所有的干法(半干法)脱硫技术以及专利技术，它们虽然都在烟气脱硫反应过程的某一些方面具有自己的技术特色，但都没有考虑当机组大型化以后，由于脱硫反应塔截面以及高度的增加，将导致整个脱硫反应由于烟气与颗粒流场的组织失败而达不到脱硫技术要求。
特别对于目前应用的烟气循环流化床方法的干法脱硫技术，大都利用消化后的石灰(浆)作为吸收剂，用吸收剂和外部分离器分离出来的物料作为循环床料，在流化床反应塔中通过强烈的气固液三相作用来脱出烟气中的有害气体。如专利CN86108755A，CN1307926等等，又如德国Wulff公司的“回流式循环流化床烟气脱硫技术”等，都是采用一个类似于流化床的脱硫反应塔，通过烟气、脱硫剂颗粒以及喷水等在塔中的接触反应而实现脱硫目的，其大型化后的大截面单塔设计不能满足循环流态化的基本技术要求。
从上可见，上述所有的干法脱硫技术都存在各种各样的问题，如洁净烟气的携带水量较多，或消化系统复杂、或脱硫剂颗粒表面活性较差、或阻力较大、易腐蚀堵塞等。特别针对大型化后的大截面塔体设计，在脱硫反应塔中，物料、雾化水滴和烟气的混合仅靠脱硫反应塔的异形结构和文丘里管的烟气喷射，形成脱硫反应塔内气固液相速度和密度的不同，造成塔内上下、前后、左右的多相流动，这种混合方式对文丘里管烟气出口的速度和塔的结构要求很高，这样增大了风机的功率。另外，在大型化方面存在很大不足，当脱硫反应塔结构增大后，这种混合方式很难满足反应区的强烈混合要求，达不到有效的脱硫效果。
从上述背景技术介绍中可见，在循环流化的烟气脱硫系统中，塔内的多相流场组织能否满足设计的流化要求是脱硫反应能否顺利进行的关键因素。特别是干法脱硫技术都存在当机组容量较大时，不能满足大型化烟气脱硫反应的流态化要求。

发明内容
针对现有的技术在目前的工程中存在的问题，和在大型化方面存在的不足和缺陷，本发明提出一种在脱硫反应塔反应区内，气固液相混合充分、脱硫效率高、烟气流通阻力低的一种采用组合烟气射流的干法烟气脱硫技术。采用该种技术，使其能在保证较低的钙硫比(Ca/S＝1.1～1.3)的情况下达到较高的脱硫效率(90％～92％以上)，同时降低耗水量和洁净烟气的携带水量，保证脱硫剂颗粒较高的表面活性。同时实现了脱硫系统的宽调节比特性，可以满足燃烧设备从20％到110％负荷变化的高效脱硫要求。在实现上述目的前提下，并进一步简化系统，降低设备投资及运行费用，降低烟气阻力，从而真正实现高效、宽调节比、低成本、低耗水量的干法烟气脱硫的目的。
本发明是通过以下技术方案实现的组合烟气射流的干法烟气脱硫方法包括脱硫剂制备消化、脱硫反应塔内脱硫反应、脱硫剂颗粒的分离和再循环，在脱硫反应塔的中部或者上部设有喷嘴，喷入组合烟气射流，从而改变脱硫塔中上部区域的流动特性，加强湍流强度，形成新的涡流区，达到有效组织脱硫反应塔内气、固、液三相的充分混合以及速度滑移。
所述的采用组合烟气射流的干法烟气脱硫方法，其烟气喷嘴射流喷出方向沿水平方向向下0～60°。
所述的采用组合烟气射流的干法烟气脱硫方法，烟气射流喷嘴的安装位置是在喷水口或回料口上方1,000mm～35,000mm。
所述的采用组合烟气射流的干法烟气脱硫方法，射流烟气的速度可以根据其在脱硫反应塔上的位置不同作调节，其范围是30～180m/s。
所述的采用组合烟气射流的干法烟气脱硫方法，组合射流喷嘴沿脱硫反应塔主体上下设置1～4层，每层数量可为1个或多个。
所述的采用组合烟气射流的干法烟气脱硫方法，烟气喷射喷嘴是沿塔深方向可伸缩的。
所述的采用组合烟气射流的干法烟气脱硫方法，烟气喷射喷嘴的喷射方向可调节。
所述的采用组合烟气射流的干法烟气脱硫方法，其脱硫反应塔主体是变异结构。
所述的采用组合烟气射流的干法烟气脱硫方法，其射流烟气的引出位置是在烟气通道的任何部位，包括烟气在脱硫反应塔入口前、预除尘装置前、后的烟气，脱硫反应塔出口后除尘装置前、后的烟气，或者烟气通道任何部位两处及两处以上的组合烟气。
本发明的优点由于有效组织脱硫反应塔内的非均相反应模式，采用组合的烟气喷射系统，加强了塔内气液固相的混合强度，增强了塔内传质效果，提高了脱硫剂的利用率，降低了烟气的流通阻力；脱硫系统在Ca/S＝1.2情况下，脱硫效率达到90％以上，塔体总流通阻力小于1800Pa；喷射烟气从脱硫反应塔烟气出口后引回时，形成了烟气再循环系统，喷射烟气量可以根据运行要求方便地进行调节，拓宽了脱硫系统的负荷变化适应能力，可以满足燃烧设备(如锅炉等)从20％-110％负荷变化的高效脱硫要求。


图1为本发明的系统结构示意图。
图2为一层烟气射流设置在塔体前侧的布置示意图。
图3为三层烟气射流设置在塔体前侧的布置示意图。
图4为四层烟气射流设置在两侧的交错布置示意图。
图5为四层烟气射流对称布置示意图。
图6为射流喷嘴设置在塔体壁面的主视示意图。
图7为射流喷嘴设置在塔体壁面的截面俯视示意图。
图中1是脱硫反应塔的流化区间、2是脱硫反应塔的烟气引射装置、3是脱硫反应塔主体、4是脱硫反应塔底的烟气混合室、5是脱硫反应塔烟气出口、6.烟气预除尘装置(静电、布袋、惯性除尘器等)、7是消化系统、8是脱硫剂喷入管、9是外部再循环颗粒回料管、10是脱硫用水雾化喷嘴、11是分离装置即除尘器(静电、布袋、惯性除尘器等)、12是主引风机、13是烟囱、14是灰渣仓、15是射流烟气喷嘴、16是再循环烟气入口管、17是主烟气入口管、18是落灰斗。
具体实施例方式
一般应用本发明的脱硫反应塔包括塔底的烟气混合室、烟气混合室内的烟气引射装置(文丘里喷嘴、布风装置)、给水雾化喷嘴、给料装置、回料装置、烟气射流喷嘴、脱硫反应塔体、脱硫反应塔外部的分离(静电、布袋、惯性等)装置、脱硫塔烟气再循环装置。本发明是在脱硫反应塔的中部或者上部喷入组合烟气射流，从而改变脱硫塔中上部区域的流动特性，加强湍流强度，形成新的涡流区，达到有效组织脱硫反应塔内气、固、液三相的充分混合以及速度滑移。
本发明采用的烟气射流可在脱硫系统的烟气通道的任何部位引出，并且该烟气射流喷嘴布置在喷水口或回料口上方1,000mm～35,000mm的范围之间。
本发明的烟气射流喷嘴的布置形式有多种射流喷嘴安装在脱硫反应塔壁面，沿脱硫反应塔主体上下设置1～4层喷嘴。
图2～图5为射流喷嘴设置在塔体的各种布置示意图。图中3是脱硫反应塔主体，15是射流烟气喷嘴。
本发明的烟气射流喷嘴是固定的或可调节的。一种是伸缩的，即在沿塔深方向可伸缩的，调节横向位置；另一种是烟气喷射喷嘴的喷射方向可调节，即喷嘴可转动，调节喷入方向；或者两种结合。这些调节根据需要设置，这些喷嘴可采用锅炉行业的现有喷嘴。
本发明的射流烟气的速度可以根据在脱硫反应塔的不同位置进行调节，其范围可以是30～180m/s。
采用本发明的脱硫反应塔可以与各种结构组合，如单塔多床、复杂变异塔等技术相结合。
结合塔体采用变异的结构形式，可以提高塔内颗粒的内循环比率，提高脱硫反应效率。变异结构包括塔体截面的形状·大小各种组合的交叉变化，以达到对气流速度和方向的改变目的。如类似下圆上方、下方上圆，或者方、圆或椭圆等其它结构或截面由较长形变为较正性或有小变大或反之组合的各种变异结构。
本发明所使用的射流烟气可以是再循环洁净烟气，或者是需脱硫的烟气，也可以使是空气(包括湿空气)或者是烟道任何部位引来的烟气或各部位烟气的组合。一般射流烟气的引出位置在脱硫反应塔出口后除尘装置后的烟气最佳。
下面结合附图具体说明本发明技术的结构特点和工作原理脱硫反应塔系统的烟气混合室4和主烟气入口管17以及与烟气再循环入口管16相连接，其下方连接落灰斗18，其上方连接烟气引射装置2，其上紧接为脱硫塔的流化区间1，并在该流化区间中安装有给水雾化喷嘴10、脱硫剂喷入管8，和外部再循环颗粒回料入口管9；往上即连接脱硫反应塔主体3，脱硫反应塔主体3上安装有组合烟气射流喷嘴15，脱硫反应塔烟气出口管5与脱硫反应塔外部的颗粒分离(静电、布袋、惯性等)装置11连接，从分离装置11分离出的一部分颗粒，经外部再循环的颗粒回料管9流回到脱硫反应塔内，另一部分颗粒通过灰渣管流入到灰渣仓14；从脱硫反应塔烟气出口5后烟道的任何部位引回的烟气可通过再循环烟气入口16和烟气射流喷嘴15回到脱硫反应塔内。
本发明提出的组合烟气射流，其射流烟气可以从烟道的任何部位引出，也可是多处烟气的组合，这种射流烟气以一定的速度(根据喷射到脱硫反应塔内部位的不同，其速度可以从30～180m/s)喷射到脱硫反应塔内，可有效地组织脱硫反应塔内的流场流动，加强脱硫反应塔反应区内气固液相的湍流动能，使其混合充分，加快脱硫反应速度，提高脱硫效率。另外，喷入的射流烟气如果是从脱硫反应塔烟气出口后的任何部位引回的，则射流烟气不仅有效组织脱硫反应塔内多相流场流动，还可同时起到脱硫反应塔内烟气再循环的作用，从而减少排出烟气的携带水量达到降低脱硫系统耗水量的目的，并实现脱硫系统的宽调节比特性。
下面结合附图，通过对工艺流程的介绍，进一步详细介绍本发明的采用组合烟气射流的干法烟气脱硫技术。
首先，从燃烧设备排出的烟气首先经过一个烟气预除尘装置6(如静电除尘器、布袋除尘器、惯性分离除尘器)，经过预除尘后的烟气送入烟气混合室4，并经过脱硫塔底部的烟气引射装置2，维持烟气射流的出口速度范围为10-55米/秒，加速进入脱硫塔底部流化区间1。
同时，将脱硫剂原料(如CaO粉)送入消化系统7中，经消化反应生成高活性的脱硫剂颗粒，将消化后粒径范围为1-10μm的脱硫剂(如Ca(OH)2)颗粒，由脱硫剂颗粒喷入口8喷入脱硫塔下部，同时在脱硫剂颗粒喷入口8位置上部，布置有外部再循环脱硫颗粒的回流口9，随后，烟气进入脱硫反应塔3的下部与从喷嘴8喷进的高活性脱硫剂颗粒、由10喷入的雾化冷却水，和从除尘器分离出来的从喷口9进来再循环脱硫剂颗粒混合，三者发生强烈的三相湍流传热传质交换。上述塔内烟温降到55-70℃之间(高于塔内烟气露点温度5-15℃之间)，某些情况下也可以在烟温80℃左右运行，大部分脱硫剂颗粒粒径在1-5μm之间。这样烟气、水颗粒、脱硫剂颗粒和再循环颗粒在烟气射流的带动下，向上运动，整个脱硫塔内呈流化悬浮态。
在脱硫塔3的塔体中部，针对大型化脱硫化学反应的要求，通过本发明射流烟气喷嘴15射入气流，形成脱硫塔中部的高强度湍流混合区，并改变塔体中上部的烟气流动形式，加强烟气中上部的脱硫反应强度，并形成各种形式、大小的涡流区，提高颗粒的内循环效率。
再往上，塔内颗粒基本呈现较大的回落趋势，大部分颗粒沿侧壁附近向下运动，并到塔下部又重新被烟气带动向上运动往复，在塔内形成高强度的三相湍流交换状态，发生强烈的混合、传热、传质及化学反应的复杂物理化学过程。在塔内烟气中的SO2与脱硫剂Ca(OH)2反应生成亚硫酸钙或硫酸钙，并可以同时脱出烟气中少量的SO3以及可能存在的HCl、HF等有害气体成分，脱硫效率至少可以达到90％以上。
再后，烟气由脱硫塔顶部的出口管道5引出，进入烟气除尘系统11(静电除尘器或布袋除尘器，或者它们的组合形式)，烟气中携带的颗粒被分离出来，其中还含有一部分未反应的脱硫剂颗粒，为了提高脱硫剂利用率，通过一个再循环颗粒回料管由9将它们再送回脱硫塔中，而已经反应完成的大部分小颗粒(1～2μm)不再参与循环，即脱硫副产品及飞灰则送入灰渣仓14储存、转运走。从除尘系统11出来的达标洁净烟气经主引风机12，一部分进入洁净烟气再循环系统16，送入烟气混合室6中，进行烟气再循环，其余则送入烟囱13，最后排入大气。
权利要求
1.一种采用组合烟气射流的干法烟气脱硫方法，包括脱硫剂制备消化、脱硫反应塔内脱硫反应、脱硫剂颗粒的分离和再循环，其特征是在脱硫反应塔的中部或者上部设有喷嘴，喷入组合烟气射流，从而改变脱硫塔中上部区域的流动特性，加强湍流强度，形成新的涡流区，达到有效组织脱硫反应塔内气、固、液三相的充分混合以及速度滑移。
2.根据权利要求1所述的采用组合烟气射流的干法烟气脱硫方法，其特征是烟气射流喷射方向为沿水平方向向下0～60°。
3.根据权利要求1或2所述的采用组合烟气射流的干法烟气脱硫方法，其特征是烟气射流喷入的位置是在喷水口或回料口上方1,000mm～35,000mm。
4.根据权利要求1或2所述的采用组合烟气射流的干法烟气脱硫方法，其特征是射流烟气的速度可以根据其在脱硫反应塔上的位置不同作调节，其范围是30～180m/s。
5.根据权利要求1或2所述的采用组合烟气射流的干法烟气脱硫方法，其特征是组合射流喷嘴沿脱硫反应塔主体上下设置1～4层，每层数量可为1个或多个。
6.根据权利要求1或2所述的采用组合烟气射流的干法烟气脱硫方法，其特征是烟气喷射喷嘴是沿塔深方向可伸缩的。
7.根据权利要求1或2所述的采用组合烟气射流的干法烟气脱硫方法，其特征是烟气喷射喷嘴的喷射方向可调节。
8.根据权利要求1所述的采用组合烟气射流的干法烟气脱硫方法，其特征是脱硫反应塔主体是变异结构。
9.根据权利要求1所述的采用组合烟气射流的干法烟气脱硫方法，其特征是射流烟气的引出位置是在烟气通道的任何部位，包括烟气在脱硫反应塔入口前、预除尘装置前、后的烟气，脱硫反应塔出口后除尘装置前、后的烟气，或者烟气通道任何部位两处及两处以上的组合烟气。
全文摘要
本发明提出一种采用组合烟气射流的干法烟气脱硫方法，其特点是在脱硫反应塔内的雾化喷水嘴和脱硫剂喷嘴上方加入烟气射流喷嘴，有效地组织了脱硫反应塔内的气、固、液相的充分混合，提高脱硫效率，降低了烟气流通阻力。采用该种技术，结合脱硫反应塔烟气再循环技术，使其能在保证较低的钙硫比的情况下达到较高的脱硫效率，并且降低耗水量，同时实现了脱硫系统的宽调节比特性，可以满足燃烧设备从20％到110％负荷变化的高效脱硫要求。特别针对大型化的干法烟气脱硫系统，在脱硫反应塔内流场的有效组织方面，更能显示出该技术的重要性。
文档编号B01D53/83GK1488426SQ0312527
公开日2004年4月14日 申请日期2003年8月15日 优先权日2003年8月15日
发明者刘亚丽, 张泽, 胡永锋, 李雄浩, 林冲, 张颉 申请人:武汉凯迪电力股份有限公司