本发明属于工业窑炉烟气脱硫技术领域，特别涉及一种钙基循环灰高固气比旋流脱硫设备与方法。
背景技术：
近年来，我国不断加大工业大气污染物的治理力度，实行了大气污染物总量控制和排放浓度控制相结合的政策。尤其在烟气脱硫领域，实行了更加严格的大气污染物排放标准。根据2014年7月，国家发改委、环保部及国家能源局联合印发的《煤电节能减排升级改造行动计划》中明确要求东部11省市新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值“50355”，中部8省市(含山西)新建机组原则接近或达到超净排放限值，鼓励西部地区接近或达到超净排放限值。这就意味着燃煤电厂未来二氧化硫排放浓度需要达到35mg/nm3的浓度限值。
工业窑炉主流烟气脱硫技术可分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫。其中，燃烧后脱硫是目前技术最成熟、应用最广泛、脱硫效率最高的控制手段。根据脱硫剂与脱硫副产品的物性特点，燃烧后脱硫又可以分为：湿法脱硫、半干法脱硫和干法脱硫。其中半干法脱硫既有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点，又有干法脱硫零废水排放、脱硫后产物易于处理的好处。
增湿灰循环脱硫技术(nid技术)工艺流程为待处理烟气经反应器底部进入反应器，和均匀混合在增湿循环灰中的吸收剂发生反应。在降温和增湿的条件下，烟气中的so2与吸收剂反应生成亚硫酸钙和硫酸钙。反应后的烟气携带大量的干燥固体颗粒进入脱硫后除尘器收集净化。经过脱硫后除尘器的捕集，干燥的循环灰被除尘器从烟气中分离出来，由输送设备再输送给混合器，同时也向混合器加入消化过的石灰，经过增湿及混合搅拌进行再次循环。净化后的烟气比露点温度高15℃左右，无须再热，经过引风机排入烟囱。
但该种工艺流程和脱硫反应过程存在以下不足：
1.现有nid半干法脱硫技术通常需要在反应器前增设一级电除尘器，对烟气中的粉尘颗粒进行预捕集，以期给脱硫反应器创造较好的工作环境，但增加了系统阻力，降低了系统运转率。
2.半干法脱硫在温度和湿度都达到理想的脱硫条件下，需要保证脱硫剂在烟气中的停留时间，以提高脱硫效率和脱硫剂利用率。现有nid半干法脱硫技术的反应器是一种输送床矩形反应器，若要保证脱硫剂在烟气中的停留时间，只能以空间换取时间，加大反应器的高度。
3.现有nid半干法脱硫技术，反应器内流场剪切力较小，湍流强度不高，气固混合不充分，直接影响了脱硫反应的速度和效率。
4.现有nid半干法脱硫技术，脱硫反应后的烟气携带大量的脱硫灰颗粒进入除尘器，干燥的脱硫灰被除尘器从烟气中分离出来，由输送设备在输送给混合器。由于nid技术本身无内循环，几乎所有循环脱硫灰都依靠袋式除尘器进行捕集，无疑增大了袋式除尘器的工作压力，缩短了滤袋的更换时间。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种钙基循环灰高固气比旋流脱硫设备与方法，能够使含硫烟气和脱硫剂沿反应器中心轴线做旋转剪切湍流运动，并延长脱硫剂在烟气中的停留时间，增大气固两相的接触面积，使脱硫反应更加完全，降低系统阻力，提高系统运转率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种钙基循环灰高固气比旋流脱硫，包括高固气比旋流脱硫塔1，其特征在于，所述高固气比旋流脱硫塔1包含顶端封闭的主塔2和附塔3，主塔2上部为圆柱形筒体结构，下部为圆锥形结构，所述附塔3为圆柱形筒体结构，顶部与主塔2通过水平通道连通，底部与袋式除尘器7连通，在所述主塔2和附塔3中截面的圆心位置分别布置有竖向的用于稳定旋转剪切湍流流场的中心稳流杆6。
所述附塔3的下部弯折成水平状，在弯折位置的下方布置有带卸料锁风阀5的粗颗粒分离装置4，所述粗颗粒分离装置4为圆锥形结构，用于分离未完全反应的粗颗粒钙基循环灰，并回送至主塔2的圆柱形筒体结构下部。
所述主塔2的切向进风结构是矩形管、菱形管或圆形管，所述附塔3的切向进风结构是矩形管、菱形管或圆形管。
所述主塔2的切向进风结构与主塔2筒体蜗壳切入或直切，所述附塔3的切向进风结构与附塔3筒体蜗壳切入或直切。
所述袋式除尘器7接收出附塔3的烟气和脱硫灰，进行烟气除尘及脱硫灰捕集，袋式除尘器7下部布置螺旋式给料机8，将捕集的脱硫灰送至脱硫灰仓9进行存储。
所述脱硫灰仓9下部设有用于接通或截断脱硫灰供给料路的闸板阀10，闸板阀10下部布置有用于实现脱硫灰外排供给的三通分料阀11，三通分料阀11的一侧料路连接用于将脱硫灰送至增湿池16的空气输送斜槽12，生石灰仓13下部通过皮带输送机14接用于将生石灰颗粒送入进行消化的消化池15，消化后的熟石灰颗粒被送至增湿池16，与脱硫灰均匀混合并最终加水形成钙基循环灰。
本发明还提供了钙基循环灰高固气比旋流脱硫方法，将高固气比旋流脱硫塔1设为并排的主塔2和附塔3，在主塔2和附塔3的中心竖向的中心稳流杆6，主塔2和附塔3在顶部通过水平通路连通，主塔2上部为圆柱形，下部为圆锥形，含硫烟气从主塔2圆柱形结构的下部切向进入，在主塔2内与钙基循环灰围绕中心稳流杆6做向上的旋转剪切湍流运动直至主塔2顶部，然后以切向进入附塔3，在附塔3内继续与钙基循环灰围绕中心稳流杆6做向下的旋转剪切湍流运动直至粗颗粒分离装置4，未完全反应的粗颗粒钙基循环灰通过分离装置再次进入主塔2内进行反应，细颗粒脱硫灰随脱硫后烟气进入袋式除尘器7进行捕集。
所述袋式除尘器7捕集的脱硫灰，一部分外排供给，另一部分送至增湿池16与消化后的熟石灰颗粒形成新的钙基循环灰，回送主塔2使用，所述钙基循环灰的水分含量在5％左右，循环倍率在30～150范围内。
所述含硫烟气与钙基循环灰围绕中心稳流杆6做旋转剪切湍流运动的过程中，烟气温度由140～180℃降低至70～80℃，烟气相对湿度增加至40～50％。
所述主塔2的切向进风风速在15～25米/秒范围内，所述附塔3的切向进风风速在10～20米/秒范围内。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明中，高固气比旋流脱硫塔分为两级，即主塔和附塔，主塔和附塔本身的结构都具备旋风除尘的功能，因而在烟气脱硫的同时可对烟气中的粉尘颗粒进行预捕集，可取消现有nid半干法脱硫技术在反应器前增设的除尘单元，故降低阻力，提高系统运转率。
2)本发明中，含硫烟气和脱硫剂沿主塔和附塔中心轴线做旋转剪切湍流运动，极大延长了脱硫剂在烟气中的停留时间，故可大大降低反应器高度，并提高脱硫效率和脱硫剂利用率。
3)本发明中，在反应器内造成较强的剪切流场，旋流湍流强度极高，并设置中心稳流杆，使得旋流流场稳定，增大气固两相的接触面积，使脱硫反应更加完全。
4)本发明自带脱硫剂内循环装置，即在附塔下部设置粗颗粒分离装置，用于分离未完全反应的粗颗粒钙基循环灰，使其再次进入主塔内进行反应，因而极大提高了脱硫剂的利用率，并显著降低了反应器后部袋式除尘器的工作压力，并延长滤袋的使用寿命。
附图说明
图1是本发明设备结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
参照图1，一种钙基循环灰高固气比旋流脱硫设备，包括高固气比旋流脱硫塔1，高固气比旋流脱硫塔1包含主塔2和附塔3，主塔2上部为圆柱形筒体结构、下部为圆锥形结构，附塔3为圆柱形筒体结构；粗颗粒分离装置4为圆锥形结构，布置在附塔3下部，用于分离未完全反应的粗颗粒钙基循环灰，在粗颗粒分离装置4下料管中设置有卸料锁风阀5；在主塔2和附塔3上截面的圆心位置分别布置中心稳流杆6，用于稳定旋转剪切湍流流场；袋式除尘器7，布置在高固气比旋流脱硫塔1后部，用于烟气除尘及捕集脱硫灰；螺旋式给料机8，布置在袋式除尘器7下部，用于将脱硫灰送至脱硫灰仓9进行存储；脱硫灰仓9下部设有闸板阀10，用于接通或截断脱硫灰的供给料路；三通分料阀11，布置在闸板阀10下部，用于实现脱硫灰的外排供给；三通分料阀11的一侧料路连接空气输送斜槽12，用于将脱硫灰送至增湿池16；生石灰仓13下部连接皮带输送机14，用于将生石灰颗粒送入消化池15中进行消化，消化后的熟石灰颗粒被送至增湿池16，并与脱硫灰均匀混合并最终加水形成新的钙基循环灰。
本发明工作流程：
首先将生石灰在消化池15中进行消化，再将消化后的熟石灰与袋式除尘器7捕集的脱硫灰混合进入增湿池16，加水形成增湿灰，以流化风为动力并借助烟道负压进入高固气比旋流脱硫塔1，含硫烟气在塔内与增湿灰围绕中心稳流杆6做旋转剪切湍流运动，在运动过程中逐渐形成理想的脱硫反应湿度和温度条件，最终完成脱硫过程，未反应完全的粗颗粒增湿灰通过粗颗粒分离装置4再次进入塔内进行反应。