專利名稱：均流場循環(huán)流化床煙氣脫硫技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及煙氣脫硫技術和設備，具體涉及ー種適用于燃煤電廠、垃圾焚燒電廠及鋼鐵行業(yè)燒結機煙氣凈化的，半干法循環(huán)流化床煙氣脫硫技木。
背景技術：
全世界現(xiàn)有煙氣脫硫技術約300種，但エ業(yè)成熟的技術僅有十余種，其中應用最多的是石灰石-石膏法。我國火電行業(yè)已上了煙氣脫硫裝置的約占66%，其中90%以上采用石灰石_石骨法。該法占地大、投資尚、エ藝復雜、設備腐蝕嚴重、耗水量大，使用的石灰石資源巨大，造成生態(tài)破壞十分嚴重。其副產(chǎn)物(石膏)的利用率僅為10%，絕大部分處于自然堆放狀態(tài)，極易造成二次污染。近期，國內(nèi)已有多名脫硫權威專家(馬果駿、王圣、巴爾莎、俞華等)對該法提出強烈質(zhì)疑，并要求國家對該技術進行重新審視。而半干法循環(huán)流化床煙氣脫硫技術，エ藝簡單、易于操作、投資省、占地少、無廢水排放、不會造成二次污染、脫硫效率高、運行成本低、系統(tǒng)基本不腐蝕、可用一般碳鋼制造，符合我國國情，因而受到青睞。目前國內(nèi)外技術較成熟的半干法煙氣脫硫技術有旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法(SDA法)、增濕灰循環(huán)半干法(NID法)、懸浮循環(huán)流化床法和密相干塔法。這些脫硫エ藝在我國均有應用，從實際運行上看，仍存在許多問題I.旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法(SDA法)①旋轉(zhuǎn)噴頭昂貴，制漿系統(tǒng)復雜；②吸收塔內(nèi)煙氣流速很低，塔直徑很大，占地面積較大；③Ca/S摩爾比高達I. 5，而且需要較高品質(zhì)的石灰，吸收劑利用率僅為 50% ；④漿液帶水，又需加水調(diào)節(jié)，造成由溫度信號而引起的水路調(diào)節(jié)復雜化；⑤凈化后的煙氣會對后部除塵設備產(chǎn)生腐蝕；⑥裝置運行過程中，塔壁易積灰，塔底易堵灰；⑦投資較高，運行費用(電耗)較高；⑧副產(chǎn)物大部分為CaSO3，難以處理，利用價值不高。2.增濕灰循環(huán)半干法(NID法)①進入反應器內(nèi)的增濕灰與煙氣同時由下而上高速( 18m/s)運行，相當于氣カ輸送。二者幾乎同步運動，相互摩擦、碰撞幾率低，反應效果較差；②反應器阻力降較大，磨損嚴重(需采用耐磨鋼制造)；③反應器出口煙氣含塵量非常高，進入后部袋式除塵器之前，應設預除塵設備；④Ca/S摩爾比高達I. 5，吸收劑(即增濕灰)加水量有限(彡5%)，循環(huán)倍率較低( 25)，利用率較低，脫硫效率較低；⑤只適用于中、小煙氣量的脫硫除塵項目。3.懸浮循環(huán)流化床法①流場不均勻，甚至嚴重偏流或局部渦流，同一截面上的脫硫反應很不均勻，難以實現(xiàn)聞效脫硫；
②反應器阻力降較大(1500pa以上)；③脫硫灰粘壁、結塊、塌床、堵塔多有發(fā)生，裝置難以保持長周期、穩(wěn)定運行。4.密相干塔法①缺少運行經(jīng)驗，技術成熟度較低；②反應器內(nèi)煙氣流場偏流十分嚴重，很大一部分煙氣走短路；③脫硫劑利用率較低；
④反應器體積十分龐大；⑤反應器下部有大量積灰，輸送到循環(huán)灰加濕機后，由干物料濕度大，無法采用氣カ輸送。實際使用的斗式提升機，還需配備稱重系統(tǒng)，近于古典，太過笨重，維護、檢修工作 量較大；⑥轉(zhuǎn)動設備較多，電耗較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于克服現(xiàn)有技術中的上述不足，提供一種系統(tǒng)配置合理，反應器結構合理，煙氣流場、溫度場、壓カ場非常均勻，增濕活化最佳化、離子化反應環(huán)境最佳化、脫硫除塵效率很高、系統(tǒng)阻カ降較低的循環(huán)流化床煙氣脫硫技木。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的。本發(fā)明由說明書附圖I所示的一系列設備組成1.消石灰倉、2.均流場循環(huán)流化床煙氣脫硫反應器、3.活性炭倉、4.袋式除塵器、5.空氣斜槽、6.煙囪、7.引風機、8.灰?guī)臁１景l(fā)明中的核心設備——“均流場循環(huán)流化床煙氣脫硫反應器”，其結構如說明書附圖2所示，由下至上順時針依次為1.直流流線型底部進氣ロ(內(nèi)設不等距導流板)、
2.中心內(nèi)置(中心開花)式吸收劑分配器、3.煙氣及吸收劑加速器、4.增濕活化噴嘴、5.反應器筒體擴散段、6.反應器筒體、7.壞形煙氣出口、8.內(nèi)回流循環(huán)灰倉、9.循環(huán)灰進ロ、
10.螺旋輸送機、11.內(nèi)回流循環(huán)灰下降管。所述的直流流線型進氣煙道，為方形截面。所述的作為進氣煙道結構一部分的導流板為3片不等距圓弧式導流板。所述的中心內(nèi)置(中心開花)式吸收劑分配器為6個出口，分別對準煙氣及吸收劑加速器的6個入口端。所述的煙氣及吸收劑加速器為“仿拉伐爾噴嘴”。所述的增濕活化噴嘴采用兩級雙流體噴嘴，位于反應器中心不同高度的部位。所述的環(huán)形煙氣出ロ設在反應器筒體上部。所述的內(nèi)回流循環(huán)灰倉設在煙氣加速器上端板中心之下。所述的螺旋輸送機設在內(nèi)回流循環(huán)灰倉底部，該機將內(nèi)回流循環(huán)灰經(jīng)下降管輸送至煙氣進ロ煙道的下灰斗。所述的反應器出口煙道與袋式除塵器煙氣入口連接處，設有百葉窗式除塵器，此處為袋式除塵器前部的預除塵器。所述的空氣斜槽設在袋式除塵器下灰斗的下部，該設備將大部分脫硫灰送回反應器，繼續(xù)參與脫酸反應，將小部分脫硫灰送至灰?guī)欤硇刑幚?。本發(fā)明采用實際工程的數(shù)據(jù)，經(jīng)過嚴謹?shù)磨ㄋ囉嬎?，并運用Fluent軟件進行流場分析加以驗證，效果十分理想。本發(fā)明配置合理，使反應器的煙氣與吸收劑充分混合；并獲得穩(wěn)定均勻的煙氣流場、溫度場和壓カ場；吸收劑獲得高循環(huán)倍率和高利用率；兩級增濕可有效提高吸收劑的反應活性，還可有效避免濕壁、結垢、塌床；確保脫硫效率；同時明顯降低了反應器的壓カ降，解決了半干法循環(huán)流化床煙氣脫硫技術中的技術難題。


圖I為本發(fā)明的エ藝流程示意圖。圖中1.消石灰倉、2.均流場循環(huán)流化床煙氣脫硫反應器、3.活性炭倉、4.袋式除塵器、5.空氣斜槽、6.煙囪、7.引風機、8.灰?guī)臁D2為本發(fā)明中的核心設備——“均流場循環(huán)流化床煙氣脫硫反應器”的結構示 意圖。圖中1.煙氣進ロ煙道，2.吸收劑分配器，3.煙氣及吸收劑加速器，4.增濕活化噴嘴，5.反應器筒體擴散段，6.反應器筒體，7.環(huán)形出口煙道，8.內(nèi)回流循環(huán)灰倉，9.循環(huán)灰入口通道，10.螺旋輸送機，11.內(nèi)循環(huán)灰下降管。
具體實施例方式參見圖1，含有S0X、HC1、HF、N0X及粉塵等污染物的鍋爐煙氣，經(jīng)過煙氣進ロ煙道進入反應器2。用于脫除S0X、HC1、HF等酸性氣體的消石灰，由消石灰倉底部的星型給料器送入煙氣進ロ煙道。流速 16m/s進ロ煙氣將消石灰，以及從吸收劑分配器出口出來的循環(huán)灰一起送入煙氣及吸收劑加速器，煙氣與消石灰及循環(huán)灰在瞬間被加速并均勻混合。此時位于反應器筒體中心底部的增濕活化噴嘴均勻地噴射出液滴粒徑極細(40 60iim)的水霧，水霧在高溫煙氣的包圍下與煙氣迅速混合、蒸發(fā)(一般為I 3秒)，在瞬間完成了離子型的脫酸反應的同時，煙氣溫度也迅速下降。脫酸后的煙氣繼續(xù)向上運動，此時可根據(jù)煙氣溫度的高低，適時調(diào)整第二個增濕活化噴嘴的噴水量，以控制煙氣溫度略高于露點溫度10 20°C，防止設備腐蝕。來自活性炭倉3的吸附性極佳的活性炭粉，注入反應器的煙氣出口煙道，用以脫除煙氣中的ニ惡英及重金屬。帶有粉塵及其他污染物的煙氣在引風機7造成的負壓作用下，進入袋式除塵器4，在這里主要功能是脫除粉塵(即脫硫灰，也稱循環(huán)灰)，但同時仍繼續(xù)進行脫酸、脫除ニ惡英及重金屬的過程。大部分脫硫灰經(jīng)空氣斜槽送回反應器繼續(xù)參與脫酸反應，小部分通過氣カ輸送送至灰?guī)?，另行處理。浄化了的煙氣?jīng)引風機送入煙囪，排至大氣環(huán)境。反應器內(nèi)煙氣中較大的顆?；驁F塊，氣流無法帶動，將會向下滑落，進入內(nèi)循環(huán)灰倉，經(jīng)螺旋輸送機及內(nèi)循環(huán)灰下降管送入進ロ煙道灰斗，定期排出。參見圖2，“均流場循環(huán)流化床煙氣脫硫反應器”，其由下至上順時針的結構依次為直流流線型進氣ロ I、中心內(nèi)置(中心開花)式吸收劑分配器2、煙氣及吸收劑加速器3、增濕活化噴嘴4、反應器筒體擴散段5、反應器筒體6、環(huán)形出口煙道7、以及與中心內(nèi)置(中心開花)式吸收劑分配器2相連接的吸收劑(消石灰及循環(huán)灰)入口通道9。增濕活化噴嘴4采用兩級雙流體噴嘴，位于反應器的中心部位。作為進氣機構一部分的導流板為不等距圓弧導流板。煙氣及吸收劑加速器3為“仿拉伐爾噴嘴”。直流流線型底部進ロ煙道的不等距圓弧導流板、中心內(nèi)置(中心開花)式吸收劑分配器、“仿拉伐爾噴嘴”式煙氣及吸收劑加速器、內(nèi)回流循環(huán)灰輸送系統(tǒng)，以及反應器頂部環(huán)形出口煙道為本發(fā)明的獨創(chuàng)結構。鍋爐煙氣從本反應器底部直流流線型進氣煙道進入反應器，經(jīng)過不等距圓弧導流板繼續(xù)向上運動，實現(xiàn)了煙氣流場均勻分布；新鮮消石灰及循環(huán)灰由入口通道進入中心內(nèi)置(中心開花)式吸收劑分配器，并將其分成六等分，注入反應器內(nèi)，與上升的煙氣混合，進入“仿拉伐爾噴嘴”式煙氣及吸收劑加速器；煙氣與吸收劑通過加速器，氣、固兩相充分接觸、混合，瞬間流速可提高三倍以上，并形成圓筒狀煙氣及吸收劑混合物的高速區(qū)；增濕水通過雙流體噴嘴，以極細的水霧(40 eOym)噴入反應器內(nèi)，水分迅速蒸發(fā)，使吸收劑增濕，使煙氣降溫，提高反應活性，實現(xiàn)反應速度極快的離子化脫酸反應。帶有大量吸收劑及反應產(chǎn)物的煙氣，經(jīng)過設在反應器頂部的環(huán)形煙氣出口，經(jīng)過百葉窗式除塵器，進入本煙氣 脫硫エ藝后部的袋式除塵器，進行氣、固分離，并繼續(xù)進行脫酸反應及吸附ニ惡英和重金屬的過程。經(jīng)袋式除塵器凈化了的煙氣，通過引風機送進煙囪，排入大氣。被分離出的固相(即脫硫灰，也稱循環(huán)灰)，大部分送回反應器繼續(xù)參加脫硫反應。少部分送到灰?guī)欤硇刑幚?。反應器煙氣中較大的顆粒或團塊，氣流無法帶動，將會向下滑落，進入內(nèi)回流循環(huán)灰倉，經(jīng)螺旋輸送機及內(nèi)回流循環(huán)灰下降管落入反應器進ロ煙道的下灰斗，定期排出。本發(fā)明的優(yōu)點在于I)直流流線型底部進氣結構(包括不等距導流板、灰斗及擴散段)符合煙氣流動的自然流線，在彎道導流板分割區(qū)形成不等量過流，有效降低側向渦流，防止煙氣偏流，實現(xiàn)煙氣在反應器內(nèi)分布均勻的穩(wěn)定流動；流體阻力?。荒馨褟闹行膬?nèi)置(中心開花)式吸收劑分配器流出的吸收劑，順利帶入煙氣及吸收劑加速器。該結構優(yōu)于WulfT的雙側進氣結構，優(yōu)于LLAG的直流式(兩個135°彎頭)進氣結構，更優(yōu)于國內(nèi)傳統(tǒng)的單側正交進氣結構。2)中心內(nèi)置(中心開花)式吸收劑分配器將新鮮消石灰和循環(huán)灰(統(tǒng)稱吸收劑)輸入位于反應器中心的本分配器，再重新均勻分配進入反應器參加脫硫反應。分配器六個出灰ロ，定向?qū)?個煙氣加速器入口端，可實現(xiàn)吸收劑等量、定向分配；出料ロ設在煙氣高速區(qū)，可準確有效的與上升煙氣混合進入煙氣加速器；新鮮消石灰、循環(huán)灰提前與so2接觸，被煙氣加熱，使其快速干燥；消石灰和cr在ioo°c以上反應，生成吸潮性極佳、顆粒較細、松散的、不易凝結的堿式氯化鈣(CaCl2 -Ca(OH)2 *H20)，可改善煙氣的流動性，大大減少粘壁、結垢的現(xiàn)象；新鮮消石灰及循環(huán)灰的顆粒硬度遠遠低于鍋爐煙氣中的粉塵硬度，混合后將大大減弱對煙氣及吸收劑加速器入口的沖擊磨損；合理利用空間。吸收劑分配器2位于塔中心，吸收劑被均勻分配，煙氣流速高、動能大，易于將其帶走，實現(xiàn)快速、均勻、充分混合。而Lurgi的單側下進灰結構,Wulff和國內(nèi)許多公司的側面上進灰結構，循環(huán)灰進ロ均開在器壁上，循環(huán)灰在整個塔截面分布不可能均勻。3)六個“仿拉伐爾噴嘴”式煙氣及吸收劑加速器可在瞬間提高煙氣流速，使氣固兩相充分混合、碰撞、摩擦、反應、傳質(zhì)、傳熱；可在瞬間有效提高煙氣的動能，加快煙氣對固體顆粒物的加速作用，確保吸收劑懸浮在煙氣中；可降低反應器的高度；可有效提高氣、固混合的均勻度；因喉ロ的直段很短，進氣段及擴散段夾角較小，其壓カ降比LLAG、Wulff、AE等國外技術的文丘里管低得多；從根本上解決了吸收劑從側面進入反應器，導致吸收劑分布不均、嚴重偏流、煙氣短路、顆粒局部集中，及循環(huán)灰入口下端產(chǎn)生渦流的問題；反應器內(nèi)同一截面上顆粒物徑向分布不均勻的情況得到了極大的改善。注可根據(jù)煙氣量及反應器幾何尺寸的情況，適當調(diào)整煙氣及吸收劑加速器相對于反應器軸線的角度，以保證反應器內(nèi)流場更加均勻；煙氣加速器入口段可采用耐磨鋼或耐磨涂料。4)雙流體噴嘴兩級增濕活化水霧粒徑很細(40 60 ii m)，水霧處于煙氣湍動能最大、顆粒密度最大的區(qū)域，水份能完全蒸發(fā)，使煙氣濕度達到40 50% ;與傳統(tǒng)單級噴霧相比，明顯降低了反應器內(nèi)的平均反應溫度和出ロ煙溫；使反應器內(nèi)溫度場分布更均勻；均勻的煙氣及吸收劑流場包圍了均勻的水霧汽化流場，可有效避免因局部噴水過量造成的濕壁效應；霧化水可有效降低煙氣溫度(要控制在煙氣露點溫度以上10 20°C );由于極好的增濕效果，在吸收劑表面形成ー層水膜，固相和氣相(酸性氣體)均向這層水膜溶解，實現(xiàn)吸收劑的增濕活化，提高其反應活性，激活消石灰吸收S02、S03、HF、HCl等酸性氣體的能力，由氣固分子反應轉(zhuǎn)化為可瞬間完成的離子型反應，有效提高脫硫效率；煙氣及吸收劑 加速器出口處(反應器筒體中下部)具有激烈湍動的顆粒物，其密度是反應器出口密度的十倍以上，床內(nèi)的實際Ca/S可達40 50，這些顆粒物不斷碰撞，使其表面不斷更新，從而具有巨大的表面積和反應活性，營造出吸附和反應的極佳環(huán)境，是反應器的最佳反應區(qū)。下噴嘴是增濕活化的主噴嘴，上噴嘴主要用于調(diào)節(jié)出ロ煙氣的溫度。采用本噴嘴可有效提高Ca的利用率，降低運行成本；系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定可靠；投資比高壓回流式噴嘴低30%以上；下噴嘴的水、壓縮空氣管布置于煙氣及吸收劑加速器上板面之下，可避免發(fā)生因側向懸臂伸入，噴嘴的水、氣入口管路被煙氣粉塵顆粒磨穿的惡性事故。5)設在反應器筒體頂部的環(huán)形煙氣出ロ 采用此結構可徹底消除傳統(tǒng)的CFB法反應器側部出ロ塔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)氣流；對反應器內(nèi)煙氣流場保持均勻、增大有效反應空間、降低反應器壓力降十分有利；反應器內(nèi)煙氣中的懸浮顆粒物為燃料灰和脫硫灰，其中燃料灰量通常為脫硫灰的3倍(燃煤電廠)，燃料灰的粒徑(15±5 ii m)及堆密度(700 1000g/m3)均比脫硫灰(粒徑10±5 ii m、堆密度500 1000g/m3)稍大，而燃料灰對提高脫硫效率實際上沒有什么幫助，它和脫硫灰一起參與循環(huán)，増加了動カ消耗，増大了反應器的容量。從兩種灰的性質(zhì)看，顯然燃料灰比脫硫灰更便于分離。本發(fā)明由于采用環(huán)形出口，燃料灰和脫硫灰在頂部的碰撞、空腔效應和逆向梯度的作用下，直接返回反應器下部。其中燃料灰返回的更多些，構成了內(nèi)回流，滑落進入內(nèi)回流循環(huán)灰倉，再經(jīng)螺旋輸送機及內(nèi)回流循環(huán)灰下降管，把它們送入煙氣進ロ煙道的下灰斗，定期排放，不再參與循環(huán)，可有效防止塌床、堵塔現(xiàn)象發(fā)生，減少了動カ消耗，減輕系統(tǒng)后部袋式除塵器的負荷，確保裝置安全、穩(wěn)定、長周期運行。
權利要求
1.一種“均流場循環(huán)流化床煙氣脫硫技木”，其エ藝流程由一系列設備組成(I)消石灰倉、(2)均流場循環(huán)流化床煙氣脫硫反應器、(3)活性炭倉、(4)袋式除塵器、(5)空氣斜槽、(6)畑 、(7)引風機、⑶灰?guī)臁?br> 2.エ藝流程中的“均流場循環(huán)流化床煙氣脫硫反應器”為本發(fā)明的核心設備，其結構包括直線流線型進ロ煙道(I)、反應器筒體(6)、環(huán)形煙氣出口煙道(7)和循環(huán)灰進ロ(9)，其特征在于反應器由下至上的結構依次為，直流流線型進ロ煙道(I)、中心內(nèi)置式吸收劑分配器⑵、煙氣及吸收劑加速器⑶、增濕活化噴嘴⑷、以及反應器筒體擴散段(5)、反應器筒體出)、環(huán)形煙氣出口煙道(7)、內(nèi)回流循環(huán)灰倉(8)、循環(huán)灰進ロ(9)、螺旋輸送機(10)、內(nèi)回流循環(huán)灰下降管(11)。
3.根據(jù)權利要求2所述的“均流場循環(huán)流化床煙氣脫硫反應器”，其特征在于所述的直流流線型進ロ煙道(I)，采用了可使反應器內(nèi)煙氣流場均布的3片不等距圓弧形導流板。
4.根據(jù)權利要求2所述的“均流場循環(huán)流化床煙氣脫硫反應器”，其特征在于所述的反應器煙氣出口為環(huán)形出ロ煙道(7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種“均流場循環(huán)流化床煙氣脫硫技術”，其反應器結構為直流流線型進口煙道、中心內(nèi)置(中心開花)式吸收劑分配器、煙氣加速器、增濕活化噴嘴、環(huán)形煙氣出口煙道、內(nèi)回流循環(huán)灰倉、螺旋輸送機、內(nèi)回流循環(huán)灰下降管。本發(fā)明配置合理，使反應器的煙氣獲得均勻的流場、壓力場和溫度場；吸收劑獲得高循環(huán)倍率和高利用率；兩級增濕可有效提高吸收劑的反應活性；由于增濕活化噴嘴位于均勻的煙氣流場及吸收劑流場中心，可有效避免濕壁、結垢、塌床，并有效提高煙氣脫硫效率；環(huán)形煙氣出口煙道有利于反應器內(nèi)流場均布，且減少壓力降，減輕袋式除塵器的負荷；內(nèi)回流循環(huán)灰輸送系統(tǒng)可有效防止塌床、堵塔現(xiàn)象發(fā)生，確保裝置安全、穩(wěn)定、長周期運行。
文檔編號B01D53/50GK102784556SQ20111013014
公開日2012年11月21日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權日2011年5月19日
發(fā)明者刁經(jīng)中, 徐綱, 蔣平菊, 趙鈺慧, 黃靈芝 申請人:刁經(jīng)中, 北京博朗環(huán)境工程技術股份有限公司, 徐綱