本發(fā)明屬于工業(yè)窯爐煙氣脫硫技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鈣基循環(huán)灰高固氣比旋流脫硫設(shè)備與方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，我國(guó)不斷加大工業(yè)大氣污染物的治理力度，實(shí)行了大氣污染物總量控制和排放濃度控制相結(jié)合的政策。尤其在煙氣脫硫領(lǐng)域，實(shí)行了更加嚴(yán)格的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)2014年7月，國(guó)家發(fā)改委、環(huán)保部及國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級(jí)改造行動(dòng)計(jì)劃》中明確要求東部11省市新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值“50355”，中部8省市(含山西)新建機(jī)組原則接近或達(dá)到超凈排放限值，鼓勵(lì)西部地區(qū)接近或達(dá)到超凈排放限值。這就意味著燃煤電廠未來(lái)二氧化硫排放濃度需要達(dá)到35mg/nm3的濃度限值。
工業(yè)窯爐主流煙氣脫硫技術(shù)可分為燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫。其中，燃燒后脫硫是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛、脫硫效率最高的控制手段。根據(jù)脫硫劑與脫硫副產(chǎn)品的物性特點(diǎn)，燃燒后脫硫又可以分為：濕法脫硫、半干法脫硫和干法脫硫。其中半干法脫硫既有濕法脫硫反應(yīng)速度快、脫硫效率高的優(yōu)點(diǎn)，又有干法脫硫零廢水排放、脫硫后產(chǎn)物易于處理的好處。
增濕灰循環(huán)脫硫技術(shù)(nid技術(shù))工藝流程為待處理煙氣經(jīng)反應(yīng)器底部進(jìn)入反應(yīng)器，和均勻混合在增濕循環(huán)灰中的吸收劑發(fā)生反應(yīng)。在降溫和增濕的條件下，煙氣中的so2與吸收劑反應(yīng)生成亞硫酸鈣和硫酸鈣。反應(yīng)后的煙氣攜帶大量的干燥固體顆粒進(jìn)入脫硫后除塵器收集凈化。經(jīng)過脫硫后除塵器的捕集，干燥的循環(huán)灰被除塵器從煙氣中分離出來(lái)，由輸送設(shè)備再輸送給混合器，同時(shí)也向混合器加入消化過的石灰，經(jīng)過增濕及混合攪拌進(jìn)行再次循環(huán)。凈化后的煙氣比露點(diǎn)溫度高15℃左右，無(wú)須再熱，經(jīng)過引風(fēng)機(jī)排入煙囪。
但該種工藝流程和脫硫反應(yīng)過程存在以下不足：
1.現(xiàn)有nid半干法脫硫技術(shù)通常需要在反應(yīng)器前增設(shè)一級(jí)電除塵器，對(duì)煙氣中的粉塵顆粒進(jìn)行預(yù)捕集，以期給脫硫反應(yīng)器創(chuàng)造較好的工作環(huán)境，但增加了系統(tǒng)阻力，降低了系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率。
2.半干法脫硫在溫度和濕度都達(dá)到理想的脫硫條件下，需要保證脫硫劑在煙氣中的停留時(shí)間，以提高脫硫效率和脫硫劑利用率。現(xiàn)有nid半干法脫硫技術(shù)的反應(yīng)器是一種輸送床矩形反應(yīng)器，若要保證脫硫劑在煙氣中的停留時(shí)間，只能以空間換取時(shí)間，加大反應(yīng)器的高度。
3.現(xiàn)有nid半干法脫硫技術(shù)，反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)剪切力較小，湍流強(qiáng)度不高，氣固混合不充分，直接影響了脫硫反應(yīng)的速度和效率。
4.現(xiàn)有nid半干法脫硫技術(shù)，脫硫反應(yīng)后的煙氣攜帶大量的脫硫灰顆粒進(jìn)入除塵器，干燥的脫硫灰被除塵器從煙氣中分離出來(lái)，由輸送設(shè)備在輸送給混合器。由于nid技術(shù)本身無(wú)內(nèi)循環(huán)，幾乎所有循環(huán)脫硫灰都依靠袋式除塵器進(jìn)行捕集，無(wú)疑增大了袋式除塵器的工作壓力，縮短了濾袋的更換時(shí)間。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種鈣基循環(huán)灰高固氣比旋流脫硫設(shè)備與方法，能夠使含硫煙氣和脫硫劑沿反應(yīng)器中心軸線做旋轉(zhuǎn)剪切湍流運(yùn)動(dòng)，并延長(zhǎng)脫硫劑在煙氣中的停留時(shí)間，增大氣固兩相的接觸面積，使脫硫反應(yīng)更加完全，降低系統(tǒng)阻力，提高系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種鈣基循環(huán)灰高固氣比旋流脫硫，包括高固氣比旋流脫硫塔1，其特征在于，所述高固氣比旋流脫硫塔1包含頂端封閉的主塔2和附塔3，主塔2上部為圓柱形筒體結(jié)構(gòu)，下部為圓錐形結(jié)構(gòu)，所述附塔3為圓柱形筒體結(jié)構(gòu)，頂部與主塔2通過水平通道連通，底部與袋式除塵器7連通，在所述主塔2和附塔3中截面的圓心位置分別布置有豎向的用于穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)剪切湍流流場(chǎng)的中心穩(wěn)流桿6。
所述附塔3的下部彎折成水平狀，在彎折位置的下方布置有帶卸料鎖風(fēng)閥5的粗顆粒分離裝置4，所述粗顆粒分離裝置4為圓錐形結(jié)構(gòu)，用于分離未完全反應(yīng)的粗顆粒鈣基循環(huán)灰，并回送至主塔2的圓柱形筒體結(jié)構(gòu)下部。
所述主塔2的切向進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)是矩形管、菱形管或圓形管，所述附塔3的切向進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)是矩形管、菱形管或圓形管。
所述主塔2的切向進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)與主塔2筒體蝸殼切入或直切，所述附塔3的切向進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)與附塔3筒體蝸殼切入或直切。
所述袋式除塵器7接收出附塔3的煙氣和脫硫灰，進(jìn)行煙氣除塵及脫硫灰捕集，袋式除塵器7下部布置螺旋式給料機(jī)8，將捕集的脫硫灰送至脫硫灰倉(cāng)9進(jìn)行存儲(chǔ)。
所述脫硫灰倉(cāng)9下部設(shè)有用于接通或截?cái)嗝摿蚧夜┙o料路的閘板閥10，閘板閥10下部布置有用于實(shí)現(xiàn)脫硫灰外排供給的三通分料閥11，三通分料閥11的一側(cè)料路連接用于將脫硫灰送至增濕池16的空氣輸送斜槽12，生石灰倉(cāng)13下部通過皮帶輸送機(jī)14接用于將生石灰顆粒送入進(jìn)行消化的消化池15，消化后的熟石灰顆粒被送至增濕池16，與脫硫灰均勻混合并最終加水形成鈣基循環(huán)灰。
本發(fā)明還提供了鈣基循環(huán)灰高固氣比旋流脫硫方法，將高固氣比旋流脫硫塔1設(shè)為并排的主塔2和附塔3，在主塔2和附塔3的中心豎向的中心穩(wěn)流桿6，主塔2和附塔3在頂部通過水平通路連通，主塔2上部為圓柱形，下部為圓錐形，含硫煙氣從主塔2圓柱形結(jié)構(gòu)的下部切向進(jìn)入，在主塔2內(nèi)與鈣基循環(huán)灰圍繞中心穩(wěn)流桿6做向上的旋轉(zhuǎn)剪切湍流運(yùn)動(dòng)直至主塔2頂部，然后以切向進(jìn)入附塔3，在附塔3內(nèi)繼續(xù)與鈣基循環(huán)灰圍繞中心穩(wěn)流桿6做向下的旋轉(zhuǎn)剪切湍流運(yùn)動(dòng)直至粗顆粒分離裝置4，未完全反應(yīng)的粗顆粒鈣基循環(huán)灰通過分離裝置再次進(jìn)入主塔2內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，細(xì)顆粒脫硫灰隨脫硫后煙氣進(jìn)入袋式除塵器7進(jìn)行捕集。
所述袋式除塵器7捕集的脫硫灰，一部分外排供給，另一部分送至增濕池16與消化后的熟石灰顆粒形成新的鈣基循環(huán)灰，回送主塔2使用，所述鈣基循環(huán)灰的水分含量在5％左右，循環(huán)倍率在30～150范圍內(nèi)。
所述含硫煙氣與鈣基循環(huán)灰圍繞中心穩(wěn)流桿6做旋轉(zhuǎn)剪切湍流運(yùn)動(dòng)的過程中，煙氣溫度由140～180℃降低至70～80℃，煙氣相對(duì)濕度增加至40～50％。
所述主塔2的切向進(jìn)風(fēng)風(fēng)速在15～25米/秒范圍內(nèi)，所述附塔3的切向進(jìn)風(fēng)風(fēng)速在10～20米/秒范圍內(nèi)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
1)本發(fā)明中，高固氣比旋流脫硫塔分為兩級(jí)，即主塔和附塔，主塔和附塔本身的結(jié)構(gòu)都具備旋風(fēng)除塵的功能，因而在煙氣脫硫的同時(shí)可對(duì)煙氣中的粉塵顆粒進(jìn)行預(yù)捕集，可取消現(xiàn)有nid半干法脫硫技術(shù)在反應(yīng)器前增設(shè)的除塵單元，故降低阻力，提高系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率。
2)本發(fā)明中，含硫煙氣和脫硫劑沿主塔和附塔中心軸線做旋轉(zhuǎn)剪切湍流運(yùn)動(dòng)，極大延長(zhǎng)了脫硫劑在煙氣中的停留時(shí)間，故可大大降低反應(yīng)器高度，并提高脫硫效率和脫硫劑利用率。
3)本發(fā)明中，在反應(yīng)器內(nèi)造成較強(qiáng)的剪切流場(chǎng)，旋流湍流強(qiáng)度極高，并設(shè)置中心穩(wěn)流桿，使得旋流流場(chǎng)穩(wěn)定，增大氣固兩相的接觸面積，使脫硫反應(yīng)更加完全。
4)本發(fā)明自帶脫硫劑內(nèi)循環(huán)裝置，即在附塔下部設(shè)置粗顆粒分離裝置，用于分離未完全反應(yīng)的粗顆粒鈣基循環(huán)灰，使其再次進(jìn)入主塔內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，因而極大提高了脫硫劑的利用率，并顯著降低了反應(yīng)器后部袋式除塵器的工作壓力，并延長(zhǎng)濾袋的使用壽命。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
參照?qǐng)D1，一種鈣基循環(huán)灰高固氣比旋流脫硫設(shè)備，包括高固氣比旋流脫硫塔1，高固氣比旋流脫硫塔1包含主塔2和附塔3，主塔2上部為圓柱形筒體結(jié)構(gòu)、下部為圓錐形結(jié)構(gòu)，附塔3為圓柱形筒體結(jié)構(gòu)；粗顆粒分離裝置4為圓錐形結(jié)構(gòu)，布置在附塔3下部，用于分離未完全反應(yīng)的粗顆粒鈣基循環(huán)灰，在粗顆粒分離裝置4下料管中設(shè)置有卸料鎖風(fēng)閥5；在主塔2和附塔3上截面的圓心位置分別布置中心穩(wěn)流桿6，用于穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)剪切湍流流場(chǎng)；袋式除塵器7，布置在高固氣比旋流脫硫塔1后部，用于煙氣除塵及捕集脫硫灰；螺旋式給料機(jī)8，布置在袋式除塵器7下部，用于將脫硫灰送至脫硫灰倉(cāng)9進(jìn)行存儲(chǔ)；脫硫灰倉(cāng)9下部設(shè)有閘板閥10，用于接通或截?cái)嗝摿蚧业墓┙o料路；三通分料閥11，布置在閘板閥10下部，用于實(shí)現(xiàn)脫硫灰的外排供給；三通分料閥11的一側(cè)料路連接空氣輸送斜槽12，用于將脫硫灰送至增濕池16；生石灰倉(cāng)13下部連接皮帶輸送機(jī)14，用于將生石灰顆粒送入消化池15中進(jìn)行消化，消化后的熟石灰顆粒被送至增濕池16，并與脫硫灰均勻混合并最終加水形成新的鈣基循環(huán)灰。
本發(fā)明工作流程：
首先將生石灰在消化池15中進(jìn)行消化，再將消化后的熟石灰與袋式除塵器7捕集的脫硫灰混合進(jìn)入增濕池16，加水形成增濕灰，以流化風(fēng)為動(dòng)力并借助煙道負(fù)壓進(jìn)入高固氣比旋流脫硫塔1，含硫煙氣在塔內(nèi)與增濕灰圍繞中心穩(wěn)流桿6做旋轉(zhuǎn)剪切湍流運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中逐漸形成理想的脫硫反應(yīng)濕度和溫度條件，最終完成脫硫過程，未反應(yīng)完全的粗顆粒增濕灰通過粗顆粒分離裝置4再次進(jìn)入塔內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。