一种常温半干法循环流化床烟气脱硫系统及方法

摘要

一种常温半干法循环流化床烟气脱硫系统及方法，涉及一种燃烧设备排出的烟气中硫氧化物脱除方法及系统。本发明采用循环流化床作为脱硫反应器，其特点是含有超细脱硫剂颗粒的浆液喷入至循环流化床反应器内，同时在循环流化床反应器内加入循环物料颗粒，使循环流化床反应器内循环物料颗粒与脱硫剂浆液充分碰撞接触，并发生脱硫反应。本发明可实现脱硫剂制备与脱硫反应过程耦合、以及显著提高脱硫剂利用率的目的。与现有半干法烟气脱硫技术相比，本发明具有脱硫效率高、系统结构简单、投资及运行维护费用低的优点，可用于工业锅炉和电站锅炉的烟气净化过程。

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃烧设备烟气的净化装置及方法，特别涉及一种常温半干法循环流化床 烟气脱硫系统及方法，属于烟气净化技术领域。

背景技术

燃烧设备产生的大量污染物(诸如硫氧化物、氮氧化物以及粉尘等)对大气环境和人类 身体健康产生巨大危害。燃煤设备的污染物脱除问题已经受到全社会的高度重视。全球燃煤 量逐年增加的趋势仍表现非常明显，但是各个国家不断制定出更加严格的排放法规以实现排 放总量的控制。对于所有燃煤企业而言，已经或必将面临更加严峻的污染物减排投入问题。

到目前为止，在燃煤的工业锅炉和电站锅炉中，90％以上采用湿法烟气脱硫技术，其脱 硫效率可达95％。湿法脱硫技术由于需要较大的资金投入以及较高的耗水量，在一些经济不 发达、水资源短缺的地区，其应用受到很大的限制。在低水耗脱硫技术的开发中，半干法烟 气脱硫技术是目前常用的脱硫技术之一，例如中国专利文献CN1307926A和CN102350205A。 专利CN1307926A提供了一种循环悬浮床干法烟气脱硫工艺及系统，其特点是采用干石灰、 除尘器飞灰及水在循环悬浮床反应器外混合后制备出吸收剂，然后加入到循环悬浮床反应器 内，并且采用了内外分离装置以实现降低系统阻力的目的。专利文献CN102350205A提出了 一种常温半干法烟气净化方法及系统，采用循环流化床作为脱硫反应器，以快速水合脱硫剂 为吸收剂，采用干湿组合静电除尘器作为颗粒物控制设备。前述两个发明专利均采用了含水 率较小的复合吸收剂作为脱硫剂，脱硫剂制备均在脱硫反应器外专门装置内进行，且循环流 化床反应器内喷入液态水以促进常温脱硫反应，可实现高效脱硫的目的。

鉴于现有常温半干法循环流化床烟气脱硫技术所存在的系统流程与结构复杂带来的高投 入与高运行费用问题，以及脱除效率低等问题，开发高效、低投资与运行维护费用低的脱硫 技术仍是广大环境工作者的努力方向。

发明内容

本发明的目的是实现一种系统结构简单、高效脱硫的常温半干法循环流化床烟气脱硫系 统及方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种常温半干法循环流化床烟气脱硫系统，其特征在于：所述系统包括循环流化床反应 器和脱硫剂浆液制备与输送系统；所述循环流化床反应器包括上升管、旋风分离器、循环物 料加入装置和喷嘴；所述脱硫剂浆液制备与输送系统包括生石灰仓、计量控制装置、制浆池、 加水管、浆液过滤器和浆液泵；所述生石灰仓依次与计量控制装置、制浆池、浆液过滤器、 浆液泵和喷嘴相连，喷嘴布置于上升管的密相区内，循环物料加入装置的物料出口与上升管 连接。

所述的一种常温半干法循环流化床烟气脱硫方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)将粒径为1～100mm的块状生石灰加入到制浆池内，向制浆池内加入与块状石灰中CaO 的摩尔比为5：1～20：1的水，保持制浆池静置状态5～30分钟，使块状石灰与水充分进行 反应，制成含微小脱硫剂颗粒的浆液；

2)将粒径为50～1000μm的循环物料颗粒送入至循环流化床反应器内，并参与循环流化 床反应器的物料循环过程，循环物料颗粒为熔点高于200℃的固体颗粒；

3)烟气从上升管底部进入循环流化床反应器内，制浆池内的浆液过滤出大颗粒后，通过 浆液泵将浆液送入至循环流化床反应器内，经过布置于循环流化床反应器上升管内的喷嘴喷 入循环流化床反应器的烟气中，喷嘴出口区域的循环物料颗粒体积份额为5～30％，使喷嘴雾 化后的液滴与循环物料颗粒充分碰撞接触；

4)从上升管顶部出来的烟气携带循环物料颗粒进入旋风分离器，大部分颗粒被分离收集， 重新送入上升管内继续参与循环过程和脱硫反应，未分离收集的颗粒随烟气排出循环流化床 反应器。

所述的一种常温半干法循环流化床烟气脱硫方法，其特征在于：所述循环物料颗粒加入 量与喷入上升管内的浆液中所含氢氧化钙的质量比为1:10～3：1。

所述的一种常温半干法循环流化床烟气脱硫方法，其特征在于：所述循环物料颗粒采用 煤颗粒、焦炭颗粒、煤灰颗粒、冶金矿渣颗粒、聚四氟乙烯颗粒、陶瓷颗粒、生物质颗粒、 沙子和沸石颗粒中的一种或几种的混合物。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：①采用块状生石灰制备脱硫剂浆液， 由于生石灰与水反应为放热反应，有助于将反应产物—消石灰破碎成平均粒径为微米量级的 微小颗粒，有效增加脱硫剂的表面积，从而实现在循环流化床反应器内的高效利用目的。② 循环流化床反应器内加入循环物料颗粒，有助于通过喷嘴加入的含有微小脱硫剂颗粒的浆液 与高浓度循环物料颗粒碰撞合并，脱硫剂覆盖于循环物料颗粒表面，由于循环物料颗粒粒径 较大，可明显延长脱硫剂颗粒在循环流化床反应器内停留时间，减少细小脱硫剂颗粒不能被 旋风分离器捕集而逃逸的量，进一步提高半干法烟气脱硫的脱硫剂利用率。③相比于单独喷 浆半干法烟气脱硫技术而言，加入的循环物料所形成的流态化过程，可以起到强烈分散上升 管内脱硫剂颗粒的作用，有效减少由于床内脱硫剂分布不均匀所造成的烟气SO2逃逸问题， 使系统具有更高的脱硫效果。④相比于在脱硫反应器外制备的脱硫剂而言(诸如快速水合脱 硫剂类)，将含有微细脱硫剂颗粒的浆液与循环物料颗粒在脱硫反应器内充分混合，实现了半 干法脱硫反应器内液滴形成与保持、脱硫剂制备与反应过程的耦合，简化了脱硫剂加入与制 备过程，降低了系统的投资与运行维护费用。⑤由于循环物料颗粒与浆液形成的循环物料颗 粒尺寸较大，采用工业旋风分离器即可实现分离，相比于现有的采用静电除尘和布袋除尘的 半干法烟气脱硫系统，具有系统结构简单的明显优势。

总之，本发明与现有半干法烟气脱硫技术相比，具有脱硫效率高、系统结构简单、投资 及运行维护费用较低的优点，可用于工业锅炉和电站锅炉的烟气净化过程。

附图说明

图1为本发明提供的常温半干法循环流化床烟气脱硫系统实施例的结构示意图。

图中：1-上升管；2-旋风分离器；3-循环物料加入装置；4-生石灰仓；5-计量控制装置； 6-搅拌池；7-加水管；8-浆液过滤器；9-浆液泵；10-喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的原理、结构及工作过程。

图1为本发明提供的常温半干法循环流化床烟气脱硫系统实施例的结构示意图。所述系 统包括循环流化床反应器和脱硫剂浆液制备与输送系统；所述循环流化床反应器包括上升管 1、旋风分离器2、循环物料加入装置3和喷嘴10；所述脱硫剂浆液制备与输送系统包括生石 灰仓4、计量控制装置5、制浆池6、加水管7、浆液过滤器8和浆液泵9；所述生石灰仓4 依次与计量控制装置5、制浆池6、浆液过滤器8、浆液泵9和喷嘴10相连，喷嘴10布置 于上升管1的密相区内，循环物料加入装置3的物料出口与上升管1连接。

本发明的工作过程如下：

1)将粒径为1～100mm的块状生石灰加入到制浆池内，向制浆池内加入与块状石灰中CaO 的摩尔比为5：1～20：1的水，保持制浆池静置状态5～30分钟，使块状石灰与水充分进行 反应，制成含微小脱硫剂颗粒的浆液；

2)将粒径为50～1000μm的循环物料颗粒送入至循环流化床反应器内，并参与循环流化 床反应器的物料循环过程，循环物料颗粒为熔点高于200℃的固体颗粒；

3)烟气从上升管底部进入循环流化床反应器内，制浆池内的浆液过滤出大颗粒后，通过 浆液泵将浆液送入至循环流化床反应器内，经过布置于循环流化床反应器上升管内的喷嘴喷 入循环流化床反应器的烟气中，喷嘴出口区域的循环物料颗粒体积份额为5～30％，使喷嘴雾 化后的液滴与循环物料颗粒充分碰撞接触；

4)从上升管顶部出来的烟气携带循环物料颗粒进入旋风分离器，大部分颗粒被分离收集， 重新送入上升管内继续参与循环过程和脱硫反应，未分离收集的颗粒随烟气排出循环流化床 反应器。

运行中，循环流化床反应器上升管的进出口压降选取为500～5000Pa，具体压降选取主要 根据烟气中SO₂含量确定。循环物料颗粒的加入量依据循环流化床反应器运行压降进行选取， 目的是保证反应器运行于平稳的压降工况，其加入量与喷嘴喷入上升管内的浆液中所含氢氧 化钙的质量比为1:10～3：1。循环物料颗粒可以采用粒径为50～1000μm的煤颗粒、焦炭颗 粒、煤灰颗粒、冶金矿渣颗粒、聚四氟乙烯颗粒、陶瓷颗粒、生物质颗粒、沙子或沸石颗粒 等中的一种或几种的混合物。

本发明工作原理：

利用粒径为1～100mm的块状生石灰制备脱硫剂浆液，由于生石灰与水反应为放热反应， 有助于将反应产物—消石灰Ca(OH)₂破碎成平均粒径为微米量级(平均粒径约为4微米)的微 小颗粒，增加了脱硫剂的反应表面积，实现脱硫剂高效利用目的。如果采用的生石灰粒径小 于本发明时，生石灰与水反应所放出的热量不集中，难以形成细小的微米级脱硫剂颗粒；如 果采用的生石灰粒径大于本发明时，会引起制备时间长的问题。由于含有的颗粒粒径较小， 采用本发明专利制备的浆液，不容易发生沉积，可避免浆液输送管道的堵塞问题，保证系统 稳定运行。

循环流化床反应器内加入粒径为50～1000μm的循环物料颗粒，与通过喷嘴加入的含有 微小脱硫剂颗粒的浆液液滴碰撞合并，脱硫剂浆液覆盖于循环物料颗粒表面，由于循环物料 颗粒粒径较大，可被常规工业旋风分离器高效分离，将延长脱硫剂颗粒在循环流化床反应器 内停留时间，减少细小脱硫剂颗粒的逃逸量，提高脱硫剂利用率。如果加入的循环物料颗粒 粒径低于本发明专利时，则难以被现有常规旋风分离器分离；如果加入的循环物料颗粒粒径 高于本发明专利时，则该颗粒需要较高的风速才能保证循环过程，增加系统阻力。

加入的循环物料所形成的流态化过程，还可以起到强烈分散上升管内脱硫剂颗粒的作用， 有效减少由于床内脱硫剂分布不均匀所造成的烟气SO₂逃逸问题，使系统具有更高的脱硫效 果。

将含有微细脱硫剂颗粒的浆液与循环物料颗粒在循环流化床反应器内颗粒体积份额为 5～30％区域内充分碰撞混合，可实现上升管内液滴形成与保持、脱硫剂制备与反应过程的耦 合，相比于在循环流化床反应器外制备的脱硫剂而言(诸如快速水合脱硫剂类)，简化了脱硫 剂加入与制备过程，降低了系统的投资与运行维护费用。实际应用中，当喷入位置区域颗粒 体积份额低于本发明时，浆液液滴与循环物料颗粒碰撞的几率较低，容易造成大量脱硫剂颗 粒不能被循环物料颗粒携带，使得脱硫剂利用率降低；当颗粒体积份额高于本发明时，由于 局部循环物料颗粒过于稠密，浆液难以被分散开，会产生更多粒径较大的脱硫剂浆液，使得 制备的Ca(OH)₂颗粒较大，不利于其内部未反应的脱硫剂成分与外部的SOx发生反应，也导致 脱硫剂利用率降低。