单塔多床循环流态化的大型化干法烟气脱硫方法

摘要

本发明提出一种单塔多床循环流态化的大型化干法烟气脱硫方法，是针对大型化干法烟气脱硫的要求，将脱硫反应塔的底部流化区间，分成2个或2个以上的相对独立的小流化区间(流化子床)，并在脱硫塔下部的流化子床上部，将这些相对独立小流化子床有机组合形成一个具有单塔结构特点的脱硫反应塔。解决了单塔大型化后的脱硫剂颗粒的流化问题、多相化学反应过程的流场组织问题，解决了循环流态化干法烟气脱硫单塔大型化的核心技术问题。同时，可降低大型脱硫塔的高度，实现了干法烟气脱硫技术的单塔大型化要求，降低干法烟气脱硫的单位成本，实现了高脱硫效率、宽调节比、低投资及低运行成本、低耗水量的脱硫技术要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种单塔多床循环流态化的大型化干法烟气脱硫方法，特别是在干法烟气脱硫领域提出了大型单塔分床的循环流态化干法烟气脱硫技术。属于烟气脱硫技术领域，特别涉及各种大型燃烧设备排放烟气中的大型化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，并且都为单塔单床设计，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。而目前所有的流态化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

针对现有技术存在的不足和缺陷，本发明的目的和任务是提供一种新型的大型化干法烟气脱硫系统技术，采用一种单塔多床的循环流态化烟气脱硫反应塔、系统及工艺，使其能保证在较高的锅炉机组负荷下(＞＝600MW)，满足大截面脱硫塔的均衡流化过程，脱硫效率及各项性能指标可优于常规机组(300MW以下)的干法烟气脱硫性能。

本发明适用于300～1000MW火电机组，特别适用于600MW左右的火电机组的单塔烟气脱硫技术及性能要求，即在Ca/S＝1.1～1.3的情况下达到较高的脱硫效率(90％～92％以上)；降低耗水量和洁净烟气的携带水量；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，并且单位设备成本可降到目前的干法烟气脱硫装置的0.7～0.8左右，从而真正实现大型化干法烟气脱硫的高效、宽调节比、低成本、低耗水量的烟气脱硫的目的。

本发明的技术方案：单塔多床循环流态化的大型化干法烟气脱硫方法包括脱硫剂的制备消化、脱硫反应塔内的脱硫反应、外部脱硫剂颗粒的分离与再循环，其特征是将脱硫反应塔的底部流化区间分成2个或2个以上的相对独立的小流化区间即流化子床，并在相对独立的小流化区间上部将这些相对独立流化子床有机组合成一个具有单塔结构的脱硫反应区。

所述的单塔多床循环流态化的大型化干法烟气脱硫方法，在脱硫塔底部的烟气混合室中布置有烟气导流板，将烟气或者烟气与再循环烟气均匀分配到各流化子床的烟气引射装置中。

所述的单塔多床循环流态化的大型化干法烟气脱硫方法，各流化子床的烟气引射装置2采用5～7根低阻力拉法尔喷管，以保持较好的流化需求的烟气射流刚性，同时阻力较低。

所述的单塔多床循环流态化的大型化干法烟气脱硫方法，流化子床还可以是沿着机组宽度方向均匀布置的。

所述的单塔多床循环流态化的大型化干法烟气脱硫方法，其特征是流化子床是沿着塔体的圆周方向均匀布置。

所述的单塔多床循环流态化的大型化干法烟气脱硫方法，其特征是流化子床合并后形成的脱硫塔的下部截面有以下几种形式，即沿宽度方向类似于椭圆形的截面、或者类似于两个半圆与矩形的组合截面、或者类似于圆形截面。

所述的单塔多床循环流态化的大型化干法烟气脱硫方法，其新加入的脱硫剂颗粒以及外部再循环脱硫剂颗粒回料都分别进入各流化子床底部，水雾化喷嘴布置在各流化子床的出口位置。

所述的单塔多床循环流态化的大型化干法烟气脱硫方法，在脱硫塔塔体中部，针对大型化脱硫化学反应的要求，还布置有再循环洁净烟气的组合射流喷嘴，形成脱硫塔中部的高强度湍流混合区，加强总部脱硫反应的强度。

所述的单塔多床循环流态化的大型化干法烟气脱硫方法，采用洁净烟气的再循环系统，引进洁净烟气至混合室，以提高设备的宽调节比特性，满足燃烧设备从20％～110％负荷的运行要求。

所述的单塔多床循环流态化的大型化干法烟气脱硫方法，其塔体采用变异的结构形式以提高塔内颗粒的内循环比率，提高脱硫反应效率。

本发明的优点：

首先，本发明由于采用了单塔多床流态化技术，解决了单塔大型化后的脱硫剂颗粒的流化问题、多相化学反应过程的流场组织问题，这也是解决循环流态化干法烟气脱硫单塔大型化技术的核心。

第二，本发明针对实际的大容量火电机组的烟气脱硫要求，根据实际需要，可沿宽度方向增加布置流化子床，解决了干法烟气脱硫的大型化问题。

第三，本发明通过采用单塔多床技术，从而可以保证各项常规干法烟气脱硫技术在机组大型化以后的顺利应用，并达到或超过常规技术的性能参数指标。

第四，本发明根据脱硫塔具体结构设计，采用多床流化方式，可以在保证各项性能参数的情况下降低脱硫塔高度，满足具体的工程设计需要。同时实现了干法烟气脱硫技术的单塔大型化要求，较大地降低干法烟气脱硫的单位成本。

第五，本发明同样实现了高脱硫效率(在钙硫比1.1～1.3之间可达到90～92％以上的脱硫效率)、宽调节比(满足燃烧设备20％～110％负荷变化的高效脱硫要求)，低投资及运行成本、低耗水量的脱硫技术要求。

附图说明

附图1为本发明的工艺流程系统示意图。

附图2为单塔多床脱硫反应塔底部结构的纵向示意图。

附图3和附图4为本发明的两种单塔多床脱硫反应塔底部流化子床布置结构俯视示意图。

具体实施方式

图中：流化子床1、低阻力烟气引射装置2、脱硫反应塔塔体3、烟气混合室4、烟气导流板4-1、脱硫塔烟气出口5、烟气预除尘系统6、脱硫剂制备的消化系统7，脱硫剂喷入口8、外部再循环脱硫剂颗粒的回流口9、水雾化喷入口10、烟气除尘系统(静电除尘器或布袋除尘器)11、主引风机12、烟囱13、灰渣仓14、组合烟气射流喷入口15、洁净烟气再循环系统16。

第一，本发明的单塔设计结构的特征在于脱硫塔底部为一种分叉形多床结构，其结构示意图可见附图2。脱硫塔底部分成2个或2个以上的流化子床1。这些流化子床有两种布置方式，一个是沿着机组宽度方向均匀布置，见附图3；另一种为沿着塔体的圆周方向均匀布置，见附图4。

第二，每个流化子床的设计流化范围满足燃烧设备从100MW～300MW负荷的颗粒流化混合需求，该大型化干法烟气脱硫技术可适用于400MW～1000MW的机组负荷的烟气脱硫要求，并且在采用再循环烟气技术的情况下，可满足机组燃烧设备20％～110％负荷变化的流态化要求。

第三，各流化子床的烟气引射装置2采用5～7根低阻力拉法尔喷管，以保持较好的流化需求的烟气射流刚性，同时阻力较低。

第四，在各流化子床出口位置，合并形成一个脱硫反应塔3。该脱硫塔的下部截面有以下几种形式，即沿宽度方向类似于椭圆形的截面、或者类似于两个半圆与矩形的组合截面、或者类似于圆形截面。塔体采用变异的结构形式，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。

第五，新加入的脱硫剂颗粒以及外部再循环脱硫剂颗粒回料都分别进入脱硫塔底部的烟气混合室中，经烟气导流板4-1，将烟气均匀分配到各流化子床的烟气引射装置2中，至各流化子床底部；水雾化喷嘴10布置在各流化子床1的出口位置(单塔空间部分)。

第六，脱硫塔塔体3中部，针对大型化脱硫化学反应的要求，还布置有再循环洁净烟气的组合射流喷入口15，形成脱硫塔中部的高强度湍流混合区，加强中部脱硫反应的强度。

下面结合附图具体说明本发明的系统及工艺过程。

如图1：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中4，通过布置在混合室中的导流板4-1均匀地分配到每个流化子床1的烟气引射装置2中，维持烟气射流的出口速度范围为10-55米/秒，加速进入各流化子床底部。

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1～6μm的脱硫剂(如Ca(OH)₂)颗粒，由脱硫剂颗粒喷入口8喷入脱硫塔的各流化子床1下部，同时在各流化子床下部的脱硫剂颗粒喷入口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，及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，还布置有再循环洁净烟气的组合射流喷嘴15，形成脱硫塔中部的高强度湍流混合区，加强总部脱硫反应的强度。在往上，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。采用洁净烟气的再循环系统，引进洁净烟气至混合室，以便提高设备的宽调节比特性，满足燃烧设备从20％～110％负荷的运行要求。

大型循环流态化干法烟气脱硫技术的工艺可以包括以下工艺系统：燃煤烟气的预除尘系统、脱硫剂的消化制备系统、脱硫反应系统、脱硫剂颗粒的外部再循环以及烟气除尘系统、洁净烟气的再循环系统。本发明的核心部分是单塔多床流化的脱硫反应系统，它可以与上述中的主要几个系统组合。但无论怎样组合，只要采用将脱硫反应塔的底部流化区间分成多个相对独立的小流化区间，均属于本发明的保护范围。