專利名稱：一種半干式循環(huán)流化床切流與直流復(fù)合進(jìn)氣脫硫塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煙氣脫硫塔，特別是循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫技術(shù)。本發(fā)明是一
種通過設(shè)置切流與直流復(fù)合進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化循環(huán)流化床脫硫塔內(nèi)氣流的湍流強(qiáng)度，使脫 硫劑和煙氣充分接觸，是提高脫硫效率的一種方法。
背景技術(shù)：
半干法循環(huán)流化床脫硫技術(shù)以循環(huán)流化床為基礎(chǔ)，通過脫硫劑的多次循環(huán)，延 長(zhǎng)脫硫劑與煙氣的接觸時(shí)間，提高脫硫劑的利用率和脫硫效率。該技術(shù)的主體設(shè)備是脫 硫塔，煙氣的脫硫過程是在脫硫塔內(nèi)進(jìn)行的。通常含硫煙氣從脫硫塔的底部進(jìn)入，在塔 內(nèi)均勻上行，脫硫塔的底部向塔內(nèi)噴入脫硫劑和適量霧化水。脫硫劑和適量霧化水在上 行過程中與煙氣中的硫化物進(jìn)行反應(yīng)，脫出煙氣中的硫。因此這種反應(yīng)過程是一個(gè)均勻 濃度反應(yīng)過程，煙氣與脫硫劑在均勻濃度分布下進(jìn)行的。脫硫后的煙氣從塔頂流出，通 過氣固分離設(shè)備分離煙氣和其中的固體顆粒物，凈化煙氣通過煙囪排放，分離下來的固 體顆粒物一部分再次進(jìn)入脫硫塔循環(huán)使用， 一部分排出。 由于煙氣的脫硫過程是在脫硫塔內(nèi)進(jìn)行的，因此脫硫塔內(nèi)的氣固兩相流動(dòng)特征 是影響脫硫效果的重要因素之一。目前的脫硫塔在流化方式上，多采用布風(fēng)板或文丘里 管，目的是均勻分配氣流，維持流化床的均勻濃度反應(yīng)特點(diǎn)。理想的流動(dòng)狀態(tài)是在不同 塔截面上上行氣流分布盡可能均勻、對(duì)稱，脫硫劑均勻分布在氣流中，形成均勻濃度的 流態(tài)，充分發(fā)揮脫硫塔內(nèi)的有效空間，充分利用脫硫劑完成脫硫過程，提高煙氣脫硫效 率。但這種均勻濃度反應(yīng)過程存在以下不足 l.這種均勻的上行流，氣流的剪切力比較小，湍流強(qiáng)度不高，煙氣與脫硫劑接 觸不激烈，混合不充分，不能強(qiáng)化煙氣與脫硫劑的反應(yīng)過程。 2.氣流的流速比較低，只有軸向速度，攜塵量小，脫硫塔內(nèi)物料濃度低，內(nèi)循 環(huán)不強(qiáng)，不適應(yīng)大負(fù)荷率變化的操作。 3.脫硫劑顆粒表面的反應(yīng)產(chǎn)物保留下來，阻礙了外部煙氣與顆粒內(nèi)部的脫硫劑 繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，不能充分利用脫硫劑。 4.受到脫硫塔的基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)和煙氣管道布置的便利的限制，煙氣管道通常由
脫硫塔底部一側(cè)水平進(jìn)入，通過9(T彎管上行進(jìn)入脫硫塔，受到氣體慣性的影響，使進(jìn)
入脫硫塔的煙氣速度分布是不均勻的，脫硫塔內(nèi)存在比較大的回流。雖然通過單個(gè)文丘
里管或多個(gè)文丘里管可以調(diào)整一部分偏流，但受到不能產(chǎn)生很大的壓降的限制，這種調(diào)
整是有限的，尤其是大直徑的脫硫塔，難以維持脫硫塔內(nèi)的煙氣速度均勻分布。 5.這種煙氣管道水平進(jìn)入，通過9(T彎管上行進(jìn)入文丘里管，再進(jìn)入脫硫塔，
增加了脫硫塔的整體高度。 6.通常脫硫劑的進(jìn)口設(shè)在脫硫塔底部的側(cè)壁上，這樣脫硫劑進(jìn)入后會(huì)造成在脫 硫塔內(nèi)部分布不均，進(jìn)入口一側(cè)的脫硫劑濃度較高，其他位置的脫硫劑濃度偏低，導(dǎo)致 噴入塔內(nèi)的脫硫劑在脫硫塔內(nèi)的停留時(shí)間不均勻，存在很大的差異，影響脫硫效率和脫硫劑的利用率。 中國(guó)發(fā)明專利CN 200410101852.6提出的循環(huán)流化床煙氣脫硫除塵一體化方法及 裝置，在脫硫塔底部設(shè)置預(yù)分離室，預(yù)分離室采用雙向切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)在預(yù)分離室形成旋 轉(zhuǎn)流，但預(yù)分離室目的是實(shí)現(xiàn)煙氣的緩沖和煙氣中固體顆粒的預(yù)分離，分離后煙氣再經(jīng) 過過渡段進(jìn)入脫硫塔，過渡段形式類似文丘里管束，作用仍是分配氣流，脫硫塔內(nèi)的氣 流流場(chǎng)是均勻上行的。中國(guó)發(fā)明專利CN 200410101853.0提出的一種干式循環(huán)流化床脫 硫反應(yīng)塔，在脫硫塔底部設(shè)置預(yù)分離室，預(yù)分離室切向進(jìn)氣形成旋轉(zhuǎn)流，目的是實(shí)現(xiàn)煙 氣的緩沖和煙氣中固體顆粒的預(yù)分離，分離后煙氣再經(jīng)過文丘里段進(jìn)入脫硫塔，脫硫塔 內(nèi)的氣流流場(chǎng)是均勻上行的。 郝曉文，馬春元等(文獻(xiàn)l郝曉文，馬春元，黃盛珠，張立強(qiáng)，循環(huán)流化床脫硫 塔直/旋流復(fù)合流化下的兩相流場(chǎng)試驗(yàn)研究，熱能動(dòng)力工程，2005年9月，第20巻第5 期497-505。 2郝曉文，馬春元，張立強(qiáng)，董勇，內(nèi)旋/直流復(fù)合流化下循環(huán)流化床的脫 硫，動(dòng)力工程，2007年8月，第27巻第4期576-600。 3郝曉文，馬春元，王春冰，張 立強(qiáng)，循環(huán)流化床旋直復(fù)合流化下的兩相流動(dòng)試驗(yàn)研究，熱能動(dòng)力工程，2008年11月， 第23巻第6期620-624)提出一種直流與切流混合進(jìn)氣的循環(huán)流化床，采用非均勻布風(fēng) 的流化方式，在文丘里直流流化基礎(chǔ)上提出直流與旋流復(fù)合的流化方式，在文丘里喉管 安裝內(nèi)筒，內(nèi)筒和文丘里之間安裝軸向旋轉(zhuǎn)葉片，形成外側(cè)旋流與內(nèi)筒直流復(fù)合的流化 方式。內(nèi)外筒的風(fēng)量自動(dòng)分配。葉片寬度，葉片出口仰角，安裝位置對(duì)氣相流場(chǎng)均有影 響。葉片安裝在喉部出口或漸擴(kuò)段入口，如附圖3所示，但這種依靠葉片產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流的 方法，在結(jié)構(gòu)上制造和安裝相對(duì)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用一種非均勻布風(fēng)的流化方式進(jìn)氣，通過直流與切流復(fù)合進(jìn)氣使脫硫 塔內(nèi)直流與旋轉(zhuǎn)共存，將脫硫塔內(nèi)的均勻濃度反應(yīng)過程改進(jìn)為非均勻濃度反應(yīng)過程，目 的是強(qiáng)化脫硫塔內(nèi)的脫硫反應(yīng)過程。本發(fā)明通過提供一種安裝在脫硫塔內(nèi)的煙氣切向進(jìn) 氣結(jié)構(gòu)和安裝在脫硫塔底部的氣流分配室，在脫硫塔內(nèi)形成一個(gè)直流與旋轉(zhuǎn)流共存的流 場(chǎng)，解決脫硫塔內(nèi)流場(chǎng)剪切力比較小，氣流湍流強(qiáng)度不高，煙氣與脫硫劑混合接觸不充 分，脫硫劑利用率不高的問題，同時(shí)可以提高脫硫塔的操作彈性，降低脫硫塔高度。
本發(fā)明一種半干式循環(huán)流化床切流與直流復(fù)合進(jìn)氣脫硫塔，包括煙氣分支進(jìn)氣 管(l)，煙氣進(jìn)氣管(2)，方圓過渡管(3)，切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)(4)，內(nèi)筒體(ll)，脫硫劑入口管
(5) ，脫硫塔體(6)，煙氣出口管(7)，氣固分離器(8)，回料入口管(9)，氣流分配室(10); 煙氣進(jìn)氣管(2)通過方圓過渡管(3)與切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)(4)連接，切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)(4)位于脫硫 塔體(6)下部，與內(nèi)筒體(ll)相切，內(nèi)筒體(11)與脫硫塔體(6)形成一個(gè)環(huán)形空間(12)， 從煙氣進(jìn)氣管(2)引出的煙氣分支進(jìn)氣管(1)連接到脫硫塔體(6)底部的氣流分配室(10)， 氣流分配室(10)通過環(huán)形空間(12)與脫硫塔體(6)相通，脫硫劑入口管(5)位于脫硫塔體
(6) 底部中心位置，回料入口管(9)位于脫硫塔體(6)的下部，煙氣出口管(7)位于脫硫塔 體(6)的頂部。 本發(fā)明一種半干式循環(huán)流化床切流與直流復(fù)合進(jìn)氣脫硫塔，其特征在于，所述 的切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)(4)是矩形管，或是圓管。
本發(fā)明一種半干式循環(huán)流化床切流與直流復(fù)合進(jìn)氣脫硫塔，其特征在于，所述 的切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)(4)與內(nèi)筒體(11)直切，或蝸殼式切入。
以下結(jié)合附圖，詳細(xì)敘述本發(fā)明的技術(shù)方案。 為克服脫硫塔內(nèi)煙氣氣流剪切力比較小，氣流湍流強(qiáng)度不高，煙氣與脫硫劑接 觸不充分，脫硫劑利用率不高的問題，在脫硫塔底部設(shè)置切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，在脫硫塔內(nèi)形 成強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)流。在旋轉(zhuǎn)流的作用下，氣流的剪切力和湍流強(qiáng)度提高，煙氣與脫硫劑的 充分接觸和混合得到強(qiáng)化。由于旋轉(zhuǎn)流的作用，脫硫劑顆粒之間相互碰撞和摩擦，使脫 硫劑顆粒表面的反應(yīng)產(chǎn)物脫落，脫硫劑顆粒內(nèi)部活性高的部分繼續(xù)參加反應(yīng)，提高脫硫 劑的利用率。同時(shí)顆粒在離心力的作用下，顆粒間的剪切分離作用增強(qiáng)，顆粒不易聚 團(tuán)，不產(chǎn)生沉積，顆粒容易被上行煙氣帶走。脫硫劑的入口設(shè)置在脫硫塔的中心部位， 由于噴射作用使脫硫劑均勻的分布在脫硫塔內(nèi)部，避免了以往脫硫劑在側(cè)壁進(jìn)入產(chǎn)生的 脫硫劑分布不均勻的問題。雖然旋轉(zhuǎn)流的作用使脫硫劑顆粒向器壁運(yùn)動(dòng)，但由于顆粒 的粒徑比較小，旋轉(zhuǎn)流的徑向速度有限，顆粒運(yùn)動(dòng)到器壁的時(shí)間足大于脫硫劑的反應(yīng)時(shí) 間。 在離心力的作用下，顆粒會(huì)濃縮在器壁附近，在重力作用下向下沉降。但通過 設(shè)置向上的軸向直流攜帶這部分顆粒上行或進(jìn)入內(nèi)旋流中形成循環(huán)，增加脫硫劑的傳質(zhì) 和反應(yīng)強(qiáng)度。軸向直流是通過在脫硫塔底部設(shè)置氣流分配室產(chǎn)生的。煙氣分支管引自煙 氣進(jìn)氣管的煙氣進(jìn)入氣流分配室，分配室內(nèi)的氣流通過切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)與脫硫塔之間的環(huán) 形空間上行，形成軸向的上行直流。 因此脫硫塔內(nèi)部的流場(chǎng)為內(nèi)部是旋轉(zhuǎn)流，外部是直流，兩者共存，相互作用復(fù) 合在一起。旋轉(zhuǎn)流的強(qiáng)度和軸向速度的大小，即切流與直流的大小可以通過分配各部分 煙氣量的比例進(jìn)行調(diào)節(jié)。 本發(fā)明一種半干式循環(huán)流化床切流與直流復(fù)合進(jìn)氣脫硫塔，包括煙氣分支進(jìn)氣 管(l)，煙氣進(jìn)氣管(2)，方圓過渡管(3)，切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)(4)，內(nèi)筒體(ll)，脫硫劑入口管 (5)，脫硫塔體(6)，煙氣出口管(7)，氣固分離器(8)，回料入口管(9)，氣流分配室(10); 煙氣進(jìn)氣管(2)通過方圓過渡管(3)與切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)(4)連接，若煙氣進(jìn)氣管(2)為矩形管， 則直接與切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)(4)連接，切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)(4)位于脫硫塔體(6)下部，與內(nèi)筒體(ll) 相切，脫硫塔體(6)與內(nèi)筒體(11)之間形成一個(gè)環(huán)形空間(12)，從煙氣進(jìn)氣管(2)引出的 煙氣分支進(jìn)氣管(1)連接到脫硫塔底部的氣流分配室(10)，氣流分配室(10)通過環(huán)形空間 (12)與脫硫塔體(6)相通。脫硫劑入口 (5)位于脫硫塔底部中心位置，回料入口 (9)位于 脫硫塔下部，煙氣出口 (7)位于脫硫塔的頂部， 切向進(jìn)氣管為矩形管，或是圓管。進(jìn)氣形式為蝸殼形式進(jìn)氣，或直切進(jìn)氣。相 比葉片式進(jìn)氣產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流，切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)加工制造簡(jiǎn)單，布置容易。 由于取消了文丘里管布?xì)?，脫硫塔系統(tǒng)的壓降大大降低，具有一定的節(jié)能效 果。此外，由于取消了文丘里管和90。彎管，采用了切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)降低了脫硫塔的整體 高度。 本發(fā)明一種半干式循環(huán)流化床切流與直流復(fù)合進(jìn)氣脫硫塔，其工作原理為，如 附圖4所示，煙氣通過切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)在脫硫塔內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)流，形成三維旋轉(zhuǎn)速度 場(chǎng)，氣流之間存在比較大的剪切力，氣流的湍流強(qiáng)度也提高，維持脫硫劑與煙氣之間的充分接觸和混合。由于旋轉(zhuǎn)流的離心作用，脫硫劑顆粒逐漸向器壁運(yùn)動(dòng)，在器壁表面濃 縮旋轉(zhuǎn)，顆粒之間的碰撞摩擦使顆粒表面的反應(yīng)產(chǎn)物脫落，內(nèi)部的新鮮脫硫劑繼續(xù)與煙 氣接觸參加反應(yīng)，充分利用了脫硫劑，提高脫硫效率。脫硫劑的進(jìn)口設(shè)在脫硫塔底部的 中心處，脫硫劑進(jìn)入脫硫塔后向四周均勻散射，脫硫劑在脫硫塔內(nèi)均勻分布，經(jīng)過5 7(s)以上的反應(yīng)時(shí)間后到達(dá)器壁，這個(gè)時(shí)間可以滿足煙氣與脫硫劑進(jìn)行反應(yīng)的時(shí)間要求。 雖然脫硫塔器壁的顆粒濃度比較高，但由于設(shè)置了上行的軸向氣流，上行的軸向速度是 較大，攜帶顆粒上行，從而避免顆粒的沉降。 本發(fā)明一種半干式循環(huán)流化床切流與直流復(fù)合進(jìn)氣脫硫塔，其理論是采用非均 勻濃度反應(yīng)模式，改變以往脫硫塔的均勻濃度反應(yīng)模式，通過將脫硫塔進(jìn)氣改造為切向 進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，將流化氣動(dòng)力和旋轉(zhuǎn)離心力有機(jī)結(jié)合，具有以下有益效果 l.煙氣在脫硫塔內(nèi)形成強(qiáng)旋轉(zhuǎn)流，氣流之間存在比較大的剪切力，氣流的湍流 強(qiáng)度也大大提高，具有良好的氣固接觸、混合、湍動(dòng)作用，維持脫硫劑與煙氣之間的充 分接觸，強(qiáng)化煙氣與脫硫劑的脫硫反應(yīng)過程。 2.由于流場(chǎng)是旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，含脫硫劑的濃度比較高，脫硫塔內(nèi)脫硫劑的藏量也 高，增加了煙氣與脫硫劑的接觸幾率，提高了脫硫效率。 3.旋轉(zhuǎn)氣流的速度大于單向的軸向速度，攜帶顆粒的能力比較強(qiáng)。旋轉(zhuǎn)氣流的 旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度受入口速度的影響比較小，當(dāng)處理的煙氣量有變化時(shí)，可以保證一定的旋轉(zhuǎn)強(qiáng) 度，所以適應(yīng)負(fù)荷率變化的操作。 4.由于旋轉(zhuǎn)流的離心作用，脫硫劑顆粒在器壁表面濃縮旋轉(zhuǎn)，顆粒之間的碰撞 摩擦使顆粒表面的反應(yīng)產(chǎn)物脫落，內(nèi)部的新鮮脫硫劑繼續(xù)與煙氣接觸參加反應(yīng)，充分利 用了脫硫劑，提高脫硫效率，效果顯著。 5.由于旋轉(zhuǎn)流的離心作用，脫硫劑顆粒在器壁表面濃縮旋轉(zhuǎn)，在器壁表面形成 較強(qiáng)的沖刷，可以有效防止粘壁現(xiàn)象發(fā)生。 6.切向進(jìn)氣脫硫塔，取消了文丘里管束，不需要文丘里管束對(duì)氣流分布的整 合，以往文丘里管束部分壓降是整個(gè)循環(huán)流化床壓降的主要部分，因此采用切向進(jìn)氣的 脫硫塔可以消除了這部分很大的壓降。雖然切向進(jìn)氣產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)流存在有壓降，但遠(yuǎn)低 于文丘里管束部分的壓降，總體上降低了煙氣的流通阻力，能量消耗合理，具有很好的 節(jié)能效果。 7.由于取消了文丘里管和脫硫塔下部的水平轉(zhuǎn)上行的彎管，脫硫塔裝置高度降 低，結(jié)構(gòu)緊湊、合理、便于安裝和維護(hù)。 8.脫硫塔內(nèi)部的流場(chǎng)內(nèi)部是旋轉(zhuǎn)流，外部是直流，兩者共存，互相作用復(fù)合在 一起。旋轉(zhuǎn)流的強(qiáng)度和軸向速度的大小，即切流與直流的大小可以通過分配各部分煙氣 量的比例進(jìn)行調(diào)節(jié)。


圖1為一種半干式循環(huán)流化床切流與直流復(fù)合進(jìn)氣脫硫塔示意圖，進(jìn)口為矩形 管直切脫硫塔。
權(quán)利要求
本發(fā)明一種半干式循環(huán)流化床切流與直流復(fù)合進(jìn)氣脫硫塔，包括煙氣分支進(jìn)氣管(1)，煙氣進(jìn)氣管(2)，方圓過渡管(3)，切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)(4)，內(nèi)筒體(11)，脫硫劑入口管(5)，脫硫塔體(6)，煙氣出口管(7)，氣固分離器(8)，回料入口管(9)，氣流分配室(10)；煙氣進(jìn)氣管(2)通過方圓過渡管(3)與切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)(4)連接，切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)(4)位于脫硫塔體(6)下部，與內(nèi)筒體(11)相切，內(nèi)筒體(11)與脫硫塔體(6)形成一個(gè)環(huán)形空間(12)，從煙氣進(jìn)氣管(2)引出的煙氣分支進(jìn)氣管(1)連接到脫硫塔體(6)底部的氣流分配室(10)，氣流分配室(10)通過環(huán)形空間(12)與脫硫塔體(6)相通，脫硫劑入口管(5)位于脫硫塔體(6)底部中心位置，回料入口管(9)位于脫硫塔體(6)的下部，煙氣出口管(7)位于脫硫塔體(6)的頂部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)流化床切流與直流復(fù)合進(jìn)氣脫硫塔，其特征在于，所述 的切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)(4)是矩形管，或是圓管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)流化床切流與直流復(fù)合進(jìn)氣脫硫塔，其特征在于，所述 的切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)(4)與內(nèi)筒體(11)直切，或蝸殼式切入。
全文摘要
一種半干式循環(huán)流化床切流與直流復(fù)合進(jìn)氣脫硫塔，包括煙氣分支進(jìn)氣管(1)，煙氣進(jìn)氣管(2)，方圓過渡管(3)，切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)(4)，內(nèi)筒體(11)，脫硫劑入口管(5)，脫硫塔體(6)，煙氣出口管(7)，氣固分離器(8)，回料入口管(9)，氣流分配室(10)；該裝置由于設(shè)置了切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，氣固之間劇烈湍流混合使煙氣與脫硫劑充分接觸強(qiáng)化脫硫反應(yīng)過程，充分發(fā)揮脫硫劑的作用。來自氣流分配室的上行直流，夾帶外器壁表面的濃縮顆粒上行。該結(jié)構(gòu)大大降低了脫硫塔的高度，提高了脫離效率。
文檔編號(hào)B01D53/48GK101690867SQ20091014329
公開日2010年4月7日 申請(qǐng)日期2009年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月25日
發(fā)明者宋健斐, 朱廷鈺, 郭本玲, 陳建義, 魏耀東 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)