專利名稱：采用固體脫硫劑的濕式煙道氣脫硫設備和方法
背景技術：
本發(fā)明涉及一種濕式煙道氣脫硫設備和方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種采用固體脫硫劑以經(jīng)濟地除去從燃燒裝置如鍋爐中排出的煙道氣中的硫氧化物的濕式煙道氣脫硫設備和方法，該設備和方法的脫硫率高，用于循環(huán)吸收液的泵及用于霧化該液體的噴嘴的磨耗小，由于吸收液中的鋁和氟成分而造成的脫硫率下降的程度減小，粉碎固體脫硫劑如石灰石的能耗降低及對廢氣量或其中的SO2的含量的變化具有優(yōu)良的控制能力?，F(xiàn)有技術的描述在熱電廠的礦物燃料燃燒產生的煙道氣中的硫氧化物特別是二氧化硫(本文中簡稱為SO2)是引起全球性的環(huán)境問題，如空氣污染及酸雨等的主要原因之一。因此，對于從煙道氣中脫除SO2的煙道氣脫硫方法的研究及煙道氣脫硫設備的開發(fā)就成為極為重要的課題。
業(yè)已提出了多種煙道氣脫硫方法，其中濕式脫硫方法為主要方法。濕式方法又包括分別使用鈉、鈣和鎂化合物作為吸收劑的鈉法、鈣法和鎂法。上述方法中鈉法在吸收劑與SO2反應性方面是優(yōu)良的，但是所使用的鈉化合物非常貴。這就是使用相對便宜的鈣化合物如碳酸鈣的鈣法更為廣泛地用于熱電廠中大型鍋爐的煙道氣脫硫系統(tǒng)的原因。
使用該種鈣化合物作為吸收液的脫硫方法通常依據(jù)氣液接觸方法分為以下幾類噴淋系統(tǒng)、濕壁系統(tǒng)和鼓泡系統(tǒng)。而每一個系統(tǒng)又有其獨特的突出特性，噴淋系統(tǒng)更為普遍且可靠性強，在世界上廣泛采用。常規(guī)的噴淋脫硫系統(tǒng)包括三個塔，即用于冷卻及除去廢氣中的灰塵的冷卻塔、用于將吸收液噴淋至廢氣上以與SO2反應的脫硫塔和用于氧化在脫硫塔中形成的亞硫酸鈣的氧化塔。近來，已開發(fā)了單塔式脫硫系統(tǒng)(罐內氧化法)，其中脫硫塔起冷卻及氧化作用，該系統(tǒng)正逐漸成為最流行的噴淋系統(tǒng)。
圖27顯示了常規(guī)的噴淋式單塔脫硫設備。通常，該單塔脫硫設備包括塔體1、入口導管2、出口導管3、噴嘴4、吸收液泵5、循環(huán)槽6、攪拌裝置7、吹送裝置8、除霧器9、吸收液排出管10、石膏排出管11、石灰石供應管12、脫水機13、pH計21等。若干個噴嘴4以水平設置，其中幾個級以垂直方向負載。攪拌裝置7和吹送裝置8與循環(huán)槽6連接，循環(huán)槽6位于脫硫塔的下部，其中貯留有吸收液，而除霧器9則設置在脫硫塔的最上部或設置在出口導管3中。
從鍋爐中排出的廢氣A經(jīng)入口導管2引入脫硫塔體1中，經(jīng)出口導管3排出。在此過程中，經(jīng)吸收液排出管10由吸收液泵5將吸收液泵送至脫硫塔中，并經(jīng)多個噴嘴4噴淋以進行吸收液與廢氣A的氣液接觸。經(jīng)噴淋，由吸收液從廢氣A中選擇性地吸收SO2以形成亞硫酸鈣。包含所形成的亞硫酸鈣的吸收液駐留于循環(huán)槽6中，在其中，借助于攪拌裝置7進行攪拌，由經(jīng)吹送裝置8供應的空氣B氧化吸收液中的亞硫酸鈣形成石膏C。將脫硫劑如石灰石D經(jīng)石灰石供應管12加至循環(huán)槽6中的吸收液中。將共存有石灰石D和石膏C的循環(huán)槽6中的一部分吸收液再由吸收液泵5經(jīng)吸收液排出管10泵送至噴嘴4中，將另一部分吸收液經(jīng)石膏排放管11泵送至脫水機13中以經(jīng)脫水后收集石膏C。經(jīng)噴嘴4噴出并霧化的吸收液的較小的液滴被廢氣A夾帶并由設置在脫硫塔的最上部的除霧器9收集。
但是，由圖27所說明的現(xiàn)有技術存在下述問題。
(1)吸收液不僅包含吸收SO2的碳酸鈣(石灰石)，而且包含大量的對于吸收不起作用的石膏。當增加吸收液中石灰石的比例以增強脫硫效率時，石膏的質量會降低以至不具用應用價值。
(2)為粉碎石灰石需大量的能耗。
(3)當鋁和氟成分共存于吸收液中時，在石灰石顆粒表面上形成包含鋁和氟的不活潑成分，從而降低了脫硫效率。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種為了解決如上所述的常規(guī)問題并可經(jīng)濟地達到較高脫硫效率的煙道氣脫硫設備和方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種能增加脫硫效率但不會降低過程中產生的石膏質量的煙道氣脫硫設備和方法。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種具有較高的脫硫效率且能減少粉碎石灰石的能耗的煙道氣脫硫設備和方法。
本發(fā)明的還有一個目的是提供一種具有較高的脫硫效率且能易于將包含于吸收液中的石灰石與所產生的石膏分離開的煙道氣脫硫設備和方法。
本發(fā)明的一個進一步的目的是提供一種不論燃燒設備如鍋爐的負載量或煙道氣中硫氧化物含量如何變化時均能保持較高的脫硫效率的煙道氣脫硫設備和方法。
本發(fā)明的其它目的將在下述實施例中描述。發(fā)明概述本發(fā)明包含下列方法和設備一種采用固體脫硫劑的濕式煙道氣脫硫方法，其中從燃燒裝置如鍋爐排出的廢氣與吸收液接觸，固體脫硫劑選擇性地留在中和區(qū)中以中和含有從廢氣中吸收的硫氧化物的吸收液，由硫氧化物和含水的吸收液產生的反應產物作為主要成分被選擇性地排出，從中和區(qū)排出的吸收液進一步與廢氣接觸以吸收其中包含的硫氧化物，其特征在于，對選自下列各項中的超過一項的參數(shù)進行檢測鍋爐的負載、在鍋爐中燃燒的燃料的硫含量、廢氣的流速、脫硫設備入口處SO2的濃度、脫硫設備出口處SO2的濃度或中和區(qū)中吸收液的pH值或在中和區(qū)中的壓力損失、攪拌裝置的轉矩、吸收液中的固體濃度、吸收液的比重和吸收液的粘度，從而調節(jié)選自下列各項中的超過一項的參數(shù)循環(huán)以與廢氣接觸的吸收液的流速、向吸收液供應的固體脫硫劑的量、固體脫硫劑的粒徑、中和區(qū)中固體脫硫劑的攪拌速度，從而將脫硫設備的SO2濃度控制在預先設定的值的范圍內；和一種采用固體脫硫劑的濕式煙道氣脫硫設備，該設備包括一個中和區(qū)，在該中和區(qū)中從燃燒裝置如鍋爐排出的廢氣與吸收液接觸，然后，固體脫硫劑選擇性地留在中和區(qū)中以中和含從廢氣中吸收的硫氧化物的吸收液，由硫氧化物和含水的吸收液產生的反應產物作為主要成分被選擇性地排出，和一個用于使從中和區(qū)排出的吸收液進一步與廢氣接觸的循環(huán)通道，該設備還包括用于對選自下列各項中的超過一項的參數(shù)進行檢測的裝置鍋爐的負載、在鍋爐中燃燒的燃料的硫含量、廢氣的流速、脫硫設備入口處SO2的濃度、脫硫設備出口處SO2的濃度或中和區(qū)中的吸收液的pH值或在中和區(qū)中的壓力損失、攪拌裝置的轉矩、吸收液中的固體濃度、吸收液的比重和吸收液的粘度，根據(jù)所述的檢測裝置檢測得到的值對下列各項中的超過一項的參數(shù)進行調節(jié)的裝置循環(huán)以與廢氣接觸的吸收液的流速、向吸收液供應的固體脫硫劑的量、固體脫硫劑的粒徑、中和區(qū)中固體脫硫劑的攪拌速度，和按照所說的調節(jié)裝置進行操作以將脫硫設備的SO2濃度控制在預先設定的值的范圍內的控制裝置。
在本發(fā)明中用于調節(jié)中和區(qū)中固體脫硫劑，此處所使用的為石灰石層，的攪拌速度的攪拌裝置包括中和區(qū)中的帶有攪拌槳或攪拌耙的攪拌裝置，使中和區(qū)本身旋轉的裝置等。
用于本發(fā)明中的固體脫硫劑其重量平均粒徑(下文中簡稱為平均粒徑)優(yōu)選為大于0.5毫米。平均粒徑小于0.5毫米的固體脫硫劑將難于使脫硫劑與氧化反應產物如石膏分離開并導致固體脫硫劑如石灰石在粉碎后向煙道氣脫硫設備的運輸過程中粒徑降低。更優(yōu)選的是，固體脫硫劑的平均粒徑大于1.0毫米。平均粒徑大于10毫米的固體脫硫劑將會降低中和吸收了廢氣中SO2的吸收液的反應活性，此外，將會使與煙道氣脫硫設備的中和區(qū)相連接的固體脫硫劑供應管磨損。因此，用于本發(fā)明中的固體脫硫劑其平均粒徑優(yōu)選為0.5-10毫米。但是，由于上面所述的理想的平均粒徑為一種并不嚴格限定的標準，在本發(fā)明中也可包含小于0.5毫米的固體脫硫劑。
本發(fā)明中最好通過空氣輸送方法以漿液或干態(tài)向中和區(qū)供應固體脫硫劑。
向中和區(qū)供應的固體脫硫劑的量通過固定量送料機或對固體脫硫劑的粉碎機進行開關操作進行控制，而固體脫硫劑的粒徑則通過改變粉碎機的速度進行控制。
本發(fā)明中所采用的固體脫硫劑的典型實例為石灰石。本文中所用的石灰石是指以CaCO3作為主要成分的沉積巖，還包括含MgCO3的沉積巖。相應地，包含CaCO3和MgCO3作為主要成分的白云石也包括在本發(fā)明中。由于石灰石包含雜質，它們會影響脫硫率，因而最好是通過粉碎該雜質而使具有高反應活性的CaCO3暴露于固體表面。然而，由于顆粒粒徑較細的固體脫硫劑很容易包含在固體產品如石膏中，因而，這種較細的顆粒即使具有較高的反應活性也應預先分離除去。另一方面，過量的大顆粒將會損壞固體脫硫劑供應區(qū)，因而，在供應區(qū)中最好設有過濾器或旋風分離器以使固體脫硫劑分類。
按照本發(fā)明，廢氣中的SO2通過吸收液(主要成分水)吸收而在吸收塔中產生H2SO3，吸收了SO2的吸收液通過空氣氧化為H2SO4(稀硫酸)。通過固體脫硫劑(本發(fā)明中為石灰石，用CaCO3代表，即在反應式中的主要成分)中和H2SO4成為固體產物(在本發(fā)明中為CaSO4·2H2O石膏)。本發(fā)明的最顯著的特點為使用石灰石作脫硫劑，當高pH值的含H2SO4的吸收液被中和時，石灰石的粒徑大于所產生的石膏的粒徑。
下面將描述在本發(fā)明的煙道氣脫硫設備中所進行的主要反應。下面顯示的反應式(1)-(3)為用于更好地理解本發(fā)明的典型反應，應當理解，在煙道氣脫硫設備中發(fā)生的所有的反應并不總是相應于式(1)-(3)。
(吸收反應)(1)(氧化反應)(2)(中和反應)(3)含H2SO4(稀硫酸)的吸收液隨其中流化的石灰石通過本發(fā)明脫硫設備中用石灰石中和吸收液以發(fā)生上述中和反應的區(qū)域，從而使吸收液的pH值增加。再向上述的中和區(qū)供給與用于反應的消耗量相同的石灰石。然而，當石灰石粒徑變化時，由于在中和區(qū)中對石灰石的量進行測量是不實際的，如果測定中和后的pH值以控制供應的石灰石量，則駐留的石灰石量將會增加至吸收液不能自由流動，從而使得難于控制石灰石的供應量。
另一方面，不僅通過測量吸收液的pH值，而且測量石灰石層的壓力損失、攪拌裝置的轉矩、吸收液中的固形物的濃度、吸收液的比重和吸收液的粘度等有可能正確地測量石灰石的量。石灰石流動層的壓力損失與石灰石數(shù)量的增加成正比，并且即使石灰石的數(shù)量不變，也會受到吸收液的比重的影響。進而，在吸收液的比重與吸收液的粘度或其固形物(基本上為石膏顆粒)的濃度之間存在一種關系。通常，流動層的壓力損失(ΔP)按照下式表示。
ΔP＝(石灰石的比重－吸收液的比重)×(石灰石層的高度)×(1－空隙率)上式中的空隙率為流化狀態(tài)下的值，但是，(石灰石層的高度)×(1－空隙率)的乘積在靜態(tài)下與在流態(tài)化下是相同的，因而，在靜態(tài)下的石灰石層的高度可通過上式進行測定。也就是說，當石灰石層的比重已知(約為2.7)且靜態(tài)下空隙率為約0.4時，雖然與顆粒形狀有關，石灰石層的高度可通過測量壓力損失ΔP和吸收液的比重而得到。進而，由于吸收液的比重與顆粒的濃度(基本上為在這種情形下石膏顆粒的濃度)或吸收液的粘度存在關聯(lián)性，從而可測量其濃度或粘度而不用測量比重。
圖5具體給出了石灰石層的高度與壓力損失間的關系，在吸收液的固體濃度不變時它們之間成正比關系。這樣，當吸收液的固體濃度(比重)變化時，石灰石層的高度可通過預先得到石灰石層的高與壓力損失間的關系而估算出來，從而易于通過調節(jié)石灰石的供應量和/或顆粒尺寸控制在出口處相應于廢氣數(shù)量的SO2的濃度或在廢氣中的SO2的濃度變化。
附圖簡述

圖1為本發(fā)明第一實施例的單塔濕式煙道氣脫硫設備的示意圖；圖2為圖1的中和區(qū)的放大圖；圖3為圖2沿A-A線的中和區(qū)截面圖；圖4為圖2沿A-A線的中和區(qū)的改進實施例的截面圖；圖5為按照本發(fā)明石灰石層高與壓力損失之間的關系曲線；圖6為圖1所示第一實施例中控制吸收設備的流程圖；圖7顯示了按照第一實施例的控制結果；圖8為入口氣體的狀態(tài)與由脫硫速度獲得的預定石灰石層高度值H之間的關系曲線；圖9為在第一實施例(實線(a))、第二實施例(虛線(b))和比較實施例1(點劃線(c))中脫硫率隨時間變化的示意圖；圖10為本發(fā)明第二實施例的單塔濕式煙道氣脫硫設備的示意圖；圖11為圖10的中和區(qū)的放大圖；圖12為圖10所示第二實施例中控制單塔濕式煙道氣脫硫設備的流程圖；圖13為比較實施例1中控制單塔濕式煙道氣脫硫設備的流程圖14為本發(fā)明第三實施例中控制單塔濕式煙道氣脫硫設備的流程圖；圖15為比較實施例2中控制單塔濕式煙道氣脫硫設備的流程圖；圖16為第三實施例(實線(a))和比較實施例3(虛線(b))中入口SO2含量與液氣比(L/G)之間的關系曲線；圖17為第三實施例(實線(a))和比較實施例3(虛線(b))中液氣比(L/G)與脫硫率之間的關系曲線；圖18為第四實施例(實線(a))和比較實施例4(虛線(b))中為獲取90％的脫硫率的液氣比(L/G)與入口SO2含量之間的關系曲線；圖19為本發(fā)明第五實施例的單塔濕式煙道氣脫硫設備的示意圖；圖20為本發(fā)明第六和第七實施例的中和裝置的示意圖；圖21為第六實施例(實線(a))和第五實施例(虛線(b))中隨(L/G)變化控制出口SO2的結果的示意圖；圖22為本發(fā)明第七實施例中出口SO2含量變化的示意圖；圖23為本發(fā)明的第八實施例中用作中和裝置的濕工藝窯(wet process kiln)的示意圖；圖24為本發(fā)明的第九實施例中用作中和裝置的設置在循環(huán)槽下面的耙的示意圖；圖25為本發(fā)明的第十實施例的臥式(或斜式)單塔濕式煙道氣脫硫設備示意圖；圖26為本發(fā)明的第十一實施例的具有外部氧化塔的單塔濕式煙道氣脫硫設備示意圖；圖27為常規(guī)的單塔濕式煙道氣脫硫設備的示意圖。
優(yōu)選實施方式的描述下面結合附圖對本發(fā)明的多種實施例作詳細描述。但是，本發(fā)明并不受這些實施例的限制。第一實施例圖1-3顯示了本發(fā)明的第一實施例的單塔濕式煙道氣脫硫設備。該單塔濕式煙道氣脫硫設備包括塔體1、入口導管2、出口導管3、噴嘴4、吸收液泵5、循環(huán)槽6、攪拌裝置7、吹送裝置8、除霧器9、石灰石供應管12、供應管12的開關閥31等，該設備還包括用于測量循環(huán)吸收液的pH值的pH計21、用于測量流化石灰石層19的壓力損失的壓力計22、用于測量吸收液比重的比重計23、設置在支管16與分散管17交接處用于使吸收液流至特定的分散管17中的開關閥24以及用于將中和區(qū)中的石灰石分離成多個分區(qū)的隔板25。此外，在脫硫塔的入口導管2上設有氣體流量計27、在入口導管2和出口導管3上設有SO2濃度計28、如上所述壓力計22和比重計23向控制單元30供給信號，控制單元向石灰石供應管12的開關閥31、吸收液泵5、分散管17的開關閥24等輸出信號以對其進行控制。
從鍋爐中排出的廢氣A經(jīng)入口導管2引入脫硫塔體1中，經(jīng)出口導管3排出。在此過程中，由吸收液泵5泵送的吸收液經(jīng)多個噴嘴4噴淋進入脫硫塔以進行吸收液與廢氣A的氣液接觸。此時，吸收液液滴從廢氣A中選擇性地吸收SO2以形成亞硫酸。由此形成的包含有所形成的亞硫酸的吸收液液滴滴落到設置在循環(huán)槽6上的液體收集板14上。收集滴落到液體收集板14上的吸收液，并經(jīng)引管15導入到循環(huán)槽6。在該過程中，吸收液中的亞硫酸被來自吹送裝置8中的氧化性空氣流B氧化成硫酸。用于使吸收液向上均勻流動的多個分散管17經(jīng)支管16與引管15的底部連接。每一個分散管17具有多個分散孔18，通過這些分散孔，吸收液和空氣均勻而劇烈地噴出產生向上的物流。硫酸與石灰石反應在流化的石灰石層19中形成石膏，但石膏顆粒與水單獨通過提升吸收液物流經(jīng)位于上部的吸收液出口20從循環(huán)槽6中排出，而由于石膏顆粒小于石灰石顆粒，石灰石選擇性地留在循環(huán)槽6中。
圖2和3顯示了一部分循環(huán)槽6的詳細結構，在循環(huán)槽中駐留有石灰石層19，其中圖2為側視圖，而圖3為圖2沿A-A線的截面圖。按照本實施例，支管16與引管15的底部的側表面相連接，多個分散管17被設置成均勻地從支管16在循環(huán)槽6的整個底部平面上擴展。隔板25將多個分散管17分離開，并將吸收液中和區(qū)中的石灰石顆粒分成多個分區(qū)。進而，通過各開關閥24獨立地向每一分區(qū)供給吸收液，每一開關閥設在每一中和區(qū)的分區(qū)的分散管17與支管16的連接處，從而使得即使吸收液的循環(huán)量下降也可使來自分散孔18的吸收液的噴射速度保持在高于給定值上。進而，通過每一個壓力計22和比重計23測量在每一個分區(qū)中的流化的石灰石層19的壓力損失和吸收液的比重。雖然在圖中僅示出了一個壓力計，但在每一個分區(qū)上都設有一個壓力計。
如上所述，將在中和區(qū)中中和以恢復至某一確定pH值的吸收液再一次通過吸收液排出管10由位于循環(huán)槽6的上部的出口管20加至噴嘴中以吸收廢氣中的SO2，如圖1所示。一部分吸收液被加至pH計中以測量中和后吸收液的pH值。進而，將一部分吸收液被加至脫水機13中以收集石膏C。由在圖中未示出的粉碎機將石灰石D磨碎成為具有給定粒徑的顆粒，將這些顆粒通過石灰石供應管12加至循環(huán)槽6中。
在循環(huán)槽6為圓柱形時，引管15、支管16、分散管17及設在分散管17中的分散孔18也可按照圖4所示的方式設置，圖4為圖2沿A-A線的截面圖。進而，盡管在圖4中未示出，在支管16與分散管17間的接合處設有開關閥24，如圖1和圖2所示。
本實施例所具有的突出特點是在循環(huán)槽6內的中和區(qū)中于石灰石層19上形成的上升的吸收液流消除了對諸如用于攪拌石灰石的攪拌裝置的設備及其安裝設備的需求，消除了對驅動這些設備的能量需求。
圖6示出的是按照本實施例的控制脫硫設備的流程圖。
消耗量的石灰石(由其產生石膏的量)可由脫硫塔在入口導管2處的氣體流速、入口導管2處的SO2的濃度及出口導管3處的SO2的濃度得到。對實際石灰石供給量進行調節(jié)從而使實際的石灰石消耗測量值與計算值相符。另一方面，可以由脫硫塔入口導管2處的SO2的濃度、預先設定的脫硫率值和中和后吸收液的pH值來得到必要的液氣比值(L/G廢氣和與廢氣接觸的吸收液的比值)及吸收液供應分區(qū)的個數(shù)(按照吸收液的供應量(循環(huán)量)由隔板25將多個分區(qū)相互分離開)，從而調節(jié)吸收液供應分區(qū)數(shù)量以使L/G比值等于計算值。
因此，向其中供給吸收液的分區(qū)的個數(shù)可通過打開在中和區(qū)的多個分區(qū)中所使用的特定分區(qū)的開關閥24來調節(jié)，這些分區(qū)由隔板25形成，用于由相應已打開的開關閥24的分散管17的分散孔18噴射出吸收液。
圖7示出了L/G比值與入口SO2濃度間的關系的實例，其中脫硫率的設定值及在入口導管2處的SO2濃度越大，或中和后吸收液的pH值越低，則必要的L/G比值越大。然而，必要的L/G比值及這些因素間的關系也會受脫硫塔的結構或廢氣的微量成分影響，因而如圖7所示的關系應預先得到。脫硫塔的L/G比值主要是通過調節(jié)吸收液泵5的的功率來控制的，如控制運行中的吸收液泵5的數(shù)量。
當L/G比值變化時，控制開關閥24以保持來自分散孔18的吸收液的噴射速度在給定范圍內。當來自分散孔18的吸收液的噴射速度太大時，石灰石D與石膏C顆粒一起從中和區(qū)中流出，從而降低了石膏C的質量。另一方面，當該值太小時，石灰石層的流化態(tài)太差，從而使中和速度(脫硫率(η))減小。
如上所述，即使操作條件已確定，脫硫率(η)有時也會與預先設定值不同。其原因之一是由脫硫塔入口導管2處的氣體流速和入口導管2及出口導管3處的SO2的濃度得到的石灰石D的消耗量誤差(在測量氣體流速與SO2濃度時測量裝置的誤差)導致中和區(qū)中石灰石用量的變化。
進而，存在這樣的可能性，即通過石灰石供應管12向循環(huán)槽6供給的石灰石D的粒徑及供應量的變化(石灰石本身的可破碎性或粉碎機的破碎性方面的變化)也會引起這種差異。
為了解決本實施例的這種問題，可以脫硫率及石灰石層高H的設定值與測量值間的差異為基礎來調節(jié)石灰石D的供應量及粒徑，所說的設定值是通過比較脫硫率(η)的實際測量值與其設定值得到的，石灰石層高H是通過將由壓力計22及比重計23測量的流化石灰石層19的壓力損失(ΔP)和吸收液的比重代入下述公式中而計算出來的ΔP＝(石灰石的比重－吸收液的比重)×(石灰石層的高度)×(1－空隙率)同時，石灰石D的粒徑可通過現(xiàn)有技術的方法進行調節(jié)，如向粉碎機(未示出)供應的石灰石D的量、粉碎機的操作條件等。石灰石層的高度H需要以入口氣體的條件及脫硫率預先進行設定。圖8示出了一個實例，其中如果入口氣體條件(氣體流速及脫硫塔入口和出口處的SO2濃度)變化超過了給定值，石灰石的供應量就再以入口條件進行調節(jié)。
在按照本實施例的設備中，使用重量平均粒徑為2毫米的石灰石(石灰石層高H＝50厘米)進行脫硫試驗。但是，脫硫塔入口處廢氣的量一定，入口和出口處廢氣A中的SO2被控制在1000ppm與50ppm。石灰石層的高度H穩(wěn)定地控制在50厘米。圖9中的實線代表脫硫率隨時間的變化。進而，石灰石層的高度H在試驗開始時及以后是相等的。第二實施例圖10示出了按照本實施例的脫硫設備。使用與第一實施例相同的設備及在同樣的條件下進行脫硫試驗。但是，在本實施例中設有用于將空氣吹入如圖1所示的設備中的石灰石層19中的吹送裝置26和吹送孔29以實現(xiàn)進一步攪拌石灰石使其流化。圖11為中和區(qū)的放大示意圖。按照本實施例，借助空氣，石灰石層19的攪拌速度通過改變向中和區(qū)供應的空氣量來調節(jié)，而非調節(jié)石灰石D的粒徑。也可以向石灰石層19噴射水代替空氣。
圖12示出了本實施例中所用的控制流程圖。圖9中虛線(b)示出脫硫百分率隨時間的變化關系。與該實施例相類似，得到穩(wěn)定的脫硫率，試驗前后石灰石層的高度相同。比較實施例1使用如圖27所示的常規(guī)脫硫設備進行脫硫試驗。由于不可能在該比較實施例中對石灰石的高度進行檢測，石灰石的供應量是通過脫硫塔的出口處的SO2濃度進行控制的。圖13示出了用于該比較實施例的控制流程圖。圖9中點劃線(c)示出了脫硫百分率(η)隨時間的變化關系。與實施例1和2比較，脫硫率變化顯著，試驗后的石灰石層高度約為試驗前該值的1.5倍。實施例3使用與第一實施例相同的設備和條件進行脫硫試驗。石灰石的供應量不受脫硫塔的入口氣體(在脫硫塔入口和出口處的氣體流速及SO2濃度)的條件控制，但在本實施例中，以由石灰石層19的壓力損失(ΔP)和吸收液的比重確定的石灰石層高度為基準控制石灰石的供應量及其粒徑。當吸收液的循環(huán)率由于L/G比值控制而變化時，通過開關閥24控制中和區(qū)內在吸收液供應分區(qū)中的吸收液的向上的流速不會降至小于4厘米/秒。圖14示出了用于本實施例中的流程圖。與第一實施例的情形類似，得到穩(wěn)定的脫硫率(如圖9的實線(a)相同的曲線)，而試驗后的石灰石層高度與試驗前的高度相同。圖17中的實線(a)示出了在本實施例中脫硫率與L/G比值的關系。比較實施例2使用與實施例3相同的設備和條件進行脫硫試驗，只是中和區(qū)中吸收液供應分區(qū)的數(shù)量不進行控制。圖15示出了用于本比較實施例中的流程圖。
圖16中分別用實線(a)和虛線(b)示出了實施例3與比較實施例2中入口SO2濃度與L/G比值之間的關系。很明顯，在比較實施例2中，中和區(qū)中吸收液供應分區(qū)的數(shù)量不進行控制時在相同的入口SO2濃度下的L/G比值比實施例3的該值要高。比較實施例3使用圖27所示的脫硫設備及與實施例3相同的條件進行脫硫試驗。圖17的虛線(b)示出了得到的結果。與在同一圖中的實線(a)示出的實施例3的結果比較，在較低L/G比值下，比較實施例中的脫硫率下降更為顯著?？梢酝茢?，當L/G比值降低時(即當氣體的量一定而液體的量降低時)石灰石的流化不充分。實施例4使用與第一實施例相同的設備進行脫硫試驗，在入口處的SO2濃度從200-2000ppm的范圍內變化時測試脫硫率。圖18中的實線(a)示出了為了得到90％的脫硫率，L/G比值和入口SO2濃度間的關系。比較實施例4使用圖27所示的脫硫設備及與實施例4相同的條件進行脫硫試驗。與實施例4相比，當入口SO2濃度下降時，L/G比值并不易于下降。可以推斷，當L/G比值降低時(即當氣體的量一定而液體的量降低時)石灰石的流化不充分。實施例5
用于實施例1-4的脫硫設備所具有的結構中，石灰石在循環(huán)槽6中流化，槽的內部被分開。另一方面，如圖19所示，多個中和單元33獨立地設置在脫硫塔體1外并通過連接管34與循環(huán)槽6相連。每一個連接管34均設有開關閥24以通過設置在循環(huán)單元33的底部之上的分散管的分散孔(未示出；與用于圖2和3中的相同)噴出吸收液。相反，或與通過在分散管上的分散孔噴出吸收液一起，如圖10和11所示可設置空氣吹送裝置或水吹送機26和空氣吹送孔或水吹送孔29。雖然未在圖19中示出，獨立地設置在脫硫塔體1外的中和單元33可不必為多個而可以為單個，或單一中和單元33的內部也可與第一實施例相類似地分開(見圖2和3)。
本實施例中的控制流程圖與圖6相同。此時，圖1中的分散管17的開關閥24相應于圖19中連接管34的開關閥24。
如圖19所示，在脫硫設備中可在中和單元33與循環(huán)泵5之間設置用于分離石灰石D和石膏C的分離器。實施例6在本實施例中，在中和單元33中的石灰石層19通過攪拌器36攪拌而非通過由中和單元33的分散管19形成吸收液的噴射流或鼓入空氣來攪拌。圖20為中和單元33的放大圖。
在中和單元33中加入重量平均粒徑為1毫米或更大的石灰石以形成其流化床。這些石灰石顆粒與石膏顆粒(重量平均粒徑為10-100μm)易于分開，這是因為其粒徑相差相當大。相應地，中和單元33中的石灰石量與石膏的質量無關，石灰石加入越多，吸收液被中和的越少，優(yōu)選吸收液與石灰石的比值為9∶1-6∶4(重量)。
粒徑較粗的石灰石總是通過攪拌器36在吸收液中攪拌。從循環(huán)槽6(見圖19)向中和單元33供應吸收液，而由石灰石供應管12供應石灰石?？梢允褂眠@樣一種結構，即在其中粒徑較細的石灰石也按需要由石灰石供應管37供應。用于本實施例的控制流程圖與圖6相同，但“ΔP，入口吸收液比重”用“攪拌器的轉矩”代替。此時，應預先確定攪拌器36的轉矩與石灰石層高度之間的關系。
使用如上所述的設備進行脫硫試驗。在脫硫塔入口處廢氣中的SO2濃度為1000ppm。石灰石(重量平均粒徑為5毫米)以與2小時內排出的廢氣A中SO2等摩爾量被預先加入到中和單元33中，進而，從石灰石供應管12再供應相當于廢氣中SO2量的0.97摩爾的石灰石。向循環(huán)槽6鼓入的空氣量為廢氣中SO2摩爾量的30倍。
圖21實線(a)示出了當入口SO2濃度變化時在脫硫塔的出口處濃度的變化。在此情況下，由pH計21(見圖19)確定泵出中和單元33的吸收液的pH值以控制攪拌器36的轉速，從而使得在入口SO2濃度的變化前后保持pH值近似穩(wěn)定，而確定出口SO2濃度以改變L/G比值，從而控制該濃度。從圖中看出，出口SO2濃度在較小的范圍內變化，即使在入口SO2濃度變化時，其也會在相當短的時間內恢復初始設定值。比較實施例5重復實施例6的過程，只是當脫硫塔入口SO2濃度變化時，保持攪拌器36的轉速不變，而改變L/G比值以控制出口SO2的濃度(L/G比值主要是通過控制吸收液泵5的數(shù)量等來控制的)。圖21的虛線(b)示出了所得到的結果。與實施例6比較，觀察到出口SO2濃度的明顯變化，并且在比較實施例中需花費較長的時間來恢復到起始設定值。實施例7重復實施例6的過程，只是當脫硫塔入口SO2濃度變化時，保持攪拌器36的轉速不變，而從供應管37向中和單元33供應重量平均粒徑為10μm的石灰石(以下稱之為微細石灰石)以保持入口SO2濃度變化前后pH值近似不變。圖22示出了出口SO2濃度的變化。與實施例6的情形類似，出口SO2濃度在小范圍內變化，并且即使當入口SO2濃度變化時也會在較短的時間內恢復其初始設定值。實施例8當設有圖20所示的攪拌器36的槽被用于實施例6和7中作為中和單元33時，例如，如圖23所示的濕式窯38可用作該單元33。在本實施例中，可以通過改變窯38自身的轉速而非如圖20所示的改變攪拌器36的轉速來調節(jié)吸收液的停留時間，或者通過由設于出口處的分布器39經(jīng)管線40將部分吸收液循環(huán)至窯38的入口而非控制圖20中中和單元33中吸收液(槽水平)的水平來調節(jié)吸收液的停留時間。實施例9當中和單元33設置在實施例5-8中的脫硫塔的外部時，如圖24所示，也可以在循環(huán)槽6的下部設一個耙(rake)42，在循環(huán)槽6中加入顆粒石灰石D以形成石灰石層19并通過耙的轉速來控制脫硫塔的SO2濃度。在本實施例中，與用于圖6所示的裝置或部件具有相似功能的裝置或部件以相同的標號標注，進一步的說明省略。
在本實施例中采用分離器43。從循環(huán)槽6排出的含石膏C的吸收液通過泵44被泵送至分離器43中以分離石膏C。然后，將含少量石灰石D而主要為石膏C的吸收液送至脫水機13中以脫水并收集石膏C。
在所有上述實施例中，由于石灰石D與石膏C的粒徑差異，雖然可利用它們在沉降速度方面的不同而將石灰石D選擇性地留在中和區(qū)中，但也可以利用其它方法來分離石灰石和石膏，如利用篩網(wǎng)或利用慣性力。進而，雖然在所有的實施例中均描述了具有如下結構的脫硫塔從塔的下部引入廢氣，從塔的上部排出廢氣，通過噴淋方法將吸收液噴淋在廢氣上，本發(fā)明對廢氣的流動方向或吸收液與廢氣間的接觸系統(tǒng)改變了的(如廢氣通過傾斜管引入吸收液中的濕壁式吸收設備或鼓泡式系統(tǒng))改進型可有效地應用，或者對廢氣的流動被迫以非垂直方向流動的臥式溫式煙道氣脫硫設備也可有效地應用。實施例10在本實施例中使用臥式濕式煙道氣脫硫設備。本發(fā)明可有效地用于如圖25所示的廢氣的通道為非垂直方向的臥式(斜式)煙道氣脫硫設備。在本實施例中，與用于第一實施例的設備與部件具有類似功能的那些具有相同的編號，并省略對它們的進一步的描述。本設備的脫硫塔包括脫硫塔體1、入口導管2、出口導管3。入口導管2設有噴嘴4以向引入的廢氣噴淋吸收液從而將SO2吸收在液體中，然后將液體滴入設置在脫硫塔下部的循環(huán)槽6中以進行氧化。出口導管3設有除霧器9以防止噴淋的霧夾帶出脫硫塔外。
從鍋爐排出的廢氣A由入口導管2引入到脫硫塔1中并從出口導管3排出。在該過程中，于脫硫塔內通過泵5經(jīng)多個噴嘴4噴淋吸收液以進行吸收液與廢氣間的氣液接觸。因而，廢氣A中的SO2被選擇性地吸收于吸收液中以形成亞硫酸。將由此形成的含亞硫酸的液滴滴于一個設置在循環(huán)槽6中的液體收集板14上。收集液體收集板14上的吸收液并將其經(jīng)引管15引至循環(huán)槽6底部。在該過程中，亞硫酸被由空氣吹送裝置8吹入的氧化性空氣氧化成硫酸。在引管15底部通過支管16設置多個用于均勻地使吸收液向上的分散管17，每個分散管17具有多個分散孔(未示出)。吸收液和空氣通過這些分散孔均勻且劇烈地噴出以產生向上的物流。通過硫酸與流化石灰石層19中的石灰石反應形成石膏，由于石膏顆粒的粒徑小于石灰石顆粒的粒徑，僅僅石膏顆粒與水隨著吸收液的向上的物流從位于槽6上部的吸收液出口20排出循環(huán)槽6，石灰石選擇性地留在槽內。在石灰石層19中中和了的吸收液通過吸收液排出管10并通過吸收液泵5泵送至噴嘴4中。經(jīng)中和后的部分吸收液泵送至脫水機13中以脫水并收集石膏C。如圖25所示，石灰石層19并不是設置在循環(huán)槽6內吸收液中，而是可以將中和單元設置在循環(huán)槽6的外部以容留顆粒狀石灰石。
用于本實施例的控制流程圖與圖6所示的實施例1的流程圖相同。另一方面，當供應的石灰石量不按入口條件(脫硫塔的入口和出口處的氣體流速和SO2濃度)進行控制而石灰石的數(shù)量與粒徑均以由石灰石層19處壓力損失(ΔP)和吸收液的比重確定的石灰石層的高度H為基準調節(jié)時，另一控制流程圖與圖14相同。
進而，在本實施例中，如圖10和11所示，本發(fā)明的脫硫設備可以設有空氣吹送裝置或水吹送機26和空氣或水吹送孔29以促進石灰石層中對流化的石灰石D的攪拌。此時，通過改變空氣或水向中和區(qū)的供應量而非調節(jié)石灰石D的粒徑可以調節(jié)由中和區(qū)中的空氣或水引起的石灰石層19的攪拌速度。用于本處的控制流程圖與圖12相同。
按照本發(fā)明的臥式吸收塔不僅包括如圖25所示的氣體通道水平的吸收塔，還包括略為傾斜至非垂直方向的吸收塔。實施例11本發(fā)明也適用于如圖26所示設有外部氧化塔的煙道氣脫硫設備。本發(fā)明的脫硫設備包括三個塔，即用于進行冷卻及廢氣除塵的冷卻塔(未示出)，用于噴淋吸收液以與廢氣中的SO2反應的脫硫塔體1及用于氧化脫硫塔體1中形成的亞硫酸鈣的氧化塔45。圖26所示的設有外部氧化塔的煙道氣脫硫設備中發(fā)生的基本反應如下。
在脫硫塔體1中通過吸收液(主要成分水)吸收廢氣A中的SO2以形成H2SO3，它再與含于吸收液中的亞硫酸鈣(CaSO3·1/2H2O)反應形成過亞硫酸鈣(Ca(HSO3)2)。在通過石灰石層19的過程中過亞硫酸鈣與中和區(qū)中的石灰石反應形成亞硫酸鈣。所形成的亞硫酸鈣循環(huán)至噴嘴4中再與通過吸收廢氣A中的SO2而形成的H2SO3反應。另一方面，向槽46中加入部分亞硫酸鈣，其中其pH值通過在攪拌裝置47攪拌下加入硫酸G進行調節(jié)，然后送至氧化塔45。向氧化塔45中供應空氣，從而亞硫酸按照下述反應式被氧化成為石膏(吸收反應)(中和反應)
(氧化反應)按照本實施例的脫硫塔的控制流程圖與第一實施例相同。本實施例也可以采用如圖14所示的下述控制流程圖，如圖10和11所示，使用空氣吹送裝置或水吹送機26或如圖12所示，使用空氣吹送孔或水吹送孔29以攪拌石灰石層19。
如上所述，按照本發(fā)明，即使改變吸收液的循環(huán)量，也可以得到穩(wěn)定的脫硫率而不會減少。進而，由于采用了無需減小粒徑的固體脫硫劑，可以省去減小粒徑的花費，從而更經(jīng)濟地得到高的脫硫率，并且在改變鍋爐的負載或煙道氣的硫含量時易于控制脫硫塔出口處廢氣中的SO2的濃度，因此，脫硫設備的脫硫率可穩(wěn)定且變化很小。
權利要求
1.一種采用固體脫硫劑的濕式煙道氣脫硫方法，其中，從燃燒裝置如鍋爐排出的廢氣與吸收液接觸，固體脫硫劑選擇性地留在中和區(qū)中以中和含有從廢氣中吸收的硫氧化物的吸收液，由硫氧化物和含水的吸收液產生的反應產物作為主要成分被選擇性地排出，從中和區(qū)排出的吸收液進一步與廢氣接觸以吸收其中包含的硫氧化物，其特征在于，對選自下列各項中的超過一項的參數(shù)進行檢測鍋爐的負載、鍋爐中燃燒的燃料的硫含量、廢氣的流速、脫硫設備入口處SO2的濃度、脫硫設備出口處SO2的濃度或中和區(qū)中吸收液的pH值或在中和區(qū)中的壓力損失、攪拌裝置的轉矩、吸收液中的固體濃度、吸收液的比重和吸收液的粘度，從而調節(jié)選自下列各項中的超過一項的參數(shù)循環(huán)以與廢氣接觸的吸收液的流速、向吸收液供應的固體脫硫劑的量、固體脫硫劑的粒徑、中和區(qū)中固體脫硫劑的攪拌速度，從而將脫硫設備出口的SO2濃度控制在預先設定值的范圍內。
2.按照權利要求1所述的采用固體脫硫劑的濕式煙道氣脫硫方法，其中檢測中和區(qū)中壓力損失、攪拌裝置的轉矩、吸收液中的固體濃度、吸收液的比重或吸收液的粘度以推定留在中和區(qū)中的石灰石的數(shù)量，從而調節(jié)選自下列各項中的超過一項的參數(shù)循環(huán)以與廢氣接觸的吸收液的流速、向吸收液供應的固體脫硫劑的量、固體脫硫劑的粒徑、中和區(qū)中固體脫硫劑的攪拌速度，從而將脫硫設備出口的SO2濃度控制在預先設定值的范圍內。
3.按照權利要求1或2所述的采用固體脫硫劑的濕式煙道氣脫硫方法，其中產生來自中和區(qū)底部的吸收液的向上的物流，或與所述的吸收液物流一起或者單獨產生來自中和區(qū)底部的空氣或水的向上的物流，從而流化中和區(qū)中的固體脫硫劑，以由吸收液的向上流動的物流或空氣或水的向上流動的物流來調節(jié)固體脫硫劑的攪拌速度。
4.按照權利要求3所述的采用固體脫硫劑的濕式煙道氣脫硫方法，其中將中和區(qū)的內部分成多個分區(qū)以產生吸收劑的向上的物流或在每一個分區(qū)中獨立地產生空氣或水的向上的物流，有固體脫硫劑在其中進行攪拌的分區(qū)的數(shù)量通過選擇是否使得在每一個分區(qū)中可以產生吸收液、空氣或水的向上流動的物流來決定，由此調節(jié)固體脫硫劑的攪拌速度。
5.按照權利要求1或2所述的采用固體脫硫劑的濕式煙道氣脫硫方法，其中向吸收液供應的固體脫硫劑的量是通過加入具有平均粒徑100μm或更小的固體脫硫劑來調節(jié)的。
6.按照權利要求1或2所述的采用固體脫硫劑的濕式煙道氣脫硫方法，其中選擇性地留在中和區(qū)中的固體脫硫劑的平均粒徑為0.5毫米或更大。
7.按照權利要求1或2所乎的采用固體脫硫劑的濕式煙道氣脫硫方法，其中固體脫硫劑為石灰石，反應產物為石膏。
8.一種采用固體脫硫劑的濕式煙道氣脫硫設備，該設備包括中和區(qū)，在中和區(qū)中從燃燒裝置如鍋爐排出的廢氣與吸收液接觸，然后，固體脫硫劑選擇性地留在中和區(qū)中以中和含有從廢氣中吸收的硫氧化物的吸收液，由硫氧化物和含水的吸收液產生的反應產物作為主要成分被選擇性地排出以及用于使從中和區(qū)排出的吸收液進一步與廢氣接觸的循環(huán)通道，該設備還包括用于對選自下列各項中的超過一項的參數(shù)進行檢測的裝置鍋爐的負載、在鍋爐中燃燒的燃料的硫含量、廢氣的流速、脫硫設備入口處SO2的濃度、脫硫設備出口處SO2的濃度或中和區(qū)中SO2濃度或吸收液的pH值或在中和區(qū)中的壓力損失、攪拌裝置的轉矩、吸收液中的固體濃度、吸收液的比重和吸收液的粘度，根據(jù)所說的檢測裝置檢測得到的值對下列各項中的超過一項的參數(shù)進行調節(jié)的裝置循環(huán)以與廢氣接觸的吸收液的流速、向吸收液供應的固體脫硫劑的量、固體脫硫劑的粒徑、中和區(qū)中固體脫硫劑的攪拌速度，和按照所說的調節(jié)裝置進行操作以將脫硫設備出口的SO2濃度控制在預先設定的值的范圍內的控制裝置。
9.按照權利要求8所述的采用固體脫硫劑的濕式煙道氣脫硫設備，其中該設備包括一個垂直的氣體從其下部引入而從其上部排出的廢氣通道，或者包括一個垂直的氣體從其下部引入而從其上部排出的廢氣通道，或者包括一個不是垂直的或水平的廢氣通道。
10.按照權利要求8或9所述的采用固體脫硫劑的濕式煙道氣脫硫設備，其中在中和區(qū)中形成重量平均粒徑為0.5毫米或更大的固體脫硫劑層。
11.按照權利要求8或9所述的采用固體脫硫劑的濕式煙道氣脫硫設備，其中固體脫硫劑為石灰石，反應產物為石膏。
全文摘要
從燃燒裝置如鍋爐排出的廢氣與吸收液接觸以吸收來自廢氣的硫氧化物至吸收液中，具有較大粒徑的固體脫硫劑選擇性地留在中和區(qū)中，已吸收了廢氣中的硫氧化物的吸收液在中和區(qū)中中和，由包含水及硫氧化物形成的石膏為主要成分的吸收液被選擇性地排出，從中和區(qū)排出的吸收液進一步與廢氣接觸。此時，與廢氣接觸的吸收液包含水作為其主要成分，從而存在由于鍋爐負載等變化脫硫率大大降低的可能。但是，按照本發(fā)明，對選自下列各項中的超過一項的參數(shù)進行檢測鍋爐的負載、鍋爐中燃燒的燃料的硫含量、廢氣的流速、脫硫設備入口處SO
文檔編號B01D53/50GK1142198SQ95190453
公開日1997年2月5日 申請日期1995年5月11日 優(yōu)先權日1995年2月28日
發(fā)明者吉川博文, 中島史登, 加來宏行, 高本成仁, 石坂浩, 野沢滋, 西村正勝, 中本隆則 申請人:巴布考克日立株式會社