一种基于动态反应区的高效半干法脱硫工艺.pdf

本发明提供一种基于动态反应区的高效半干法脱硫工艺，主要设备为脱硫塔、布袋除尘器和引风机，所述脱硫塔内反应段设计采用上述动态调节的方式，根据进入系统的烟气情况，在反应区域进行相应的温度、湿度和循环灰浓度的调节。将含有污染物SO2、粉尘和NOX的待处理烟气依次经过脱硫塔，布袋除尘器，然后通过引风机保持系统负压运行，实现对二氧化硫和粉尘的超低排放，同时还具有10％～50％脱硝效果。

权利要求书
1.  一种基于动态反应区的高效半干法脱硫工艺，其特征在于，将含有污染物SO2、粉尘和NOX的待处理烟气依次经过脱硫塔，布袋除尘器，然后通过引风机保持系统负压运行，实现对二氧化硫和粉尘的超低排放，同时还具有10％～50％脱硝效果。

2.  根据权利1要求所述的半干法脱硫工艺，其特征在于，优选的，所述脱硫塔内部通过设置整流区(2)、动态调节区(3)、主反应区(4)、反应调节区(5)和均流区(6)这五个区域进行反应条件的动态调节；所述待处理烟气在所述脱硫塔的主反应区(4)和反应调节区(5)内与脱硫剂石灰进行脱硫反应，所述脱硫塔的进气方式采用上进气或下进气。

3.  根据权利要求2所述的半干法脱硫工艺，其特征在于，在所述脱硫塔的整流(2)区，烟气主要完成循环灰浓度调节，脱硫系统根据系统入口CEMS检测数据，通过计算模块计算后得到实际所需要的循环灰量，然后回馈到循环灰系统设备控制模块，定量的设定循环灰量，以保证通过最低的能耗实现脱硫效率。

4.  根据权利要求3所述的半干法脱硫工艺，其特征在于，在所述脱硫塔的动态调节区(3)，同样根据入口CEMS检测数据，系统通过计算模块(23)计得到反应需要的最佳温度湿度条件，然后回馈到动态调节模块(7)，自动进行温度和湿度调节，使烟气达到理想的反应条件，动态调节模块(7)采用带有保护气的双流体雾化喷枪作为主要调节设备，同时也可以使用其他类型的喷枪，如高压雾化喷枪等。

5.  根据权利要求4所述的半干法脱硫工艺，其特征在于，大部 分的脱硫反应在主反应区完成，部分没有及时参与反应的污染物随烟气进入反应调节区(5)，经过进一步的反应调节，最终保证脱硫塔的反应效率。

6.  根据权利要求5所述的半干法脱硫工艺，其特征在于，经过脱硫后的净烟气进入均流区(6)，在均流区(6)流场相对稳定，经过反应后的循环灰会在此区域内碰撞粘结成较大的颗粒，大颗粒落入吸收塔下部设置的集灰斗，初步实现气固分离，大部分循环灰随烟气进入后续布袋除尘器(10)，经过滤袋分离后继续参与循环反应，定期从布袋除尘器(10)排出一定量的循环灰以保证系统的整体物料平衡。

7.  根据权利要求2～6任一项所述的半干法脱硫工艺，其特征在于，在脱硫塔内进行动态调节，动态调节模块(7)包括喷液模块、喷浆模块、喷灰模块中的任一种及其任意组合。

8.  根据权利要求2～6任一项所述的半干法脱硫工艺，其特征在于，在脱硫塔内进行循环灰、工艺水或碱性溶液的动态调节，调节溶液采用工业上常用的氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、氨水；调节溶液的质量百分比浓度为0.1～60％，优选0.5～20％，尤其优选0.5～5％。

9.  根据权利要求8所述的半干法脱硫工艺，其特征在于，还可以添加氧化剂和活化剂，所述活化剂包括醇胺类、硫酸铁、络合铁；所述氧化剂包括高锰酸钾、次氯酸钾、双氧水、重铬酸钾、臭氧、氯气；所述活化剂的质量百分比浓度为0.1～5％，优选0.5～3％，尤其 优选0.5～2％；所述氧化剂的质量百分比浓度为0.1～5％，优选0.5～3％，尤其优选0.5～2％。

10.  根据权利要求2～6任一项所述的半干法脱硫工艺，其特征在于脱硫塔内反应温度控制在60～140℃，优选为70～110℃，最优选为75～90℃；待处理的烟气温度在80～300℃，优选为100～240℃，最优选为120～180℃；进行吸收反应时，脱硫塔阻力≤600Pa，整套系统阻力≤3000Pa。

说明书一种基于动态反应区的高效半干法脱硫工艺
技术领域
本发明涉及一种基于动态反应区的半干法脱硫工艺，属于环境工程领域。
背景技术
环保部“十二五”规划拟订了二氧化硫的总量控制目标，到2015年，二氧化硫的排放总量将比2010年减少10％。这是一项比较严峻的任务。针对目前烟气脱硫治理领域来说，由于各种湿法脱硫工艺均需要定量的外排一定的废水来保证脱硫系统的离子平衡，而需要排放的废水成分极其复杂，处理难度极大，目前配套的脱硫废水处理工艺基本上只是对废水内的悬浮物及部分重金属离子进行处理，对废水里面的其他复杂离子没有好的处理办法，尤其是废水所含的高浓度的氯离子没有好的解决办法，因此处理后的废水没有办法进行回用，基本上用来作为压尘使用。而半干法脱硫工艺因无需废水排放，因此受到了广泛的关注，但是现有的几种半干法脱硫工艺都有一定的局限性，主要体现在脱硫效率不高但能耗较高，这大大限制了半干法脱硫工艺的应用前景。
目前，国内外已经应用的半干法烟气脱硫工艺主要有循环流化床工艺、旋转喷雾工艺(SDA)、新型一体化工艺(NID)和密相塔工艺这四种。循环流化床与新型一体化工艺由于采用下进气的方式，其系统阻力要大于密相塔工艺的系统阻力，并且这三种脱硫工艺都要求在600～1000g/m3的循环灰浓度及4～8s的停留时间下进行脱硫反应，才能达到脱硫设计要求的预期脱硫效果，因此在塔型设计方面比较固定，系统的循环灰量也趋向稳定。旋转喷雾工艺采用喷浆的模式，与其他三种工艺略有区别，仅适用于对硫含量≤600mg/Nm3的含硫烟气处理。这几种工艺虽然可以通过设计优化而达到较高的脱硫效率，但是系统的能耗会大大增加，同时因为半干法反应原理的限制，这几种半干法工艺的塔内传质效率较低，部分脱硫反应发生在后部的布袋除尘器中，这对滤袋的使用寿命也产生了一定的影响。
CN102631821A公开了一种半干法和湿法协同脱硫的方法，虽然可以实现深度脱硫，但是由于湿法脱硫的喷林的应用，增加了系统能耗，同时也存在废水排放问题，还附带有溶剂的排放；
CN102716658公开了一种前置式半干法脱硫系统，通过设置喷洒脱硫剂，并在脱硫塔内设置进口弯管段、文丘里管段、扬升段。支管路连接活性炭系统，设计复杂，能耗也较高；
CN103349903A，CN103480268A公开了一种烟气半干法脱硫的方法，其中需要对烟气进行调湿后脱硫，也是利用了湿态粉体活浆料脱硫；
CN103566749A公开了一种循环硫化床半干法脱硫系统，在脱硫塔内安装文丘厘管，安装储灰斗和烟气回流装置，利用净烟气回流循环控制回路，来保证脱硫塔内流场稳定，床层均匀，但是仅仅通过控制压差等控制循环无法实现动态实时控制，同时浪费能耗巨大，周期长，不利于脱硫系统调整；
CN202478821U公开了一种循环流化床的干法脱硫塔强化回流装置，脱硫塔内顶部设有由若干块导流板围成的导流圈。该实用新型通过在脱硫塔内的顶部设置由若干块导流板围成一圈的导流圈，使得烟气上升至此处后形成强回流，进一步强化了塔内颗粒的返回，虽然强化了传质，但是仍然无法形成动态控制，调整耗费周期过长。
CN102500225A公开了一种脱硫工艺，虽然对脱硫塔，循环工艺室都进行了改进，但是没有在脱硫塔内实现动态调节，不利于实时计算和随时调整，耗费成本和时间，能耗过大。
因此，如何解决现有技术中半干法脱硫工艺面临的上述问题，是实现高效、绿色、环保的技术障碍，也是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
针对上述半干法脱硫工艺出现的问题，本发明涉及一种基于动态反应区的半干法脱硫工艺，包括将含有污染物SO2、粉尘和NOX的烟气经过带有动态调节功能的脱硫塔，在脱硫塔内主反应区和调节区与脱硫剂石灰进行反应，以比较经济的运行成本完成脱硫任务，可以实现对二氧化硫和粉尘的超低排放，同时还具有一定脱硝效果，当在调节溶液中添加氧化剂和活化剂时，脱硝效率明显增加。
本发明的目的是提供一种基于动态反应区的高效半干法脱硫工艺，该工艺以一种反应区可以动态调节的脱硫塔为主要设备，脱硫塔后设置布袋除尘器作为辅助设备，通过引风机来保持系统在负压环境运行。脱硫塔的动态调节模块主要是通过一台带有保护气吹扫的双流体喷枪来实现，该喷枪的喷吹流量可以实时自动调节，调节量依据脱硫系统进口CEMS检测数据，然后通过自控系统计算模块精确计算后反馈到喷枪前部的电动调节阀或变频设备，由此完成脱硫塔内的动态调节过程。脱硫塔的反应调节模块也是通过类似设计的喷枪来实现，主要是调节反应区因局部蒸发过快而造成烟气反应区液态水或溶液量减少，造成烟气短路，乃至脱硫塔效率下降的情况。动态调节作为反应区的主要调节手段，可以根据入口烟气成分的变化自动进行喷枪流量变化调节，以此实现反应区的动态变化；反应调节作为动态调节的补充手段，可以有效增加反应段的高度，延长有效反应时间，保证设计的脱硫塔效率。
本发明所述工艺的主要设备为脱硫塔、布袋除尘器和引风机，所述脱硫塔内反应段设计采用上述动态调节的方式，根据进入系统的烟气情况，在反应区域进行相应的温度、湿度和循环灰浓度的调节。其中，脱硫塔内反应温度控制在60～140℃，优选为70～110℃，最优选为75～90℃；湿度调节以烟气含湿量为准，一般控制在5％～18％，优选8％～15％，最优选10％～12％；循环灰浓度控制与入口烟气硫含量有关，当入口烟气硫含量为2000～2500mg/Nm3时，反应区循环灰浓度控制在200～800mg/Nm3，优选200～600mg/Nm3，最优选300～500mg/Nm3。
本发明的工艺流程框图参见附图部分。
本发明所述工艺的脱硫塔设计灵活，塔内反应条件设计能够根据实际烟气成分进行调节，塔形可以设计成圆形，也可以设置成矩形，脱硫塔内烟气流向也可以分别采用上进气下出气和下进气上出气的方式设计，烟气与循环灰的混合接触也可以采用逆流式或并流式，但为降低脱硫系统运转能耗，本发明采用并流式。
优选地，本发明提供一种基于动态反应区的高效半干法脱硫工艺，其特征在于，将含有污染物SO2、粉尘和NOX的待处理烟气依次经过脱硫塔，布袋除尘器，然后通过引风机保持系统负压运行，实现对二氧化硫和粉尘的超低排放，同时还具有10％～50％脱硝效果。
优选地，所述脱硫塔内部通过设置整流区(2)、动态调节区(3)、主反应区(4)、反应调节区(5)和均流区(6)这五个区域进行反应条件的动态调节；所述待处理烟气在所述脱硫塔的主反应区(4)和反应调节区(5)内与脱硫剂石灰进行脱硫反应，所述脱硫塔的进气方式采用上进气或下进气。
优选地，在所述脱硫塔的整流(2)区，烟气主要完成循环灰浓度调节，同时通过设置的导流板保证流场的均匀稳定，最大限度的减少涡流。脱硫控制系统根据入口烟气CEMS检测数据，通过计算模块计算后得到实际所需要的循环灰量，然后回馈到循环灰系统设备控制模块，定量的设定循环灰量，以保证通过最低的能耗实现脱硫效率。
优选地，在所述脱硫塔的动态调节区，同样根据入口烟气CEMS检测数据，脱硫控制系统通过计算模块(23)计算得到反应在最佳温度湿度条件下需要的喷枪溶液调节量，然后回馈到动态调节模块，自动进行温度和湿度调节，使烟气达到理想的反应条件。
优选地，大部分的脱硫反应在主反应区完成，部分没有及时参与反应的污染物随烟气进入反应调节区(5)，经过进一步的反应调节，最终保证脱硫塔的反应效率。
优选地，经过脱硫后的净烟气进入均流区(6)，在均流区(6)流场稳定，经过反应后的循环灰会在此区域内碰撞粘结成较大的颗粒，大颗粒落入吸收塔下部设置的集灰斗，初步实现气固分离，大部分循环灰随烟气进入后续布袋除尘器(10)，经过滤袋分离后继续参与循环反应，定期从布袋除尘器(10)排出一定量的循环灰以保证系统的整体物料平衡。
优选地，在脱硫塔内进行动态调节，动态调节模块(7)包括喷液模块、喷浆模块、喷灰模块中的任一种及其任意组合。
优选地，在脱硫塔内进行循环灰、工艺水或碱性溶液的动态调节，调节溶液采用工业上常用的氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、氨水；调节溶液的质量百分比浓度为0.1～60％，优选0.5～20％，尤其优选0.5～5％。
优选地，所述工艺还可以添加氧化剂和活化剂，所述活化剂包括醇胺类、硫酸铁、络合铁；所述氧化剂包括高锰酸钾、次氯酸钾、双氧水、重铬酸钾、臭氧、氯气；所述活化剂的质量百分比浓度为0.1～5％，优选0.5～3％，尤其优选0.5～2％；所述氧化剂的质量百分比浓度为0.1～5％，优选0.5～3％，尤其优选0.5～2％。
优选地，脱硫塔内反应温度控制在60～140℃，优选为70～110℃，最优选为75～90℃；待处理的烟气温度在80～300℃，优选为100～240℃，最优选为120～180℃；进行吸收反应时，脱硫塔阻力≤600Pa，整套系统阻力≤3000Pa。
发明效果
1.本发明提供了一种基于动态反应区的高效半干法脱硫工艺，本发明的脱硫工艺可以大大提高脱硫效率，实现SO2的超低排放，改变以前人们认为半干法脱硫工艺效率不高的观念，同时脱硫塔的投资成本可以降低约1/4，脱硫系统运行能耗降低约1/5，同时还可以实现10％～50％的脱硝效率(对不同的烟气采用不同的调节手段设计)，整套系统可以采用一体化设计，设备所占空间也大大降低，脱硫塔取消了塔内文丘里设备，降低了系统阻力，同时也降低了风机电功率。
2.本发明的脱硫塔可以通过动态调节模块实现反应区的动态调节，由计算模块精确计算出循环灰量和调节模块的喷吹量，保证反应区较佳的反应条件，同时反应调节模块与动态调节模块可以实现瞬时联动调节，维持整个反应区域的反应条件，以最小的循环灰量实现设计的脱硫效率。本发明的脱硫工艺提高了脱硫效率，减少了循环灰量，降低了除尘器负荷，延长了除尘器的使用寿命，极大地节省了能量消耗，利于实时调整和监控，并且减少了设备维护维修频率。
3.本发明对现有的半干法脱硫工艺进行改造也非常实用，经过改造后，脱硫反应更加充分，循环灰粒径更加均匀，流动性大大增加，更加易于输送，同时也不易堵塞。另外烟气经过动态调节脱硫塔后，流场更加稳定，循环灰的浓度分布也更加均匀，大大改善了除尘系统的运行环境，整个系统改造只需对脱硫塔进行改造，对原有的除尘系统和循环灰系统只需修补性改造，降低了改造成本，并且大幅减少了半干法脱硫系统的运行成本，可以提高现有半干法脱硫工艺的效率，同时降低系统能耗。
附图说明
图1上进气下出气的方形动态调节脱硫塔示意图。
图2基于动态反应区的半干法脱硫工艺。
图3本发明的工艺流程框图。
附图标记含义：烟气进口1、整流区2、动态调节区3、主反应区4、反应调节区5、均流区6、动态调节模块7、反应调节模块8、烟气出口9、布袋除尘器10、流量计11、调节阀12、溶液泵13、溶液箱14、储气罐15、根部阀16、止回阀17、脱硫塔入口缓冲仓18、循环灰定量给料机19、循环灰输送管线20、输送设备21、输灰罐车22、计算模块23
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方案进一步说明，但是本发明不局限于所列出的实施例。还应包括在本发明所保护的范围内其它任何公知的改变。
附图1为上进气下出气的方形动态调节脱硫塔工艺，就所述脱硫塔来说，脱硫塔包括整流区2、动态调节区3、主反应区4、反应调节区5和均流区6。
在整流区2，烟气完成基础循环灰浓度调节。脱硫系统会将系统入口主要烟气成分经CEMS在线检测仪实现烟气流量、SO2浓度、烟气含湿量、烟气温度、氧含量等数据的检测并输入到计算模块23，再通过计算模块23计算后得到实际所需要的循环灰量，然后反馈到循环灰系统设备，定量的设定循环灰量，以保证通过最低的能耗实现脱硫效率。
在动态调节区3，同样根据入口CEMS检测数据，脱硫控制系统通过计算模23块计得到反应需要的最佳温度条件、湿度条件，然后反馈到动态调节模块，自动进行温度和湿度调节，使烟气达到理想的反应条件。
脱硫反应主要在主反应区4进行，但是随着反应的进行，反应进度会随着温度、湿度的变化逐渐变弱，效率下降，为了保证脱硫塔设计效果，在烟气由主反应区4进入反应调节区5后，在脱硫塔内进行进一步的反应调节，动态调节模块7与反应调节模块8所用设备及原理大体类似，只是在调节量控制方面做了不同的优化，反应调节喷吹量要远小于动态调节喷吹量，经过动态调节与反应调节后，烟气内的硫氧化物可以与脱硫剂石灰进行充分的反应，同时循环灰量始终控制在能完成脱硫任务的最经济的区间，因此该脱硫工艺可以用比较经济的运行能耗完成脱硫任务。
经过脱硫后的净烟气进入均流区6，在均流区6内流场相对稳定，经过反应后的循环灰会在此区域内碰撞粘结成较大的颗粒，大颗粒落入吸收塔下部设置的集灰斗，初步实现气固分离，大部分循环灰随烟气进入后续布袋除尘器10，经过滤袋分离后继续参与循环反应，定期从布袋除尘器10排出一定量的循环灰以保证系统的整体物料平衡。因为循环灰的循环量是以烟气入口CEMS检测数据为依据，同时在反应区存在两级调节模块，反应区的传质效果大大增强，循环灰的利用率也大大增加。根据现场的排放废灰检测结果，该工艺的排放的废灰中，活性氧化钙的比例降到了8％以下，低于其他半干法工艺的12％，钙硫比降低到1.1左右，也降低了运行成本。
在本发明提供的动态调节方法中，所用的动态调节模块7包括但不局限于喷水(也可以是其他液体)模块、喷浆模块、喷灰模块等形式，动态调节模块7的喷吹量由计算模块23精确计算，保证反应区较佳的反应条件，同时动态调节模块7与反应调节模块8可以实现瞬时联动调节，维持整个反应区域的反应条件，以最小的循环灰量实现设计的脱硫效率。
本发明在动态调节区3和反应调节区5所喷吹的溶液包括氨水、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、氢氧化钠溶液等碱性溶液，同时所喷溶液还可以适当添加部分氧化剂和活化剂，如醇胺类、硫酸铁、络合铁等。配置溶液时，还可以采用工业废水做溶剂，能够实现在脱硫污染物治理的同时最大限度的减少厂区的污水处理任务。如在化工区，采用废氨水作为溶剂，配置成溶液后作为调节手段，这样不仅能满足脱硫要求，还能起到部分脱硝的任务，同时还减少了废氨水的排放处理任务。
采用添加活化剂的溶液为调节喷射溶液时，调节溶液的质量百分比浓度为0.1～20％，优选0.5～10％，尤其优选0.5～5％，活化剂的质量百分比浓度为0.1～5％，优选0.5～3％，尤其优选0.5～2％。采用氢氧化钠和氢氧化钾溶液为调节剂时，氢氧化钠或氢氧化钾溶液的质量百分比浓度为0.5～30％，优选为0.5～20％，最优为1～10％。
本发明的一种实施方案的反应流程图如图2所示。烟气由原烟道(由于篇幅限制原因，并未体现在附图中)引出，经过CEMS测定成分后经吸收塔入口进入脱硫系统，在脱硫塔内依次经过整流区2、动态调节区3、主反应区4、反应调节区5和均流区6，然后进入布袋除尘器10，经过烟尘分离后的洁净烟气经脱硫引风机送入烟囱排放。布袋除尘器10分离下来的循环灰经过输送设备21送至脱硫塔入口缓冲仓18，经过计算模块23的调节控制信号，定量加入吸收塔，完成系统的灰循环。动态调节模块7由外置仓储设备配置调节溶液，经计算模块23分析计算后，定量加入系统，分别完成动态调节和反应调节，最终实现SO2的超低排放目标。
实施例1
原料气组成：氧气：16.2％氮气：68.39％水：10.2％二氧化碳：5.2％二氧化硫：800mg/Nm3氮氧化物：280mg/Nm3烟尘含量：100mg/Nm3。
调节系统温度为100℃，脱硫塔入口压力为100Kpa，动态调节模块7直接喷水调节，控制烟气排放温度大于等于70℃。气体的流量为180000Nm3/h。经过烟囱中段设置的CEMS检测，出口气体主要成分如下：氧气：16.36％二氧化硫：10mg/Nm3氮氧化物：220mg/Nm3烟尘含量：10mg/Nm3。
实施例2-8
工艺流程及步骤同实施例1，各实施例的烟气流量和主要烟气成分不变，系统控制的温度压力条件不变，分别调节烟气中SO2浓度和NOX浓度，在不同的调节溶液调节下，反应结果见表1。
表1各实施例的原料组成及试验结果



由以上实施例可以看出，本发明所涉及的半干法脱硫工艺对入口硫含量为1500mg/Nm3，烟尘含量为100mg/Nm3的烟气进行处理后，硫和尘含量均≤10mg/Nm3，脱硝效率达到了15％～50％。当入口烟气硫含量达到2000mg/Nm3时，出口硫含量≤30mg/Nm3，脱硫效率超过了98％，实现了超低排放目标。另外系统排放废灰的成分与其他半干法工艺相比，成分更稳定，废灰中的二水硫酸钙成分含量大大增加，废灰的利用价值大大增加。