蒸汽輸送半干半濕法煙氣脫硫劑/脫硫灰的研究

于辰宏,朱金偉,劉宇,王凡

(1.天津陳塘熱電有限公司,天津 300221;2.中國環(huán)境科學(xué)研究院,北京 100012)

蒸汽輸送半干半濕法煙氣脫硫劑/脫硫灰的研究

于辰宏1,朱金偉2,劉宇2,王凡2

(1.天津陳塘熱電有限公司,天津 300221;2.中國環(huán)境科學(xué)研究院,北京 100012)

半干半濕法煙氣脫硫工藝采用鍋爐蒸汽作為脫硫劑和循環(huán)脫硫灰的輸送介質(zhì),在分析所輸送物料的粒度分布、化學(xué)成分以及輸送過程中物料性質(zhì)變化的基礎(chǔ)上,自行研制了 1套蒸汽輸送系統(tǒng)。對這種蒸汽輸送系統(tǒng)進(jìn)行了試驗研究,結(jié)果表明,在蒸汽壓力為 0.8MPa,溫度為 200℃時,文丘里噴射器入料口的真空度最高達(dá) 0.02MPa。該系統(tǒng)可同時輸送石灰和粉煤灰兩種不同的物料,在蒸汽消耗量只有 120 kg/h的條件下,物料總流量達(dá) 480 kg/h,輸送總體積流量為 1040m3/h。

半干半濕法;脫硫;蒸汽輸送;文丘里噴射器

1 系統(tǒng)概況

半干半濕法煙氣脫硫技術(shù)是一種新型的脫硫工藝,天津陳塘熱電有限公司一期 2×220 t/h鍋爐配套煙氣脫硫工程采用了該工藝,并于 2006年底完工投運。該系統(tǒng)主要由脫硫反應(yīng)塔、脫硫劑制粉輸送系統(tǒng)和噴水系統(tǒng)構(gòu)成(見圖 1)。

圖1 半干半濕法煙氣脫硫工藝流程

煙氣經(jīng)反應(yīng)塔頂進(jìn)入反應(yīng)塔主體,與脫硫劑、脫硫灰混合,并在塔內(nèi)與噴水系統(tǒng)噴出的水霧混合,實現(xiàn)氣、液、固三相充分接觸,在濕煙氣中的 SO2同脫硫劑反應(yīng),達(dá)到脫硫的目的。在半干半濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中,采用石灰作為脫硫劑,粉煤灰為循環(huán)脫硫灰。脫硫劑和循環(huán)脫硫灰都是通過 0.8MPa(表壓)的干蒸汽輸送。蒸汽流經(jīng)文丘里噴射器產(chǎn)生真空,物料被攜帶進(jìn)入噴射器,氣固兩相物質(zhì)均勻混合,流經(jīng)輸送管道,最后由出口噴嘴進(jìn)入脫硫反應(yīng)塔內(nèi)與煙氣混合。這種輸送系統(tǒng)的特點是利用蒸汽同時輸送脫硫劑和粉煤灰;在物料的傳輸階段,通過文丘里噴射器產(chǎn)生的負(fù)壓進(jìn)行真空吸送,而在管道內(nèi),物料通過低壓(50 kPa以下)壓送式輸送。

2 半干半濕法蒸汽輸送的特點

2.1 物料的性質(zhì)

天津陳塘熱電有限公司燃煤主要來為山西煤,平均灰分為 25%,煤的平均發(fā)熱量為 22000 kJ/kg。鍋爐運行負(fù)荷為 33～36 t/h,燃煤量約為 5 t/h。脫硫劑和循環(huán)脫硫灰的粒度差別很大見圖 2。

圖 2 循環(huán)脫硫灰和石灰的粒度分布曲線

從圖 2可以看出,石灰顆粒的直徑大,中位直徑為 110μm;循環(huán)灰顆粒的粒徑小,中位直徑為24μm。表 1是循環(huán)灰化學(xué)成分分析結(jié)果,從表 1可以看出,循環(huán)灰主要由 S iO2和 AL2O3組成,兩種成份含量占 72.88%。

表1 循環(huán)脫硫灰分析結(jié)果 %

石灰中 CaO的含量為 43.23%,雜質(zhì)中 SiO2和CaCO3含量高。生石灰經(jīng)振動磨機(jī)粉碎為粉狀,其中粒徑 <0.25mm的顆粒占 86%。

2.2 物料在輸送過程中的變化

石灰和粉煤灰在輸送過程中被水蒸汽活化,變?yōu)闈駪B(tài)強(qiáng)堿性的 Ca(OH)2,容易與煙氣中的 SO2反應(yīng),有利于提高半干半濕法煙氣脫硫效率[1-2]:

上式表示的是石灰在水蒸汽輸送過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),由于輸送介質(zhì)是過熱水蒸汽,最高溫度為300℃左右,因而石灰中的其他成分在此過程中沒有發(fā)生化學(xué)成分的變化。假定輸送管道作為一個恒壓系統(tǒng),上述反應(yīng)過程中的焓變?yōu)閇3-5]:

上式中T1=298 K,作為物料輸送的蒸汽在 200～300℃范圍內(nèi)反應(yīng)的焓變小于零,即在輸送過程中與水蒸汽反應(yīng)放出熱量,保證石灰在輸送過程中不會因為輸送距離過長而使管道內(nèi)的溫度降低。

半干半濕法脫硫技術(shù)循環(huán)使用鍋爐煙氣脫硫灰,降低石灰用量。粉煤灰是一種多孔性的顆粒物,主要成分是 S iO2和 Al2O3,并與其他的堿性金屬氧化物結(jié)合成為復(fù)雜的化合物。在一定的溫度和濕度條件下,粉煤灰在輸送過程中會發(fā)生反應(yīng)[6-11]:

上述反應(yīng)式中表明,在粉煤灰輸送過程中,非活性金屬氧化物被活化成具有堿性的金屬氫氧化物[12～13],并與 SO2反應(yīng),提高了脫硫劑的利用率。

3 蒸汽輸送系統(tǒng)的研究

3.1 文丘里噴射器

文丘里噴射器是半干半濕法煙氣脫硫技術(shù)中最重要的部分,蒸汽的噴射效率直接影響物料的輸送量(見圖 3)。在文丘里噴射器中,蒸汽進(jìn)口管道流經(jīng)噴射口,以一定的角度高速擴(kuò)散,形成噴射角度為α的射流,并在射流周圍形成強(qiáng)的渦流,產(chǎn)生真空,帶動物料進(jìn)入噴射器后部的輸送管道[14]。

圖3 文丘里噴射器示意

由于蒸汽流速高,文丘里噴射器出口的速度達(dá)450m/s,因而可以假定干蒸汽、物料和空氣在噴射器內(nèi)的混合為絕熱過程。在溫度為 200℃,0.8MPa壓力條件下,蒸汽密度為 4.69 kg/m3,蒸汽在噴射口Ⅰ-Ⅰ過流斷面處的流速為 450m/s,斷面處的壓力為 0.8MPa。物料入口Ⅱ-Ⅱ過流斷面處的直徑為50mm;根據(jù)設(shè)計,物料和吸入的空氣之間的量,蒸汽密度為 2.58 kg/m3。混合管Ⅲ-Ⅲ過流斷面處的壓力 50 KPa,A1=9mm,A3=50mm[14-18]。

圖 4所示的是介質(zhì)蒸汽的壓力與噴射器的真空度之間的關(guān)系,試驗研究發(fā)現(xiàn),真空度受蒸汽的壓力影響很明顯。當(dāng)蒸汽壓力為 0.8MPa時,文丘里噴射器內(nèi)部可達(dá) 0.02MPa的負(fù)壓。試驗結(jié)果表明通過改變過熱蒸汽的壓力或流量可以實現(xiàn)物料的輸送量和最大輸送量。

圖4 蒸汽壓力與文丘里噴射器真空度間關(guān)系

3.2 蒸汽輸送物料能力的研究

半干半濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中,蒸汽輸送系統(tǒng)流程為:過熱蒸汽從射流口高速擴(kuò)散噴出,在射流周圍產(chǎn)生渦流,形成噴射器內(nèi)部負(fù)壓,吸引物料進(jìn)入輸送管道。物料入口分兩路,同時輸送石灰和粉煤灰,通過調(diào)節(jié)管路的控制閥門可改變這兩種物料的輸送量到設(shè)計要求。蒸汽輸送物料量分析見表 2。

表2 蒸汽輸送物料量分析結(jié)果

輸送系統(tǒng)中進(jìn)入噴射器的蒸汽為不飽和蒸汽,壓力 0.8Mpa,溫度為 200℃。研究結(jié)果表明,當(dāng)輸送量為 480 kg/h時,蒸汽耗量為 120 kg/h。蒸汽輸送的高度為 26m,水平距離 10m。

4 結(jié)語

(1)在半干半濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中,石灰和粉煤灰在水蒸汽輸送過程中,發(fā)生一系列的物理、化學(xué)性質(zhì)的變化,能有效提高脫硫反應(yīng)效率。

(2)當(dāng)蒸汽壓力為 0.8MPa,溫度為 200℃時,系統(tǒng)輸送物料流量為 480 kg/h,總體積流量為1040m3/h時,蒸汽耗量 120 kg/h。

(3)新型文丘里噴射器能同時輸送不同的物料,并可分別控制物料的流量。這種輸送技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、有投資少、運行可靠等優(yōu)點,不僅適用于鍋爐系統(tǒng)的粉料輸送,也為其他條件下物料的蒸汽輸送提供技術(shù)依據(jù)。

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Study on semi-dry flue gas desulphurization agents feeding by steam conveying system

Desulphurization agents including l ime and recirculating fly ash are fed by steam conveyance.The diameter and chem ical compo sition of the conveying m aterial are analyzed,and react ions during process of conveyance between desulphurization agents and steam are presented.Based upon the above discussion,a set of steam conveying system is thus designed.Exper im ents are also carried out on this system,results show that when steam p ressure is at 0.8MPa,and temperature of 200℃,vacancy of 0.02MPa is obtained.Study also show that this conveying system can transfer two different kinds ofm aterials,and mass transfer of 480 kg/h that total volum e of 1040m3/h is fed to desulphurization reactor,while only 120 kg/h of steam is consumed.

sem i-dry;FGD;steam conveyance;venturi jet

X701.3

B

1674-8069(2011)03-030-03

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)(2008AA06Z318)

2011-03-20;

2011-05-11

于辰宏 (1973-),男,工程師,主要從事電廠煙氣脫硫、除塵設(shè)備運行維護(hù)及管理工作。E-mail:ychychqq@eyou.com