蒸汽输送半干半湿法烟气脱硫剂/脱硫灰的研究

于辰宏,朱金伟,刘宇,王凡

(1.天津陈塘热电有限公司,天津 300221;2.中国环境科学研究院,北京 100012)

蒸汽输送半干半湿法烟气脱硫剂/脱硫灰的研究

于辰宏1,朱金伟2,刘宇2,王凡2

(1.天津陈塘热电有限公司,天津 300221;2.中国环境科学研究院,北京 100012)

半干半湿法烟气脱硫工艺采用锅炉蒸汽作为脱硫剂和循环脱硫灰的输送介质,在分析所输送物料的粒度分布、化学成分以及输送过程中物料性质变化的基础上,自行研制了 1套蒸汽输送系统。对这种蒸汽输送系统进行了试验研究,结果表明,在蒸汽压力为 0.8MPa,温度为 200℃时,文丘里喷射器入料口的真空度最高达 0.02MPa。该系统可同时输送石灰和粉煤灰两种不同的物料,在蒸汽消耗量只有 120 kg/h的条件下,物料总流量达 480 kg/h,输送总体积流量为 1040m3/h。

半干半湿法;脱硫;蒸汽输送;文丘里喷射器

1 系统概况

半干半湿法烟气脱硫技术是一种新型的脱硫工艺,天津陈塘热电有限公司一期 2×220 t/h锅炉配套烟气脱硫工程采用了该工艺,并于 2006年底完工投运。该系统主要由脱硫反应塔、脱硫剂制粉输送系统和喷水系统构成(见图 1)。

图1 半干半湿法烟气脱硫工艺流程

烟气经反应塔顶进入反应塔主体,与脱硫剂、脱硫灰混合,并在塔内与喷水系统喷出的水雾混合,实现气、液、固三相充分接触,在湿烟气中的 SO2同脱硫剂反应,达到脱硫的目的。在半干半湿法烟气脱硫系统中,采用石灰作为脱硫剂,粉煤灰为循环脱硫灰。脱硫剂和循环脱硫灰都是通过 0.8MPa(表压)的干蒸汽输送。蒸汽流经文丘里喷射器产生真空,物料被携带进入喷射器,气固两相物质均匀混合,流经输送管道,最后由出口喷嘴进入脱硫反应塔内与烟气混合。这种输送系统的特点是利用蒸汽同时输送脱硫剂和粉煤灰;在物料的传输阶段,通过文丘里喷射器产生的负压进行真空吸送,而在管道内,物料通过低压(50 kPa以下)压送式输送。

2 半干半湿法蒸汽输送的特点

2.1 物料的性质

天津陈塘热电有限公司燃煤主要来为山西煤,平均灰分为 25%,煤的平均发热量为 22000 kJ/kg。锅炉运行负荷为 33～36 t/h,燃煤量约为 5 t/h。脱硫剂和循环脱硫灰的粒度差别很大见图 2。

图 2 循环脱硫灰和石灰的粒度分布曲线

从图 2可以看出,石灰颗粒的直径大,中位直径为 110μm;循环灰颗粒的粒径小,中位直径为24μm。表 1是循环灰化学成分分析结果,从表 1可以看出,循环灰主要由 S iO2和 AL2O3组成,两种成份含量占 72.88%。

表1 循环脱硫灰分析结果 %

石灰中 CaO的含量为 43.23%,杂质中 SiO2和CaCO3含量高。生石灰经振动磨机粉碎为粉状,其中粒径 <0.25mm的颗粒占 86%。

2.2 物料在输送过程中的变化

石灰和粉煤灰在输送过程中被水蒸汽活化,变为湿态强碱性的 Ca(OH)2,容易与烟气中的 SO2反应,有利于提高半干半湿法烟气脱硫效率[1-2]:

上式表示的是石灰在水蒸汽输送过程中发生的化学反应,由于输送介质是过热水蒸汽,最高温度为300℃左右,因而石灰中的其他成分在此过程中没有发生化学成分的变化。假定输送管道作为一个恒压系统,上述反应过程中的焓变为[3-5]:

上式中T1=298 K,作为物料输送的蒸汽在 200～300℃范围内反应的焓变小于零,即在输送过程中与水蒸汽反应放出热量,保证石灰在输送过程中不会因为输送距离过长而使管道内的温度降低。

半干半湿法脱硫技术循环使用锅炉烟气脱硫灰,降低石灰用量。粉煤灰是一种多孔性的颗粒物,主要成分是 S iO2和 Al2O3,并与其他的碱性金属氧化物结合成为复杂的化合物。在一定的温度和湿度条件下,粉煤灰在输送过程中会发生反应[6-11]:

上述反应式中表明,在粉煤灰输送过程中,非活性金属氧化物被活化成具有碱性的金属氢氧化物[12～13],并与 SO2反应,提高了脱硫剂的利用率。

3 蒸汽输送系统的研究

3.1 文丘里喷射器

文丘里喷射器是半干半湿法烟气脱硫技术中最重要的部分,蒸汽的喷射效率直接影响物料的输送量(见图 3)。在文丘里喷射器中,蒸汽进口管道流经喷射口,以一定的角度高速扩散,形成喷射角度为α的射流,并在射流周围形成强的涡流,产生真空,带动物料进入喷射器后部的输送管道[14]。

图3 文丘里喷射器示意

由于蒸汽流速高,文丘里喷射器出口的速度达450m/s,因而可以假定干蒸汽、物料和空气在喷射器内的混合为绝热过程。在温度为 200℃,0.8MPa压力条件下,蒸汽密度为 4.69 kg/m3,蒸汽在喷射口Ⅰ-Ⅰ过流断面处的流速为 450m/s,断面处的压力为 0.8MPa。物料入口Ⅱ-Ⅱ过流断面处的直径为50mm;根据设计,物料和吸入的空气之间的量,蒸汽密度为 2.58 kg/m3。混合管Ⅲ-Ⅲ过流断面处的压力 50 KPa,A1=9mm,A3=50mm[14-18]。

图 4所示的是介质蒸汽的压力与喷射器的真空度之间的关系,试验研究发现,真空度受蒸汽的压力影响很明显。当蒸汽压力为 0.8MPa时,文丘里喷射器内部可达 0.02MPa的负压。试验结果表明通过改变过热蒸汽的压力或流量可以实现物料的输送量和最大输送量。

图4 蒸汽压力与文丘里喷射器真空度间关系

3.2 蒸汽输送物料能力的研究

半干半湿法烟气脱硫系统中,蒸汽输送系统流程为:过热蒸汽从射流口高速扩散喷出,在射流周围产生涡流,形成喷射器内部负压,吸引物料进入输送管道。物料入口分两路,同时输送石灰和粉煤灰,通过调节管路的控制阀门可改变这两种物料的输送量到设计要求。蒸汽输送物料量分析见表 2。

表2 蒸汽输送物料量分析结果

输送系统中进入喷射器的蒸汽为不饱和蒸汽,压力 0.8Mpa,温度为 200℃。研究结果表明,当输送量为 480 kg/h时,蒸汽耗量为 120 kg/h。蒸汽输送的高度为 26m,水平距离 10m。

4 结语

(1)在半干半湿法烟气脱硫系统中,石灰和粉煤灰在水蒸汽输送过程中,发生一系列的物理、化学性质的变化,能有效提高脱硫反应效率。

(2)当蒸汽压力为 0.8MPa,温度为 200℃时,系统输送物料流量为 480 kg/h,总体积流量为1040m3/h时,蒸汽耗量 120 kg/h。

(3)新型文丘里喷射器能同时输送不同的物料,并可分别控制物料的流量。这种输送技术具有结构简单、有投资少、运行可靠等优点,不仅适用于锅炉系统的粉料输送,也为其他条件下物料的蒸汽输送提供技术依据。

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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

国家高技术研究发展计划(863计划)(2008AA06Z318)

2011-03-20;

2011-05-11

于辰宏 (1973-),男,工程师,主要从事电厂烟气脱硫、除尘设备运行维护及管理工作。E-mail:ychychqq@eyou.com