《一種燒結煙氣脫除二氧化硫和二噁英的裝置及方法》是中國科學院過程工程研究所和北京正實同創環境工程科技有限公司於2011年6月24日申請的專利，該專利的申請號為2011101735961，公布號為CN102228788A，授權公布日為2011年11月2日，發明人是朱廷鈺、葉猛、徐文青、王雪、李玉然、荊鵬飛、劉文。
《一種燒結煙氣脫除二氧化硫和二噁英的裝置及方法》的裝置的吸收塔下部採用文丘里結構，文丘里收縮段設定脫硫劑入口及循環灰入口，文丘里擴張段設定噴水嘴，吸收塔中上部設定活性炭/焦噴嘴，正對噴嘴設定錐形構件，吸收塔的上部設有煙氣出口，煙氣出口與徑向配置的旋風分離器相連，旋風分離器下端料斗有兩個出口，一個出口與灰倉連線，另一個通過螺旋返料裝置與循環灰入口連線，旋風分離器頂端的氣體出口與除塵器進口連通，除塵器氣體出口與煙囪相連。含有SO2和二噁英的燒結煙氣由文丘里進入吸收塔，與噴入的熟石灰Ca（OH）2、霧化水和活性炭/焦混合，Ca（OH）2在霧化水的作用下吸收SO2，活性炭/焦吸收二噁英，實現對兩種污染物的協同脫除。
2016年12月7日，《一種燒結煙氣脫除二氧化硫和二噁英的裝置及方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種燒結煙氣脫除二氧化硫和二噁英的裝置及方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種燒結煙氣脫除二氧化硫和二噁英的裝置及方法
- 公布號：CN102228788A
- 授權日：2011年11月2日
- 申請號：2011101735961
- 申請日：2011年6月24日
- 申請人：中國科學院過程工程研究所、北京正實同創環境工程科技有限公司
- 地址：北京市海淀區中關村北二條1號
- 發明人：朱廷鈺、葉猛、徐文青、王雪、李玉然、荊鵬飛、劉文
- Int.Cl.：B01D53/83(2006.01)I；B01D53/96(2006.01)I；B01D50/00(2006.01)I；B01D53/50(2006.01)I；B01D53/72(2006.01)I
- 代理機構：北京法思騰智慧財產權代理有限公司
- 代理人：楊小蓉、高宇
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
二氧化硫（SO2）和二噁英是鋼鐵燒結機煙氣中兩種主要的污染物。中國鋼鐵行業SO2排放量僅次於電力工業和工業鍋爐，居第三位，鋼鐵行業排放的SO2中50％-70％來自燒結工序，燒結煙氣SO2減排已成為中國SO2排放控制的重點。二噁英類污染物是《關於持久性有機污染物（POPs）的斯德哥爾摩公約》中明確要求控制和減排的有機污染物。中國已於2004年11月11日開始正式履行公約。據2004年數據表明中國鋼鐵企業大氣二噁英排放量1673.4gTEQ，占全國大氣二噁英排放量33％，而在鋼鐵企業排放的這部分二噁英中90％來自燒結工序，燒結煙氣是二噁英類污染物的重要來源。2011年6月前中國對燒結機煙氣污染現狀日益重視，為控制污染物排放，國家環保部新制定的《鋼鐵工業大氣污染物排放標準》即將頒布實施，其中增加了限制二噁英類污染物排放標準，對燒結煙氣污染治理提出了新的要求，由原來對粉塵、SO2污染治理，變為對多種污染物的綜合治理，因此對脫除燒結煙氣中SO2和二噁英類污染物脫除技術與裝置便有了迫切需要。
但是，中國國內用於同時脫除鋼鐵燒結煙氣中含有的SO2和二噁英的裝置和技術缺乏。
對於單獨脫除鋼鐵燒結煙氣中SO2的循環流化床脫硫技術已在燒結煙氣脫硫領域得到套用，發明專利號為200610072800.X，名稱為“一種乾式內外雙循環流化床脫硫裝置及其脫硫方法”的申請公布了可用於燒結煙氣脫硫的一種乾式內外雙循環流化床脫硫裝置及其脫硫方法，通過擾流板強化循環流化床內循環，通過旋風分離器及返料裝置完成外循環，利用吸收劑的多次再循環，延長吸收劑與煙氣的接觸時間，提高吸收劑的利用率，但是本專利技術主要針對單一污染物SO2脫除，沒有考慮同時對二噁英的協同脫除。
中國國內對於單獨脫除鋼鐵燒結煙氣中二噁英脫除裝置幾乎空白，某鋼鐵企業建立的2011年6月前唯一一套脫除二噁英的示範裝置主要採用在袋式除塵器前噴注活性炭/焦，實現對二噁英脫除，但是這種方法受袋式除塵器濾袋易破損限制，因此需要及時更換濾袋這就給脫除二噁英帶來很多不便。
截至2011年6月，中國國外對脫除鋼鐵燒結煙氣中的SO2和二噁英類污染物的技術主要有日本鋼鐵公司開發的活性炭或活性焦（活性炭/焦）吸附技術及歐洲奧鋼聯開發的MEROS技術。日本的活性炭/焦聯合脫除工藝主要由吸收、解析和硫回收三部分組成，主要裝置包括：吸收塔、解吸塔、還原反應器、煙氣清潔器等。進入吸收塔的煙氣溫度在120℃-160℃之間時具有最高脫除效率，吸附污染物的活性炭/焦在解吸塔中解吸，產生可出售的副產品如硫酸等。活性炭/焦工藝複雜，解吸過程能耗大，活性炭/焦易自燃，系統投資、運行費用非常高。所述歐洲的MEROS技術用於去除燒結煙氣二氧化硫、二噁英工藝，該技術中採用碳基吸附劑和脫硫劑（小蘇打或熟石灰）被逆向噴吹到燒結廢氣流中以去除重金屬和有機物成分，廢氣經過調節反應器，噴水進行冷卻和加濕，以加快去除SO2和其它酸性氣體成分的反應速度，離開調節反應器的廢氣流通過布袋過濾器以分離灰塵，MEROS缺點是脫硫效率不高，加消石灰在鈣硫比為4的情況下脫硫率才能達到80％；加碳酸氫鈉脫硫率可達到80％-85％，但成本較高。
發明內容
專利目的
《一種燒結煙氣脫除二氧化硫和二噁英的裝置及方法》的目的在於，為克服中國國內外2011年6月前技術針對脫硫和脫二噁英混合煙氣的裝置都存在不同的缺陷，及2011年6月前技術單獨脫除SO2和二噁英的裝置也是存在各自的缺陷，該發明提供一種用於鋼鐵燒結機煙氣脫硫和脫二噁英的裝置及方法。該發明提供一種用於鋼鐵燒結煙氣脫除SO2和二噁英的裝置和方法。
技術方案
《一種燒結煙氣脫除二氧化硫和二噁英的裝置及方法》提供的一種用於鋼鐵燒結機煙氣脫硫和脫二噁英的裝置，該裝置採用循環流化床吸收塔（1），其特徵在於，所述循環流化床吸收塔（1）下部採用文丘里結構（11），該文丘里結構（11）從下往上依次為圓錐收縮段、圓柱段和圓錐擴張段；所述收縮段設定脫硫劑入口（12）及循環灰入口（13），所述擴張段設定噴水嘴（14），用於噴射霧化水；其中，待脫除的SO2和二噁英的燒結煙氣經由所述收縮段進入循環流化床吸收塔（1）；該部分用於煙氣脫硫；所述循環流化床吸收塔（1）中上部設定活性炭或活性焦噴嘴（3），正對所述噴嘴（3）設定錐形構件（4），該錐形構件用於在其下方形成活性炭/焦相對濃度較高的區域；該部分用於對煙氣脫除二噁英；所述循環流化床吸收塔（1）的上部沿徑向設有煙氣出口（5），該煙氣出口（5）與旋風分離器（6）進口連通。
作為《一種燒結煙氣脫除二氧化硫和二噁英的裝置及方法》的一個改進，所述煙氣出口（5）和所述除塵器（17）進口之間還設定有一旋風分離器（6）；其中，所述煙氣出口（5）沿所述旋風分離器（6）的切向進入；所述旋風分離器（6）下端料斗設定有兩個出口，一個出口通過輸送裝置（15）與灰倉（10）連線，另一個出口通過螺旋返料裝置（9）與循環灰入口（13）連線；所述旋風分離器（6）頂端的氣體出口（16）與所述除塵器（17）進口連通，除塵器（17）氣體出口與煙囪（18）相連。
上述技術方案中，所述活性炭/焦噴嘴（3）沿所述循環吸收塔（1）軸向布置且噴口向上。所述錐形構件（4）設定於距所述活性炭/焦噴嘴（3）上部1～1.5米處，其中，所述錐形構件（4）頂角向下，該錐形構件的軸線與所述循環吸收塔（1）軸線重合，且該錐形構件（4）頂角為90°～150°，底面直徑為所述循環吸收塔直徑的1/4～1/5。
基於以上的裝置，《一種燒結煙氣脫除二氧化硫和二噁英的裝置及方法》還提供一種用於鋼鐵燒結機煙氣脫硫和脫二噁英的方法，包括以下步驟：
步驟1，煙氣經除塵後進入循環流化床吸收塔，經由循環流化床吸收塔底部的文丘里結構（11）加速；同時脫硫劑經由所述文丘里結構（11）進入所述循環流化床吸收塔（1）；
步驟2，霧化水噴向被加速的煙氣流動截面，用於加速脫硫劑和煙氣中SO2的反應速度；
步驟3，活性炭/焦通過噴嘴（3）正對錐形構件（4）噴入所述循環流化床吸收塔（1），所述錐形構件（4）用於在其下方形成活性炭/焦相對濃度較高的區域，加強對二噁英的吸收；
步驟4，經過脫硫和脫二噁英後的煙氣可由除塵器（17）進一步除去粉塵後，由煙囪（18）排入大氣。
上述技術方案中，所述的步驟3）之後步驟4）之前還包含如下循環利用的步驟：所述脫硫劑與活性炭/焦在所述循環流化床吸收塔（1）內與含有SO2和二噁英的燒結煙氣反應後一起進入旋風分離器進行氣固分離，其中分離出的一部分灰排至灰場處理，另一部分分離的固體顆粒物經由文丘里結構（11）加速部位重新進入所述循環流化床吸收塔（1），進行循環利用。
所述固體顆粒物在所述旋風分離器和所述循環流化床吸收塔中的總體停留時間達20分鐘以上，可有效提高吸收劑利用率。
所述的脫硫劑採用熟石灰，其中所述熟石灰Ca（OH）2和所述活性炭/焦的質量比為19:1～20:1。所述熟石灰的添加量為使Ca和S摩爾比為1.1～2.0。
技術中通過調節噴水量，控制吸收塔出口處的煙氣溫度，以控制塔內溫度在露點以上。在煙氣流量變化的情況下，通過灰的循環量，調節所述循環流化床吸收塔（1）進出口壓差進而控制塔內顆粒濃度。
改善效果
《一種燒結煙氣脫除二氧化硫和二噁英的裝置及方法》與2011年6月前技術相比有以下特色和優點：
1.裝置結構簡單、占地面積小，投資和運行費用少等優點。
3.採用旋風分離器進行塔外循環，可以通過螺旋返料機控制外循環量，在煙氣流量變化情況下，通過控制外循環量，調控流化床內顆粒濃度。
4.旋風分離器與吸收塔相結合方式，降低了除塵器入口顆粒濃度，減輕除塵器負擔，在改造工程中不需要對原有除塵器進行改造。
5.該發明裝置有效促進了熟石灰Ca（OH）2和活性炭/焦對SO2和二噁英的吸收，在鈣硫比為1.2，熟石灰Ca（OH）2和活性炭/焦質量比為19的情況下，對SO2脫除效率可達85％以上，二噁英脫除效率可達80％以上。
附圖說明
附圖1為《一種燒結煙氣脫除二氧化硫和二噁英的裝置及方法》裝置結構示意圖；
附圖2為該發明裝置中吸收塔與旋風分離器連線方式。
附圖示識：1、循環流化床吸收塔；2、煙氣進口；3、活性炭/焦噴嘴；4、錐形構件；5、煙氣出口；6、旋風分離器；7、脫硫劑倉；8、活性炭/焦倉；9、螺旋返料機；10、灰倉；11、文丘里結構；12、脫硫劑入口；13、循環灰入口；14、噴水嘴；15、輸送裝置；16、氣體出口；17、除塵器；18、煙囪。
技術領域
《一種燒結煙氣脫除二氧化硫和二噁英的裝置及方法》屬於煙氣淨化領域，具體涉及一種用於鋼鐵燒結機煙氣脫硫、脫二噁英的裝置及方法。
權利要求
1.一種用於鋼鐵燒結機煙氣脫硫和脫二噁英的裝置，該裝置包含：循環流化床吸收塔（1）和旋風分離器（6），其特徵在於，所述循環流化床吸收塔（1）下部採用文丘里結構（11），該文丘里結構（11）從下往上依次為圓錐收縮段、圓柱段和圓錐擴張段；待脫除的SO2和二噁英的燒結煙氣經由所述圓錐收縮段自下而上進入循環流化床吸收塔（1）；所述圓錐收縮段設定脫硫劑入口（12）；所述圓錐擴張段沿軸線順流燒結煙氣的方向設定噴水嘴（14），用於噴射霧化水；所述脫硫劑在所述霧化水的作用下脫除燒結煙氣中的SO2；所述循環流化床吸收塔（1）中上部設定活性炭或活性焦噴嘴（3），正對所述噴嘴（3）上方間距某一段距離設定一錐形構件（4），所述錐形構件用於在其下方和所述活性炭或活性焦噴嘴（3）空間形成活性炭/焦相對濃度較高的區域並減少脫硫劑對活性炭/焦裹附，進而對燒結煙氣中的二噁英進行脫除；所述循環流化床吸收塔（1）的上部沿徑向設有煙氣出口（5），該煙氣出口（5）與旋風分離器（6）進口連通；其中，所述活性炭/焦噴嘴（3）沿所述循環吸收塔（1）軸向布置且噴口向上。
2.根據權利要求1所述的用於鋼鐵燒結機煙氣脫硫和脫二噁英的裝置，其特徵在於，所述旋風分離器（6）設定於所述煙氣出口（5）和所述除塵器（17）進口之間；其中，所述煙氣出口（5）沿所述旋風分離器（6）的切向進入；所述旋風分離器（6）下端料斗設定有兩個出口，一個出口通過輸送裝置（15）與灰倉（10）連線，另一個出口與循環灰入口（13）連線；所述旋風分離器（6）頂端的氣體出口（16）與所述除塵器（17）進口連通，除塵器（17）氣體出口與煙囪（18）相連。
3.根據權利要求2所述的用於鋼鐵燒結機煙氣脫硫和脫二噁英的裝置，其特徵在於，所述旋風分離器的另一個出口通過螺旋返料裝置（9）與循環灰入口（13）連線。
4.根據權利要求1所述的用於鋼鐵燒結機煙氣脫硫和脫二噁英的裝置，其特徵在於，所述錐形構件（4）通過與所述循環流化床吸收塔（1）連線的塔徑向四根鋼架固定。
5.根據權利要求1或4所述的用於鋼鐵燒結機煙氣脫硫和脫二噁英的裝置，其特徵在於，所述錐形構件（4）設定於距所述活性炭/焦噴嘴（3）上部1～1.5米處，其中，所述錐形構件（4）頂角向下，該錐形構件的軸線與所述循環吸收塔（1）軸線重合，且該錐形構件（4）頂角為90°～150°，底面直徑為所述循環吸收塔直徑的1/4～1/5。
6.一種用於鋼鐵燒結機煙氣脫硫和脫二噁英的方法，該方法基於權利要求1所述的裝置，包括以下步驟：
1）煙氣經除塵後進入循環流化床吸收塔，經由循環流化床吸收塔底部的文丘里結構（11）加速；同時脫硫劑經由所述文丘里結構（11）進入所述循環流化床吸收塔（1）；
2）霧化水噴向經過加速的煙氣流動截面，用於促進脫硫劑和煙氣中SO2的反應速度；
3）活性炭/焦通過噴嘴（3）向上正對錐形構件（4）噴入所述循環流化床吸收塔（1），用於在所述錐形構件（4）下方形成活性炭/焦相對濃度較高的區域，加強對二噁英的吸收；
4）經過脫硫和脫二噁英後的煙氣可由除塵器（17）進一步除去粉塵後，由煙囪（18）排入大氣。
7.根據權利要求6所述的用於鋼鐵燒結機煙氣脫硫和脫二噁英的方法，其特徵在於，所述的步驟3）之後步驟4）之前還包含如下循環利用未完全反應吸收劑的步驟：所述煙氣在經由所述步驟（2）和步驟（3）之後脫除煙氣中的SO2和二噁英，然後旋風分離器（6）將脫除SO2和二噁英的煙氣和吸收劑進行氣固分離，並將分離得到的固體顆粒物一部分外排，另一部分經由螺旋返料機（9）和文丘里結構（11）加速部位重新進入所述循環流化床吸收塔（1），進行再次循環利用；其中，所述吸收劑包含：脫硫劑與活性炭/焦。
8.根據權利要求7所述的用於鋼鐵燒結機煙氣脫硫和脫二噁英的方法，其特徵在於，所述固體顆粒物在所述旋風分離器和所述循環流化床吸收塔中的總體停留時間達20分鐘以上，可有效提高吸收劑利用率。
9.根據權利要求6所述的用於鋼鐵燒結機煙氣脫硫和脫二噁英的方法，其特徵在於，所述的脫硫劑採用熟石灰，其中所述熟石灰Ca（OH）2和所述活性炭/焦的質量比為19:1～20:1；所述熟石灰的添加量為Ca和S摩爾比為11～2.0。
10.根據權利要求9所述的用於鋼鐵燒結機煙氣脫硫和脫二噁英的方法，其特徵在於，當所述鈣硫比為1.2，所述熟石灰和所述活性炭/焦的質量比為19時，脫除SO2效率可達85％以上，脫除二噁英效率可達80％以上。
11.按權利要求6所述的用於鋼鐵燒結機煙氣脫硫和脫二噁英的方法，其特徵在於：通過調節噴水量，控制吸收塔出口處的煙氣溫度，以控制塔內溫度在露點以上。
12.根據權利要求6所述的用於鋼鐵燒結機煙氣脫硫和脫二噁英的方法，其特徵在於，在煙氣流量變化的情況下，通過灰的循環量，調節所述循環流化床吸收塔（1）進出口壓差進而控制塔內顆粒濃度。
實施方式
如圖1所示，該圖為《一種燒結煙氣脫除二氧化硫和二噁英的裝置及方法》提供的燒結煙氣SO2和二噁英脫除裝置。包括循環流化床吸收塔（1），在吸收塔（1）的底部設有煙氣進口（2），吸收塔（1）中上部設定活性炭/焦噴嘴（3），正對活性炭/焦噴嘴（3）設定圓錐形構件（4），吸收塔（1）的上部設有煙氣出口（5），煙氣出口（5）通過管道與旋風分離器（6）連通；其特徵在於：還包括脫硫劑倉（7）、活性炭/焦倉（8）、螺旋返料機（9）、灰倉（10）；其中所述的循環流化床吸收塔（1）下部採用文丘里結構（11），文丘里結構（11）包括圓柱段、圓錐收縮段、圓柱形喉口以及圓錐擴張段組成，文丘里（11）圓錐收縮段設定脫硫劑入口（12）及循環灰入口（13），文丘里（11）圓錐擴張段上部沿軸向順流煙氣方向安裝噴水嘴（14）；其中所述的旋風分離器（6）下端料斗有兩個出口，一個出口直接通過輸送裝置（15）與灰倉（10）連線，另一個通過螺旋返料機（9）與循環灰入口（13）連線，旋風分離器（6）的頂部有氣體出口（16），該氣體出口（16）通過管道與除塵器（17）連通，除塵器（17）底端有出灰口，該除塵器（17）出灰口通過管道與灰倉（10）連通，除塵器（17）的氣體出口與煙囪（18）連線。
在上述技術方案中，活性炭/焦噴嘴（3）設定在吸收塔（1）中上部稀相區，沿吸收塔（1）軸向布置，噴口向上。
在上述技術方案中，正對活性炭/焦噴嘴（3），距噴嘴（3）上部1～1.5米處設定圓錐形構件（4），圓錐形構件（4）頂角向下，圓錐軸線與吸收塔（1）軸線重合，圓錐形構件（4）頂角90°～150°，底面直徑為吸收塔直徑的1/4～1/5。圓錐形構件（4）通過與吸收塔（1）連線的塔徑向四根鋼架固定。
在上述技術方案中，所述旋風分離器（6）與吸收塔（1）採用沿吸收塔徑向布置方式。
《一種燒結煙氣脫除二氧化硫和二噁英的裝置及方法》提供一種燒結煙氣SO2和二噁英脫除方法，包括以下步驟：煙氣經除塵器（19）預除塵後進入循環流化床吸收塔（1），在文丘里結構（11）收縮段、喉口部位，煙氣加速，脫硫劑熟石灰Ca（OH）2由此加速部位通過輸送裝置（15）進入吸收塔（1）。
噴水嘴（14）噴出的霧化水噴向整個煙氣流動截面，水汽化在固體顆粒表面形成水汽，在流化床強烈湍流混合作用下，加速熟石灰Ca（OH）2和煙氣中SO2的反應速度，實現對SO2的脫除。
活性炭/焦通過噴嘴（3）正對圓錐形構件（4）噴入吸收塔（1），通過圓錐形構件（4）作用，在構件下方形成活性炭/焦相對濃度較高的區域，加強對二噁英的吸收，另外圓錐形構件（4）促進了活性炭/焦與脫硫劑顆粒返混，增強顆粒界面摩擦、碰撞，減少脫硫劑熟石灰Ca（OH）2對活性炭/焦裹附，有利於活性炭/焦對二噁英的吸收。
熟石灰Ca（OH）2與活性炭/焦在吸收塔（1）內與煙氣反應後一起進入旋風分離器（6），被分離器（6）氣固分離後，一部分灰導入灰斗（10）排至灰場處理，另一部分由文丘里（11）加速部位重新進入吸收塔（1），固體顆粒在吸收塔（1）和分離器（6）之間往復循環，總體停留時間可達20分鐘以上，可有效提高吸收劑利用率。
經過分離器（6）的煙氣可由除塵器（17）進一步除去粉塵後，由煙囪（18）排入大氣。
在上述技術方案中，所述的吸收劑可按熟石灰Ca（OH）2和活性炭/焦質量比為19:1～20:1比例加入吸收塔。
在上述技術方案中，所述的吸收劑中熟石灰Ca（OH）2的添加量可按照Ca/S摩爾比1.1～2.0的比例加入吸收塔。
在上述技術方案中，反應塔煙氣流速一般為4～8米/秒，停留時間在3s以上，以滿足SO2和二噁英脫除要求。
在上述技術方案中，通過調節熟石灰的加入量，控制處理後煙氣中的SO2含量。熟石灰Ca（OH）2和活性炭/焦加入比例不變。
在上述技術方案中，通過調節噴水量，控制吸收塔（1）出口處的煙氣溫度。噴水控制塔內溫度應始終保持在露點以上。
在上述技術方案中，在煙氣流量變化的情況下，通過灰的循環量，調節吸收塔（1）進出口前後壓差從而控制流化床內顆粒濃度。
榮譽表彰
2016年12月7日，《一種燒結煙氣脫除二氧化硫和二噁英的裝置及方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
