專利名稱：常壓干式消化制備鈣基脫硫劑工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及干式鈣基脫硫劑制備的生產(chǎn)工藝，特別是一種適用于燒結(jié)煙氣脫硫的 半干法石灰消化工藝過程。
背景技術(shù)：
我國長期受大氣污染的困擾，尤其SO2S染較為嚴(yán)重。多年來我國進(jìn)行了多種脫 硫技術(shù)的研究及應(yīng)用，其中煙氣SA多采用煙氣脫硫技術(shù)加以控制。煙氣脫硫技術(shù)主要利用堿性物質(zhì)吸收或吸附煙氣中的SO2,并將其轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定 且能夠被分離的含硫化合物或者單質(zhì)硫，達(dá)到控制SA逸散的目的。根據(jù)脫硫劑和脫硫產(chǎn) 物的形態(tài)特點，煙氣脫硫一般分為濕法、干法和半干法。濕法煙氣脫硫技術(shù)采用液態(tài)或漿 狀脫硫劑吸收煙氣中SO2，脫硫產(chǎn)物為液態(tài)或漿狀物；干法煙氣脫硫技術(shù)利用固態(tài)脫硫劑吸 收SO2,脫硫產(chǎn)物為固態(tài)；半干法煙氣脫硫技術(shù)兼干法與濕法技術(shù)的一些特點，是一種脫硫 劑在干燥狀態(tài)下脫硫，在濕態(tài)下再生，或?qū)⑦@兩種狀態(tài)交替呈現(xiàn)的煙氣脫硫技術(shù)。濕法煙氣 脫硫技術(shù)成熟，占所有脫硫技術(shù)中80%以上的份額，此類脫硫技術(shù)脫硫反應(yīng)速度快，脫硫效 率和脫硫劑利用率都比較高，生產(chǎn)運行較穩(wěn)定，是適合大型燃煤電廠的煙氣脫硫技術(shù)。但此 方法存在投資大、設(shè)備運行及維護(hù)費用較高、設(shè)備復(fù)雜、占地面積大等問題，對于中小型電 廠或鍋爐而言，受場地和投資的限制，濕法脫硫技術(shù)不具備明顯的優(yōu)勢。因此投資小、占地 小、運行簡單靈活、脫硫效率相對高的干法煙氣脫硫技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注，自此制備 高活性的干法脫硫劑成為煙氣脫硫工業(yè)關(guān)注的焦點之一。煙氣脫硫過程中，由于鈣基脫硫劑來源廣、價廉且脫硫效率相對較高，其固硫產(chǎn)物 在較高溫度下有較好的抗高溫分解性質(zhì)，因而在煙氣脫硫技術(shù)中被廣泛應(yīng)用。干法煙氣 脫硫技術(shù)中，粉狀脫硫劑一般使用CaO或者Ca(0H)2。由于粉狀CaO的活性比Ca(OH)2低， 進(jìn)入脫硫反應(yīng)段后不能直接與SO2反應(yīng)，其脫硫反應(yīng)過程是首先與水反應(yīng)生成Ca(0H)2，S 后與SA反應(yīng)，因此降低了脫硫反應(yīng)速率，不利于脫硫劑的有效利用和脫硫效率的提高；而 Ca(OH)2活性好，反應(yīng)速率快，是此類脫硫工藝首選采用的脫硫劑。雖然干法煙氣脫硫工藝 靈活、簡單，但同時也存在脫硫劑利用率和脫硫效率相對較低的問題，本著低成本、高效率 的原則，制備高活性的Ca(OH)2成為干法煙氣脫硫工藝的關(guān)鍵步驟。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種CaO干式消化制備Ca(OH)2的工藝，通過消化工藝參數(shù) 的優(yōu)化和添加改性劑來制備高活性的鈣基脫硫劑，使其工藝運行低成本，可實現(xiàn)連續(xù)化操
作，產(chǎn)品質(zhì)量好。本發(fā)明的目的通過以下構(gòu)思和技術(shù)方案來實現(xiàn)(注文件中各物料百分比均為質(zhì) 量百分比)本發(fā)明是針對燒結(jié)煙氣干法脫硫過程來制備高活性的以Ca(OH)2為主要成分的脫 硫劑。燒結(jié)煙氣的特點是燒結(jié)煙氣處于燒結(jié)工藝的中段，脫硫過程運行的好壞會影響上下游工藝的運行；燒結(jié)煙氣中SO2濃度變化幅度大，使用漿液狀態(tài)的脫硫劑時脫硫劑利用效率 不高，增加設(shè)備腐蝕；含塵濃度高，尤其是鐵含量較大，對具有催化作用而部分催化氧化 為S03。因此采用干式消化僅含少量殘余水分的Ca(OH)2干粉，其質(zhì)量密度較小，有很好的 蠕動性，活性較高，工藝相對穩(wěn)定、靈活，更適用于燒結(jié)煙氣的脫硫過程。CaO干式消化制備Ca(OH)2的工藝過程在一連續(xù)式消化系統(tǒng)中完成(見圖1)。原 料CaO粉末以星形給料器進(jìn)料，通過電磁調(diào)速器調(diào)節(jié)物料給料量，物料在螺旋攪拌并行進(jìn) 的過程中與水進(jìn)行消化反應(yīng)，生成干式Ca(0H)2。消化水采用雙流體噴嘴供給，噴水量以計 量泵調(diào)節(jié)，并根據(jù)消化溫度調(diào)節(jié)不同噴嘴的供水量。消化后的干式Ca(OH)2直接送入脫硫 反應(yīng)系統(tǒng)完成脫硫反應(yīng)過程。在生石灰消化過程中主要考慮了水灰比、消化水初始溫度、攪 拌速度以及消化時間對消化過程的影響，并根據(jù)實驗室系統(tǒng)的小試研究及中試研究(見圖 2)，以比表面積、孔隙率和反應(yīng)性為消化產(chǎn)物指標(biāo)，優(yōu)化CaO干式消化生成Ca(OH)2的工藝 過程。該消化裝置的主要參數(shù)如下(1)螺旋轉(zhuǎn)速在4r/min-80r/min之間變化。(2)總的處理量為5kg/h其堆積密度為0. 894g/cm3經(jīng)過換算其處理量體積為 5600cm3。(3)安裝三個霧化噴嘴，實際裝置中設(shè)計四個安裝位置，可進(jìn)行噴水位置的調(diào)整。(4)三套測溫裝置，通過建立系統(tǒng)消化溫度與水量之間的數(shù)學(xué)模型，反饋至流 量計，控制雙流體噴嘴的出水量，按比例分配各進(jìn)水口水量，達(dá)到控制消化系統(tǒng)溫度在 70 0C -100°C。(5)裝置的技術(shù)參數(shù)如下Q = 5kg/h ；V = 5600cm3 ；L = 2200mm ；D = 80讓；S = 50mm ；R = 4r/min_80r/mino此消化器的特點是三段布水，既可實現(xiàn)消化過程比較完全，得到高活性的消化產(chǎn) 物，又可以通過雙流體霧化噴嘴產(chǎn)生大小適中且均勻的霧化水滴，使得消化后Ca(OH)2顆粒 適中，不易結(jié)團(tuán)，從而保證消化水分布均勻，能夠與石灰快速反應(yīng)，縮短消化時間。石灰干式消化系統(tǒng)制取脫硫劑工藝，包括(I)CaO的質(zhì)量指標(biāo)本工藝過程中采用原料CaO的純度彡83 %,粒度彡100mm，其中惰性物質(zhì) SiO2 ^ 5%,其他堿金屬物質(zhì)如F%03、A1203、MgO的含量控制在1 %范圍以內(nèi)。(2)改性添加劑調(diào)質(zhì)將粉煤灰、活性炭、堿金屬及堿土金屬的鹽類改性劑添加到原料倉中對原料進(jìn)行 調(diào)質(zhì)，粉煤灰的量控制在-10%，活性炭以及其它一些堿金屬及堿土金屬鹽類的加入量 控制在0.5%-5%，改性劑總添加量不超過15%，其加入量以消石灰的質(zhì)量為參照基準(zhǔn)。改 性劑調(diào)質(zhì)采用固體直接摻入法，將改性劑中的一種或幾種直接以固體摻入生石灰中一起完 成消化過程。所添加改性劑在消化過程中一般不參與反應(yīng)，但能與石灰顆粒形成一種比較 松散的結(jié)構(gòu)，增大消石灰的比表面積，改善消石灰的表面形貌、成分及孔隙結(jié)構(gòu)，增加其活 性。(3)攪拌系統(tǒng)的選用本發(fā)明中選取螺旋輸送裝置為消化器主體。螺旋轉(zhuǎn)輸機(jī)在輸送物料過程中，物料的運動由于受旋轉(zhuǎn)螺旋的影響，沿螺旋軸做復(fù)合運動，同時實現(xiàn)攪拌和行進(jìn)，不僅可加快消 化反應(yīng)速率，縮短消化時間，且保證物料混合均勻，避免產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象。消化腔體總長 度2m(消化凈長度)，在較佳轉(zhuǎn)速條件下達(dá)到優(yōu)化的CaO在消化器中的停留時間，實現(xiàn)完全 消化。(4)布水方式以及消化溫度控制在干式消化系統(tǒng)中，加水量是影響干式消化脫硫劑質(zhì)量的重要因素，對加水量的 要求是能夠使經(jīng)過干式消化得到的脫硫劑含一定量水分且保持一定流動量殘余水分的 Ca(OH)2干粉，其質(zhì)量密度較小，有很好的蠕動，能夠降低粘壁現(xiàn)象的發(fā)生，因此螺旋攪拌裝 置動力的消耗也會降低。本消化過程的布水方式采用按比例的三次布水完成石灰的干式消 化過程。本工藝中消化器主體設(shè)置四個布水點，通過調(diào)節(jié)第二布水點距離第一布水點的位 置，實現(xiàn)消化溫度控制，達(dá)到控制消化后脫硫劑質(zhì)量的目的。在消化過程中，根據(jù)每批次石 灰的性質(zhì)，選擇合適的轉(zhuǎn)速，確定第二布水點位置后，開始消化過程。第一個布水點按水灰 比用計量泵注入35% -65%的總需水量，此點的作用是使80% -95%以上的CaO粉末與消 化水完成消化反應(yīng)；第二個布水點用于控制消化腔中的消化溫度以及使未反應(yīng)完全的CaO 進(jìn)一步消化，注入25% -60%的總需水量，并通過第二布水點前后設(shè)置溫度反饋和控制系 統(tǒng)，通過檢測系統(tǒng)消化溫度，調(diào)節(jié)注入水量達(dá)到控制消化溫度在70V -100°C左右，不僅可 保證消化裝置的穩(wěn)定性和安全性，且可生成較高活性的干式消石灰。盡管高的消化溫度可 促進(jìn)消化反應(yīng)速率，但消化速率過快會在短時間內(nèi)釋放大量熱量，對消化反應(yīng)產(chǎn)生影響，石 灰表觀消化速率隨著消化溫度的升高而增加；而在整個消化階段，當(dāng)消化溫度高于100°C， 還會對消化的Ca(OH)2產(chǎn)生“燒結(jié)”作用，封閉消化劑顆粒的空隙結(jié)構(gòu)，降低消化劑活性和脫 硫效率。本工藝中控制消化溫度范圍為70°C -IOO0C ；第三個布水點注入5% -10%的總需 水量，用于增濕消化產(chǎn)物，保證消化后的脫硫劑含濕量在3% -5%之間。本干式消化工藝布水點采用雙流體霧化噴嘴，產(chǎn)生粒徑為30 μ m-50 μ m的液滴， 實現(xiàn)與CaO粉末快速和充分接觸反應(yīng)，縮短消化反應(yīng)時間；同時此種雙流體霧化方式，所需 工程壓頭較小，易于操作與控制，減少了消化過程的動力消耗。本干式消化工藝采用25°C _45°C的工業(yè)水作為消化水，便于消化過程溫度控制和 工廠取水，降低本工藝過程的能量需求。(5)消化產(chǎn)物的活性指標(biāo)脫硫劑活性決定于消化工藝，而工藝過程由不同工藝參數(shù)確定。本消化過程消化 后脫硫劑指標(biāo)采用比表面積、孔隙率和反應(yīng)性進(jìn)行表征。在確定的工藝參數(shù)組合條件下，包 括消化時間、水灰比、消化水初始溫度和攪拌強(qiáng)度，取得相應(yīng)指標(biāo)的干式消化Ca(OH)2脫硫 劑。所述的反應(yīng)過程中攪拌轉(zhuǎn)速的范圍為4r/min-80r/min ；所述加入消化系統(tǒng)的消化水與生石灰的比例，即水灰比(摩爾比)控制范圍為 1. 0-3. 0 ；所述的布水方式是采用按比例的三次布水完成石灰的干式消化過程。第一個噴嘴 和最后一個噴嘴的位置在消化過程中不發(fā)生變化。其中間的兩個噴嘴的布水點位置，根據(jù) 選擇攪拌轉(zhuǎn)速在4r/min-80r/min之間的某個轉(zhuǎn)速時，確定中間布水點的位置；所述的加入消化系統(tǒng)的消化水布水采用三段式，第一布水點注入35% -65%總需水量，達(dá)到80% -95% CaO完成消化；第二布水點注入25% -60%的總需水量，繼續(xù)消化，并 實現(xiàn)消化溫度控制；第三布水點注入5% -10%的總需水量，完成消化后脫硫劑的增濕，保 證消化后脫硫劑含濕量在3% -5%之間；所述的消化系統(tǒng)消化溫升控制在70°C -IOO0C ；所述加入反應(yīng)系統(tǒng)的消化水的初始溫度范圍為25°C -45°C ；所述的消化時間范圍為5min-30min ；所述的改性添加劑包括粉煤灰、活性炭、堿金屬及堿土金屬鹽、惰性粘土礦、鋼鐵 冶煉過程產(chǎn)生的各種廢渣，其添加量控制0. 5% -15% ；所述的試驗工藝參數(shù)下得到脫硫劑的比表面積的大小為20m2/g-120m2/g ；孔隙 率(顆粒之間的空隙)大小為50% -80% ；脫硫劑單次脫硫率達(dá)50% -60% ；消化前后 的粒度大小范圍分別為消化原料的粒度范圍為1μπι-100μπι，消化產(chǎn)物的粒度范圍在 1 μ m-10 μ m。本發(fā)明的有益效果(1)本發(fā)明可將石灰干式消化制備脫硫劑的工藝與干法煙氣脫硫，尤其是鈣基干 法脫硫工藝結(jié)合起來；(2)常壓條件下制備，改性劑獲取容易，且可實現(xiàn)廢物利用，控制成本；(3)消化水的初始溫度較低，取水方便，能量負(fù)荷低；(4)工藝設(shè)備簡單，容易控制。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖；圖2為本發(fā)明的消化中試裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但實施例不應(yīng)理解為對本發(fā)明的 限制。圖中，各標(biāo)號與零部件的對應(yīng)關(guān)系為1-電動機(jī)；2-注料口 ；3-注水孔；4-排氣 孔；5-螺旋攪拌器；6-出料口。實施時將生石灰通過星形加料器，經(jīng)改性后送入消化器主體，控制原料生石灰以 純度在83%以上，平均粒度大小為60 μ m。在40r/min的轉(zhuǎn)速下進(jìn)入消化器腔體。25°C的消 化水經(jīng)計量泵，以水灰比1. 8通過雙流體噴嘴噴入。其中第一個噴嘴噴入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60% 的消化水，使90%的CaO參與反應(yīng)；第二個噴嘴噴入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的消化水，控制消化腔 內(nèi)的溫升在90°C ；第三個噴嘴噴入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的消化水，使消化產(chǎn)物的含濕量為4%。 脫硫劑在消化器腔體內(nèi)停留時間為lOmin，得到比表面積為25m2/g、孔隙率為70%和單次脫 硫率為55%的消化產(chǎn)物。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之 內(nèi)，則本發(fā)明也應(yīng)該包含這些改動和變型在內(nèi)。本說明書中若有未作詳細(xì)描述的內(nèi)容，則屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的技術(shù)，此處不再贅述。
權(quán)利要求
1.一種常壓干式消化制備鈣基脫硫劑工藝，其特征在于它的制備工藝包括以下步 驟，各步驟中的物料百分比均為質(zhì)量比(1)原料CaO的選用采用原料CaO的純度彡83%，粒度彡100mm，其中惰性物質(zhì)SW2 ^ 5 %，其他堿金屬物 質(zhì)如!^e2OyAl2O3JgO的含量控制在范圍以內(nèi)；(2)原料CaO的改性將粉煤灰、活性炭、堿金屬及堿土金屬的鹽類改性劑添加到原料倉中對原料進(jìn)行調(diào)質(zhì)， 粉煤灰的量控制在_10%，活性炭及其它一些堿金屬及堿土金屬鹽類的加入量控制在 0. 5% -5% ；(3)消化攪拌系統(tǒng)的選用選用螺旋輸送裝置為消化器主體，將原料CaO加入到消化攪拌系統(tǒng)中，通過螺旋輸送 攪拌使其物料混合均勻，在消化水作用下實現(xiàn)物料完全消化；(4)布水方式以及消化溫度控制原料消化過程的布水方式采用按比例的三次布水完成石灰的干式消化過程；消化器主 體設(shè)置四個布水點，工作時選擇三個，其中第一布水點和最后布水點的位置固定，中間布水 點的位置是根據(jù)消化溫度和合適的轉(zhuǎn)速來選擇確定；第一個布水點按水灰比的摩爾比控制 范圍1.0-3.0，用計量泵注入35% -65%的總需水量；第二個布水點注入25% -60%的總需 水量，并通過第二布水點前后設(shè)置溫度反饋和控制系統(tǒng)，調(diào)整第二個雙流體噴嘴的消化水 流量，使其控制消化溫度范圍為70°C -IOO0C ；第三個布水點注入5% -10%的總需水量，使 其脫硫劑含濕量在3% -5%之間；布水點采用雙流體霧化噴嘴，產(chǎn)生粒徑為30 μ m-50 μ m的 液滴；原料經(jīng)上述攪拌、布水、消化即可成干式鈣基脫硫劑。
2.如權(quán)利要求1所述的常壓干式消化制備鈣基脫硫劑工藝，其特征在于所述螺旋輸 送裝置的轉(zhuǎn)速范圍為4r/min-80r/min。
3.如權(quán)利要求1所述的常壓干式消化制備鈣基脫硫劑工藝，其特征在于所述原料在 螺旋輸送裝置的消化時間范圍為5min-30min。
4.如權(quán)利要求1所述的常壓干式消化制備鈣基脫硫劑工藝，其特征在于所述的消化 系統(tǒng)的消化水的初始溫度范圍為25°C -45°C。
5.如權(quán)利要求1所述的常壓干式消化制備鈣基脫硫劑工藝，其特征在于所述加入的 改性添加劑為一種或幾種，其總添加量控制在0. 5% -15%。
6.如權(quán)利要求1所述的常壓干式消化制備鈣基脫硫劑工藝，其特征在于所述的消化 產(chǎn)物脫硫劑的比表面積的大小為20m2/g-120m2/g ；孔隙率大小為50% -80% ；脫硫劑單次 脫硫率達(dá)50% -60%。
7.如權(quán)利要求1所述的常壓干式消化制備鈣基脫硫劑工藝，其特征在于所述的消化 原料的粒度范圍為ι μ m-ioo μ m,消化產(chǎn)物的粒度范圍為1 μ m-10 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種常壓干式消化制備鈣基脫硫劑工藝。首先在原料倉向原料CaO混入改性添加劑，再加入到連續(xù)式消化系統(tǒng)中；消化系統(tǒng)通過雙流體噴嘴分三個布水點供給消化水，原料在螺旋攪拌并行進(jìn)的過程中與水充分接觸發(fā)生消化反應(yīng)，生成一定含水率的干式Ca(OH)2。原料CaO在消化過程中主要考慮了水灰比、消化水初始溫度、攪拌速度及消化時間對消化過程的影響，并根據(jù)實驗室系統(tǒng)的小試研究及中試研究，以比表面積、孔隙率和反應(yīng)性為消化產(chǎn)物指標(biāo)，優(yōu)化CaO干式消化生成Ca(OH)2的工藝過程。本發(fā)明工藝簡單，且可廢物利用，有利于提高脫硫劑的消化效果，進(jìn)而提高脫硫效率，降低脫硫運行成本。
文檔編號B01D53/50GK102059044SQ20101056485
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者劉漢杰, 吳聲浩, 吳曉琴, 吳高明, 張德剛, 杜健敏, 肖婷婷, 胡平, 陳云, 魏仁零 申請人:武漢科技大學(xué), 武漢鋼鐵(集團(tuán))公司