专利名称：两级消化和分离过程集成的脱硫剂制备工艺及其系统的制作方法 我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一，煤炭在我国一次能源的生产和消耗比例中一直在70％以上，燃煤产生的二氧化硫排放已形成了巨大的环境污染，从根本上治理二氧化硫排放污染势在必行。循环流化床烟气脱硫技术是20世纪80年代发展起来的一种半干法烟气脱硫方法。由于该方法具有投资少、占地面积小、系统简单、脱硫效率高等特点，因此成为电力环保行业中研究开发和推广的重点。然而，循环流化床烟气脱硫技术要达到高脱硫率的前提是如何保证高活性的消石灰脱硫剂颗粒喷入循环流态化的脱硫反应塔内。目前，在我国普遍应用的循环流化床烟气脱硫工艺及其系统中，通常采用流化方式或机械方式把生石灰消化为熟石灰来制作脱硫剂，将其喷入脱硫反应塔内与烟气中的二氧化硫进行脱硫反应。例如德国Wulff公司的生石灰消化制备方法和装置，就是采用流化方式进行石灰消化处理的。由于此类方法及装置大多采用底部小管径的流化风输入，在石灰的消化过程中大颗粒杂质容易在此堵塞，妨碍整个消化系统的正常工作，因而其缺点是对生石灰的品质要求很高，一般要求生石灰的平均粒径小于1mm，生石灰含量大于85％；而且，大颗粒杂质和水混合成粘稠状的浆液，容易使石灰消化反应器的内壁结垢，内壁结垢后使大颗粒杂质更容易堵塞，形成恶性循环，最终将导致消化系统不能有效地运行；同时，粒径未达到要求石灰原料颗粒，需要一台甚至多台外部分离器进行分离处理，再送回消化反应塔中循环，使得整个消化装备的占地面积过大。公告号为CN2577942Y的中国实用新型专利说明书中将石灰制成浆液喷入脱硫反应塔内与烟气中的二氧化硫进行反应，但这种方法使整个工艺流程和设备趋于复杂，占地面积过大，浆液管道易腐蚀、结垢和堵塞，浆液喷嘴易磨损。公告号为CN2542658Y和CN2518861Y的中国实用新型专利说明书所介绍的生石灰消化装置，采用的是机械搅拌加喷水方式对生石灰进行消化，此类装置虽然可以连续地对生石灰进行消化处理，但原料中生石灰与石子、砂子、粘土等杂质混存，不可能获得表面积大、颗粒直径小的高品质消石灰脱硫剂，并且也无有效的办法将其中的砂石、粘土等大颗粒杂质清除掉，其消化反应的效率也不高。
本发明的目的就是要提供一种两级消化和分离过程集成的脱硫剂制备工艺及其系统。采用该工艺及其系统可以去除生石灰原料中的大颗粒杂质，避免装置内部积垢，提高消化反应效率，制得高品质的脱硫剂，同时可以减小系统占地空间，提高系统的稳定性，降低系统投资和运行成本。为达到上述目的，本发明所设计的两级消化和分离过程集成的脱硫剂制备工艺，包括以下步骤1)将制备脱硫剂的生石灰原料、消化反应用水送入螺旋搅拌式消化器中充分混合，进行第一级消化反应；2)采用流化风将经过第一级消化反应后的生、熟石灰混合物送入消化反应塔主体下部的圆柱型消化流化段中，并向该圆柱型消化流化段内喷入高温饱和水蒸汽，使其中未发生反应的生石灰进行第二级消化反应；3)通过消化反应塔主体上部的锥环型流动区域，迫使经过第二级消化反应后的脱硫剂风粉混合物中的大颗粒杂质在自身重力的作用下分离下来，并排出塔外；4)利用布置在消化反应塔主体顶部内侧的第一级粗颗粒分离器，将经过大颗粒杂质分离后的脱硫剂风粉混合物，切向导入上述锥环型流动区域中间的内圆锥体段中，产生离心运动，迫使其中未完全消化的粗颗粒原料分离下来，并通过循环管路将所分离下来的粗颗粒原料再送回上述圆柱型消化流化段中继续进行消化反应；5)将经过第一级粗颗粒分离器分离出来的完全消化的细颗粒风粉混合物，送入布置在消化反应塔主体外部的第二级细颗粒分离器内进行再分离，使其中的乏气、以及少量极细小的脱硫剂粉尘分离开来，从而获得合格的脱硫剂细颗粒。上述两级消化和分离过程集成的脱硫剂制备工艺中，风粉混合物原料在所述圆柱型消化流化段中的流速控制在7～10m/s的范围内，风粉混合物原料在所述锥环型流动区域中的流速控制在3～5m/s的范围内。这样，可以根据石灰及杂质的固有特性，通过比例控制风粉混合物流速的高低、依靠大颗粒的自身重力，有效地将5mm以上的大颗粒砂石等杂质分离出来。上述两级消化和分离过程集成的脱硫剂制备工艺中，所述第一级粗颗粒分离器要将90％以上的大于10μm的未完全消化的粗颗粒原料分离下来。这样，大于10μm的未完全消化的粗颗粒原料可以通过再循环管路被多次送回圆柱型消化流化段中，对其进行循环流态化的消化处理，在多次消化的基础上进一步提高脱硫剂原料的利用率，并获得完全消化的高质量脱硫剂颗粒。
上述两级消化和分离过程集成的脱硫剂制备工艺中，将所述经过第二级细颗粒分离器分离出来的乏气、以及少量极细小的脱硫剂粉尘，再送入圆柱型消化流化段中。这样，流化风可以在该工艺中形成一个封闭的循环，以使脱硫剂制备系统周围处于无污染的良好工作环境，确保系统消化反应的安全性和稳定性。
为实现上述工艺而专门设计的两级消化和分离过程集成的脱硫剂制备系统，主要由消化反应塔主体、布置在消化反应塔主体外部的物料循环仓、第二级细颗粒分离器、螺旋搅拌式消化器以及流化风机组成消化反应塔主体自下而上依次包括圆柱型消化流化段、斜截面环形回渣管、外圆锥体段和塔顶段；圆柱型消化流化段上布置有饱和蒸汽喷嘴；斜截面环形回渣管由斜截面圆筒重叠套置在圆柱型消化流化段上部而构成，斜截面环形回渣管的底部与外置杂质仓相连。
外圆锥体段内部中央对应地设有一内圆锥体段，外圆锥体段和内圆锥体段之间构成一个锥环型流动区域，该锥环型流动区域的横截面为圆环形截面，该圆环形截面面积由下向上逐渐减小，且其下部进口处圆环形截面面积大于圆柱型消化流化段的截面面积。
内圆锥体段的顶边与塔顶段的顶壁之间设置有引导风粉混合物进入内圆锥体段中的第一级粗颗粒分离器；内圆锥体段的底部通过物料循环管与物料循环仓的进口相连，物料循环仓的出口、螺旋搅拌式消化器的出口、圆柱型消化流化段的底部进口同时与流化风机的风输出端相连。
塔顶段的顶壁中央设置有物料出口管，物料出口管的下端入口位于内圆锥体段的顶部中央，物料出口管的上端出口与第二级细颗粒分离器的输入端相连。
本发明的工艺及其系统将干湿状态不同的两级消化过程和分离粒径参数不同的两级分离过程有机地结合在一起，与现有技术相比，其优点主要表现在以下几个方面首先，本发明通过螺旋搅拌式消化器和循环流态化消化反应塔相结合的方式对生石灰原料进行分段消化处理，先由性能稳定的螺旋搅拌式消化器负担80％左右的生石灰消化工作，剩余的生石灰消化任务再由消化反应塔在流态化状态下反复精细循环而完成。这样可以大幅降低消化反应塔内的物流负荷，并可以采用品质相对较低的生石灰作为脱硫剂原料，制备出脱硫剂颗粒粒径为5～10μm、表面积大、表面高活性的高品位脱硫剂。
其次，本发明向消化反应塔内喷入的消化反应用水是高温饱和水蒸汽，它可以促进消化反应的速率，在保证高效获得表面积大、表面活性高的脱硫剂颗粒的同时，还可以有效地对已经消化了的脱硫剂颗粒进行快速干燥。这样可以确保消化反应塔内部各处不粘结、不结垢、不阻塞，原料物流顺畅，始终处于良好的工作状态。
第三，本发明利用重力原理，通过设置在消化反应塔上部的锥环型变截面流动区域控制物料流速，并通过设置在锥环型变截面流动区域下面的斜截面环形回渣管及外置杂质仓，实现了生石灰原料中大颗粒砂石杂质的有效分离，从而改善了消化反应塔内的物料流化状态，不仅对生石灰的原料要求可以大幅降低，而且可以使生石灰高效地进行消化反应，同时消化反应塔内部不易堵塞、结垢，从而提高了整个消化系统的工作效率，使该系统具有很高的安全性和稳定性，特别是在大型化设备的脱硫剂制备系统中更为显著。
第四，本发明利用离心原理，通过设置在消化反应塔顶部下的第一级粗颗粒分离器，有效地实现了对大颗粒未消化石灰原料的分离，并将其直接送回圆柱型消化流化段进行循环流态化处理，如此不断重复，大大增加了大颗粒石灰原料的消化反应次数，大幅提高了生石灰原料的利用率以及消化反应的效率。并且，消化反应塔与第一级粗颗粒分离器、内圆锥体段循环装置一体化设计，有效地减少了整个消化反应系统的占地面积，大幅节约了脱硫剂的产生成本。
第五，本发明工艺及其装置所制备脱硫剂的数量，不仅可以通过改变螺旋搅拌式消化器的转速来调节，而且可以通过改变消化反应塔顶部的第一级粗颗粒分离器的参数来调节，从而可以用多种方式满足脱硫系统中各种负荷变化所需的脱硫剂用量和脱硫剂颗粒粒径大小。因此本发明的系统具有宽负荷调节比、可靠性高和调节速度快等特点。


图1为一种两级消化和分离过程集成的脱硫剂制备系统的结构示意图；图2为图1中消化反应塔主体的A-A剖视结构示意图。

以下结合附图和具体实施例对本发明的脱硫剂制备工艺及其系统作进一步的详细描述图中所示的两级消化和分离过程集成的脱硫剂制备系统，主要由消化反应塔主体、位于消化反应塔主体外部的物料循环仓5、第二级细颗粒分离器18、螺旋搅拌式消化器2、以及流化风机1组成。
螺旋搅拌式消化器2的进料口与生石灰仓4相连，螺旋搅拌式消化器2的顶部布置有雾化水喷嘴3，雾化水喷嘴3可以是单个或多个平行布置。
消化反应塔主体自下而上依次包括圆柱型消化流化段6、斜截面环形回渣管13、外圆锥体段15和塔顶段9。圆柱型消化流化段6上布置有饱和蒸汽喷嘴11，饱和蒸汽喷嘴11可以是单层或多层布置，其喷头伸入到圆柱型消化流化段6的轴心处，喷射方向与物料流动方向一致，其具体位置在垂直高度上比圆柱型消化流化段6的底部入口高500～1000mm，这样能强化塔内气、液、固三相物质的混合，形成良好的流态化和消化反应条件，确保消化反应快速进行。
斜截面环形回渣管13由斜截面圆筒重叠套置在圆柱型消化流化段6上部而构成，斜截面环形回渣管13的底部与外置杂质仓12相连，其一侧高一侧低的环形滑道式构造可以保证风粉混合物中的砂石等大颗粒杂质能够顺利沿着斜截面环形回渣管13排出。
外圆锥体段15内部中央对应地设有一内圆锥体段14，外圆锥体段15和内圆锥体段14之间构成一个锥环型流动区域，该锥环型流动区域的横截面为圆环形截面，该圆环形截面面积由下向上逐渐减小，且其下部进口处圆环形截面面积大于圆柱型消化流化段6的截面面积，以确保控制从圆柱型消化流化段6出来的风粉混合物的流速在此降低，使脱硫剂原料中的大颗粒砂石杂质在自身重力的作用下分离出来。具体制作时其较佳的设计参数为内圆锥体段14的锥顶角为90～120°，外圆锥体段15的锥顶角为70～90°，其所构成的锥环型流动区域的上部出口圆环形截面面积为下部进口圆环形截面面积的0.3～0.5倍。这样设计，可以在确保有效去除大颗粒砂石杂质的同时，最大限度地强化锥环型流动区域中气流的紊流度，加剧物料之间的动量、热量和传质交换，进一步提高消化反应的速度。
内圆锥体段14的顶边与塔顶段9的顶壁之间设置有引导风粉混合物进入内圆锥体段14中的第一级粗颗粒分离器16，第一级粗颗粒分离器16采用叶片分离器，最好是叶片径向偏角可调节的分离器。这样可以通过调节叶片径向偏角来改变分离器的分离效率及脱硫剂的粒径大小和制备量多少，满足各种工况和负荷的需要。具体地，所设计简单有效的叶片分离器16为；其圆环形框架上均布有许多切向叶片8，切向叶片8通过环形连杆驱动机构20连为一体，通过拨动环形连杆驱动机构20，可以方便统一地调节切向叶片8的径向偏角，其径向偏角的调节范围为0～60°。
塔顶段9的顶壁最好设计为圆锥体结构，其锥顶角优选在120～150°的范围内，它与切向叶片8配合，可使切向导入的风粉混合物先旋入塔顶段9的锥顶再向下旋入内圆锥体段14中，以减小气流阻力，保持气流稳定可靠的离心运动，从而确保再分离循环的质量。
内圆锥体段14的底部通过物料循环管7与物料循环仓5的进口相连，物料循环仓5的出口、螺旋搅拌式消化器2的出口、圆柱型消化流化段6的底部进口同时与流化风机1的风输出端相连，将第一级消化反应后的生、熟石灰混合物和第一级粗颗粒叶片分离器16分离出来的粗颗粒原料，同时送入圆柱型消化流化段6的底部。
塔顶段9的顶壁中央设置有物料出口管10，物料出口管10的下端入口位于内圆锥体段14的顶部中央，稍低于切向叶片8的安装位置，以便从切向叶片8旋入的风粉混合物不会直接从物料出口管10的下端入口冲出。物料出口管10的上端出口与第二级细颗粒分离器18的输入端相连，第二级细颗粒分离器18采用旋风分离器或布袋除尘器或它们的组合。第二级细颗粒分离器18的乏气输出端通过乏气输送管19与流化风机1的风输入端相连，以使整套消化系统周围处于无污染的工作环境，确保消化反应的安全性和稳定性。第二级细颗粒分离器18的成品脱硫剂输出端通过成品输送管17与消石灰储存仓相连，或直接将其喷入脱硫反应塔内进行烟气脱硫。
本发明的两级消化和分离过程集成的脱硫剂制备工艺是这样实现的从生石灰仓4送来的脱硫剂原料生石灰，通过旋转给料装置进入螺旋搅拌式消化器2中，与此同时从雾化水喷嘴3喷出的雾化水自上而下均匀喷洒在螺旋搅拌式消化器2的螺旋杆和生石灰粉原料上，使生石灰原料进行第一级消化反应，第一级消化反应可消化80％左右的生石灰原料。
流化风机1所吹出的流化风，通过管路把经过第一级消化反应的生、熟石灰混合物，从圆柱型消化流化段6的底部送入，风粉混合物原料在圆柱型消化流化段6中的流速控制在7～10m/s的范围内。与此同时，通过饱和蒸汽喷嘴11向圆柱型消化流化段6内喷入高温饱和水蒸汽，使高温饱和水蒸汽与未完全消化的生石灰原料充分接触，风粉混合物中气、液、固三相物质强烈混合，形成极好的流态化和消化反应环境，使第二级消化反应快速进行，并且高温饱和水蒸汽的热量与第二级消化反应所放出的热量完全可以使消化好的脱硫剂成为干燥的颗粒，避免了在消化反应塔主体内壁发生粘结和结垢的现象。
然后，从圆柱型消化流化段6流出的风粉混合物原料，进入外圆锥体段15和内圆锥体段14所构成的锥环型流动区域，由于该锥环型流动区域的横截面积大于圆柱型消化流化段6的横截面积，风粉混合物原料的流速因而降到3～5m/s的范围内。这时脱硫剂风粉混合物中的大颗粒砂石杂质会因重力而分离出来，通过斜截面环形回渣管13的底部流入外置杂质仓12中。
此后，流化气体携带未完全消化的脱硫剂颗粒和完全消化的脱硫剂颗粒风粉混合物，从第一级粗颗粒叶片分离器16的切向叶片8处旋转进入内圆锥体段14的空间中，在旋转离心力的作用，将风粉混合物中90％以上大于10μm的未完全消化的脱硫剂颗粒分离出来，通过物料循环管7回到物料循环仓5，并通过流化风机1再次输入到圆柱型消化流化段6中，进行消化反应循环。拨动环形连杆驱动机构20可以改变切向叶片8的径向偏角，即改变切向叶片8的进口角度，以调节制备脱硫剂的数量及粒径大小，适应各种负荷变化需求。第二级消化反应循环可消化好第一级消化反应中剩余的99％的生石灰原料。
再后，经过第一级粗颗粒叶片分离器16分离出来的完全消化的细颗粒风粉混合物，通过布置在塔顶段9的顶壁中央的物料出口管10输出，进入外置的第二级细颗粒旋风分离器18内进行再分离，第二级细颗粒旋风分离器18可将95％以上完全消化的脱硫剂细颗粒与乏气分离。
最后，经过第二级细颗粒旋风分离器18分离出的乏气和少量非常细的脱硫剂粉尘通过乏气管19送回输送风机1的入口，以使整套消化系统的流化风封闭循环，保持系统干净的工作环境。而经过第二级细颗粒旋风分离器18分离出的成品脱硫剂颗粒，则通过成品输送管17送入消石灰储存仓，或直接将其喷入循环流化床烟气脱硫系统中进行脱硫。
本发明的工艺及其系统将消化反应塔主体的消化、分离与循环过程设计为一体，其结构紧凑、占用空间少、运行成本低。通过改变其内置第一级叶片分离器的切向叶片的径向偏角，不仅可以调节其消化系统的脱硫剂制备量，而且可以改变第一级叶片分离器的分离效率，从而满足所需要的消化系统内脱硫剂颗粒的循环倍率，确保消化系统具有较宽的调节比和较高的可靠性。


一种两级消化和分离过程集成的脱硫剂制备工艺及其系统。该工艺先采用螺旋搅拌器对生石灰进行第一级消化，然后采用高温饱和水蒸汽在消化反应塔中对其进行第二级消化，并通过锥环型流动区域迫使石灰风粉混合物中的大颗粒杂质分出，再利用内置第一级粗颗粒分离器迫使其中的粗颗粒原料分出再循环，最后经外置第二级细颗粒分离器将乏气分开，从而获得合格的脱硫剂细颗粒。其系统主要由消化反应塔主体、布置在消化反应塔主体内部的第一级粗颗粒分离器以及内圆锥体等分离循环部件、布置在消化反应塔主体外部的物料循环仓、第二级细颗粒分离器、螺旋搅拌式消化器以及流化风机组成。其所占空间小，消化效率高，所得脱硫剂品质好，系统投资和运行成本低。