CN101168119B - 烟气湿法脱硫前的冷却脱氟装置 - Google Patents

烟气湿法脱硫前的冷却脱氟装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种烟气湿法脱硫前的冷却脱氟装置。该装置为水平直筒式结构，包括功能不同的前后两段；直筒前段中喷出碱液将烟气中的大部分HF除去，碱液的蒸发使烟气得到一级冷却；直筒后段中喷出的工艺水将烟气进一步冷却到80℃以下，冷却后的烟气以安全烟温进入脱硫塔；根据装置前后两段不同的腐蚀性条件，采用不同的防腐材质。本发明装置集烟气降温、增湿、除尘、解决干湿交界面的灰堵和结垢、解决脱硫塔入口腐蚀严重问题等功能于一体，更是一种具有除F-、除Cl-等功能的新装置，有效地降低了对湿式脱硫塔内防腐材料的要求，减少了系统投资并增强了系统可靠性。

Description

烟气湿法脱硫前的冷却脱氟装置
技术领域
本发明涉及一种烟气湿法脱硫前的冷却脱氟装置，特别涉及一种用于钢铁冶金烧结烟气的湿法脱硫前的冷却脱氟装置。
背景技术
钢铁冶金烧结烟气中含有大量的SO2，这使其成为现今我国SO2排放的重要污染源，因此需对钢铁冶金烧结烟气进行脱硫。不同于燃煤锅炉烟气，依据烧结矿的不同，每立方米烧结烟气中还含有十几甚至几百毫克的HF气体。常用的湿法烟气脱硫技术是在吸收塔内对SO2、HF、HCl及烟尘同时进行净化脱除，该工艺虽具有较高的脱除效率，但塔内的腐蚀性问题比较突出。尤其是HF具有很强的腐蚀性：溶于水后生成的氢氟酸中的F-与吸收塔内的金属材料反应生成可溶性盐，使塔内金属构件逐渐破坏；这种化学腐蚀在温度较高的情况下更为严重。F-还能对金属表面产生电化学点腐蚀，点腐蚀是目前湿式吸收塔内最常见最严重的腐蚀。对于燃煤电厂的一般湿法吸收塔更是不耐氟腐蚀。因此，现有的在一个脱硫塔内同时净化SO2、HF、HCl等污染物的湿法脱硫技术，对塔内防腐材料的要求极高，尤其是在烟气中HF浓度较高的情况下。由此增加了系统投资，对系统的可靠性和利用率也有不利的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种位于烟气湿式吸收塔前的冷却脱氟装置，将烟气湿法脱硫装置前的冷却器与脱除HF的功能相结合，降低烟气温度的同时除去烟气中的HF，从而降低对烟气湿式吸收塔内材料的防腐要求，降低系统投资，增强系统可靠性和利用率。
本发明解决上述技术问题的方案如下：设置一种烟气湿法脱硫前的冷却脱氟装置，其包括筒体前段和筒体后段，所述筒体前段上依次设有烟气进口、冲洗喷嘴、若干个碱液喷嘴；所述筒体后段上依次设有冷却水喷嘴、烟气出口；在该装置下部设有废液出口。
在筒体前段中，烟气与从碱液喷嘴中喷出的碱液雾滴充分接触。HF气体虽然在常温下能无限制地溶于水，但在冷却脱氟装置中，随着水滴的蒸发，原先溶于水中的HF气体又会被重新释放出来。因此，为有效去除HF气体，用碱液洗涤。HF气体先溶于碱液中，并和碱液中的碱性物质反应生成CaF2沉淀，从而使HF被捕集并固定下来。筒体前段在进行碱液洗涤过程的同时，使烟气温度也得以部分降低。
由于烟气中的HCl气体亦具有很高的溶解度(标准状态下1体积水能溶解505体积的HCl气体)，因此在筒体前段内还能实现较高的HCl脱除效率，从而大大减轻了脱硫系统的氯离子富集效应，缓解了后续设备的氯腐蚀问题并提高了脱硫副产石膏的品位。同时，根据同离子效应理论，可溶性的CaCl2能有效地提高筒体前段洗涤液中的Ca2+浓度，强化CaF2的沉淀效果，这也使得洗涤废液的水处理过程更加简单。
筒体前段的洗涤过程中，碱液也会和烟气中SO2发生反应。但与HF和HCl相比，SO2的溶解度较低(常温常压下，1体积水只能溶解40体积的SO2)，因此SO2与碱液的化学反应势低于HF和HCl，在筒体前段中仅有少部分CaSO3会生成，由此导致的沉淀和结垢也由冲洗水消除。
由于烧结烟气入口温度较高，会在筒体前段的干湿交界面尤其是烟气流动死角区形成结垢甚至发生灰堵，因此在距烟气进口不远处设上下两排喷嘴冲洗筒内上、下侧壁面。
除去大部分HF和HCl的烟气再进入筒体后段，与从冷却水喷嘴喷出的工艺水充分接触，进一步增湿冷却到80℃以下进入脱硫塔。该烟温能满足耐热性能较低的玻璃钢的要求，从而保证玻璃钢内衬吸收塔的安全可靠。筒体后段中，烟气中残留的HF、HCl和SO2被进一步洗涤，从而保证了对防腐材料破坏性最强的HF被基本去除。烟尘经过前后两级洗涤，也有很大一部分被除下，确保了脱硫副产石膏的质量。
前后两级洗涤废水沿倾斜的筒体底面汇流至废液出口管排出。
作为本发明的一种改进，碱液喷嘴和冷却水喷嘴均匀分布于喷嘴架上，该喷嘴架垂直于烟气流动方向固定在筒体上，保证喷出的浆液能完全覆盖整个筒体截面。
作为本发明的一种改进，所述碱液喷嘴为实心锥雾化喷嘴，冷却水喷嘴为空心锥雾化喷嘴。
作为本发明另外的改进，碱液喷嘴和冷却水喷嘴采用顺烟气流动方向喷射，以避免喷嘴堵塞。
作为本发明另外的改进，冲洗喷嘴为上下两排，向筒内上、下侧壁面喷射。作为本发明的另外的改进，所述冲洗喷嘴为高速低压头喷嘴。
作为本发明另外的一种改进，所述筒体前段的防腐材质的等级要求高于筒体后段。由于筒体前段和筒体后段不同的功能，使得前后两段的腐蚀条件不同：筒体前段较高的烟温、洗涤废液中含有较高浓度的HF和结露的硫酸液滴、碱液中固相颗粒对筒体内壁的冲刷等因素，使得该段的腐蚀情况比较严重，需采用防腐等级高的材质。筒体后段烟温较低，洗涤液中HF、硫酸结露液滴浓度较低，且颗粒冲刷磨损腐蚀较小，故采用防腐等级低一些的材质。筒体前后两段根据其不同功能而采用不同的材质，有效地降低了装置的建造成本。
作为本发明另外的改进，所述碱液为石灰石或石灰浆液。
作为本发明另外的改进，所述碱液包括钠基、镁基、铵基溶液。
本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
1.在吸收塔前的烟气冷却器内将HF气体基本除去，有效地减轻了吸收塔内的腐蚀情况，降低了对防腐材料的等级要求，提高了系统的可靠性和可用率。
2.通过前后两级冷却，将烟气迅速增湿冷却到80℃以下，保证了吸收塔内防腐材质的耐热性能，并为后续的脱硫提供了最佳的反应条件。
3.该发明装置为价格优势明显但耐热性能较差的玻璃钢材料在吸收塔内的应用提供了保障。
4.在该发明装置中同时实现了对HCl和烟尘的较高的脱除效率，有效地减轻了脱硫系统后续设备的氯腐蚀问题，并大大提高了脱硫副产石膏的品位。
5.根据该发明装置前后两段不同的功能结构和腐蚀性条件，采用不同的防腐材质，降低了装置制造成本。
6.工艺水的冲洗保证了该发明装置的可靠运行。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本烟气湿法脱硫前的冷却脱氟装置由筒体前段4和筒体后段6组成。筒体前段上依次设有烟气进口2、冲洗喷嘴1、若干个碱液喷嘴3。碱液喷嘴3均匀分布于喷嘴架上，该喷嘴架垂直于烟气流动方向固定在筒体上。烟气由烟气进口2进入筒体前段4，在筒体前段4中，烟气与从碱液喷嘴3中喷出的碱液雾滴充分接触，碱液喷嘴3中的碱液由碱液管10提供。由于HF气体常温下能无限制地溶于水，在筒体前段4的碱液洗涤过程中，HF气体首先溶于碱液，进而与碱液发生反应从而被捕集下来，碱液洗涤阻止了HF气体的再挥发。大部分HF气体在这一过程中被除去，同时烟气温度也得以部分降低。这里采用的碱液指石灰石或石灰浆液，由脱硫浆液制备系统提供。碱液也可以包括钠基、镁基、铵基溶液。喷入的碱液量根据烧结烟气中HF的浓度而定。碱液喷嘴3均匀地焊接在碱液管10上，保证喷出的浆液能完全覆盖整个筒体截面。碱液喷嘴3为实心锥雾化喷嘴，采用顺烟气流动方向喷射，以避免喷嘴堵塞。脱氟反应生成的CaF2以固体沉淀的形式析出。由于烟气中的HCl气体亦具有极高的溶解度(标准状态下1体积水能溶解505体积的HCl气体)，因此在筒体前段4内还能实现较高的HCl脱除效率，从而大大减轻了脱硫系统的氯离子富集效应，缓解了后续设备的氯腐蚀问题并提高了脱硫副产石膏的品位。同时，根据同离子效应理论，可溶性的CaCl2能有效地提高筒体前段洗涤液中的Ca2+浓度，强化CaF2的沉淀效果，这也使得洗涤废液的水处理过程更加简单。考虑到烧结烟气入口温度较高，会在筒体前段的干湿交界面尤其是烟气流动死角区形成结垢甚至发生灰堵，因此在距烟气进口不远处设上下两排冲洗喷嘴1冲洗筒内上、下侧壁面，冲洗水由脱硫系统工艺水槽提供，并由冲洗水管11引入冲洗喷嘴，冲洗喷嘴采用高速低压头喷嘴，沿筒壁方向喷射。下排喷嘴喷射方向沿烟气流动方向顺时针45°，上排喷嘴喷射方向沿烟气流动方向逆时针45°。筒体前段的洗涤过程中，碱液也会和烟气中SO2发生反应。但与HF和HCl相比，SO2的溶解度较低(常温常压下，1体积水只能溶解40体积的SO2)，因此SO2与碱液的化学反应势低于HF和HCl，在筒体前段中仅有少部分CaSO3会生成，由此导致的沉淀和结垢也由冲洗水消除。
除去大部分HF和HCl的烟气再进入筒体后段6。筒体后段6上依次设有冷却水喷嘴5、烟气出口7。烟气与从冷却水喷嘴5喷出的工艺水充分接触，进一步增湿冷却到80℃以下后进入脱硫塔，该工艺水由冷却水管8引入冷却水喷嘴。80℃以下烟温能满足耐热性能较低的玻璃钢的要求，从而保证玻璃钢内衬吸收塔的安全可靠。筒体后段中，冷却水也顺气流方向喷射，烟气中残留的HF、HCl和SO2被进一步洗涤，从而保证了对防腐材料破坏性最强的HF被基本去除。烟尘经过前后两级洗涤，也有很大一部分被除下，确保了脱硫副产石膏的质量。
筒体前段4的底部设有废液出口9，在筒体前段4生成的CaF2、CaCl2、烟尘和少量CaSO3等从该废液出口及时排出，筒体后段洗涤下来的废水也汇流至废液出口管9排出，排出液不进入吸收塔而直接流入澄清池，澄清后的清液送废水处理系统进一步处理后外排。澄清池底部的重金属污泥可进一步分离后利用。
筒体前段4和筒体后段6的不同功能，使得对材质的要求也有所不同：筒体前段4较高的烟温、洗涤废液中含有较高浓度的HF和结露的硫酸液滴、碱液中固相颗粒对筒体内壁的冲刷等因素，使得该段的腐蚀情况比较严重，需采用防腐等级高的材质。筒体后段6烟温较低，洗涤液中HF、硫酸结露液滴浓度较低，且颗粒冲刷磨损腐蚀较小，故采用防腐等级稍低的材质。筒体前后两段根据其不同功能而采用不同的材质，有效地降低了装置的建造成本。
在本冷却脱氟装置的尾部即烟气出口处装有实时烟温和烟气成分监测仪表，并将监测信号送入控制器，由控制器调节碱液喷入量和其后的冷却水喷入量。
针对一烧结烟气脱硫的热态试验装置：试验用烟气取自某烧结厂排放烟气，流量为90000m3/h，温度为80～150℃，烟气中SO2浓度为300～800mg/Nm3，HF浓度为50～90mg/Nm3，HCl浓度为80～150mg/Nm3，粉尘浓度为50～120mg/Nm3。采用的冷却脱氟装置为功能不同的两段式直筒结构。筒体前段材质采用316L，筒体后段材质采用碳钢Q235A内衬玻璃鳞片树脂。筒体前段布置有一层碱液喷嘴，从上至下共4排，每排均布数4个喷嘴，采用实心锥雾化喷嘴，喷射方向顺烟气流动方向。喷入的碱液取自石灰石制浆罐，流量为120～250kg/h。筒体后段布置有一层冷却水喷嘴，从上至下共5排，每排均布数5个喷嘴，采用空心锥雾化喷嘴，喷射方向顺烟气流动方向。冷却水取自工艺水槽，流量为2t/h。在距烟气进口不远处设上下两排工艺水冲洗喷嘴，每排均布8个喷嘴，采用高速射流喷嘴。下排喷嘴喷射方向沿烟气流动方向顺时针45°，上排喷嘴喷射方向沿烟气流动方向逆时针45°。冲洗水每间隔15～30min开启一次，每次持续冲洗1min，最大瞬时流量为10t/h。经冷却脱氟后的烟气，温度降至80℃以下，烟气中HF和HCl气体的脱除效率达90％以上，除尘效率达85％，SO2脱除效率在10～20％。

Claims (5)

1.一种烟气湿法脱硫前的冷却脱氟装置，其特征在于包括筒体前段和筒体后段，
所述筒体前段上依次设有烟气进口、冲洗喷嘴、若干个碱液喷嘴，所述冲洗喷嘴为高速低压头喷嘴；
所述筒体后段上依次设有冷却水喷嘴、烟气出口，所述碱液喷嘴和冷却水喷嘴均匀分布于喷嘴架上，该喷嘴架垂直于烟气流动方向固定在筒体上，所述喷嘴和喷射方向顺烟气流动方向；
在该装置下部设有废液出口。
2.如权利要求1所述的烟气湿法脱硫前的冷却脱氟装置，其特征在于：所述碱液喷嘴为实心锥雾化喷嘴，冷却水喷嘴为空心锥雾化喷嘴。
3.如权利要求1所述的烟气湿法脱硫前的冷却脱氟装置，其特征在于：所述冲洗喷嘴为上下两排，向筒内上、下侧壁面喷射。
4.如权利要求1所述的烟气湿法脱硫前的冷却脱氟装置，其特征在于：所述筒体前段的防腐材质的等级要求高于筒体后段。
5.如权利要求1所述的烟气湿法脱硫前的冷却脱氟装置，其特征在于：所述碱液为石灰石或石灰浆液。
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