CN101306316A - 锅炉烟气逆流直排式净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锅炉烟气逆流直排式净化方法，包括烟气净化塔，原烟气从烟气进口进入净化塔，与从喷淋器喷淋下来的洗涤吸收液逆流向上流动，发生气－液两相传质和液相中的化学反应，脱出各种污染物，再向上进入填料段，除去从喷淋段带来的液滴，经过填料段后的净化烟气从净化顶部设置的烟气出口进入净化塔上方的直排烟囱，从该直排烟囱直接排入大气。该发明使净化塔中脱出锅炉烟气中的污染物，尤其SO₂之后直接从直排烟囱排放，不再经原烟囱排放，不需要对锅炉原烟囱进行增强防腐，节省了投资，缩短了工期。

Description

锅炉烟气逆流直排式净化方法

技术领域

本发明涉及一种锅炉烟气逆流直排式净化排放的一体化方法，尤其涉及从锅炉烟气中回收硫氧化物的工艺，属于电力、环保和化工领域，特别适合锅炉烟气脱硫的技术领域。

背景技术

以煤或石油为燃料的火力发电厂排放大量锅炉烟道气，经过烟囱直接排向大气。电厂锅炉的排放烟囱高度在120～250m之间，一般都采用钢筋混泥土材料作为强度外壳。由于烟气中含有SOx、NOx、HCl和HF等酸性气态物质，尤其其中的SO₃气体，使得烟气表现出酸露点腐蚀性。烟气的酸露点随烟气中SO₃和水汽含量增加而增加，一般在100～150℃之间。为了确保烟气排放过程中不出现酸露点腐蚀，从锅炉系统出口，即通常的锅炉引风机出口的烟气温度比露点高15～25℃。但是，为了安全和设计保守起见，烟囱内壁都需要内衬保温，尤其是防腐材料，在与烟气接触的最里层衬以耐酸胶泥，次里层衬以耐酸砖。

随着环保要求越来越严格，电厂或锅炉都需要安装烟气脱硫装置，且主流的烟气脱硫技术都是含水浆液洗涤吸收的方法，或称为湿法，脱硫剂是碱性物质，比如石灰石，即碳酸钙，氧化镁/碳酸镁，氢氧化钠/碳酸钠，或者合成氨等，脱硫产品分别是石膏(二水硫酸钙晶体)，七水硫酸镁晶体，硫酸钠或硫酸铵。这些方法的一个共同点都是，脱硫尾气排放温度低于酸露点腐蚀温度，而且接近烟气水饱和的水露点温度，在40～60℃之间，尽管在脱硫设备，通常称为脱硫塔中，SO₃的脱除效率也很高，但是由于SO₃遇水会形成酸雾，不可能100％去除，脱硫后的尾气含有硫酸雾，仍然表现出明显的腐蚀性。

消除脱硫尾气酸雾不能采用加热的办法，因为硫酸的沸点大于320℃，不可能消耗巨大的能量将尾气加热到超过硫酸的沸点。

现有的方法是对锅炉原有烟囱进一步实施防腐蚀处理，比如在原有的耐酸胶泥层再内衬防腐材料，增强其防腐蚀能力。对于新建机组，增强性防腐使施工周期大大延长，而且增强性防腐使烟囱建设费用增加，后续维护和防腐材料更新的难度也很大。对于老机组，如果对原有烟囱进行新的防腐处理，施工难度大，施工周期长，更关键的是，这对机组或锅炉的生产会造成较大影响，在实践中缺乏应用价值。

发明内容

本发明公开了一种锅炉烟气逆流直排式净化方法，还公开了使用该方法的新型锅炉烟气逆流直排式净化排放一体化净化塔，尤其公开了一种从锅炉烟气中回收硫氧化物的净化塔。该方法使烟气在净化塔内部与向下流动的洗涤吸收液逆流向上，净化烟气最后直接从净化塔的直排烟囱排放，不再需要经原来的烟囱排放。这样，原来的烟囱不再需要进行防腐增强处理，甚至原来的烟囱被完全废弃，克服了现有技术存在的上述缺陷。该方法还通过并联的多级喷淋器使洗涤吸收液高度分散为细小液滴，提高了烟气净化效果，还通过两级除沫器高效去除净化烟气中的雾状液体。

本发明的主要技术创新在于，烟气逆流洗涤、除沫，然后直接从净化塔体上方设置的直排烟囱排入大气，使净化后尾气可以不经过原烟囱排放。因此，本发明提到的直排烟囱，或者直排烟筒，或者直排烟道，都是指直接连接在净化塔顶的烟气出口并直接向大气排放净化烟气的构件，安装该构件的净化塔可以直接排放净化气体，不再经原烟囱排放，不需要对锅炉原烟囱进行增强防腐，节省了投资，缩短了工期。

本发明公开的锅炉烟气逆流直排式净化方法主要包括如下工艺步骤：

第一，烟气进入

含有SO₂(含量一般在500-15000mg/Nm³)，SO₃(含量一般在10-300mg/Nm³)，NOx(含量一般在100-1000mg/Nm³)，HCl/HF(含量一般在10-100mg/Nm³)，尘(含量一般在50-500mg/Nm³)等污染物，且温度为100-160℃的烟气，从烟气进口进入脱硫塔，优选采用鼓风机把未处理的烟气送入脱硫塔。

第二，喷淋洗涤吸收

烟气进入脱硫塔后，向上流经脱硫塔内设置的喷淋段，与从喷淋段的喷淋器喷淋下来的洗涤吸收液雾滴逆流接触，发生气-液传质和液相中的化学反应，吸收和脱出以上污染物。在喷淋段，烟气中的SO₂变为亚硫酸盐当采用钙的碳酸盐、氧化物或氢氧化物为脱硫原料时，SO₂则变为亚硫酸钙，对应的循环吸收液为一种含有钙的硫酸盐、亚硫酸盐、卤化物的浆状水混合物，并且所述浆状水混合物中含固体质量3-30％，优选为10-20％。当采用氨(可以是液态氨、气态氨、氨水混合物或碳酸铵)作为脱硫原料使，SO₂则变为亚硫酸铵，对应的循环吸收液为一种含有铵的硫酸盐、亚硫酸盐、卤化物的浆状水混合物，并且所述浆状水混合物中含固体质量3-30％，优选为10-20％。在脱硫的同时，烟气中的其他酸性污染物也被吸收净化，SO₃变为硫酸盐，HCl变为氯化物，NOx变为硝酸或亚硝酸盐。这些酸性污染物的脱出效率可达到95-99％以上，而且烟气中的粉煤灰(尘)的脱出效率也可大于60％-90％。尤其是，烟气被吸收液中的水冷激和增湿，温度降低到40-60℃之间。

第三，烟气除沫

烟气完成脱硫净化后，继续向上流动，进入填料段，目的是除去从喷淋段带来的液滴，或称液沫，除沫效率大于95％。填料段有两层填料，每层填料上方都有一组喷水器，用以冲洗除沫填料上秥附的固体，比如石膏，硫酸铵或硫酸镁等，防止持续累积堵塞填料中的气体通道。连续运行状态下，下层填料的喷水器运行，停车时，必须运行上层填料的喷水器一段时间，优选上、下层填料的喷水器同时运行。

第四，烟气直排

经过填料段后的烟气称为净化烟气，通过净化烟气出口直接从直排烟囱排入大气，不再通过原烟囱排入大气，净化烟气载所属直排烟囱中的温度也在40-60℃之间，而且直排烟囱的高度在20-100米之间，优选在30-70米之间。

第五，洗涤吸收液循环

洗涤吸收液为含有碱性脱硫剂、硫酸盐及其结晶固体，以及其他污染物的盐化合物的浆状水溶液，尤其是被硫酸盐饱和或过饱和的浆状水溶液。洗涤吸收液在循环泵的作用下，在位于脱硫塔下部的鼓泡段和位于脱硫塔上部的喷淋段之间实现洗涤吸收液在脱硫塔内外，和上下的两个循环，将洗涤吸收液从鼓泡段提到喷淋段，同时，从喷淋段，洗涤吸收液又会自然下落到鼓泡段。

第六，喷淋器并联多层喷淋

对于机组或锅炉容量大，或者烟气中SO₂浓度高的情况，或者如果采用溶解度极低的钙原料(可以是碳酸钙，即石灰石，或氧化钙，即生石灰，或氢氧化钙，即消石灰)，洗涤吸收液的循环流量将十分巨大，现有的泵技术难以满足大流量的要求，最好多台循环泵并联使用。尤其是，每一台循环泵都对应一个洗涤液进口和一组洗涤液喷淋器，使得洗涤吸收液经过至少一组喷淋器雾化。每组喷淋器都由吸收液主管、支管和喷嘴组成，确保洗涤吸收液沿脱硫塔横截面均匀分布和细小雾化。雾化喷嘴的数量至少需要7个，尤其是以脱硫塔横截面积为基础每0.5-2.0个m²布置1个喷嘴，而且所述喷嘴的喷液流量为10～100m³/h，优选为20～50m³/h。每台循环泵的流量为500-5000m³/h。

第七，氧化结晶

从喷淋段下来的洗涤吸收液，直接进入位于脱硫塔下部的鼓泡段。在鼓泡段，由空气压缩机送来的氧化空气通过空气鼓泡器向洗涤吸收液鼓入氧化空气，设置在鼓泡段的侧进轴搅拌器持续搅动，促进烟气中物质的化学、物理吸收效果，吸收液经过空气氧化后，亚硫酸盐变为硫酸盐，并在过饱和情况下结晶析出硫酸盐晶体。鼓泡段还充当了吸收液循环槽的作用，经过脱硫塔外的循环泵不断将含有脱硫剂的吸收液输送到喷淋段，不断吸收烟气中的污染物，尤其SO₂，再回到脱硫塔底部的鼓泡段。鼓泡段还充当了脱硫剂溶解槽的功能。一般情况下，新鲜的脱硫剂比如粒度在250-325目以上的石灰石粉末浆液，氧化镁/碳酸镁浆液，或液化氨/气化氨/氨水，直接加到鼓泡段，与吸收液混合、溶解、稀释。

第八，脱硫产品分离

从鼓泡段通过排料泵必须不断排出吸收液，使它包含的物质进入固化分离程序，例如进入后续的硫酸盐固体分离和加工设备，从分离设备剩余的液体，或称为母液，又回流到鼓泡段，使得本发明的方法不产生，或很少产生废水。

由上述技术方案可见，本发明的锅炉烟气逆流直排式净化方法所使用的净化塔，包括了四个部分：从下至上分别为鼓泡段、喷淋段、填料段，和塔体上方设置直排烟囱，使在净化塔中脱出锅炉烟气中的污染物质，尤其SO₂之后，净化尾气不经过原来的锅炉烟囱排放，从而避免了现有技术需要对锅炉烟囱增强防腐，进而影响锅炉或电力正常生产的问题。

具体而言，本发明公开的锅炉烟气逆流直排式净化方法，优选使用如下直排式锅炉烟气逆流净化排放一体化净化塔，该塔为圆筒形或方形，其创新性设计还包括：

塔体；

塔体上的烟气进口，位置在塔体中下部或者中下部至中上部之间，优选中部；

塔体上的烟气出口，位置在塔体上部或顶部，优选顶部；

设置在烟气进口和烟气出口之间的塔体内的填料段；

设置在烟气进口和填料段之间的塔体内的喷淋段；

设置在烟气进口下部的位于塔体内的鼓泡段；

填料段用波纹状塑料板片平行排列而成，片间距20～50mm，填料的空隙率不小于90.0％，所选塑料为聚丙烯或者它与玻璃纤维的复合材料，塑料板片的厚度介于1.0mm～5.0mm之间，优选在2.0mm～3.5mm之间；

此外，填料段中设置了至少一层填料，并且每层填料之上都布置有喷水器；

喷淋段中设置有气体分布器，和至少一组洗涤吸收液喷淋器和液体壁流挡环；

鼓泡段中设置有了空气分布器，和侧进轴搅拌器；

尤其是，本发明的锅炉烟气逆流直排式净化方法还包括设置在净化塔体上方的直排烟囱，直排烟囱的横截面为圆形、椭圆形、方形，或者矩形；

直排烟囱的横截面积是喷淋段横截面积的0.05～0.35倍，较好地是0.10～0.25倍，最好是0.125～0.15倍；

直排烟囱的高度在20～100m之间，较好地在30～70m之间。

附图说明

图1为锅炉烟气逆流直排式净化排放一体化净化塔的结构示意图。

图2为锅炉烟气逆流直排式净化方法的工艺流程示意图。

具体实施方式

实施例1

参见图1，本实用新型的锅炉烟气净化排放一体化净化塔，为圆筒形或方形的塔，包括：

塔体(1)；

设置在塔体(1)下部的位于塔体内的鼓泡段(2)，鼓泡段(2)中设置有空气分布器，和侧进轴搅拌器；

设置在塔体(1)中部或者中下部的烟气进口(3)；

设置在塔体(1)中上部的位于塔体内的喷淋段(4)，喷淋段(4)中设置有气体分布器，两组吸收液喷淋器和液体壁流挡环；

设置塔体(1)上部的位于塔体内的填料段(5)，填料段(5)中设置两段填料，每段填料之上都布置有喷水器；

设置在塔体(1)顶部的净化烟气出口(6)；

设置在净化烟气出口(6)上方的直排烟囱(7)，直排烟囱(7)的横截面积是圆形，并且从其进气口到其排气口，横截面积不断减小，与喷淋段(4)的横截面积的比例从0.25减小到0.125倍；

直排烟囱(7)的高度是50米。

实施例2

一种逆流直排式净化含SO₂有害气体的锅炉烟气的方法，参见图2，其具体工艺流程设计如下：

鼓风设备(30)把含有SO₂ 5000mg/Nm³，SO₃ 50mg/Nm³，NOx 500mg/Nm³，HCl和HF含量30mg/Nm³，尘含量100mg/Nm³污染物，且温度为135℃的锅炉原烟气，从烟气进口(3)鼓入净化排放一体化的净化塔(10)；

脱硫原料为液化合成氨，循环的洗涤吸收液为含硫酸铵结晶固体的硫酸铵、氯化铵浆状水溶液，并且该循环吸收液还含有从烟气中洗涤下来的粉煤灰；

洗涤吸收液在循环泵(40)的作用下，在净化塔(10)的鼓泡段(2)、喷淋段(4)之间实现塔体(1)上下、塔体(1)内外两个循环；

烟气进入净化塔(10)的塔体(1)后，向上流经塔内设置的喷淋段(4)，在喷淋段，两级洗涤液喷淋器持续喷淋(每一个洗涤液喷淋器都对应各自的循环泵，对应各自的洗涤液进口)，把烟气中的SO₂变为亚硫酸铵。烟气被洗涤吸收液冷激，温度降低到50℃；

烟气向上逆流经过喷淋段(4)后，继续向上，进入填料段(5)；

填料段(5)有两层填料，每层填料上方都有一组喷水器；

烟气净化设备连续运行状态下，下层填料的喷水器持续运行；停车时，上层填料的喷水器运行3分钟；

喷水器的运行方式和时间以塔下部的鼓泡段(2)的液位为基准来调节，当液位低于设定液位时，开启喷水器，既冲洗除雾填料层，又向吸收塔(10)补充工艺水；

经过填料段(5)后的烟气通过净化烟气出口(6)直接从直排烟囱(7)排入大气；

从喷淋段(4)下来的洗涤吸收液，直接进入位于净化塔(10)下部的鼓泡段(2)，在鼓泡段(2)，氧化空气送风设备(20)通过空气分布器向吸收液鼓入氧化空气，设置在鼓泡段(2)的侧进轴搅拌器持续搅动，促进烟气中物质的化学、物理吸收效果，吸收液经过空气氧化后，亚硫酸铵变为硫酸铵，并在过饱和情况下析出硫酸铵晶体，硫酸铵固体产品被料浆排出泵(50)送入固液分离、干燥和包装设备(60)，得到硫酸铵固体产品；

分离固体后剩余的液体，为含有硫酸铵的过饱和溶液，称为母液，回流到净化塔(10)下部的鼓泡段(2)，进一步被新吸收和氧化得到的硫酸铵过饱和，并再结晶为固体硫酸铵；

脱硫原料，液氨，从位于净化塔(10)下部的鼓泡段(2)的塔体(1)上的脱硫原料进口直接进入净化塔(10)，以确保可以连续吸收烟气中的酸性气体，包括硫氧化物，卤化氢，氧化氮等，尤其SO₂，最后得到相应的铵盐。

Claims (10)

1、一种锅炉烟气逆流直排式净化方法，包括烟气净化塔，其特征在于，烟气在所述烟气净化塔内相对于喷淋而下的洗涤吸收液逆流向上流动，净化后的烟气从设置在所述烟气净化塔体上方的直排烟囱排入大气。

2、根据权利要求1所述的锅炉烟气逆流直排式净化方法，其特征在于，所述烟气从所述烟气净化塔体的中部或者中下部设置的烟气进口进入所述烟气净化塔，优选从设置在所述烟气净化塔体中部的烟气进口进入所述烟气净化塔。

3、根据权利要求1所述的锅炉烟气逆流直排式净化方法，其特征在于，所述净化后的烟气从所述烟气净化塔体的上部或者顶部设置的净化烟气出口进入所述直排烟囱，优选从设置在所述烟气净化塔体顶部的烟气出口进入所述直排烟囱。

4、根据权利要求1所述的锅炉烟气逆流直排式净化方法，其特征在于，所述直排烟囱的排气口横截面积是所述烟气净化塔体横截面积的0.05～0.25倍。

5、根据权利要求1所述的锅炉烟气逆流直排式净化方法，其特征在于，所述直排烟囱的高度在20～100m之间，优选30～70m之间。

6、根据权利要求1所述的锅炉烟气逆流直排式净化方法，其特征在于，所述直排烟囱的横截面为圆形、椭圆形、方形，或者矩形，优选圆形。

7、根据权利要求1至6的任一项所述的锅炉烟气逆流直排式净化方法，其特征在于，所述烟气净化塔体上的原烟气进口和净化烟气出口之间设置有洗涤吸收液喷淋段，并且所述洗涤吸收液喷淋段设置有至少一组喷淋器。

8、根据权利要求1至6的任一项所述的锅炉烟气逆流直排式净化方法，其特征在于，所述烟气净化塔体上的原烟气进口和净化烟气出口之间设置有填料段，并且所述填料段中至少设置有一层填料，每层填料之上各自设置有喷水器。

9、根据权利要求8所述的锅炉烟气逆流直排式净化方法，其特征在于，所述填料段设置在所述洗涤吸收液喷淋段的上方。

10、根据权利要求9所述的锅炉烟气逆流直排式净化方法，其特征在于，所述填料段由波纹状塑料板片平行排列而成，片间距20～50mm，所选塑料为聚丙烯或者它与玻璃纤维的复合材料，塑料板片的厚度介于1.0mm～5.0mm之间，优选在2.0mm～3.5mm之间。

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