CN101306319A - 直排式烟气处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直排式烟气处理方法，包括烟气进入、喷淋洗涤吸收、洗涤吸收液循环、喷淋器并联多层喷淋、烟气除沫、直排烟气、氧化处理、固体分离这八大工艺步骤。具体而言，未处理的废气从烟气进口进入净化设备，向上流经喷淋段，与从喷淋器喷淋下来的洗涤吸收液逆流接触，发生气－液传质和液相中的化学反应，脱出各种污染物。烟气继续从喷淋段向上进入填料段，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设备顶部设置的烟气出口进入直排烟囱，从该直排烟囱直接排入大气。该发明使净化设备中脱出烟气中的污染物，尤其SO₂之后直接从直排烟囱排放，不再经原烟囱排放，大大提高了烟气净化处理效率。

Description

直排式烟气处理方法

技术领域

本发明涉及一种直排式烟气净化排放一体化处理方法，尤其涉及从烟气中回收硫氧化物的工艺，属于环保化工技术领域。

背景技术

高耸的烟囱一直是锅炉、电厂或冶金厂的必备装置。而且，烟囱的施工工艺非常复杂，影响工业生产的维护、加固、增强性施工一般受到排斥。例如，以煤或石油为燃料的火力发电厂，钢铁厂烧结机排放大量烟道气，经过烟囱直接排向大气。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，这些厂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，比如天然的石灰石，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。

现有的方法是对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

本发明公开了一种直排式烟气净化处理方法，还公开了使用该方法的新型直排式烟气净化排放一体化设备，尤其公开了一种从烟气中回收硫氧化物的设备。该方法使烟气在净化设备内部逆流向上，净化烟气最后直接从净化设备的排烟道排放，不再需要经原来高耸的烟囱排放。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。

本发明的主要技术创新在于，它公开了一种使用鼓泡段的直排式烟气净化处理方法。其中，鼓泡段设置在烟气净化设备的下部或者底部，通过配件布置和流程设计，该鼓泡段能够使洗涤吸收液进行塔体内部的上下循环、塔体内外之间的循环，同时发挥承接洗涤吸收原剂、溶解槽、氧化处理、吸收液循环槽四大功能，极大地提高了洗涤吸收原剂的使用效率，提高了烟气洗涤吸收效率。通过向鼓泡段加入不同的原剂，鼓泡段可以配合其他部件，通过物理、化学、生物方法吸收灰尘、NOx、HCl和HF等有害成份，还能够大量回收硫氧化物，生产硫铵化肥副产品。

本发明使烟气在净化处理塔内部，相对于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处理塔的直排烟囱上行排放，不再需要经原来的烟囱排放。因此，本发明提到的直排烟囱，或者直排烟筒，或者直排烟道，都是指直接连接烟气净化设备的排烟口并直接向大气排放尾气的构件，安装该构件的净化设备可以直接排放净化气体，完全废弃锅炉、电厂或钢铁厂原来使用的烟囱。它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。

参照附图1、附图2，本发明公开的直排式烟气净化处理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℃的锅炉烟气，从烟气进口进入净化处理塔，优选采用鼓风设备把未处理的烟气送入净化处理塔。

第二，喷淋洗涤吸收

烟气进入净化处理塔后，向上流经净化处理塔内设置的喷淋段，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，SO₃变为硫酸盐，HCl变为氯化物，比如氯化钙，氯化铵，氯化镁或氯化钠等，由不同的方法而定。这些强酸性污染物的脱出效率可达到95％。烟气中的粉煤灰(尘)的脱出效率大于60％-90％。烟气被洗涤吸收液冷激，温度降低到40-60℃。

第三，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的浆状水溶液，而且一般都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，在位于净化处理塔下部的鼓泡段和位于净化处理塔的烟气进口之上的喷淋段之间实现洗涤吸收液在净化处理塔内外，和上下的两个循环。

第四，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，如果采用溶解度极低的钙原料(钙法)或镁原料(镁法)，洗涤液流量将十分巨大，现有的泵技术难以满足大流量的要求，通常采用多台循环泵并联的方法。尤其是，每一台循环泵都对应一套洗涤液进口和洗涤液喷淋器。因此，这种情况下，烟气必须经过多级喷淋器，再进入填料段。

第五，烟气除沫

烟气向上逆流经过喷淋段后，继续向上，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。

第六，直排烟气

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。

第七，氧化处理

从喷淋段下来的洗涤吸收液，直接进入位于净化处理塔下部的鼓泡段。在鼓泡段，氧化空气送风设备通过空气分布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，并在过饱和情况下析出硫酸盐晶体。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。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。

第八，固液分离

从鼓泡段通过料浆排出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，以维持洗涤吸收液中硫酸盐固体的含量。

由上述技术方案可见，本发明的直排式烟气净化处理方法所使用的净化处理塔，主要包括了四个部分：从下至上分别为鼓泡段、喷淋段、填料段和直排烟囱，使在净化处理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、电力或冶金厂正常生产的问题。

具体而言，本发明公开的直排式烟气净化处理方法，优选使用如下直排式烟气净化排放一体化净化处理塔，该塔为圆筒形或方形，其创新性设计还包括：

塔体；

较低标高位置设置的，塔体上的烟气进口，优选设置在塔体总高度1/3～2/3之间的烟气进口；

较高标高位置设置的，塔体上的烟气出口，优选设置在塔体顶部的净化烟气出口；

设置在塔体中上部的位于塔体内的喷淋段；

设置塔体上部的位于塔体内的填料段，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1.5mm～5.0mm之间，优选在2.0mm～4.0mm之间；

设置在塔体下部的位于塔体内的鼓泡段；

尤其是，设置在净化烟气出口之上，并与烟气出口直接相连接的直排烟囱，直排烟囱的横截面为圆形、椭圆形、方形，或者矩形。

此外，填料段中设置了两层填料，并且两层填料之间布置有喷水器；

喷淋段中设置有气体分布器，多级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，侧进轴搅拌器的作用是，在设备运行时持续搅动，促进气-液-固三相浆液的混合和传质，和防止固体在底部沉积，在设备停车时，持续搅动防止固体在底部沉积；

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；

直排烟囱的出气口的横截面积是塔体横截面积的0.05～0.25倍；

直排烟囱的高度在10～70m之间，较好地在30～60m之间；

直排烟囱与烟气出口采用法兰方式连接，或者焊接方式连接，优选采用法兰方式连接。

本发明的喷淋段可以包含如下部件：第一，烟气分布器；第二，洗涤吸收液喷淋器；第三，液体壁流挡环。

本发明的烟气分布器设计有如下要点：

烟气分布器的目的是确保烟气进入塔内后沿塔的横截面均匀分布，使烟气可以同喷淋而下的洗涤吸收液均匀接触，确保洗涤和吸收的效率。

优选的烟气分布器为筛板状，其开孔率为10～50％，孔直径为10～100mm；所说的筛板可以是带孔的平板，也可以是带孔波纹板或折板。

所说的开孔率为开孔总面积与塔体的横截面积之比；

或者，所说的烟气分布器为栅板，其开孔率为10～50％，栅条缝隙的宽度为10～1000mm，长度为0.5～15.0m。所说的栅板可以是平板，也可以是弧型板，或斜板。

本发明的喷淋器设计要点如下：

喷淋器有两个目的和效果：一是使洗涤吸收液均匀分布，二是使洗涤吸收液高度分散，成为细小的液滴，液滴的粒径一般可在0.5～2.0mm之间。过大导致吸收效率低，过小导致气体夹带高，也导致吸收效率低。

喷淋器包括分布管和喷嘴，分布管与喷嘴相连接，喷嘴为螺旋喷嘴。

优选的分布管分为主管和支管，支管与主管相连接，主管的内径为0.15～1.5m，支管的内径为0.05～0.5mm；吸收液在管内的流动速度为1.0～5.0m/s，更好为1.5～2.5m/s。

喷嘴的数量为至少7个，或者在脱硫塔的横截面上，每平方米布置0.5～1.5个喷嘴，每个喷嘴的喷液流量为10～100m³/h，优化为25～50m³/h；喷嘴的喷口内径为10～120mm，优选为20～60mm。

本发明的壁流挡环设计要点如下：

壁流挡环的应用目的是减弱或消除脱硫塔内壁的液体流动，尽量使喷淋的洗涤吸收液在塔的横截面上均匀流动，提高洗涤吸收液的利用效率。由于喷淋器配置的喷嘴的角度较大，因为要高度分散，必然会有大量喷洒的液体会洒到塔内壁上，沿内壁向下流动的洗涤吸收液与烟气的传质效果较差，从而降低了洗涤吸收液的利用效率。

壁流挡环的设置可以消除洗涤吸收液的塔内壁流，使壁流液体转向塔内，提高洗涤吸收液的利用效率，某种意义上可以降低洗涤吸收液的循环量。

壁流挡环直接连接在塔的内壁，与内壁形成的竖直方向的角度在30～90度，一般在喷淋器以下0.5～1.5米的位置，壁流挡环的宽度为0.1～0.5m，壁流挡环可以是一个整体，也可以断开。

附图说明

图1为直排式烟气净化排放一体化净化处理塔的结构示意图。

图2为直排式烟气净化处理方法的工艺流程示意图。

具体实施方式

实施例1

参见图1，本发明提出的烟气净化排放一体化净化处理塔，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，多级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)之上，并与烟气出口(6)直接相连接的直排烟囱(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)的出气口的横截面积是塔体横截面积的0.125倍。直排烟囱的高度是50米；直排烟囱(7)与烟气出口(6)采用法兰方式连接。

实施例2

一种直排式净化处理含SO₂有害气体的烟气的方法，参见图2，具体工艺流程设计如下：

鼓风设备(30)把含有SO₂(含量为1000mg/Nm³)，且温度为130℃的锅炉烟气，从烟气进口(3)鼓入净化排放一体化的净化处理塔(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，在净化处理塔(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。

烟气进入净化处理塔(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，填料层之间设有一组喷水器。烟气净化设备连续运行状态下，喷水器间断运行，间断时间30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。

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，直接进入位于净化处理塔(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，将喷淋段获得的亚硫酸铵变为硫酸铵，并在过饱和情况下析出硫酸铵晶体，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，包括促进气-液和固-液混合和传质，还促进固-液悬浮，硫酸铵固体产品被料浆排出泵(50)送入固液分离设备(60)，固液分离设备具体可采用离心分离机，加工设备(60)包括固液分离、干燥和包装设备(60)，得到硫酸铵固体产品，同时分离出固体后剩余的液体，为含有硫酸铵的过饱和溶液，称为母液，回流到净化处理塔(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，从位于净化处理塔(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处理塔(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、一种直排式烟气处理方法，其特征在于，原烟气进入一个塔体后，在所述塔体内部被净化处理，被所述塔体净化处理后的净化烟气从位于所述塔体上方并与所述塔体相连接的直排烟囱直接排入大气。

2、根据权利要求1所述的直排式烟气处理方法，其特征在于，所述直排烟囱直接连接所述塔体的净化烟气出口，并位于所述塔体的正上方。

3、根据权利要求1所述的直排式烟气处理方法，其特征在于，所述原烟气从所述塔体的烟气进口进入所述塔体内，并且所述烟气进口的流通截面形状为矩形，或者近似矩形。

4、根据权利要求3所述的直排式烟气处理方法，其特征在于，所述原烟气进入所述塔体后，在向上散逸的过程中，被所述塔体内部设置的喷淋段释放的洗涤吸收液液滴净化洗涤。

5、根据权利要求4所述的直排式烟气处理方法，其特征在于，所述原烟气被所述喷淋段中设置的多级喷淋器喷淋洗涤，并且所述洗涤液喷淋器每一级都单独使用一台洗涤吸收液循环泵，单独使用一个洗涤吸收液进口。

6、根据权利要求3所述的直排式烟气处理方法，其特征在于，所述喷淋器包括至少7个喷嘴，所述喷嘴的喷液流量为10～100m³/h。

7、根据权利要求4到6的任一项所述的直排式烟气处理方法，其特征在于，被净化洗涤的烟气向上流过喷淋段后，继续向上，进入所述塔体内部的填料段，被所述填料段中的填料除去夹带的液沫。

8、根据权利要求7所述的直排式烟气处理方法，其特征在于，所述填料段设置有两层填料，所述两层填料之间设置有喷水器，所述喷水器间断运行，间断时间为10～60分钟。

9、根据权利要求8所述的直排式烟气处理方法，其特征在于，从所述喷淋段和填料段下来的液体直接落入所述塔体下部的鼓泡段，在鼓泡段，氧化空气送风设备通过空气分布器向洗涤吸收液鼓入氧化空气，使亚硫酸盐被氧化为硫酸盐，并析出固体颗粒或者晶体，设置在鼓泡段的侧进轴搅拌器持续搅动，促进气-液-固三相浆液的混合和传质，和防止固体在底部沉积。

10、根据权利要求9所述的直排式烟气处理方法，其特征在于，所述固体颗粒或者晶体通过料浆排出泵被送出所述塔体，进入固-液分离设备，获得硫酸盐固体产品。

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