CN101362047A

CN101362047A - 可再生脱硫的工艺方法及其用途

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Publication number: CN101362047A
Application number: CNA2008101452091A
Authority: CN
Inventors: 姚朝胜; 黄东升; 汤楚贵; 魏新民; 王�忠; 盛振江; 吴书良; 钱纲
Original assignee: SHANDONG METALLURGY DESIGN INSTITUTE Co Ltd
Current assignee: SHANDONG METALLURGY DESIGN INSTITUTE Co Ltd
Priority date: 2007-08-04
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2009-02-11
Anticipated expiration: 2028-07-30
Also published as: CN101362047B

Abstract

一种可再生脱硫的工艺方法及其用途，该工艺方法包括被脱硫烟气的水洗冷却、SO₂的吸收和解吸以及对解吸过程的热能供应，其特征在于，解吸过程所需的热能至少部分由待脱硫烟气自身携带的物理显热提供，用以解决脱硫过程中一方面需要消耗大量的蒸汽进行加热，另一方面，又要将烟气在预洗涤塔中进行急冷降温，造成双重的能源消耗。本发明还包括可再生脱硫的工艺方法的用途，例如，可用于钢铁厂烧结系统的烟气脱硫和炼铁高炉煤气的烟气脱硫等。本发明的主要优点在于它是充分节能和节水的，而且，它在节能的同时，还降低了对环境的热污染。

Description

可再生脱硫的工艺方法及其用途

技术领域

本发明涉及一种可再生脱硫的工艺方法及其用途，主要适用于含硫烟气的可再生脱硫，特别是适用于烟气温度大于120℃时的脱硫处理，并可应用在烧结系统的含硫烟气和炼铁高炉煤气及加热炉烟气的脱硫处理的领域中。

背景技术

在康世富科技环保(深圳)有限公司散发的宣传资料中，介绍了一种可再生脱硫的工艺方法。该方法主要是利用胺液来吸收烟气中的SO₂，并在解吸过程中，获得高纯度的SO₂和恢复胺液吸收烟气中的SO₂的能力，以使胺液重复利用。

目前还有一种离子法可再生脱硫的工艺方法，该方法的主要工艺过程与上述工艺方法的过程相似。虽然离子法使用的吸收液的成分与胺法有所不同，但是，该吸收液对SO₂选择性吸收的功能却是大致相同的。

上述工艺方法的主要缺点在于：一方面，在解吸过程中需要消耗大量的蒸汽进行加热，另一方面，又要将烟气在预洗涤塔中进行急冷降温，造成双重的能源消耗。该工艺方法的另一缺点在于，由解吸塔排出的混合汽中水蒸汽的物理显热和汽化潜热未能加以利用，不仅造成能源的浪费，还要通过冷却水来吸收这部分热量，又一次造成了双重的浪费。

发明内容

本发明的目的，是要提供一种充分节能的、节水的可再生脱硫的工艺方法，并将其应用领域扩展到钢铁厂需要对含硫烟气进行脱硫处理烧结系统，加热炉，炼铁高炉煤气系统等新的领域。

本发明的基木构思是，一种可再生脱硫的工艺方法，包括待脱硫烟气的水洗冷却、SO₂的吸收和解吸以及对解吸过程的热能供应等步骤，其特征在于，解吸过程所需的热能至少部分由待脱硫烟气自身携带的物理显热提供，例如，至少5％，10％，15％，20％，30％，40％，50％，65％，80％，且最好全部由待脱硫烟气自身携带的物理显热提供。当待脱硫烟气自身携带的物理显热不足以满足解吸过程的需要时，可增加第二换热介质，甚至是第三换热介质等。为了使系统简单化，通常第二换热介质可以采用废弃的低压蒸汽；也可以采用烧结机的烧结产品的冷却装置，例如烧结机的环冷机，外排的含热废弃气，等等。当然，还可以采取多种含热介质同时并用的方法。

与本基本构思相对应的具体技术方案之一是，待脱硫烟气先经过再沸器(注：这里所说的再沸器也有叫做再热器的，下同)，并通过换热器将其物理显热传递出去，再进入水洗冷却塔。

当待脱硫烟气所含的物理显热不足与/或温度不够高时，可采用与本基本构思相对应的具体技术方案之二，在使待脱硫烟气先经过再沸器，并通过热交换器将其物理显热传递出去，再进入水洗冷却塔的基础上，增加第二介质换热器，以满足系统对热量与/或温度的需求。至于第二介质换热器是否与待脱硫烟气的换热器制作在再沸器的同一壳体之内，只是一种形式上的差别，而在本质上是一回事。另外，这些换热装置是否一定叫做再沸器也仅仅是一个形式问题。

与本基本构思相对应的具体技术方案之三是，采用一种直接换热的再沸器。

木发明的基本构思还包括，解吸过程所需的热能至少部分由解吸塔排出的混合汽的物理显热及其中的水蒸汽的汽化潜热提供。例如，5％，8％，15％，25％，35％，45％甚至更高。与本基本构思相对应的具体技术方案是，由解吸塔排出的混合汽先经过再沸器，并通过换热器将其物理显热及其中的汽化潜热传递出去，再进行进一步冷却以及实施SO₂的回收。需要注意的是，在通过换热器将其物理显热及其中的汽化潜热传递出去的同时，会产生冷凝水，且最好将这部分冷凝水重新注回工艺系统，以便保持系统的水平衡，否则，还需要给系统补充纯净水或软化水，使问题复杂化。

当采用解吸过程所需的热能至少部分由解吸塔排出的混合汽的物理显热及其中的水蒸汽的汽化潜热提供的技术方案时，对由解吸塔排出的混合汽的物理显热及其中的水蒸汽的汽化潜热利用，存在着可供利用有效温度范围很窄的情况，将严重影响该部分能量的获得率。为了解决这一问题，可在由解吸塔排出的解吸汽进入第二热介质入口之前，增加一台压气机，以提高系统的压力，升高其内部的冷凝点，以获取更多的汽化潜热；必要时，还可以在将换热后的解吸汽送往SO₂的收集装置的途中增加背压阀，以提高其工作的稳定性。

与本基本构思相对应的另一个具体技术方案是，解吸过程所需的热能是将待脱硫烟气和/或烧结机的烧结产品的冷却装置，例如烧结机的环冷机，外排的含热废弃气的物理显热转化成蒸汽后再加以利用。

通常情况下，为了防止积灰，影响换热效率，待脱硫烟气在进入本工艺流程前，应进行除尘处理。具体的除尘方式，可以是布袋除尘或者是静电除尘等。

为了防止从吸收塔排出的排空气体由于温度过低在烟道内结露，造成对烟囱内壁的腐蚀；也为了防止排空气体由于温度过低造成烟道的抽力下降，建议在必要时，在排空气体进入烟道前，混入部分具有较高温度的废气，以提高进入烟囱的烟气温度，防止因烟气结露对烟囱的腐蚀，也不降低烟囱的抽力。至于具有较高温度的废气的来源，可以有多种选择。例如，可以选择带冷机或者环冷机排放的具有较高温度的废气；甚至可以直接加入尚未处理的原始待脱硫烟气，直接加入尚未处理的原始待脱硫烟气的必要条件在于，总的SO₂的排放浓度不能超过国家规定的最高排放标准，其结果，既解决了进入烟囱的烟气温度低的问题，又减少了待脱硫烟气的处理量。

需要特别说明的是，上述各发明点还可以进行与/或组合，例如，直接换热的再沸器也可以应用到双介质供热的技术方案中去，只要使被加热的胺液通过第二介质换热器再返回解吸塔就可以了。

本发明的主要优点在于它是充分节能的。这是因为：1.解吸过程所需的热能，部分甚至是全部由待脱硫烟气自身携带的物理显热提供。2.由于解吸过程至少部分消耗了待脱硫烟气自身携带的物理显热，因此，可以降低烟气在冷却环节的能耗。3.可以利用由解吸塔排出的混合汽中水蒸汽的汽化潜热。4.可以利用其它废弃热量，例如，可以利用烧结机的烧结产品的冷却装置外排的含热废弃气的物理显热，特别是烧结机的环冷机外排的含热废弃气的物理显热等。5.由于解吸过程所需的热量是很大的，以一台265平方米烧结机为例，其年耗蒸汽的价值就在1000万元左右，这就足以体现本发明的优势。

本发明的另一优点在于它是充分节水的。其原因之一是，由于本发明有效地利用了待脱硫烟气自身携带的大量物理显热，降低了待脱硫烟气的自身温度，这是降低耗水量的主导因素之一。其原因之二是，由解吸塔排出的混合汽的物理显热及其中的水蒸汽的汽化潜热至少部分被利用，因此，对其进一步冷却时的耗水量将显著降低。还需注意的一点是，用水量的减少的另一直接效果，是减少了水的消耗量和处理量。

本发明的第三个优点在于，在节能的同时，降低了对环境的热污染。

附图说明

本发明有附图8页，共8幅。

图1是实施例一的工艺流程图。

图2是双介质供热的实施例二的工艺流程图。

图3是利用由解吸塔排出的混合汽的物理显热及其中的水蒸汽的汽化潜热时的双介质供热的实施例三的工艺流程图。

图4是采用直接换热的方式的实施例四的工艺流程图。

图5是实施例五的工艺流程图，它是采用烧结机的烧结产品的冷却装置，例如烧结机的环冷机，外排的含热废弃气作为补充能源的一个实施方案。

图6是实施例六的工艺流程图。

图7是实施例七的工艺流程图。

图8是实施例八的工艺流程图。

具体实施方式

本发明的具体实施方式可通过具体的实施例进行说明。

图1是实施例一的工艺流程图。图中，1是再沸器，2是再沸器的待脱硫烟气的入口，3是再沸器的热交换器，4是再沸器的待脱硫烟气的出口，这些是实现解吸过程所需的热能由待脱硫烟气自身携带的物理显热提供的关键环节，5是解吸塔，6是SO₂的收集装置，7是解吸后的胺液输送泵，8是待解吸的胺液输送泵，9是解吸后的胺液输送管道，10是待解吸的胺液输送管道，11是热交换器，12是解吸后的胺液的进一步冷却的热交换器，13是胺净化装置，14是脱硫后的烟气的排空通道，15是吸收塔，16是经降温、脱除SO₃后的烟气输送管道，17是水洗冷却塔，18是水洗冷却塔的循环水道，19是水洗冷却塔的循环水的水处理系统，包括水的循环系统、冷却系统、排污系统及补充系统等，20是烟囱，21是混入部分具有较高温度的废气的通道。

在本实施例中，待脱硫烟气由再沸器的待脱硫烟气的入口2进入再沸器1，由再沸器1的待脱硫烟气的出口4输送到水洗冷却塔17。待脱硫烟气的物理显热是通过热交换器3传递给胺液，使之达到解吸所需的温度。待脱硫烟气经过水洗冷却塔17后，沿经降温、脱除SO₃后的烟气输送管道16进入吸收塔15。至于其他属于现有技术的内容，就不在此赘述了。

当待脱硫烟气的温度相对较低时，由于其流量较大，所以，在本实施例中，采用的具体方案是让胺液通过热交换器3的内部，而让待脱硫烟气通过热交换器的外部，以使结构较为合理。

为了防止从吸收塔排出的排空气体由于温度过低在烟道内结露，造成对烟囱内壁的腐蚀；也为了防止排空气体由于温度过低造成烟道的抽力下降，建议在必要时，在排空气体进入烟囱前，通过混入部分具有较高温度的废气的通道21混入部分具有较高温度的废气，以提高进入烟囱的烟气温度，防止因烟气结露对烟囱的腐蚀，也不降低烟囱的抽力。

不难看出，本实施例的基本特征在于，解吸过程所需的热能全部由待脱硫烟气自身携带的物理显热提供。

图2是双介质供热的实施例二的工艺流程图。它是在实施例一的基础上增加了第二热介质入口23，第二热介质出口24，第二热介质换热器25。为了与实施例一的再沸器1相区别，这时的再沸器标记为再沸器22。再沸器1与再沸器22的主要区别在于，再沸器22分成了两个换热区——以热交换器3为主导的待脱硫烟气换热区和以热交换器25为主导的第二热介质换热区。其它标记的含义，则与实施例一相同。

在本实施例的条件下，建议的第二热介质为温度较高的废蒸汽。这时，建议让温度较高的废蒸汽通过第二热介质换热器25的内部，让胺类通过第二热介质换热器25的外部，以优化其结构。这时，在再沸器22中的包含热交换元件25的上腔内，是被胺液所充满的。

当然，也可以采用其它合适的热源，特别是当第二热介质为温度较高的—般气体时，由于它的流量较大，还是让胺液通过第二热介质换热器25的内部、让被用作第二热介质的、温度较高的一般气体通过第二热介质换热器25的外部为好。本实施例的其他工作过程则与实施例一相似。

本实施例适用于待脱硫烟气自身携带的物理显热不足以可靠地满足解吸所需的热量和/或温度时。这时，所需热量的缺口和/或进一步升温，可由第二热介质提供。另外，本实施例还是一个对解吸塔具有双供热装置的实例，以适应热能供应条件的变化。

不难看出，本实施例的基本特征在于，解吸过程所需的热能和/或所需的温度，至少部分由被脱硫烟气自身携带的物理显热提供。

图3是利用由解吸塔排出的混合汽的物理显热及其中的水蒸汽的汽化潜热时的双介质供热的实施例三的工艺流程图。图中，26是汽水分离器，27是冷凝水的返回管道，51是压气机，52是背压阀。其余各标记的含义与实施例二相同。

本实施例与实施例二的不同在于，第二热介质不是来自外部的蒸汽，而是来自系统内部，即由解吸塔排出的、温度较高的混合汽。由于仅仅依靠由解吸塔排出的、温度较高的混合汽作为最后的加热热源，会导致解吸塔内的温度向下漂移，所以，在本实施例中，将第二热介质换热器25用作初级换热，并置于再沸器22的下部。由解吸塔排出的、温度较高的混合汽在热交换过程中，必然会产生冷凝水，将其通过汽水分离器26分离后，再通过冷凝水的返回管道27重新注入系统，是一种维持系统的水的平衡简易的方法。这时，气态的物质从汽水分离器26的上部返回SO₂的收集装置6。

在本实施例的上述工艺状态下，对由解吸塔排出的混合汽的物理显热及其中的水蒸汽的汽化潜热利用，存在着有效温度范围很窄的情况，将严重影响该部分能量的获得率。为了解决这一问题，可在由解吸塔5排出的解吸汽进入第二热介质入口23之前，增加一台压气机51，以提高系统的压力，目的在于升高其冷凝水的冷凝点，以增加和提高其进行冷凝的工作温度范围，并获取更多的汽化潜热；必要时，还可以在将换热后的解吸汽送往SO₂的收集装置6的途中增加背压阀52，以提高其工作的稳定性。

需要特别指出的是，虽然由于压气机51的增加，会消耗一部分优质能源(电能)，但是，其效果是可以获得混合汽的更多的汽化潜热，因此，即使是在经济上，也是合算的；更何况，通过压气机加入系统的能量中转化成热量的部分，几乎可以全部被回收利用。

图4是采用直接换热的方式的实施例四的工艺流程图。图中，28是直接换热的再沸器，29是补水管路，其余各标记的含义与实施例一相同。本实施例与实施例一的不同在于，采用的是直接换热的再沸器28，正是在该再沸器28内，待处理烟气中的热量将直接传递给胺液，实现了再沸器应当具有的功能。本实施例还取消了实施例一中的再沸器1及其内部的再沸器的热交换器3和混入部分具有较高温度的废气的通道21，增加了补水管路29，且在该位置补水时，最好是补充热水。请特别注意，补水管路的位置可以有多种选择，例如，还可以将其布置在胺液由解吸塔5向再沸器28的输送管道上。当也需要在水洗冷却塔17的上方处补水时，则以补充冷水更为合理。上述的补水位置仅仅是较合理的位置之一，实际上，还可以有更多的选择。由于这些变化属于本专业技术人员的能够自行处理的内容，就不在此赘述了。

本实施例的再沸器与实施例一的再沸器主要不同的运行特点在于，它不是通过热交换器换热，而是直接换热。从解吸塔5出来的需要加热的胺液，从直接换热的再沸器28的顶部喷与/或淋而下，被逆流而上的、具有较高温度的待脱硫烟气加热后，再被注入解吸塔。

本实施例的运行机制在于，随着SO₂在系统内的不断富集，胺液在再沸器28中对SO₂的释放能力不断弱化，逐渐具备了在解吸塔5内释放SO₂的能力。

由于采用直接换热的方式会导致系统内水分的大量流失，因此，增设了补水管路29。至于补水量的确定，可根据胺液浓度的测定值确定。对胺液浓度的测定，既可以实时连续测量，也可以作周期性测量。当采用周期性测量时，只是周期较短而已。

图5是实施例五的工艺流程图，它是当待脱硫烟气自身携带的物理显热不足以满足解吸过程的需要时，采用烧结机的烧结产品的冷却装置，例如烧结机的环冷机，外排的含热废弃气作为补充能源的一个实施方案。本实施例是实施例一的一个变化方案。它是将实施例一的再沸器1用隔板30隔成两部分，下部分维持了实施例一的原方案；上部分则增加了烧结机的烧结产品的冷却装置(带冷机或环冷机等)，例如烧结机的环冷机，外排的含热废弃气的进气口31和该气的出气口32。由于自出气口32排出的尾气仍具有较高的温度(通常高于100℃)，因而将其导入混入部分具有较高温度的废气的通道21，以获取防止烟气结露和防止烟囱腐蚀的有益效果。其余内容，请参见实施例一的有关说明。

图6是实施例六的工艺流程图，它是当待脱硫烟气自身携带的物理显热不足以满足解吸过程的需要时，采用低压蒸汽作为补充能源的一个实施方案。本实施例是在实施例一和实施例五的基础上加以变化的产物。主要的变化点在于，增加了低压蒸汽的入口33和它(主要是冷凝水)的出口34，以及热交换元件35。同时，由于低压蒸汽的能量密度较高、流量较小，因此，令其从热交换元件35的内部通过；这时，在再沸器1中的包含热交换元件35的上腔内，是被胺液所充满。其余内容，可参见实施例一和实施例五的有关说明。

图7是实施例七的工艺流程图。在本实施例中，解吸过程所需的热能是将待脱硫烟气的物理显热转化成蒸汽后再加以利用的一个方案。在本实施例中，36是热交换器；37是待脱硫烟气的入口；38是热交换器36的换热元件；39是待脱硫烟气的出口；40是必要时采用的强制循环泵(建议优先考虑采用自然循环)；41是蒸发器，以产生蒸汽；42是再沸器；43是再沸器42内部的换热元件。其余，请参见实施例一的有关说明。

图8是实施例八的工艺流程图。本实施例面对的工艺条件是，当待脱硫烟气自身携带的物理显热不足以满足解吸过程的需要时，需要利用了烧结机的烧结产品的冷却装置，例如烧结机的环冷机，外排的含热废弃气作为补充能源。在本实施例中，解吸过程所需的热能是将待脱硫烟气和烧结机的烧结产品的冷却装置，例如烧结机的环冷机，外排的含热废弃气的物理显热转化成蒸汽后再加以利用的一个方案。在本实施例中，在再沸器中还预留了使用外供蒸汽的换热器组，作为第三供热的渠道。

本实施例是在实施例七的基础上所作的一种变化。具体说来，它是在实施例七中的热交换器36内设置了隔板48，在隔板48的下部仍然通入待除尘烟气，这与实施例七是类似的；但是，在其上部，则通过烧结机的烧结产品的冷却装置，例如烧结机的环冷机，外排的含热废弃气的入口49进入热交换器36的上部进行热交换，并经该气的出口50排出。由于经该气的出口50排出的尾气余温较高，因此，将其通过混入部分具有较高温度的废气的通道21导入烟囱，以降低已经被脱硫的烟气的结露和腐蚀烟囱的风险。

在本实施例中的再沸器44与实施例七中的再沸器42的不同之处在于，增加了由蒸汽进口45、冷凝物出口46和热交换元件47组成的装置，作为以低品质蒸汽为能源的第三供热的渠道。

事实上，热交换器36完全可以分成两个独立的部件，一个专门利用待除尘烟气的热量，一个专门利用烧结机的烧结产品的冷却装置，例如烧结机的环冷机，外排的含热废弃气的热量。需要指出的是，这一思路也适用于实施例五中的再沸器1。

当热交换器36分成两个独立的部件时，须对管线配置进行必要的变更，由于这通过现有技术就可以方便地解决，就不在此赘述了。

如果按现有技术的思路来处理，待处理烟气在进入本工艺流程前最好经过除尘处理，且使用的除尘手段可以是布袋除尘器和静电除尘器之一。

本可再生脱硫的工艺流程可扩展的新的用途包括：专用于钢铁厂烧结系统的烟气脱硫；专用于炼铁高炉煤气的烟气脱硫；专用于加热炉的烟气脱硫等。

Claims

1.一种可再生脱硫的工艺方法，包括待脱硫烟气的水洗冷却、SO₂的吸收和解吸以及对解吸过程的热能供应等步骤，其特征在于，解吸过程所需的热能至少10％由待脱硫烟气自身携带的物理显热提供。

2.如权利要求1所述的可再生脱硫的工艺方法，其特征在于，解吸过程所需的部分热能由烧结机的烧结产品的冷却装置外排的含热废弃气的物理显热提供。

3..如权利要求2所述的可再生脱硫的工艺方法，其特征在于，所述的烧结机的烧结产品的冷却装置外排的含热废弃气是取自烧结机的环冷机外排的含热废弃气。

4.如权利要求1所述的可再生脱硫的工艺方法，其特征在于，解吸过程所需的热能全部由待脱硫烟气自身携带的物理显热提供。

5.如权利要求1所述的可再生脱硫的工艺方法，其特征在于，解吸过程所需的热能至少5％由解吸塔排出的混合汽的物理显热及其中的水蒸汽的汽化潜热提供。

6.如权利要求5所述的可再生脱硫的工艺方法，其特征在于，在由解吸塔排出的解吸汽进入第二热介质入口之前，设置有压气机。

7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的可再生脱硫的工艺方法，其特征在于，解吸过程所需的热能是将待脱硫烟气与/或烧结机的烧结产品的冷却装置外排的含热废弃气的物理显热转化成蒸汽后再加以利用。

8.如权利要求1或4所述的可再生脱硫的工艺方法，其特征在于，它采用的是直接换热的再沸器。

9.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的可再生脱硫的工艺方法，其特征在于，待脱硫烟气在进入本工艺流程前经过除尘处理且使用的除尘手段是布袋除尘器。

10.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的可再生脱硫的工艺方法，其特征在于，待脱硫烟气在进入本工艺流程前经过除尘处理且使用的除尘手段是静电除尘器。

11.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的可再生脱硫的工艺方法，其特征在于，在排空气体进入烟道前，混入部分具有较高温度的废气。

12.如本发明所述的可再生脱硫的工艺方法的用途，其特征在于，它专用于钢铁厂烧结系统的烟气脱硫。

13.如本发明所述的可再生脱硫的工艺方法的用途，其特征在于，它专用于加热炉烟气的脱硫。