CN101524620A - 分段式氨法烟气脱硫工艺及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明所述的分段式氨法烟气脱硫工艺及装置将传统吸收塔和结晶塔合二为一，塔外设置再生槽，将SO2的吸收、亚硫酸铵氧化、脱硫液再生、硫酸铵结晶及除氨分别进行，该工艺系统有效提高了SO2脱除率、提高了亚硫酸铵氧化率、强化了硫酸铵结晶、减少了出口烟气中的氨逃逸。烟气通过该系统进行处理后可以实现达标排放，SO2脱除率95％以上，整个系统流程简单、无二次污染，且副产物硫酸铵具有较高的经济价值，尤其适用于有固定氨源的企业配置。
Description
技术领域
本发明专利所述属于烟气脱硫技术领域，具体来说是一种氨法烟气脱硫工艺及装置。
背景技术
烟气脱硫是当前环境治理中的一项重大课题，至今已研究开发了上百种工艺。目前主流的烟气脱硫工艺仍为湿式钙法，但是钙法脱硫技术耗水量大、易造成二次污染、运行不经济等问题日益凸显出来。
氨法脱硫技术是采用氨作为吸收剂除去烟气中SO2的工艺。氨法脱硫工艺具有很多特点，首先氨是一种良好的碱性吸收剂，碱性强于钙基吸收剂，而且氨吸收烟气中的二氧化硫是气-气反应，或者气-液反应，反应速度快、反应完全、吸收剂利用率高，可以得到很高的脱硫效率。且相对于钙基脱硫工艺来说氨法脱硫系统简单、设备体积小、无二次污染，另外脱硫副产品硫酸铵是一种常用的化肥，副产品销售收入能大幅降低运行成本。但是传统氨法仍存在问题：(1)循环液与高温烟气接触，不利于吸收反应，影响吸收效果；(2)吸收剂氨的损耗较大，存在氨逃逸问题，且造成二次污染；(3)溶液的浓度偏离亚硫酸铵最佳氧化浓度较多，氧化效果不理想；(4)副产品硫酸铵品质较低，难以产生经济价值。这些问题都制约了氨法脱硫技术的发展。
发明内容：
本发明所述的分段式氨法烟气脱硫工艺及装置利用氨水或液氨做脱硫剂来吸收烟气中的SO2，最终产物是硫酸铵。整个脱硫系统包括复合式吸收塔、循环泵、曝气装置、吸收液再生槽、中和缓冲槽、氧化风机、氨储槽、浓缩器、脱水机、干燥器等装置。烟气通过该系统进行处理后可以实现达标排放，SO2脱除率95％以上，出口烟气氨含量低于5mg/Nm3，且整个系统流程简单、无二次污染，副产物硫酸铵具有较高的经济价值，尤其适用于有固定氨源的企业配置。
本工艺系统的复合式吸收塔将传统的吸收塔和结晶塔合二为一，减少了占地面积，同时在塔外设置吸收液再生槽，将SO2的吸收、亚硫酸铵氧化、脱硫液再生、硫酸铵结晶及除氨分别进行，有效提高了SO2脱除率和亚硫酸铵氧化率、强化了硫酸铵结晶、减少了出口烟气中的氨逃逸。复合式吸收塔是将吸收塔下部2～10米区域分为内塔和外塔，呈同心圆形式，内外塔面积比为1∶0.5～1，内塔同吸收塔上部及出口烟道连通，外塔同入口烟道连通。内塔上部设置带有风帽分布板，风帽呈均匀分布，允许烟气通过。吸收塔下部内塔为氧化槽，外塔为硫酸铵结晶槽。在外塔塔壁烟气入口处设有硫酸铵溶液喷淋装置。内塔从下往上依次是氧化槽、喷淋层、折板除雾器、烟气出口。经过除尘处理的高温烟气进入吸收塔时，首先通过入口处的硫酸铵溶液喷淋装置，烟气温度下降至60℃～90℃，且含湿量增加，热烟气携带蒸发液滴穿过结晶槽顶部分布板风帽进入吸收喷淋段。在喷淋吸收段设有2～3层喷淋装置，吸收液与烟气逆流接触洗涤，完成SO2吸收。烟气中的SO2与吸收液中亚硫酸铵反应生成了亚硫酸氢铵，吸收液被汇集到吸收塔底内部的氧化槽。在吸收塔喷淋层上部设有折板除雾器及冲洗装置，烟气经过除雾器时可以有效的去除其中携带的液滴和部分铵盐气溶胶，同时冲洗装置定时对折板除雾器进行冲洗，防止其结垢堵塞。通过折板除雾器之后的较洁净烟气从吸收塔顶部的烟气出口排出。在吸收塔出口烟道还设有除氨段，逆流喷洒清水以有效除去烟气中携带的氨以及铵盐气溶胶，在除氨段之后设有丝网除雾器，除去烟气中携带的水分，最后经过除氨后的清洁烟气通过烟囱排放。
该工艺系统中，经过除尘处理后的高温烟气进入吸收塔后首先进入结晶槽，通过结晶槽不仅有效降低了烟气温度，同时可以充分利用高温烟气的热量对硫酸铵溶液进行蒸发浓缩结晶，大大降低了蒸发浓缩的能耗。结晶槽底部设置有曝气装置，同氧化风机连接，结晶过程中不停的曝气，既有搅拌作用，又对其中的亚硫酸铵进行二次氧化，结晶槽(4)内液体pH控制在3～5。结晶槽外设有结晶循环泵，结晶循环泵出口管道分为两路，一路和吸收塔入口处的喷嘴连接，另一路和中和缓冲槽连接。结晶循环泵使得硫酸铵溶液同高温烟气多次接触，经过结晶处理的硫酸铵溶液达到一定浓度后由结晶循环泵输送至中和缓冲槽，在中和缓冲槽中加氨来调节硫酸铵饱和液的pH值为6～7，有利于减少硫酸铵产品的酸含量，提高硫酸铵产品的品质。抽出泵将中和缓冲槽中加氨处理后的硫酸铵饱和液输送至浓缩器进行浓缩处理，顶流液回流至吸收液再生槽进行再生后循环利用，底部浓缩液进入脱水机进行脱水处理，滤出液回流到吸收液再生槽进行循环利用，经过脱水处理的硫酸铵晶体最后通过干燥器进一步干燥制得硫酸铵成品。
吸收塔内塔底部氧化槽中的吸收液可自流进入塔外的再生槽，通过氨泵向再生槽注氨，使得其中的亚硫酸氢铵被氨再生为具有吸收SO2能力的亚硫酸铵，通过循环泵进入喷淋层洗涤烟气。在氧化槽底部设置曝气装置，连接有氧化风机，不断曝气将其中的亚硫酸铵氧化为硫酸铵，控制pH在4～6。氧化槽中硫酸铵达到一定浓度后送入结晶槽进行浓缩结晶处理。
氨储槽通过氨泵与吸收液再生槽和中和缓冲槽连接，氨的加入量通过吸收液pH值进行控制，保持再生槽pH为5～7，中和缓冲槽pH为6～7。
吸收塔出口烟道上设有除氨段，除氨段包括喷淋装置、丝网除雾器、清水泵和水箱。经过脱硫处理后的烟气进入除氨段后，与喷淋水逆流接触，脱除其中携带的氨和铵盐气溶胶，再通过丝网除雾器除去烟气中的水分，最后清洁烟气进入烟囱排放。除氨段的喷淋水和丝网除雾器的冲洗水汇集流入水箱，通过清水泵循环利用，且水箱还为折板除雾器提供冲洗水，当水箱水位下降时补充工艺水。
该烟气脱硫系统将SO2的吸收、亚硫酸铵氧化、脱硫液再生、硫酸铵结晶及除氨分别进行，主要反应原理如下：
SO2的吸收：
SO2+2NH3+H2O＝(NH4)2SO3 (1)
(NH4)2SO3+H2O+SO2＝2NH4HSO3 (2)
亚硫酸铵氧化：
2(NH4)2SO3+O2＝2(NH4)2SO4 (3)
脱硫液再生：
NH3+2NH4HSO3＝(NH4)2SO3 (4)
硫酸铵结晶：
硫酸铵溶液经过热烟气的加热蒸发浓缩形成过饱和溶液，过饱和硫酸铵溶液形成硫酸铵晶核，晶核逐步长大到100～200μm硫酸铵晶体。氨和铵盐气溶胶去除：
脱硫塔内烟气中含有吸收液挥发氨形成的0.01～10μm气溶胶，在出口烟道上氨和气溶胶被除氨喷淋层喷洒水捕集溶解去除。
本发明所述的分段式氨法烟气脱硫工艺及装置由于采用复合式吸收塔，将传统吸收塔和结晶塔合二为一，减少了占地面积，降低了脱硫成本。高温烟气进入吸收塔时首先经过结晶槽的喷淋装置，使得烟气温度得到了下降，有利于后续吸收反应，且大大降低了硫酸铵溶液蒸发浓缩的能耗，同时结晶槽内的曝气装置既有搅拌作用，又对其中的亚硫酸铵进行了二次氧化。结晶槽外的中和缓冲槽中可以加氨来调节硫酸铵饱和液的pH值，保证了产品硫酸铵的品质。塔外设置吸收液再生槽，使得塔内氧化槽中亚硫酸铵维持在较低浓度，有利于其氧化槽中亚硫酸铵氧化反应的发生。且通过出口端设置的除氨段，避免了出口烟气的氨逃逸现象。
附图说明
附图为本发明的工艺流程示意图及装置的结构示意图。
图中：1-吸收塔；2-结晶槽；3-氧化槽；4-分布板；5-喷淋层；6-折板除雾器；7-再生槽；8-吸收液循环泵；9-氨储槽；10-氨泵；11-氧化风机；12-结晶循环泵；13-中和缓冲槽；14-抽出泵；15-浓缩器；16-脱水机；17-干燥器；18-加热器；19-风机；20-水箱；21-清水泵；22-除氨喷淋层；23-丝网除雾器；24-出口烟道；25-烟囱；26-曝气装置；27-冷却喷淋层。
具体实施方式
下面结合附图详细介绍本发明的具体实施方式。
该工艺用于烧结机头烟气脱硫，利用焦化厂炼焦过程中产生的废氨水做脱硫剂来脱除烟气中的SO2。如图1所示，经过除尘处理的120～150℃的高温烟气进入复合式吸收塔(1)，在进口烟道处设有冷却喷淋装置(27)不断喷洒硫酸铵溶液，利用高温烟气的热量进行浓缩结晶，同时烟温下降至60℃，热烟气携带结晶槽(2)蒸发液滴穿过其顶部的分布板(4)进入吸收塔(1)的吸收喷淋段，在吸收喷淋段设有3层喷淋层(5)，吸收液与烟气逆流接触洗涤，完成SO2吸收。烟气中的SO2与吸收液中亚硫酸铵反应生成了亚硫酸氢铵，吸收液被汇集到吸收塔(1)底的氧化槽(3)。在吸收塔喷淋段上部设有两级折板除雾器(6)，有效的去除烟气中携带的液滴和部分气溶胶，同时冲洗装置定时对折板除雾器(6)进行冲洗，防止其结垢堵塞。通过折板除雾器(6)之后的较洁净烟气从吸收塔(1)顶部的烟气出口进入出口烟道(24)。烟气在出口烟道(24)中依次通过除氨喷淋层(22)和丝网除雾器(23)，最后进入烟囱(25)排放。除氨喷淋层(22)不断逆流喷洒清水，脱除烟气中携带的氨和铵盐气溶胶，再经过丝网除雾器(23)除去烟气中的液滴。除氨段的喷淋水和丝网除雾器的冲洗水汇集流入水箱(20)，通过清水泵(21)循环利用，且水箱(20)还为折板除雾器(6)提供冲洗水，当水箱水位下降时补充工艺水。吸收塔内吸收液从氧化槽(3)自流进入塔外的再生槽(7)，氨储槽(9)中的氨通过氨泵(10)注入再生槽(7)和中和缓冲槽(13)来对吸收液进行再生、补充脱硫剂消耗和调整溶液的pH值。再生槽(7)吸收液pH控制在5～7，中和缓冲槽(13)吸收液pH控制在6～7。再生槽(7)通过吸收液循环泵(8)向吸收塔喷淋层(5)提供新鲜脱硫吸收液。结晶槽(2)、氧化槽(3)底部都设有曝气装置(26)，连接有氧化风机(11)，不断曝气将其中的亚硫酸铵氧化为硫酸铵，同时还具备搅拌功能，防止结晶体沉积。氧化槽(3)中硫酸铵达到一定浓度后送入结晶槽(2)进行浓缩结晶处理，通过结晶循环泵(12)与吸收塔入口处的冷却喷淋层(27)和中和缓冲槽(13)连接。中和缓冲槽(13)连接抽出泵(14)，由抽出泵(14)将加氨调节后硫酸铵饱和液输送至浓缩器(15)进行浓缩处理，顶流液回流至吸收液再生槽(7)进行再生后循环利用，底流浓缩液进入脱水机(16)进行脱水处理，滤出液回流到吸收液再生槽(7)进行循环利用，经过脱水处理的硫酸铵晶体最后通过干燥器(17)进一步干燥制得硫酸铵成品。干燥器(17)使用热源由加热器(18)和风机(19)提供。
Claims (6)
1.分段式氨法烟气脱硫工艺及装置，其特征在于：采用复合式吸收塔(1)，吸收塔(1)下部内塔为氧化槽(3)，外塔为结晶槽(2)，结晶槽(2)上部设置分布板(4)，内塔同吸收塔上部及出口烟道连通，外塔同入口烟道连通，烟气入口处设置喷淋装置(27)，氧化槽(3)上部设置喷淋层(5)、折板除雾器(6)。氧化风机(11)通过管道与结晶槽(2)和氧化槽(3)底的曝气装置(26)连接，氧化槽(3)通过自流管道连接再生槽(7)，再生槽(7)、吸收液循环泵(8)、喷淋层(5)通过管道串联连接，氨储槽(9)、氨泵(10)、再生槽(7)通过管道串联连接，且氨泵(10)出口通过管道与中和缓冲槽(13)连接，结晶槽(2)、结晶循环泵(12)和冷却喷淋层(27)通过管道串联连接，循环泵(12)出口与中和缓冲槽(13)、抽出泵(14)、浓缩器(15)、脱水机(16)、干燥器(17)通过管道串联连接，浓缩器(15)顶流液出口与再生槽(7)通过管道连接，且脱水机(16)滤出液出口与再生槽(7)通过管道连接，风机(19)、加热器(18)与干燥器(17)通过管道串联连接。出口烟道(24)内设置除氨喷淋层(22)和丝网除雾器(23)，水箱(20)、清水泵(21)与除氨喷淋层(22)和折板除雾器(6)的冲洗装置通过管道串联连接。
2.根据权利要求1所述的分段式氨法烟气脱硫工艺及装置，其特征在于：采用复合式吸收塔(1)，下部2～10米区域分为内塔氧化槽(3)和外塔结晶槽(2)，呈同心圆形式，内外塔面积比为1∶0.5～1，结晶槽(2)同入口烟道连通，上部设置带有风帽的分布板(4)，风帽呈均匀分布。
3.根据权利要求1所述的分段式氨法烟气脱硫工艺及装置，其特征在于：吸收液在氧化槽(3)通过曝气方式进行一次氧化，吸收液pH控制在4～6。
4.根据权利要求1所述的分段式氨法烟气脱硫工艺及装置，其特征在于：吸收液在结晶槽(2)通过曝气方式进行二次氧化，结晶槽(2)内液体pH控制在3～5。
5.根据权利要求1所述的分段式氨法烟气脱硫工艺及装置，其特征在于：吸收液从氧化槽(3)自流进入再生槽(7)，通过加氨搅拌混合进行再生，再生槽(7)内吸收液pH控制在5～7。
6.根据权利要求1所述的分段式氨法烟气脱硫工艺及装置，其特征在于：出口烟道(24)内设置除氨喷淋层(22)和丝网除雾器(23)。在除氨喷淋层(22)不断的逆流喷洒清水，脱除烟气中携带的氨和铵盐气溶胶，再经过丝网除雾器(23)除去其中的小液滴，最后清洁烟气进入烟囱(25)排放。除氨段的喷淋水和丝网除雾器的冲洗水汇集流入水箱(20)，通过清水泵(21)循环利用，且水箱(20)还为折板除雾器(6)提供冲洗水，当水箱水位下降时补充工艺水。
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