CN101549246B - 烧结烟气脱硫联合焦炉煤气脱氨循环系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种烧结烟气脱硫联合焦炉煤气脱氨循环工艺，包括如下步骤：(1)以亚硫酸铵溶液作为脱硫剂来脱除烧结烟气中的二氧化硫，生成亚硫酸氢铵溶液；(2)以步骤(1)得到的亚硫酸氢铵溶液作为脱氨剂脱除焦炉煤气中的氨，得到亚硫酸铵溶液，部分亚硫酸铵溶液用于步骤(1)中的脱硫剂，其余亚硫酸铵溶液氧化为硫酸铵溶液；(3)硫酸铵溶液经蒸发、结晶、分离、干燥后得到硫酸铵产品。一种烧结烟气脱硫联合焦炉煤气脱氨循环系统，包括烧结烟气脱硫系统、焦炉煤气脱氨系统和硫酸铵制取系统。本发明在去除烧结烟气中的SO 2的同时对焦炉煤气中的氨做到了高效脱除，同时降低了脱硫、脱氨的原料成本。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种烟气脱硫和煤气脱氨联合技术，特别是一种烧结烟气脱硫联合焦炉煤气脱氨循环工艺及循环系统。
(二)背景技术
节能减排是当前政府宏观调控的重点之一，如政府确定了“十一五”期间单位GDP能耗降低20％左右和主要污染物排放减少10％的目标，然而2006年没有实现年初确定的节能减排目标。2007年一季度高耗能行业再度抬头，占全国工业能耗和二氧化硫排放近70％的电力、钢铁、有色、建材、石油加工、化工等六大高耗能行业增加值同比增长20.6％，比去年同期加快6.6个百分点。由此可见，“脱硫”仍将是未来相当长一段时间的减排重点话题。钢铁企业是主要污染源之一，随着国家对环境保护的重视，通过淘汰落后产能和强制应用环保设施，对钢铁企业的污染监管力度日趋加强，钢铁企业是“节能减排”的重点。
目前，市场成熟的脱硫技术是应用于燃煤电厂的，包括干法、湿法、半干法等。从建设项目的实际应用来看，国内的主流技术是湿法。这些技术不能简单转移到钢铁烧结脱硫上。回顾电厂脱硫的技术发展，不难发现，绝大多数技术来自于国外，例如：德国、奥地利、法国等。但是，在烧结脱硫方面，据目前掌握的情况，国外也缺乏适合中国钢铁企业现状的技术。在国外，铁矿石的含硫率远远低于我们的国产矿石，冶炼脱硫需求不强烈，技术也就相对不发达，所以，不可能形成类似电厂脱硫技术引进热潮，更多地需要依靠中国企业自行研发。
国内烧结烟气脱硫技术主要还是由燃煤电厂脱硫技术衍生而来的一些脱硫技术，主要有钙法、氨法、活性焦法。
氨法具有较好的环境效益，其脱硫产物-硫酸铵可以作为肥料再利用，减少了二次污染的可能性，因而是目前研究关注较多的一种较好前景的烧结烟气脱硫技术。但是，此方法由于原料氨资源的限制性，目前氨法脱硫使用原料为液氨或者是氨水，受地域限制和运输状况的影响，一般的企业不易获得，而且其购买价格也较高，投入产出比小，经济评价较低，因而均限制了氨法的推广使用。
目前的钢铁厂由于炼焦需要一般均配有焦化厂，而焦化厂炼焦生产所产生的大量焦炉煤气则必须净化其中所含的氨，否则会造成设备腐蚀和环境污染。焦化煤气脱氨一般采用以下三种方法：
1)水洗氨法：生产18％浓氨水，能耗较大；
2)磷铵法：生产无水氨，需要20MPa的中压蒸汽，且投资巨大；
3)硫酸铵法：生产硫酸铵，需耗费大量硫酸，硫酸外购价格与硫酸铵价格相近。
(三)发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种烧结烟气脱硫联合焦炉煤气脱氨循环工艺及循环系统，利用焦炉煤气脱氨产物-亚硫酸铵作为脱硫剂来脱除烧结烟气中的硫，然后利用脱硫产物-亚硫酸氢铵作为脱氨剂来脱除焦炉煤气中的氨，同时副产硫酸铵产品，既减少了烧结烟气脱硫的原料成本，同时又减少了焦化煤气脱氨的原料成本，而且得到了高品质肥料硫酸铵。
一种烧结烟气脱硫联合焦炉煤气脱氨循环工艺，包括如下步骤：
(1)以亚硫酸铵溶液作为脱硫剂来脱除烧结烟气中的二氧化硫，生成亚硫酸氢铵溶液；
(2)以步骤(1)得到的亚硫酸氢铵溶液作为脱氨剂脱除焦炉煤气中的氨，得到亚硫酸铵溶液，部分亚硫酸铵溶液用于步骤(1)中的脱硫剂，其余亚硫酸铵 溶液氧化为硫酸铵溶液；
(3)硫酸铵溶液经蒸发、结晶、分离、干燥后得到硫酸铵产品。
优选地，步骤(1)所述的亚硫酸氢铵溶液经粗过滤和精过滤后用于步骤(2)。
一种烧结烟气脱硫联合焦炉煤气脱氨循环系统，包括烧结烟气脱硫系统、焦炉煤气脱氨系统和硫酸铵制取系统。
所述烧结烟气脱硫系统包括亚硫酸铵储槽、脱硫吸收塔和亚硫酸氢铵储槽，亚硫酸铵储槽经泵连通脱硫吸收塔上部，脱硫吸收塔底部连通亚硫酸氢铵储槽；
所述焦炉煤气脱氨系统包括亚硫酸铵储槽、脱氨吸收塔和亚硫酸氢铵储槽，亚硫酸氢铵储槽经泵连通脱氨吸收塔上部，脱氨吸收塔底部连通亚硫酸铵储槽；
所述硫酸铵制取系统由顺次连通的亚硫酸铵氧化装置、硫酸铵浓缩装置、硫酸铵结晶装置和硫酸铵分离干燥装置组成，亚硫酸铵氧化装置连通氧化用亚硫酸铵储槽。
优选地，所述脱硫吸收塔由下至上分别设为降温除尘段、二氧化硫脱除段、烟气除雾段，降温除尘段上部设有水喷淋装置和循环喷淋装置，降温除尘段底部为吸收液贮留池，循环喷淋装置连通吸收液贮留池；二氧化硫脱除段设有亚硫酸铵喷淋装置，亚硫酸铵喷淋装置连通亚硫酸铵储槽。
优选地，所述脱硫吸收塔底部设有吸收液贮留池，吸收液贮留池经混凝过滤装置连通亚硫酸氢铵储槽。
优选地，所述的脱氨吸收塔上部设有硫酸喷淋装置，硫酸喷淋装置连通硫酸贮槽。
优选地，所述亚硫酸铵氧化装置包括氧化罐，氧化罐上部经过滤装置连通氧化用亚硫酸铵储槽，氧化罐底部连通硫酸铵储槽，氧化罐还连接鼓风装置。
优选地，所述硫酸铵浓缩装置采用真空升膜蒸发器和二次蒸汽换热器连接组成的双效蒸发系统，二次蒸汽换热器连通硫酸铵储槽，真空升膜蒸发器连通硫酸铵结晶装置。
优选地，所述硫酸铵结晶装置包括连通的硫酸铵加热器和真空结晶罐，硫酸铵加热器连通硫酸铵浓缩装置，真空结晶罐连接中压蒸汽喷射装置。
优选地，所述硫酸铵分离干燥装置包括离心机和热风干燥机，离心机经输送机连接热风干燥机，离心机经结晶槽连接硫酸铵结晶装置。
本发明的亚硫酸铵储槽和亚硫酸氢铵储槽按实际情况由若干连通的储槽组成，储槽间可选择地以泵连通，均落入本发明的保护范围。
本发明烧结烟气脱硫系统的工作原理：
以焦炉煤气脱氨产生的亚硫酸铵作为脱硫剂，使用亚硫酸铵溶液喷淋洗涤烧结烟气，亚硫酸铵和气体中的SO2反应，脱除气体中的SO2。由于烧结烟气中含有O2，因此会存在有部分亚硫酸铵的氧化反应。主要反应方程如下：
吸收SO2的反应：
2NH4OH+SO2→(NH4)2SO3+H2O
(NH4)2SO3+SO2+H3O→2NH4HSO3
2NH4OH+SO3→(NH4)2SO4+H2O
亚硫酸铵氧化的反应：
2(NH4)2SO3+O2→2(NH4)2SO4
2NH4HSO3+O2→2NH4HSO4
本发明焦炉煤气脱氨系统工作原理：
将脱硫系统产生的亚硫酸氢铵作为吸收剂吸收煤气中的氨，亚硫酸氢铵与氨反应后生成亚硫酸铵，而亚硫酸铵恰恰是脱硫系统中SO2主要的吸收成分，故回用到脱硫系统做吸收剂使用。其主要反应是：
NH4HSO3+NH4OH→(NH4)2SO3+H2C
本发明硫酸铵制取系统的工作原理：
将亚硫酸铵氧化成硫酸铵，然后通过物理分离得到固体产品：
2(NH4)2SO3+O2→2(NH4)2SO4
本发明的有益效果是：由于采用了以上技术方案，本发明在利用焦化煤气脱氨副产物-亚硫酸铵-去除烧结烟气中的SO2的同时利用烧结烟气脱硫副产物-亚硫酸氢铵-对焦炉煤气中的氨做到了高效脱除，不但解决了目前氨法脱硫由于脱硫剂-液氨或者氨水的不易获得而难以推广的难题，而且做到了同时降低了脱硫、脱氨的原料成本。另外，本发明的最终产物-硫酸铵品质优良，可以作为肥料利用。因此本发明真正实现了以废治废、改善环境、节约成本，实现了资源的循环利用。
(四)附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图中：1-烧结烟气，2-脱硫塔，3-烟气降温除尘段，4-二氧化硫脱除段，5-烟气除雾段，6-水喷淋装置，7-循环喷淋装置，8-入口管，9-断塔板，10-脱硫液喷淋装置，11-烟囱，12-吸收液贮留池，13-混凝过滤装置，14-亚硫酸氢铵储槽，15-冷却、脱硫化氢处理后的焦炉煤气，16-一号脱氨吸收塔，17-二号脱氨吸收塔，18-亚硫酸氢铵喷淋装置，19-备用硫酸喷淋装置，20-硫酸贮槽，21-亚硫酸铵储槽，22-中间循环槽，23-硫酸铵槽，24-过滤装置，25-氧化用亚硫酸铵储槽，26-过滤装置，27-氧化罐，28-硫酸铵储槽，29-真空升膜蒸发器，30-DTB真空结晶罐，31-二次蒸汽换热器，32-结晶槽，33-离心机，34-离心液槽，35-输送机，36-热风干燥机，37-I级喷射器，38-II级喷射器，39-换热器，40-硫酸铵加热器，41-冷凝水 池，42-滤渣，43-鼓风装置，44-热空气，45-热水，46-冷却水，47-低压蒸汽，48-中压蒸汽，49-产品硫酸铵，50-煤气净化系统。
(五)具体实施方式
下面通过附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步地详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。
参照图1，一种烧结烟气脱硫联合焦炉煤气脱氨循环系统，包括烧结烟气脱硫系统、焦炉煤气脱氨系统和硫酸铵制取系统，
所述烧结烟气脱硫系统包括亚硫酸铵储槽21、脱硫吸收塔2和亚硫酸氢铵储槽14，亚硫酸铵储槽21经泵连通脱硫吸收塔2上部，脱硫吸收塔底部连通亚硫酸氢铵储槽14；
所述焦炉煤气脱氨系统包括亚硫酸铵储槽21、脱氨吸收塔和亚硫酸氢铵储槽14，亚硫酸氢铵储槽14经泵连通脱氨吸收塔16，17上部，脱氨吸收塔16，17底部连通亚硫酸铵储槽21；
所述硫酸铵制取系统由顺次连通的亚硫酸铵氧化装置、硫酸铵浓缩装置、硫酸铵结晶装置和硫酸铵分离干燥装置组成，亚硫酸铵氧化装置连通亚硫酸铵储槽。
所述脱硫吸收塔2由下至上分别设为降温除尘段3、二氧化硫脱除段4、烟气除雾段5，降温除尘段3上部设有水喷淋装置6和循环喷淋装置7，降温除尘段3底部为吸收液贮留池12，循环喷淋装置7连通吸收液贮留池12；二氧化硫脱除段4设有亚硫酸铵喷淋装置10，亚硫酸铵喷淋装置10连通亚硫酸铵储槽21。
所述脱硫吸收塔2底部设有吸收液贮留池12，吸收液贮留池12经混凝过滤装置13连通亚硫酸氢铵储槽14。
所述的脱氨吸收塔上部设有硫酸喷淋装置19，硫酸喷淋装置19连通硫酸贮槽20。
所述亚硫酸铵氧化装置包括氧化罐27，氧化罐27上部经过滤装置26连通氧化用亚硫酸铵储槽25，氧化罐27底部连通硫酸铵储槽28，氧化罐27还连接鼓风装置43。
所述硫酸铵浓缩装置采用真空升膜蒸发器31和二次蒸汽换热器29连接组成的双效蒸发系统，二次蒸汽换热器31连通硫酸铵储槽28，真空升膜蒸发器29连通硫酸铵结晶装置。
所述硫酸铵结晶装置包括连通的硫酸铵加热器40和真空结晶罐30，硫酸铵加热器40连通硫酸铵浓缩装置，真空结晶罐30连接中压蒸汽喷射装置。
所述硫酸铵分离干燥装置包括离心机33和热风干燥机36，离心机33经输送机35连接热风干燥机36，离心机33经结晶槽32连接硫酸铵结晶装置。
本发明的烧结烟气脱硫联合焦炉煤气脱氨循环工艺具体描述如下：
130-150℃的钢铁企业烧结烟气1以12-15m/s的气速进入脱硫吸收塔2(空塔气速2.5～3.5m/s)，脱硫吸收塔设置为三段，由下至上分别为降温除尘段3、二氧化硫脱除段4、烟气除雾段5。
烟气首先进入降温除尘段3，此段设置有水喷淋装置6和循环喷淋装置7，水喷淋装置位于入口管8处，喷淋水为各种热交换装置31、39、40产生的冷凝水，统一收集至冷凝水池41后，由泵送至水喷淋水装置6喷淋烟气，使烟气温度降低至80～90℃，同时脱除烟气中小部分烟尘，初步净化降温后的烟气经过循环喷淋装置7，烟气温度降至60℃左右。降温除尘后的烟气通过塔板段9进入二氧化硫脱除段4，经两层喷淋装置10喷淋脱硫液洗涤后，脱除90～95％的 SO2，脱硫后的烟气进入除雾段5，除雾后经烟囱11排至大气。
脱硫循环液与烟气逆流接触。由焦炉煤气直接脱氨形成的富亚硫酸铵溶液(浓度：20％左右，来自于亚硫酸铵储槽21)从脱硫吸收塔脱硫段上层喷淋装置10喷入，对烟气进行循环喷淋(液气比为2L/Nm3左右)，脱硫液吸收SO2后，形成富含亚硫酸氢铵(并含有部分硫酸铵25～40％)的溶液，此溶液在脱硫段底部断塔板处收集后部分(300～500m3/h)作为降温除尘段3循环喷淋液，在喷淋中循环液同时利用烟气的热量得到浓缩，降低了后端处理的能耗。
吸收塔下部为吸收液贮留池12，每小时抽出300～500m3酸性脱硫液体排入混凝过滤装置13进行粗过滤、精过滤去除杂质(烟尘、硫渣)，滤液送入焦化煤气脱氨系统的亚硫酸氢铵储槽14，滤渣42集中后统一处理。
焦炉煤气一般需经冷却脱硫化氢、氰化氢处理，处理后煤气含焦油小于50mg/m3、萘小于400mg/m3、硫化氢小于200mg/m3、氰化氢小于150mg/m3。冷却脱硫化氢处理后的焦炉煤气15送入脱氨吸收塔脱氨，脱氨吸收塔为空塔喷淋塔，设置有一号塔16和二号塔17，双塔串联，每座塔设置三层喷淋装置18，喷淋液为烧结烟气脱硫后产生的酸性亚硫酸氢铵液(浓度：20％左右，来自于亚硫酸氢铵储槽14)，喷淋密度：20左右，空塔气速：1-1.3m/s，液气比：7-9，溶液中亚硫酸氢铵含量为吸收氨的化学计量的3-5倍，为确保煤气吸氨塔后煤气含氨量小于30mg/Nm3，在二号塔上端设置硫酸喷淋装置19备用。硫酸由硫酸贮槽20供给。喷淋硫酸时生成的硫酸铵进入硫酸铵槽23循环喷淋，间隔固定时间部分送至亚硫酸铵储槽21。中间循环槽22作为一号塔16最上层喷淋液的暂时储存槽，暂存的喷淋液用泵送至第二层喷淋装置喷淋。为确保脱氨形成的富亚硫酸铵溶液的品质，必须对各脱氨塔底部驻留液进行过滤以去除杂质，吸收液经过滤装置24过滤后，清液循环使用，滤渣42统一集中后处理。焦炉 煤气经脱氨处理后进入进一步的煤气净化系统50。
焦炉煤气脱氨产生的亚硫酸铵，部分用于烧结烟气做为脱硫剂，根据系统的硫、氨的平衡，必须由亚硫酸铵储槽21提取部分亚硫酸铵溶液(硫酸铵)，提取的亚硫酸铵溶液储存于氧化用亚硫酸铵溶液槽25中，经过滤装置26过滤后加氨中和pH调整至8～8.5送入氧化罐27，通过鼓入空气(气量与SO2含量比为0.5∶1)，使其氧化为硫酸铵溶液，硫酸铵溶液送入硫酸铵储槽28储存。
硫酸铵储槽28内的硫酸铵溶液送入双效蒸发系统，由真空升膜蒸发器29和二次蒸汽换热器31组成。蒸发罐利用低压蒸汽为热源。浓缩后的硫酸铵溶液(48.5％)送入硫酸铵加热器40，由锅炉过来的低压蒸汽47进入硫酸铵加热器40加热硫酸铵溶液至56℃，56℃的硫酸铵溶液进入真空结晶罐30，在负压下结晶(真空度为80kpa)；真空结晶罐利用中压蒸汽喷射装置形成真空，中压蒸汽喷射装置主要组成为I级喷射器37、II级喷射器38，换热器39。锅炉过来的中压蒸汽48进入喷射器形成负压真空，喷射器排出的蒸汽进入换热器39降温换热，换热后以冷凝水的形式流入冷凝水池41重复使用，换热器39热交换剂为工厂冷却塔提供的冷却水46，冷却水46经换热后以热水45的形式排出。结晶后的硫酸铵送入结晶槽32，然后进入离心机33离心分离，分离液体流入离心液槽34，之后返回到真空结晶罐30，当溶液中亚硫酸铵含量较高时返回亚硫酸铵储槽21，硫酸铵晶体经输送机35送至热风干燥机36(出口吹冷风)干燥，干燥介质为热空气44，干燥温度为130～150℃，干燥后的硫酸铵称量包装后即为产品硫酸铵49。
Claims (8)
1.一种烧结烟气脱硫联合焦炉煤气脱氨循环系统，其特征在于：所述循环系统包括烧结烟气脱硫系统、焦炉煤气脱氨系统和硫酸铵制取系统，
所述烧结烟气脱硫系统包括亚硫酸铵储槽、脱硫吸收塔和亚硫酸氢铵储槽，亚硫酸铵储槽经泵连通脱硫吸收塔上部，脱硫吸收塔底部连通亚硫酸氢铵储槽；所述焦炉煤气脱氨系统包括亚硫酸铵储槽、脱氨吸收塔和亚硫酸氢铵储槽，亚硫酸氢铵储槽经泵连通脱氨吸收塔上部，脱氨吸收塔底部连通亚硫酸铵储槽；所述硫酸铵制取系统由顺次连通的亚硫酸铵氧化装置、硫酸铵浓缩装置、硫酸铵结晶装置和硫酸铵分离干燥装置组成，亚硫酸铵氧化装置连通亚硫酸铵储槽。
2.根据权利要求1的烧结烟气脱硫联合焦炉煤气脱氨循环系统，其特征在于：所述脱硫吸收塔由下至上分别设为降温除尘段、二氧化硫脱除段、烟气除雾段，降温除尘段上部设有水喷淋装置和循环喷淋装置，降温除尘段底部为吸收液贮留池，循环喷淋装置连通吸收液贮留池；二氧化硫脱除段设有亚硫酸铵喷淋装置，亚硫酸铵喷淋装置连通亚硫酸铵储槽。
3.根据权利要求1的烧结烟气脱硫联合焦炉煤气脱氨循环系统，其特征在于：所述脱硫吸收塔底部设有吸收液贮留池，吸收液贮留池经混凝过滤装置连通亚硫酸氢铵储槽。
4.根据权利要求1的烧结烟气脱硫联合焦炉煤气脱氨循环系统，其特征在于：所述的脱氨吸收塔上部设有硫酸喷淋装置，硫酸喷淋装置连通硫酸贮槽。
5.根据权利要求1的烧结烟气脱硫联合焦炉煤气脱氨循环系统，其特征在于：所述亚硫酸铵氧化装置包括氧化罐，氧化罐上部经过滤装置连通氧化用亚硫酸铵储槽，氧化罐底部连通硫酸铵储槽，氧化罐还连接鼓风装置。
6.根据权利要求5的烧结烟气脱硫联合焦炉煤气脱氨循环系统，其特征在于：所述硫酸铵浓缩装置采用真空升膜蒸发器和二次蒸汽换热器连接组成的双效蒸发系统，二次蒸汽换热器连通硫酸铵储槽，真空升膜蒸发器连通硫酸铵结晶装置。
7.根据权利要求1的烧结烟气脱硫联合焦炉煤气脱氨循环系统，其特征在于：所述硫酸铵结晶装置包括连通的硫酸铵加热器和真空结晶罐，硫酸铵加热器连通硫酸铵浓缩装置，真空结晶罐连接中压蒸汽喷射装置。
8.根据权利要求1的烧结烟气脱硫联合焦炉煤气脱氨循环系统，其特征在于：所述硫酸铵分离干燥装置包括离心机和热风干燥机，离心机经输送机连接热风干燥机，离心机经结晶槽连接硫酸铵结晶装置。
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