CN101791511A - 一种氨水喷雾烟气脱硫及二氧化硫回收工艺及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氨水喷雾烟气脱硫及二氧化硫回收工艺及系统。该工艺步骤：(1)烟气经除尘降温后与雾化的氨水混合进行脱硫；(2)对脱硫后的烟气进行除雾处理；(3)除雾过程中得到的脱硫溶液经50℃-130℃的蒸发，得到含有浓缩硫酸铵的母液以及氨气和二氧化硫的混合气；(4)氨气和二氧化硫的混合气经吸收液吸收二氧化硫后，氨气再回烟气通道进行雾化脱硫，经过吸收液吸收二氧化硫后的富液进行解吸得到二氧化硫产品，解吸后的再生后的贫液进入吸收塔重新利用。该系统包括烟气通道、氨水喷雾器、除雾器、蒸发器、吸收塔和解吸塔。本发明取消了脱硫塔，仅依靠氨水雾化并经过传输烟道即可达到脱硫的目的，工艺简单、成本低，方便了操作，提高了处理效率。

Description

一种氨水喷雾烟气脱硫及二氧化硫回收工艺及系统

技术领域

本发明涉及一种适合于锅炉烟气、钢铁厂烧结烟气的脱硫及回收部分二氧化硫的工艺，属于烟气净化技术领域。

背景技术

烟气脱硫是目前控制大气二氧化硫污染的主要方法，二氧化硫排放量最大的行业之一是火力发电，其广泛采用的是石灰石石膏法脱硫工艺。其他行业如钢铁行业因烧结烟气风量大，二氧化硫浓度低，尚缺乏有效地脱硫措施。

目前烟气脱硫主要采用石灰石石膏法、氨法等脱硫方法。石灰石石膏法脱硫有较大缺陷，脱硫装置易结垢堵塞，操作费用高，产生的石膏堆存费用高，因此其应用受到了一定的限制。氨法脱硫是公认的一种易操作的脱硫方法，中国专利文献CN101549246曾针对炼钢厂烧结烟气的脱硫公开了一种《烧结烟气脱硫联合焦炉煤气脱氨循环工艺及循环系统》，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。然而，现有的湿法吸收脱硫系统均基于传统的气液反应和气体吸收理论和相关的设备设计，脱硫塔均需采用较大的液气比和较低的气速，设备庞大且效率较低，不适应大流量、低浓度的环境工程的需要。以钢铁厂烧结尾气中约400mg/m³的二氧化硫浓度为例，按18％质量浓度的氨水为吸收剂，每立方米烟气所需氨水量仅为1.18ml，但设计规范或者实际采用液气比为2l/m³，扩大了近1700倍，石灰石石膏脱硫更是增加到8-25l/m³，大大增加了系统的能耗和操作费用。

按照传质理论，以气膜传质阻力为主的吸收过程总二氧化硫去除量为：

$N=\mathrm{KyA}(y-y_i)=\frac{D_{{\mathrm{SO}}_2}}{\mathrm{\δ}}a(y-y_i)$

N：脱硫量 Ky：气相传质总系数 A：传质面积 y：烟气中二氧化硫的摩尔分率

yi：吸收液对应的气相中饱和二氧化硫的摩尔分率，化学吸收时为0

：气相中二氧化硫的分子扩散系数δ：传质边界层厚度d₃₂：雾滴平均直径。

可以看出，改变液滴直径可以极大地改变传质面积，提高传质效率。

由于气液固多相流相对速度等条件限制，石灰石石膏脱硫中液滴直径约为1.3-3mm，按25l/m³的液气比，可以估算出总气液传质面积约为75m²/m³烟气，以1.5×10⁵m³/h烟气量计，石灰石乳液循环量高达3750m³/h。氨脱硫过程中，相同条件下，若将喷嘴喷出液滴降为2μm，按降低1000倍的25ml/m³的液气比，其总气液传质面积同样为75m²/m³烟气，同样以1.5×10⁵m³/h烟气量计，氨水量仅为3.75m³/h。因此降低液气比，降低喷雾雾滴的直径，可以极大地增加烟气中二氧化硫的去除率，减少设备尺寸。

发明内容

本发明针对现有烟气中二氧化硫去除技术存在的传统分离设备传质效率低、操作费用高、二次污染严重和资源消耗等问题，提供一种工艺简单、成本低、操作方便、处理效率高的氨水喷雾烟气脱硫及二氧化硫回收工艺。同时提供一种实现该工艺的氨水喷雾烟气脱硫及二氧化硫回收系统。

本发明的氨水喷雾烟气脱硫及二氧化硫回收工艺，主要包括以下步骤：

(1)烟气经除尘降温后，与雾化的氨水混合进行脱硫，雾化氨水与烟气中的二氧化硫反应后形成雾滴；雾滴中的主要成份为硫酸铵、亚硫酸铵和亚硫酸氢铵。

烟气的除尘降温是指向烟道中喷射水雾降低除尘烟气的温度，防止后续喷入的氨水水雾直接蒸发影响脱硫，也可以加大氨水喷射量达到同样目的。该过程可直接在烟气通道内发生，也可在烟气通道内设置静态混合器以强化气相传质过程，增加雾滴与烟气的湍流混合程度。

烟气降温也可采用步骤(2)除雾后得到的母液循环雾化降温。

(2)对脱硫后的烟气进行除雾处理，脱除雾滴，将脱硫过程的气液相反应过程转化为快速的脱硫过程和除雾过程；这是本发明的关键所在，省略了独立的脱硫塔设备，仅依靠氨水雾化并经过传输烟道即可达到脱硫的目的，氨水和循环母液的喷雾量由脱硫效率和烟气降温幅度确定。

(3)除雾过程中得到含硫酸铵、亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的溶液，该溶液不再直接进行氧化处理，而是经50℃-130℃的蒸发分解，得到含有浓缩硫酸铵的母液以及氨气和二氧化硫的混合气；母液进一步蒸发得到固体硫酸铵结晶，该固体为混合物，含有一定量亚硫酸铵和烟尘中的颗粒物。

(4)氨气和二氧化硫的混合气经吸收液吸收二氧化硫后，氨气再回烟气通道进行雾化脱硫，经过吸收液吸收二氧化硫后的富液进行解吸得到二氧化硫产品，解吸后的再生后的贫液进入吸收塔重新利用。吸收液为含亚硫酸钠或亚硫酸镁的溶液。

实现上述工艺的氨水喷雾烟气脱硫及二氧化硫回收系统采用以下技术方案：

氨水喷雾烟气脱硫及二氧化硫回收系统包括烟气通道、氨水喷雾器、除雾器、蒸发器、吸收塔和解吸塔；氨水喷雾器安装在烟气通道内并与氨水供给管道相连，烟气通道与除雾器连接；除雾器的出口为烟气排空口，除雾器通过管路与蒸发器连接；蒸发器的上端通过管路与吸收塔连接；吸收塔的上端通过管路与氨水供给管道连接，底部通过管路与解吸塔的上端连接；解吸塔的底部通过管路与吸收塔的上端连接。

蒸发器的底部与烟气通道之间设有母液循环管路，母液循环管路与烟气通道内的母液喷雾器连接；以实现通过母液循环雾化对烟气降温。

可在烟气通道内设置静态混合器，以增加雾滴与烟气的湍流混合程度。

除雾器采用丝网塔或高压静电除雾器等不同结构形式的除雾器。优选高压静电除雾器。

除雾器和蒸发器之间设有沉淀槽，以沉淀吸收液中的烟尘颗粒。

蒸发器和解吸塔的顶部均可安装有真空泵，使之真空条件下操作，提高系统的生产能力。

蒸发器用于将除雾器得到的脱硫液蒸发，脱硫液含有硫酸铵、亚硫酸铵和亚硫酸氢铵等，溶液在蒸发器中经50℃130℃蒸发，得到含硫酸铵的母液，母液进一步蒸发可得到固体硫酸铵结晶，该固体为混合物，含有烟尘中被脱除的颗粒物。蒸发器溢出的混合气体经吸收塔吸收，溢出的氨、水蒸汽冷凝后进入氨水喷雾器。吸收塔中的吸收液为含亚硫酸钠或亚硫酸镁的溶液，吸收二氧化硫后的富液进入解吸塔得到二氧化硫产品，解吸塔中再生后的贫液进入吸收塔重新利用。

本发明的脱硫原理如下：

SO₂+2NH₃+H₂O＝(NH₄)₂SO₃

氨水喷雾后接的烟气管道长度可参照吸收塔高度计算公式：

$h=\frac{v}{K_{y}a}\ln \frac{y_1}{y_2}=\frac{\mathrm{qv}{\stackrel{\‾}{d}}_{32}}{6K_y}\ln \frac{y_1}{y_2}$

h：管道长度 q：液气比 v：烟气流速 

雾化氨水的平均粒径 Ky：以单位传质面积为基准的气相传质总系数 y₁ y₂：分别为烟气中脱硫前后的二氧化硫浓度。

本发明的蒸发及二氧化硫回收原理如下：

在蒸发器中，将亚硫酸铵热分解：

(NH₄)₂SO₃→SO₂+2NH₃+H₂O

二氧化硫吸收塔中的反应为：

Na₂SO₃+SO₂+H₂O→2NaHSO₃

二氧化硫解吸塔中的反应为：：

2NaHSO₃→Na₂SO₃+SO₂+H₂O

本发明可以灵活调节液气比，取消了脱硫塔，仅依靠氨水雾化并经过传输烟道即可达到脱硫的目的，工艺简单、成本低，方便了操作，提高了处理效率。同时本发明取消了系统的氧化设备，所得母液直接进行蒸发，母液回收制取硫酸铵，挥发的氨和未被氧化的二氧化硫可冷却得到亚硫酸铵产品，或者气体直接进入二氧化硫吸收塔，溢出的氨气回脱硫系统重复利用，吸收塔母液解吸后得到气体二氧化硫，进一步净化后压缩得到液体二氧化硫产品，节约硫资源，避免了二次污染。本发明适用于烟气量大，二氧化硫浓度低的钢铁行业烧结烟气脱硫，也可用于发电厂脱硫过程。

附图说明

图1是本发明的氨水喷雾烟气脱硫及二氧化硫回收工艺的流程图。

图2是本发明的氨水喷雾烟气脱硫及二氧化硫回收系统的结构原理图。

具体实施方式：

图1给出了本发明氨水喷雾烟气脱硫及二氧化硫回收工艺的流程，以下以用于钢铁行业烧结机尾气的脱硫过程对本发明氨水喷雾烟气脱硫及二氧化硫回收工艺进行详细说明。

由除尘器除尘后的烧结尾气(烟气)温度约为130℃，烟气管道内的风速约为15m/s。由高压泵(雾化雾化器)将循环母液雾化后与烟气管道内的尾气混合，并将烟气温度急剧降至45℃左右，烟气变成饱和湿烟气，雾化母液直径为10μm-30μm。由另一高压泵(氨水喷雾器)将氨水雾化，雾化液滴直径为1μm-3μm，雾化液滴与烟气中的二氧化硫快速反应，进行烟气脱硫，生成的亚硫酸氨盐保留在液滴内。含有雾化液滴的饱和烟气经静电除雾器除雾，除雾效率大于99％，总脱硫效率由雾化脱硫后烟气中的游离二氧化硫和除雾后的液滴含硫量决定，出口烟气含二氧化硫的浓度小于50mg/m³。

经静电除雾收集吸收二氧化硫的氨水和循环母液变为脱硫液，该脱硫液含有硫酸铵、亚硫酸铵盐和少量烟尘颗粒，进入沉淀槽，分离脱硫过程除去的颗粒物，清夜进入蒸发器，蒸发器温度为50-130℃，优选120℃，部分母液冷却后循环使用，部分母液排出蒸发器后用于提取硫酸铵。

蒸发器溢出的混合气主要由二氧化硫、氨和水蒸气组成，直接进入二氧化硫吸收塔，与吸收塔内的亚硫酸钠溶液逆流接触，吸收混合气体中的二氧化硫，吸收塔内温度70-120℃，优选70℃，吸收塔排出的气体主要是氨、水蒸气，该气体经冷却直接返回氨水喷雾系统。

吸收塔底的富液进入解吸塔，解吸塔顶得到二氧化硫气体和水蒸气，解吸塔底得到亚硫酸钠吸收贫液，返回吸收塔循环。解吸塔操作温度120-180℃，优选150℃。

图2给出了本发明的氨水喷雾烟气脱硫及二氧化硫回收系统的结构，该系统主要包括烟气通道、氨水喷雾器、除雾器、蒸发器、吸收塔和解吸塔。氨水喷雾器安装在烟气通道内。可在烟气通道内设置静态混合器，以增加雾滴与烟气的湍流混合程度。烟气通道与除雾器通过管路连接，部分液滴凝聚成脱硫液进入蒸发器。除雾器采用丝网塔或高压静电除雾器等不同结构形式的除雾器，本实施例优选高压静电除雾器。除雾器和蒸发器之间设有沉淀槽，以沉淀吸收液中的烟尘颗粒。除雾器的出口通过管路与蒸发器连接。蒸发器的上端通过管路与吸收塔连接，底部与烟气通道之间设有母液循环管路，母液循环管路与烟气通道内的母液喷雾器连接，以实现通过母液循环雾化对烟气降温。吸收塔的上端通过管路与氨水供给管道连接，底部通过管路与解吸塔的上端连接；解吸塔的底部通过管路与吸收塔的上端连接。蒸发器和解吸塔的顶部均可安装真空泵，使之真空条件下操作，提高系统的生产能力。氨水喷雾器和母液喷雾器均采用高压泵。

本发明的氨水喷雾烟气脱硫及二氧化硫回收系统的工作过程与图1所示的工艺流程是一致的，具体如下：

除尘后的烟气与由母液雾化器雾化后的循环母液在烟气管道内混合，并将烟气温度急剧降温，另一方面由氨水喷雾器雾化后的氨水与烟气中的二氧化硫快速反应，进行烟气脱硫。含有雾化液滴的饱和烟气通过管路进入静电除雾器除雾。除雾器的出口为烟气排空口，脱硫后的洁净烟气通过除雾塔的出口放空。含有雾滴的烟气进入除雾器，凝并的液滴成为脱硫液，通过管道进入蒸发器。

经静电除雾收集的吸收有二氧化硫的氨水和循环母液变为脱硫液，该脱硫液含有硫酸铵、亚硫酸铵盐和少量烟尘颗粒，进入沉淀槽进行沉淀处理，分离脱硫过程除去的颗粒物，清夜进入蒸发器，蒸发器用于将蒸发雾滴凝聚后得到含有硫酸铵、亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的溶液在蒸发器中经50℃-130℃蒸发，得到含硫酸铵的母液，母液进一步蒸发可得到固体硫酸铵结晶，该固体为混合物，含有烟尘中被脱除的颗粒物。部分母液冷却后通过管路由母液雾化器雾化后进入烟气通道循环使用，另一部分母液排出蒸发器后用于提取硫酸铵。

由蒸发器溢出的混合气体经过管路进入吸收塔吸收，由吸收塔溢出的氨气和水蒸汽冷凝后进入氨水供给管道，由氨水喷雾器雾化后进入烟气通道再利用。吸收塔中的吸收液为含亚硫酸钠或亚硫酸镁的溶液，吸收二氧化硫后的富液进入解吸塔得到二氧化硫产品，在解吸塔内再生后的贫液进入吸收塔重新利用。

Claims (6)

1.一种氨水喷雾烟气脱硫及二氧化硫回收工艺，包括以下步骤：

(1)烟气经除尘降温后，与雾化的氨水混合进行脱硫，雾化氨水与烟气中的二氧化硫反应后形成雾滴；

(2)对脱硫后的烟气进行除雾处理，脱除雾滴，将脱硫过程的气液相反应过程转化为快速的脱硫过程和除雾过程；

(3)除雾过程中得到含硫酸铵、亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的溶液，该溶液不再直接进行氧化处理，而是经50℃-130℃的蒸发分解，得到含有浓缩硫酸铵的母液以及氨气和二氧化硫的混合气；

(4)氨气和二氧化硫的混合气经吸收液吸收二氧化硫后，氨气再回烟气通道进行雾化脱硫，经过吸收液吸收二氧化硫后的富液进行解吸得到二氧化硫产品，解吸后的再生后的贫液进入吸收塔重新利用。

2.根据权利要求1所述的氨水喷雾烟气脱硫及二氧化硫回收工艺，其特征在于，烟气降温采用步骤(2)除雾后得到的母液循环雾化降温。

3.一种实现权利要求1所述工艺的氨水喷雾烟气脱硫及二氧化硫回收系统，包括烟气通道、氨水喷雾器、除雾器、蒸发器、吸收塔和解吸塔；其特征在于：氨水喷雾器安装在烟气通道内并与氨水供给管道相连，烟气通道与除雾器连接；除雾器的出口为烟气排空口，除雾器通过管路与蒸发器连接；蒸发器的上端通过管路与吸收塔连接；吸收塔的上端通过管路与氨水供给管道连接，底部通过管路与解吸塔的上端连接；解吸塔的底部通过管路与吸收塔的上端连接。

4.根据权利要求3所述的氨水喷雾烟气脱硫及二氧化硫回收系统，其特征在于：蒸发器的底部与烟气通道之间设有母液循环管路，母液循环管路与烟气通道内的母液喷雾器连接。

5.根据权利要求3所述的氨水喷雾烟气脱硫及二氧化硫回收系统，其特征在于：在烟气通道内设置静态混合器。

6.根据权利要求3所述的氨水喷雾烟气脱硫及二氧化硫回收系统，其特征在于：除雾器和蒸发器之间设有沉淀槽。

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