CN101844030A - 一种提高脱硫副产品硫铵品质的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高脱硫副产品硫铵品质的方法及系统，烟气进入脱硫装置后，依次包括硫铵结晶工序、SO₂吸收工序、除雾除氨工序，系统包括由下向上依次设置的硫铵结晶段、SO₂吸收段和除雾除氨段，所述硫铵结晶段设有烟气进口，烟气进口下方的浆液池中设置有氨水加入装置、氧化剂加入装置和搅拌器，烟气进口上方设置有一级循环喷淋装置，一级循环喷淋装置通过循环泵与浆液池相连。本发明采用强氧化剂臭氧和氨水的合理加入，增强了(NH₄)₂SO₃的氧化，提高了浆液中硫铵的浓度，避免了硫铵浓缩干燥中产生二次污染，且合理利用了烟气自身的热能，减少了干燥硫铵使用的蒸汽量，整体上提高了脱硫副产品硫铵的品质。

Description

一种提高脱硫副产品硫铵品质的方法及系统

【技术领域】

本发明涉及环境保护设备及方法领域，具体的说是提高脱硫副产品硫铵品质的方法及系统。

【背景技术】

我国的能源结构中，煤炭是第一能源，占75％以上。大量的燃煤导致我国SO₂的污染严重，具估计我国每年排放一吨SO₂所造成的经济损失约两万元人民币。在严格的SO₂排放标准下，我国的脱硫产业如火如荼，其中最具有资源化和广阔前景的脱硫方法当属氨法脱硫技术。氨法脱硫技术即利用氨或氨水碱性溶液吸收烟气中的SO₂生产硫铵化肥，其原理的主要反应式如下：

(1)H₂O+SO₂+2NH₃＝(NH₄)₂SO₃       (SO₂的吸收)

(2)(NH₄)₂SO₃+H₂O+SO₂＝2NH₄HSO₃   (SO₂的主吸收步骤)

(3)NH₄HSO₃+NH₃＝(NH₄)₂SO₃        (酸式盐转化为亚盐)

(4)(NH₄)₂SO₃+1/2O₂＝(NH₄)₂SO₄    (亚盐的氧化)

(5)(NH₄)₂SO₄(l)＝(NH₄)₂SO₄(s)    (硫铵的结晶和成型)

在SO₂的吸收过程中，生成物(NH₄)₂SO₃对SO₂的吸收能力更强，故式(2)表示的才是氨法脱硫的真正吸收反应。生成的(NH₄)₂SO₄和NH₄HSO₃对SO₂不具有吸收能力，随吸收过程的进行，吸收液中NH₄HSO₃数量增多，吸收液的能力下降，此时需要向吸收液中补充氨或者氨水，使NH₄HSO₃按照(3)转变成(NH₄)₂SO₃，以保证吸收液的吸收能力。

目前，氨法脱硫技术把亚盐氧化、SO₂吸收循环液、硫铵结晶等都在一个浆液池中完成，因此，为了保证SO₂的洗涤效果，浆液中必须保证(NH₄)₂SO₃和NH₄HSO₃的合适比例，导致产生以下问题：①系统中不能使用强氧化剂氧化(NH₄)₂SO₃，否则(NH₄)₂SO₃大量氧化为(NH₄)₂SO₄，严重影响SO₂的吸收效果；②浆液中(NH₄)₂SO₄的质量浓度低；③由于浆液中含有NH₄HSO₃和(NH₄)₂SO₃较多，在后续的硫铵浓缩干燥成型过程中，酸式亚盐和亚盐的受热分解产生很多氨气，造成二次污染，导致生产环境恶劣，且浪费吸收剂氨或氨水；④由于浆液的质量浓度低，在干燥中使用大量蒸汽，一方面耗能较大，另一方便烟气中携带的大量热能没有得到优化利用。

【发明内容】

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种提高脱硫副产品硫铵品质的方法及系统，能够增强(NH₄)₂SO₃的氧化，提高浆液中硫铵浓度，避免硫铵浓缩干燥中产生二次污染，且能够合理利用烟气自身的热能，减少干燥硫铵使用的蒸汽量。

为实现上述目的，本发明提出了一种提高脱硫副产品硫铵品质的方法，烟气进入脱硫装置后，依次包括硫铵结晶工序、SO₂吸收工序、除雾除氨工序。

作为优选，各步骤具体如下：

硫铵结晶工序：烟气首先通过烟气进口进入硫铵结晶段，底部的氨水加入装置使浆液中的NH₄HSO₃转化为(NH₄)₂SO₃，氧化剂加入装置使(NH₄)₂SO₃迅速氧化为(NH₄)₂SO₄，浆液经过循环泵由喷淋装置喷淋在烟气上，烟气得到降温增湿，浆液中硫铵得到浓缩，硫铵对SO₂无吸收作用；

SO₂吸收工序：经过硫铵结晶段的烟气得以降温增湿调质后，通过升气帽进入SO₂吸收段进行循环喷淋以洗脱烟气中SO₂；

除雾除氨工序：烟气经由SO₂吸收段进入除雾除氨段，除雾除氨段内设置工艺水喷淋冲洗，控制净化后烟气中的气溶胶和氨的逃逸，净化后的洁净烟气通过烟气出口排至烟囱。

作为优选，所述硫铵结晶工序中循环喷淋液气比为8～20L/m³，烟气温度降至85℃以下，浆液中硫铵质量浓度为8％～30％，pH控制在6.0～7.5。

作为优选，所述SO₂吸收工序步骤中循环喷淋液气比为5～15L/m³，为维持NH₄HSO₃和(NH₄)₂SO₃的合适比例，以保证较好的SO₂吸收效果，循环槽中的浆液pH控制为5.0～6.2。

作为优选，所述硫铵结晶工序中循环浆液来源于SO₂吸收段的循环槽，通过阀门实现。

作为优选，所述除雾除氨工序中除雾除氨段内设有除雾器，所述除雾器采用两层布置，进行工艺水喷淋冲洗。

为实现上述目的，本发明还提出了一种提高脱硫副产品硫铵品质的系统，包括由下向上依次设置的硫铵结晶段、SO₂吸收段和除雾除氨段，所述硫铵结晶段设有烟气进口，烟气进口下方的浆液池中设置有氨水加入装置、氧化剂加入装置和搅拌器，烟气进口上方设置有一级循环喷淋装置，一级循环喷淋装置通过循环泵与浆液池相连。

作为优选，所述循环泵的出口处还设置有硫铵排出阀门。

作为优选，所述所述SO₂吸收段设有升气帽、二级循环喷淋装置和循环槽，所述循环槽上设置有循环液进口、氨水加入口，循环槽通过循环槽泵与二级循环喷淋装置相连，循环槽泵出口还设置有向硫铵结晶段供应浆液的控制阀门。

作为优选，所述除雾除氨段设置有除雾器和除雾器冲洗装置，除雾器上方设置有烟气出口，所述除雾器为双层除雾器。

本发明的有益效果：本发明采用强氧化剂臭氧和氨水的合理加入，增强了(NH₄)₂SO₃的氧化，提高了浆液中硫铵的浓度，避免了硫铵浓缩干燥中产生二次污染，且合理利用了烟气自身的热能，减少了干燥硫铵使用的蒸汽量，整体上提高了脱硫副产品硫铵的品质。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【附图说明】

图1为本发明一种提高脱硫副产品硫铵品质的系统的结构示意图。

【具体实施方式】

一种提高脱硫副产品硫铵品质的方法，烟气进入脱硫装置后，依次包括以下步骤：A.硫铵结晶工序：烟气首先通过烟气进口11进入硫铵结晶段1，底部的氨水加入装置12使浆液中的NH₄HSO₃转化为(NH₄)₂SO₃，臭氧加入装置13(也称“氧化剂加入装置13”)使(NH₄)₂SO₃迅速氧化为(NH₄)₂SO₄，浆液经过循环泵14由喷淋装置15喷淋在烟气上，烟气得到降温增湿，浆液中硫铵得到浓缩，硫铵对SO₂无吸收作用，该步骤中的循环浆液来源于SO₂吸收段2的循环槽22，并通过阀门25实现，循环喷淋的液气比为8～20L/m³，烟气温度降至85℃以下，浆液中硫铵质量浓度为8％～30％，pH控制在6.0～7.5；B.SO₂吸收工序：经过硫铵结晶段1的烟气得以降温增湿调质后，通过升气帽21进入SO₂吸收段2进行循环喷淋以洗脱烟气中SO₂，该步骤为通过维持循环液中NH₄HSO₃和(NH₄)₂SO₃的合适比例，保证对SO₂有较高的吸收效率，控制循环喷淋的液气比为5～15L/m³，循环槽22中的浆液pH为5.0～6.2；C.除雾除氨工序：烟气经由SO₂吸收段2进入除雾除氨段3，除雾除氨段3内设置工艺水喷淋冲洗，控制净化后烟气中的气溶胶和氨的逃逸，净化后的洁净烟气通过烟气出口32排至烟囱，为了保证除雾除除氨的最好效果，该段内设置的除雾器31采用两层布置，利用工艺水喷淋冲洗。

为实现上述步骤而发明的系统如图1所示，包括由下向上依次设置的硫铵结晶段1、SO₂吸收段2和除雾除氨段3，所述硫铵结晶段1设有烟气进口11，烟气进口11下方的浆液池18中设置有氨水加入装置12、氧化剂加入装置13(也称为“臭氧加入装置13”)和搅拌器16，烟气进口11上方设置有一级循环喷淋装置15，一级循环喷淋装置15通过循环泵14与浆液池18相连，循环泵14的出口处还设置有硫铵排出阀门17。SO₂吸收段2设有升气帽21、循环槽22和喷淋装置24，循环槽22包括循环液进口、氨水加入口和循环槽泵23，循环槽泵23出口与喷淋装置24相连，循环槽泵23还设置有向硫铵结晶段1供应浆液的控制阀门25；除雾除氨段3设置有双层的除雾器31，除雾器31上方设置有烟气出口32。

举例实施方式：300MW火力发电机组，燃煤含硫量为2.0％～2.6％，锅炉产生的烟气量为110～118万Nm³/h，SO₂含量6855mg/Nm³左右，出口烟气温度为130℃～165℃。该烟气直接由烟气进口11进入装置系统的硫铵结晶段1，该段底部设置有氨水加入装置12和臭氧加入装置13，由SO₂吸收段2来的浆液中含有大量的NH₄HSO₃和(NH₄)₂SO₃，并且浆液的质量浓度较低，这种浆液进入硫铵结晶段1后，迅速与氨水加入装置12喷出的氨水反应，浆液中的NH₄HSO₃大量转化为(NH₄)₂SO₃：

NH₄HSO₃+NH₃＝(NH₄)₂SO₃，

致使浆液中(NH₄)₂SO₃剧增，而设置在硫铵结晶段1底部的臭氧加入装置13加入的强氧化剂臭氧气体或者含有臭氧的液体，又迅速将(NH₄)₂SO₃氧化为硫铵：

(NH₄)₂SO₃+O₃＝(NH₄)₂SO₄+O₂，

(NH₄)₂SO₃+0.5O₂＝(NH₄)₂SO₄，

在搅拌器16的协同作用下，浆液得以更充分混合，浆液中亚盐转化和氧化反应迅速完成。此时浆液中大多为硫铵，然后该浆液经过循环泵14由喷淋装置15直接喷淋在从烟气进口11进来的烟气上，烟气得到了降温增湿的调质，同时浆液中的水被烟气大量带走。经过以上步骤后，浆液浓度增加，硫铵纯度也大大增加，并且经过烟气的蒸发浓缩后，浆液中硫铵的质量浓度约为15％～30％或以上，该硫铵浆液通过硫铵排出阀门17输送到硫铵干燥包装系统，由于浆液中酸式亚盐和亚盐的含量极少，硫铵的含量大大增加，且质量浓度增大，故在后续的干燥包装系统中，使用的热蒸汽量大大较少，酸式亚盐和亚盐受热分解产生的氨气污染问题也得以控制。

该硫铵结晶段，为了使NH₄HSO₃大量的转化为(NH₄)₂SO₃，浆液的pH控制在6.0～7.5，为了使(NH₄)₂SO₃快速氧化，选用了强氧化剂臭氧，利用高级氧化的方法把(NH₄)₂SO₃氧化为硫铵，为了使浆液充分吸收烟气携带的热量以达到浓缩结晶硫铵的目的，循环喷淋的液气比控制较大约为8～20L/m³，为了使酸式亚盐转化、亚盐氧化、硫铵浓缩等反应的合理有序进行，氨水加入装置12、臭氧加入装置13、搅拌器16以及阀门25四个设备可以相互配合，通过连续或者间断的控制方式达到更好的效果。该段中多余的氨水会在SO₂吸收段2中被SO₂中和或在除雾除氨段3中被除去，该段中多余的臭氧会与烟气中SO₂和NO反应，将它们氧化为高价态硫氧化物和氮氧化物，在SO₂吸收段2中一并去除，故该系统视臭氧加入量的多少还具有一定的脱硝性能。

烟气经过硫铵结晶段1后，自身得以降温增湿的调质，更便于烟气中SO₂脱除，烟气经由升气帽21进入SO₂吸收段2，该段主要目的是吸收烟气中SO₂：

H₂O+SO₂+2NH₃＝(NH₄)₂SO₃，

(NH₄)₂SO₃+H₂O+SO₂＝2NH₄HSO₃，

NH₄HSO₃+NH₃＝(NH₄)₂SO₃，

SO₂吸收的主要是利用后两个反应式的循环进行，故保持NH₄HSO₃和(NH₄)₂SO₃合理比例就保证了SO₂吸收效果，而它们的比例关系是浆液pH值的单值函数，当pH值控制在5.0～6.2时，NH₄HSO₃和(NH₄)₂SO₃的比例较合适，SO₂吸收效率达96％以上，控制pH值是靠直接控制氨水的加入量来完成，也即控制了NH₄HSO₃和(NH₄)₂SO₃的比例。当循环槽22中的浆液量达到一定数量后通过阀门25输送到硫铵结晶段1中。

烟气经过SO₂吸收段2后进入除雾除氨段3，该段中设置有双层除雾器31以控制净化后烟气中的气溶胶和氨的逃逸，氨的逃逸可以控制在10ppm以下，净化后的洁净烟气通过烟气出口32排至烟囱。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (10)

1.一种提高脱硫副产品硫铵品质的方法，其特征在于：烟气进入脱硫装置后，依次包括硫铵结晶工序、SO₂吸收工序、除雾除氨工序。

2.如权利要求1所述的一种提高脱硫副产品硫铵品质的方法，其特征在于：

硫铵结晶工序：烟气首先通过烟气进口(11)进入硫铵结晶段(1)，底部的氨水加入装置(12)使浆液中的NH₄HSO₃转化为(NH₄)₂SO₃，氧化剂加入装置(13)使(NH₄)₂SO₃迅速氧化为(NH₄)₂SO₄，浆液经过循环泵(14)由喷淋装置(15)喷淋在烟气上，烟气得到降温增湿，浆液中硫铵得到浓缩，硫铵对SO₂无吸收作用；

SO₂吸收工序：经过硫铵结晶段(1)的烟气得以降温增湿调质后，通过升气帽(21)进入SO₂吸收段(2)进行循环喷淋以洗脱烟气中SO₂；

除雾除氨工序：烟气经由SO₂吸收段(2)进入除雾除氨段(3)，除雾除氨段(3)内设置工艺水喷淋冲洗，控制净化后烟气中的气溶胶和氨的逃逸，净化后的洁净烟气通过烟气出口(32)排至烟囱。

3.如权利要求2所述的一种提高脱硫副产品硫铵品质的方法，其特征在于：所述硫铵结晶工序中循环喷淋液气比为8～20L/m³，烟气温度降至85℃以下，浆液中硫铵质量浓度为8％～30％，pH控制在6.0～7.5。

4.如权利要求2所述的一种提高脱硫副产品硫铵品质的方法，其特征在于：所述SO₂吸收工序步骤中循环喷淋液气比为5～15L/m³，为维持NH₄HSO₃和(NH₄)₂SO₃的合适比例，以保证较好的SO₂吸收效果，循环槽(22)中的浆液pH控制为5.0～6.2。

5.如权利要求2所述的一种提高脱硫副产品硫铵品质的方法，其特征在于：所述硫铵结晶工序中循环浆液来源于SO₂吸收段(2)的循环槽(22)，通过阀门(25)实现。

6.如权利要求2所述的一种提高脱硫副产品硫铵品质的方法，其特征在于：所述除雾除氨工序中除雾除氨段(3)内设有除雾器(31)，所述除雾器(31)采用两层布置，进行工艺水喷淋冲洗。

7.一种提高脱硫副产品硫铵品质的系统，其特征在于：包括由下向上依次设置的硫铵结晶段(1)、SO₂吸收段(2)和除雾除氨段(3)，所述硫铵结晶段(1)设有烟气进口(11)，烟气进口(11)下方的浆液池(18)中设置有氨水加入装置(12)、氧化剂加入装置(13)和搅拌器(16)，烟气进口(11)上方设置有一级循环喷淋装置(15)，一级循环喷淋装置(15)通过循环泵(14)与浆液池(18)相连。

8.如权利要求7所述的一种提高脱硫副产品硫铵品质的系统，其特征在于：所述循环泵(14)的出口处还设置有硫铵排出阀门(17)。

9.如权利要求1所述的一种提高脱硫副产品硫铵品质的系统，其特征在于：所述所述SO₂吸收段(2)设有升气帽(21)、二级循环喷淋装置(24)和循环槽(22)，所述循环槽(22)上设置有循环液进口、氨水加入口，循环槽(22)通过循环槽泵(23)与二级循环喷淋装置(24)相连，循环槽泵(23)出口还设置有向硫铵结晶段(1)供应浆液的控制阀门(25)。

10.如权利要求1所述的一种提高脱硫副产品硫铵品质的系统，其特征在于：所述除雾除氨段(3)设置有除雾器(31)和除雾器冲洗装置(32)，除雾器(31)上方设置有烟气出口(33)，所述除雾器(31)为双层除雾器。

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