CN102008885B - 湿式氨法烟气脱硫产物干燥冷却输送联动工艺及其设备 - Google Patents
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Abstract
一种湿式氨法烟气脱硫产物干燥冷却输送联动工艺及其设备。该工艺先将含水率约50％的硫酸铵浆液喷射到前置烟道干燥装置中，使硫酸铵浆液雾滴与热烟气在差速状态下充分混合，发生剧烈的热交换，形成含水率在1％以下的干燥硫酸铵颗粒；然后采用气固分离装置使干燥硫酸铵颗粒与湿热气流分离，再通过流化斜槽输送装置使其进一步冷却至40℃以下即可。其设备包括前置烟道干燥装置、气固分离装置和流化斜槽输送装置，前置烟道干燥装置主要由立式烟道和布置在其下部的防堵喷枪构成，防堵喷枪通过浆液输送泵与旋流分离器相连。该工艺和设备具有结构简单、生产能耗小、运行费用低的特点，能将硫酸铵颗粒的含水率和温度控制在包装工序允许的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及湿式氨法烟气脱硫产物的深加工处理，具体地指一种湿式氨法烟气脱硫产物干燥冷却输送联动工艺及其设备。
背景技术
湿式氨法烟气脱硫技术与目前主流的石灰石/石灰-石膏湿法烟气脱硫技术相比，具有吸收剂碱性强、脱硫反应速率快、吸收剂利用率高、工艺系统简单、初期投资小、不产生温室气体二氧化碳CO2等优势，但湿式氨法烟气脱硫技术所采用的吸收剂氨水的价格比石灰石或石灰的价格高很多，使得其对比石灰石/石灰-石膏湿法烟气脱硫技术在吸收剂成本上处于劣势。如果能将湿式氨法烟气的脱硫产物硫酸铵(NH4)2SO4进行资源化利用，则能弥补其吸收剂成本高的不足、降低总的生产成本、产生良好的经济效益，大大提高湿式氨法烟气脱硫技术的竞争优势和推广价值。
目前，湿式氨法烟气脱硫技术的具体应用实例并不多，科技人员在其脱硫产物的处理上还缺乏足够的经验。虽然我国已经开展了对湿式氨法烟气脱硫产物处理的研究，但大多还只是停留在脱硫产物的初级处理阶段。如公开号为CN1600410A和CN1401414A的中国发明专利申请公开说明书分别介绍了《烟道气氨法脱硫及脱硫产物综合利用的一体化方法及设备》和《一种从烟道气中脱除二氧化硫并制得硫酸铵的方法》，但其所提到的方法都仅限于如何将脱硫生成物亚硫酸铵(NH4)2SO3氧化为性质稳定的硫酸铵(NH4)2SO4，都没有进一步研究对硫酸铵浆液的处理工艺。公开号为CN1408464A的中国发明专利公开说明书介绍了一种《烟气中SO2的脱出和回收方法及装置》，其利用流化床干燥可获得浓度约40～50％的硫酸铵，但其并没有介绍如何将硫酸铵进一步干燥到符合包装的要求。公开号为CN1631782A的中国发明专利申请公开说明书介绍了《一种从氨法烟气脱硫生成物中提取硫酸铵的方法》，但其没有对干燥设备和干燥方法作具体的介绍。以上公开的专利文献主要涉及的是脱硫产物的氧化、结晶、初级脱水干燥等技术，而没有具体提到或是具体介绍对脱硫终产物硫酸铵的深度干燥处理工艺。
湿式氨法烟气脱硫塔中生成的硫酸铵在经过旋流分离器脱水浓缩后，其含水率一般在50％左右，基本上呈浆液状，不能直接进入包装工序。而硫酸铵作为肥料要求其含水率在1％以下，如何将硫酸铵的含水率和温度控制在贮存和包装要求的范围内是湿式氨法烟气脱硫产物资源化利用中必须解决的一个难题。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种工艺和结构简单、生产能耗小、运行费用低的湿式氨法烟气脱硫产物干燥冷却输送联动工艺及其设备。采用该工艺和设备能够直接对经过旋流分离器脱水处理的湿式氨法烟气脱硫产物进行更深入的处理，将脱硫产物硫酸铵浆液的含水率和温度控制在包装工序允许的范围内。
为实现上述目的，本发明所设计的湿式氨法烟气脱硫产物干燥冷却输送联动工艺，是对经过旋流分离器浓缩处理的湿式氨法烟气脱硫产物硫酸铵浆液进行深加工处理的过程，该工艺包括如下步骤：
1)从湿式氨法烟气脱硫塔的烟气进口处分流一部分经过预除尘处理的燃煤锅炉热烟气，将其抽吸到前置烟道干燥装置中，使热烟气从前置烟道干燥装置的下部向上高速流动；与此同时，将经过旋流分离器浓缩处理后含水率约为50％左右的脱硫产物硫酸铵浆液也从前置烟道干燥装置的下部喷入其中，使硫酸铵浆液雾滴与热烟气在差速状态下充分接触混合，发生剧烈的热交换，硫酸铵浆液雾滴中的水份被蒸发出来混入到热烟气流中，硫酸铵浆液雾滴中容易造成设备腐蚀的氯离子Cl-和其它微量矿物元素也被充分烘干，形成主要成份为硫酸铵的颗粒。另外，利用热烟气来干燥硫酸铵浆液雾滴，还会发生以下副反应：硫酸铵浆液雾滴中残余的少量NH3与热烟气中的SO2发生反应生成(NH4)2SO3，所生成的(NH4)2SO3可与热烟气中的O2生成性质更为稳定的(NH4)2SO4，从而使脱硫产物的品质更佳。其具体的反应式如下：
2NH3+SO2+H2O→(NH4)2SO3
2(NH4)2SO3+O2→2(NH4)2SO4
2)将上述混入水份的湿热气流及其所携带的硫酸铵颗粒从前置烟道干燥装置的顶部导入气固分离装置中，使硫酸铵颗粒与湿热气流在气固分离装置的作用下分离出来。这样可防止湿热气流中的水份在硫酸铵颗粒冷却时又进入到其中，避免硫酸铵颗粒回潮。
3)将上述分离出来的硫酸铵颗粒从流化斜槽输送装置的上端物料进口处导入其中，与此同时从流化斜槽输送装置底面导入干燥冷气流，使硫酸铵颗粒在干燥冷气流和自身重力的双重作用下，既不断地沿着流化斜槽输送装置向下跳动，又不断地与向上运动的干燥冷气流产生剧烈的混合，热的硫酸铵颗粒与干燥冷气流发生固气热交换，直至将硫酸铵颗粒冷却到40℃以下。此处，流化斜槽输送装置不仅可以起到输送硫酸铵颗粒的作用，而且可以起到同步粉碎、冷却硫酸铵颗粒的作用，使硫酸铵颗粒更加均匀，直至符合包装要求的温度和颗粒大小。
4)将上述符合包装要求的硫酸铵颗粒从流化斜槽输送装置的下端物料出口处引出，输送至贮料间完成包装程序。
作为优选方案，在上述步骤1)中，将热烟气的粉尘含量控制在小于100mg/Nm3，热烟气的温度控制在120～150℃之间，热烟气的引入量占湿式氨法烟气脱硫塔处理总烟气量的10～30％。这样，可以合理地利用烟气余热，简化或省略热气流发生设备，降低生产成本。同时，热烟气的流速控制在16～18m/s，使热烟气与喷射出的硫酸铵浆液雾滴发生强烈的气液二相湍流，通过充分混合传热传质，可将硫酸铵浆液雾滴中99％以上的水份蒸发出来。
作为优选方案，在上述步骤2)中，将经过气固分离的湿热气流再从湿式氨法烟气脱硫塔的烟气进口处引入其中，与未分流的热烟气一起进行脱硫处理，最终形成符合排放标准的洁净烟气。这样，既可以保持烟道和脱硫塔烟气量的稳定，又能够避免直接排放而造成的大气污染。
作为优选方案，在上述步骤3)中，干燥冷气流采用经过空气干燥器处理的自然冷空气。因为经过湿热气流分离处理的硫酸铵颗粒的温度约为60～80℃，如此温度并不适合硫酸铵的包装处理，采用自然冷空气经过干燥处理后再与硫酸铵颗粒进行热交换，既可以使硫酸铵颗粒的温度降低到符合固体物料包装要求的40℃以下，又可以保持硫酸铵颗粒的干燥状态，其工艺简单实用，成本低廉。同时，将经过固气热交换的干燥冷气流从流化斜槽输送装置的下端气流出口处引出，进一步收集其中的细微或粉尘状硫酸铵颗粒后，再排入大气。这样，既可最大限度地收集硫酸铵粉尘，又可杜绝干燥冷气流携带硫酸铵粉尘污染大气。
为实现上述工艺而设计的湿式氨法烟气脱硫产物干燥冷却输送联动设备，可与湿式氨法烟气脱硫系统中的前置预除尘器、脱硫塔和旋流分离器相配合运行，它主要由前置烟道干燥装置、气固分离装置和流化斜槽输送装置构成。
所述前置烟道干燥装置具有立式烟道，所述立式烟道的下部内壁四周均匀分布有若干防堵喷枪，所述防堵喷枪的输入端通过浆液输送泵与旋流分离器的输出端相连。所述立式烟道的下部烟气进口与前置预除尘器的烟气输出端相连。所述气固分离装置具有布袋除尘器腔体和布袋除尘器风机，所述立式烟道的上部烟气出口与布袋除尘器腔体的进风口相连，所述布袋除尘器腔体的出风口与布袋除尘器风机的输入端相连。
所述流化斜槽输送装置具有由倾斜设置的滤布层上、下分隔开来的物料输送腔室和气体流化腔室，所述布袋除尘器腔体的集尘斗出口通过回转给料器与物料输送腔室的上端物料进口相连，所述气体流化腔室的底面与空气引风机的输出端相连，所述空气引风机的输入端与空气干燥器相连，所述物料输送腔室的下端物料出口与回转卸料器相连。
进一步地，上述流化斜槽输送装置与水平面的倾斜夹角控制在17～25°。该倾斜夹角既可以确保硫酸铵颗粒在干燥冷气流和自重作用下不断地向前输送，又可以确保硫酸铵颗粒在流化斜槽输送装置中具有足够的停留冷却时间，最终获得符合固体物料包装要求的产品。
更进一步地，上述布袋除尘器风机的输出端与前置预除尘器的烟气输出端相连，以使经过余热利用的热烟气再回到脱硫塔中，经脱硫处理为洁净烟气。
再进一步地，上述物料输送腔室的下端气流出口与尾气除尘器腔体的进风口相连，所述尾气除尘器腔体的出风口与尾气除尘器风机的输入端相连。这样，可确保无硫酸铵粉尘外泄，所收集的硫酸铵粉尘最终也被输送至贮料间中进行包装。
本发明先采用结构简单但运行稳定的立式烟道作为硫酸铵浆液的初级干燥场所，再利用布袋除尘器去除热湿气流，最后通过流化斜槽输送装置实现硫酸铵颗粒冷却和输送，其有益效果主要体现在如下几方面：
其一，本发明采用连续干燥、冷却和输送工艺，将脱硫产物硫酸铵浆液制备成符合贮存和包装要求的颗粒，实现了湿式氨法烟气脱硫产物的资源化利用，弥补了湿式氨法烟气脱硫工艺中氨水吸收剂成本高的不足，降低了总的运行成本，提高了湿式氨法烟气脱硫技术的竞争力。
其二，本发明将旋流分离器输送来的含水率50％左右的硫酸铵浆液直接干燥到贮存和包装要求的1％以下，省去了占地庞大、价格昂贵的真空皮带脱水机等大型设备，简化了系统结构、减少了占地面积、降低了初期投资和总运行成本。
其三，本发明在空旷的立式烟道中利用热烟气与硫酸铵浆液雾滴的速度差来实现两者的湍流混合，既有效利用了无功耗热量、节约了热能，又增大了热烟气与浆液雾滴的接触面积和接触时间，提高了热交换效率，进而大幅降低了能耗和生产成本。
其四，本发明工艺在干燥硫酸铵浆液的同时，其中的氯离子Cl-和其它微量矿物元素也会被混合到终极产品干燥硫酸铵颗粒中，这样既可以有效去除浆液中的氯离子Cl-，有利于脱硫设备防腐，又可以提高作为化肥的硫酸铵颗粒的品质。
其五，本发明引入一部分热烟气来干燥硫酸铵浆液，并将经过热交换的湿热烟气重新送回脱硫塔处理，既保持了烟道和脱硫塔烟气量的稳定，又避免了直接排放而造成的大气污染。送回脱硫塔的湿热烟气含有大量硫酸铵浆液中蒸发出来的水份，这些水份作为工艺水补充到脱硫塔中，也大幅减少了脱硫废水的排放。
附图说明
附图为一种湿式氨法烟气脱硫产物干燥冷却输送联动设备的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的设备和工艺作进一步的详细描述。
图中所示为一种配合湿式氨法烟气脱硫系统中的前置预除尘器1、脱硫塔2和旋流分离器5运行的湿式氨法烟气脱硫产物干燥冷却输送联动设备。该设备主要由前置烟道干燥装置、气固分离装置和流化斜槽输送装置构成，各部分装置的结构描述如下。
前置烟道干燥装置包括立式烟道8，立式烟道8的下部内壁四周均匀分布有若干防堵喷枪11，防堵喷枪11的输入端通过浆液输送泵9与旋流分离器5的输出端相连。立式烟道8的下部烟气进口与前置预除尘器1的烟气输出端相连。立式烟道8的底部设置有排渣口10，用于停机或调试时清除沉渣。
气固分离装置包括布袋除尘器腔体7和布袋除尘器风机6。上述立式烟道8的上部烟气出口与布袋除尘器腔体7的进风口相连，布袋除尘器腔体7的出风口与布袋除尘器风机6的输入端相连，布袋除尘器风机6的输出端则与前置预除尘器1的烟气输出端相连。
流化斜槽输送装置包括由倾斜设置的滤布层14分隔成上下两部分的物料输送腔室15和气体流化腔室13。作为一个整体，流化斜槽输送装置与水平面的安装倾斜夹角为18°，以满足硫酸铵颗粒的流动性和停留时间的要求。上述布袋除尘器腔体7的集尘斗出口通过回转给料器12与物料输送腔室15的上端物料进口相连。气体流化腔室13的底面与空气引风机19的输出端相连，空气引风机19的输入端与空气干燥器18相连。物料输送腔室15的下端物料出口与回转卸料器20相连，通过回转卸料器20将硫酸铵颗粒输送至贮料间。物料输送腔室15的下端气流出口与尾气除尘器腔体16的进风口相连，尾气除尘器腔体16的出风口与尾气除尘器风机17的输入端相连，尾气除尘器腔体16所截留下来的硫酸铵粉尘也输送至贮料间。
上述湿式氨法烟气脱硫产物干燥冷却输送联动设备的工艺过程是这样的：
首先，从燃煤锅炉尾部排除的热烟气先经过前置预除尘器1处理，再进入脱硫塔2中进行脱硫反应，脱除硫化物的洁净烟气从烟囱3排向大气。脱硫塔2底部氧化结晶生成的脱硫产物硫酸铵浆液经过排浆泵4输送至旋流分离器5，在其中被浓缩到含水率50％左右。旋流分离器5分离出的清液作为工艺水补充到脱硫塔2中。旋流分离器5浓缩产生的硫酸铵浆液则由浆液输送泵9输送至防堵喷枪11中。
其次，从前置预除尘器1输出端分流的一部分热烟气在布袋除尘器风机6的抽吸下从立式烟道8的下部烟气进口输入其中，以16～18m/s的流速向上运动。与此同时，通过防堵喷枪11高速喷射出的硫酸铵浆液雾滴也从立式烟道8的下部向上运动。硫酸铵浆液雾滴在热烟气的冲击作用下悬浮起来，形成流化床，在立式烟道8中形成由下向上激烈的湍动状态，两者充分接触混合，发生剧烈的热交换。硫酸铵浆液雾滴中的水份被蒸发混入热烟气中，其他组份被烘干形成主要成份为硫酸铵的颗粒。在本实施例中，引入的热烟气温度约为140℃，热烟气含尘量小于100mg/Nm3，热烟气中二氧化硫浓度约为2000mg/Nm3，引入热烟气量占燃煤设备总烟气量的15％左右，立式烟道8的上部烟气出口处硫酸铵颗粒的含水率小于1％。
然后，干燥的硫酸铵颗粒连同含有水份的湿热烟气从布袋除尘器腔体7的进风口进入，在布袋除尘器腔体7内部实现硫酸铵颗粒与湿热烟气的气固分离，防止硫酸铵颗粒在冷却时回潮。布袋除尘器腔体7的除尘效率大于99％。湿热烟气从布袋除尘器腔体7的出风口排出，经布袋除尘器风机6输送到前置预除尘器1的输出端，与其他热烟气一起进入脱硫塔2中进行脱硫处理。干燥的硫酸铵颗粒则落入布袋除尘器腔体7的集尘斗。
再后，硫酸铵颗粒从布袋除尘器腔体7的集尘斗出口输出，通过回转给料器12引至物料输送腔室15中，此时硫酸铵颗粒的温度约为70℃。与此同时，经过空气干燥器18处理的自然空气由空气引风机19输送到气体流化腔室13中，鼓动滤布层14，使物料输送腔室15中的硫酸铵颗粒呈流态化，并在自身重力的作用下逐渐从物料输送腔室15的上端物料进口向下端物料出口移动，并在此过程中与干燥冷空气发生热交换，直至冷却至40℃以下。
最后，经干燥冷却后的硫酸铵颗粒通过回转卸料器20排出，输送到贮料间。经过热交换的干燥冷空气则从物料输送腔室15的下端气流出口排出，经过尾气除尘器腔体16过滤细微硫酸铵粉尘后，由尾气除尘器风机17排至大气。尾气除尘器腔体16所收集的硫酸铵粉尘也输送至贮料间。
Claims (10)
1.一种湿式氨法烟气脱硫产物干燥冷却输送联动工艺，是对经过旋流分离器浓缩处理的脱硫产物硫酸铵浆液进行深加工处理的过程，其特征在于：该工艺包括如下步骤：
1)从湿式氨法烟气脱硫塔的烟气进口处分流一部分经过预除尘处理的燃煤锅炉热烟气，将其抽吸到前置烟道干燥装置中，使热烟气从前置烟道干燥装置的下部向上高速流动；与此同时，将经过旋流分离器浓缩处理的脱硫产物硫酸铵浆液也从前置烟道干燥装置的下部喷入其中，使硫酸铵浆液雾滴与热烟气在差速状态下充分接触混合，发生剧烈的热交换，硫酸铵浆液雾滴中的水份被蒸发出来混入到热烟气流中，硫酸铵浆液雾滴中的其它组份被充分烘干形成主要成份为硫酸铵的颗粒；
2)将上述混入水份的热烟气流及其所携带的主要成份为硫酸铵的颗粒从前置烟道干燥装置的顶部导入气固分离装置中，使所述颗粒与混入水份的热烟气流在气固分离装置的作用下分离出来；
3)将上述分离出来的所述颗粒从流化斜槽输送装置的上端物料进口处导入其中，与此同时从流化斜槽输送装置底面导入干燥冷气流，使所述颗粒在干燥冷气流和自身重力的双重作用下，既不断地沿着流化斜槽输送装置向下跳动，又不断地与向上运动的干燥冷气流产生剧烈的混合，热的所述颗粒与干燥冷气流发生固气热交换，直至将所述颗粒冷却到包装需要的40℃以下；
4)将符合包装要求的所述颗粒从流化斜槽输送装置的下端物料出口处引出，输送至贮料间完成包装程序。
2.根据权利要求1所述的湿式氨法烟气脱硫产物干燥冷却输送联动工艺，其特征在于：所说的步骤1)中，热烟气的流速控制在16～18m/s。
3.根据权利要求1或2所述的湿式氨法烟气脱硫产物干燥冷却输送联动工艺，其特征在于：所说的步骤1)中，热烟气的粉尘含量小于100mg/Nm3，热烟气的温度在120～150℃之间，热烟气的引入量占湿式氨法烟气脱硫塔处理总烟气量的10～30％。
4.根据权利要求1或2所述的湿式氨法烟气脱硫产物干燥冷却输送联动工艺，其特征在于：所说的步骤2)中，经过气固分离混入水份的热烟气流再从湿式氨法烟气脱硫塔的烟气进口处引入其中，与未分流的热烟气一起进行脱硫处理。
5.根据权利要求1或2所述的湿式氨法烟气脱硫产物干燥冷却输送联动工艺，其特征在于：所说的步骤3)中，干燥冷气流是经过空气干燥器处理的自然冷空气。
6.根据权利要求1或2所述的湿式氨法烟气脱硫产物干燥冷却输送联动工艺，其特征在于：所说的步骤3)中，将经过固气热交换的干燥冷气流从流化斜槽输送装置的下端气流出口处引出，进一步收集其中的细微或粉尘状主要成份为硫酸铵的颗粒后排入大气。
7.一种为实现权利要求1所述工艺而设计的湿式氨法烟气脱硫产物干燥冷却输送联动设备，可与湿式氨法烟气脱硫系统中的前置预除尘器(1)、脱硫塔(2)和旋流分离器(5)相配合运行，它包括前置烟道干燥装置、气固分离装置和流化斜槽输送装置，其特征在于：
所述前置烟道干燥装置具有立式烟道(8)，所述立式烟道(8)的下部内壁四周均匀分布有若干防堵喷枪(11)，所述防堵喷枪(11)的输入端通过浆液输送泵(9)与旋流分离器(5)的输出端相连，所述立式烟道(8)的下部烟气进口与前置预除尘器(1)的烟气输出端相连；
所述气固分离装置具有布袋除尘器腔体(7)和布袋除尘器风机(6)，所述立式烟道(8)的上部烟气出口与布袋除尘器腔体(7)的进风口相连，所述布袋除尘器腔体(7)的出风口与布袋除尘器风机(6)的输入端相连；
所述流化斜槽输送装置具有由倾斜设置的滤布层(14)上、下分隔开来的物料输送腔室(15)和气体流化腔室(13)，所述布袋除尘器腔体(7)的集尘斗出口通过回转给料器(12)与物料输送腔室(15)的上端物料进口相连，所述气体流化腔室(13)的底面与空气引风机(19)的输出端相连，所述空气引风机(19)的输入端与空气干燥器(18)相连，所述物料输送腔室(15)的下端物料出口与回转卸料器(20)相连。
8.根据权利要求7所述的湿式氨法烟气脱硫产物干燥冷却输送联动设备，其特征在于：所述布袋除尘器风机(6)的输出端与前置预除尘器(1)的烟气输出端相连。
9.根据权利要求7或8所述的湿式氨法烟气脱硫产物干燥冷却输送联动设备，其特征在于：所述物料输送腔室(15)的下端气流出口与尾气除尘器腔体(16)的进风口相连，所述尾气除尘器腔体(16)的出风口与尾气除尘器风机(17)的输入端相连。
10.根据权利要求7或8所述的湿式氨法烟气脱硫产物干燥冷却输送联动设备，其特征在于：所述流化斜槽输送装置与水平面的倾斜夹角为17°～25°。
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