CN102120143A - 一种高温烟气中硫回收和余热利用方法及装置 - Google Patents

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欧阳雪琼
肖祖峰
樊东彪
王双喜
黄国权
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Abstract

本发明涉及一种高温烟气中硫回收和余热利用的方法及装置，将444℃以上经还原反应后含单质硫的高温烟气通过该设备，含单质硫的高温烟气走换热管(片)外部，降温用的冷却介质走换热管(片)内部，烟气中的气态硫在换热管外壁冷凝成液态硫单质，液态硫单质顺着换热管外壁流至换热器底部的集液漏斗，汇集至硫出口管进行回收。脱硫后的高温烟气仍保持300℃以上高温，可作为洁净烟气再利用余热。该方法简单实用，成本低，硫回收效果明显，设备结构简单、使用方便，能够满足本发明方法工艺要求并达到节能环保的目的。

Description

一种高温烟气中硫回收和余热利用方法及装置
技术领域
本发明属于环保技术领域，特别是工业烟气处理技术领域，主要涉及一种高温烟气中含有气态硫单质的硫冷凝回收及烟气余热利用的方法和装置。
技术背景
目前，环境污染和治理受到世界各国的广泛关注。在大气污染中，燃料燃烧以及工业排放的SO2是污染的主要来源。含SO2的烟气不仅严重污染环境，破坏生态，而且直接影响产品质量，腐蚀生产设备。所以，对含硫烟气进行脱硫处理，净化烟气，降低烟气中的SO2排放量，是有利于企业有利于环境保护的措施。目前，工业生产使用的燃料主要有煤、重油、轻柴油、天然气等，其中的有机硫化物和可燃硫化物在燃烧过程中会产生大量含SO2的烟气。在陶瓷工业原料中含有较多的含硫物质，如FeS2、Fe2(SO4)3、CaSO4、Na2SO4等，在陶瓷坯体烧成过程，经过一系列氧化还原反应，也会生成SO2气体，并随高温烟气由烟道、烟囱排放到大气。在其他工业生产中，如水泥、火力发电也会产生大量SO2烟气。在烟道处加装脱硫设备，对尾部烟气进行脱硫处理，净化烟气，降低烟气中的SO2排放量，是目前控制SO2最有效和应用最广的一项技术。
目前，国内外处理二氧化硫烟气的方法有许多，如氨法、钙法、钠法、铝法、氧化法、吸附法、催化法及电子束法等。氨法是烟气脱硫方法中较传统的工艺，该法采用液氨或氨水作为吸收剂，吸收效率高、脱硫彻底。钙法是采用石灰水或石灰乳洗涤含二氧化硫的烟气，技术成熟，生产成本低，但吸收速率慢、吸收能力小、装置运行周期短。钠法是使用碳酸钠或氢氧化钠等碱性物质吸收含二氧化硫的烟气，具有吸收能力大、吸收速率快、脱硫效率高、设备简单、操作方便等优势，但最大的问题是原料钠碱较贵，生产成本高。上述工艺普遍存在以下几个共同的问题：①脱硫设备的工程投资较大；②脱硫过程中的副产物难利用；③高额的环保运行费用使生产企业不堪重负。
现在工业上常用的“克劳斯”工艺及尚在研究阶段的微波活性炭脱硫等，均是将SO2还原为单质硫后加以回收，这些技术可将SO2污染控制和硫资源回收利用相结合，是一种资源化烟气脱硫新理念，其基本的指导思想是将烟气中污染环境的二氧化硫收集起来作为资源加以回收利用，同时确保这个收集资源化的过程不再产生二次污染，系统运行可靠，烟气的各项指标达到国家排放标准，副产品的收益与运行费用相抵或略有盈余，使企业的烟气脱硫工作由被动变主动，从而实现环境、社会和经济效益的统一，是适合我国国情的一种烟气脱硫技术，在烟气脱硫领域具有较大的潜力。
在对还原后的产物气态单质硫的处理中，均涉及到硫的冷凝回收的工艺方法，而出于纯粹的硫回收的目的，很多方法采用过热水蒸气对气态单质硫进行冷凝后回收，如专利申请号200710017416.4中，用水蒸气将克劳斯反应器中的气态硫冷凝器降温至125-130℃后，气态硫冷凝为雾滴，然后经液硫捕集网分离，分离出的液硫通过管路输送给第二液硫锁斗继而送入液硫池。但该方法如用于高温烟气中单质硫的回收，将极大浪费高温烟气中的热能，无法实现高温烟气的余热利用，不适用于陶瓷厂等常压下高温烟气的脱硫处理。
发明内容
本发明的目的在于填补现有技术空白，提供一种安全、高效、低成本的高温烟气中硫回收及余热利用的方法。
本发明还提供了高温烟气中硫回收方法的专用设备。
本发明的烟气中硫回收及余热利用方法是将含单质硫的444℃以上温度烟气通过专用设备，将含硫单质烟气温度降至硫沸点以下的高温段，气态单质硫在换热管外壁冷凝成液态，顺着换热管外壁流至设备底部的集液漏斗，汇集至液硫出口管进行回收；脱硫后的洁净烟气可进行余热再利用。
所述含硫单质烟气温度降至硫沸点以下的高温段，优选350℃-430℃温度段。
所述高温烟气中硫回收及余热利用方法的专用设备，设备包括壳体部分，烟气进口和烟气出口，以及由冷却介质进口管、出口管、下集管、上集管、上支管、下支管和换热管组成的一组或多组冷却介质通道，其特征在于：在设备的底部有一个(或多个)集液漏斗。
所述高温烟气中硫回收及余热利用方法的专用设备，其特征在于设备还包含一组或一组以上的隔程板，隔程板将换热器分隔成若干个相通的腔室，烟气可走管外两个以上壳程，以提高单质硫的凝结效率。
所述的专用设备，其特征在于：换热管呈竖直或倾斜一定角度排列，每根换热管下端与对应的下支管连通，上端与对应的上支管连通，每根支管一端封闭，一端连通集管，每组冷却介质通道的上集管连接有若干个上支管，下集管连接有若干个下支管，上下支管分别水平排列于换热器的上下部，相邻各支管间隔一定距离，下集管前端连通冷却介质进口管，上集管连通冷却介质出口管。
所述高温烟气中硫回收及余热利用方法的专用设备，其特征在于：所述设备设有液硫捕集网。
按照权利要求3所述烟气中硫回收方法的专用设备，其特征在于：所述的换热管是圆管、扁管。
本发明的烟气中硫回收及余热利用的方法，其核心技术在于：根据液态硫动力粘度随温度变化的情况，在350℃-430℃温度段，液硫的粘度为0.5-0.1Pa·s，流动性好。气态硫在这个温度段冷凝，可以保证烟气在冷凝出的液态硫单质具有良好流动性因而有利于硫的收集，同时，高温烟气的热损失小，从而保证了烟气余热利用的最大化。
本发明的优点在于：该方法简单实用，成本低，在回收硫的同时不影响高温烟气的余热利用。该专用设备结构简单、使用方便，能够满足本发明方法工艺要求。
附图说明
图1是本发明专用设备立体结构示意图；
图2是本发明专用设备俯视图；
图3是本发明具体实施例工艺流程附图。
附图标记说明：1.换热器；2.集液漏斗；3.液硫出口管；4.烟气进口；5.烟气出口；6.冷却介质进口管；7.冷却介质出口管；8.下集管；9.上集管；10.下支管；11.上支管；12.换热管；13.隔程板；14.液硫捕集网。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。
在陶瓷生产厂中，对于采用煤燃料、重油和柴油等含硫量较大的燃料的辊道窑可加载本发明方法的专用设备，具体的实施方式为：如图3工艺流程图所示，在辊道窑预热带中设置气幕，将预热带分隔成高温段和低温段，将高温段约470℃的烟气抽吸进微波脱硫装置，烟气中的SO2在微波脱硫装置中与活性碳反应，生成单质硫。微波辅助活性碳与SO2反应后，含单质硫的烟气温度在470℃以上，超过硫的沸点444℃，单质硫在烟气中以气态存在。将含气态单质硫的烟气通入本发明方法的专用设备，如图1、2所示。冷水从冷却介质进口管(6)流入，经下集管(8)分流至与下集管连通的四根下支管(10)，在水压的作用下流入密集排列的换热管(12)，然后再从各个换热管流入上支管(11)、上集管(9)，最后经冷却介质出口管(7)排出。高温烟气从烟气进口(4)进入，经过两块隔程板(13)的作用改变流动方向，最后流至烟气出口(5)，烟气在壳体(1)内的流向如图2所示。在专用设备内，高温烟气通过通有冷水的换热管(12)降温，温度降到硫沸点以下，气态单质硫冷凝成液态硫附着在各个换热管(12)外壁，然后沿着换热管(12)外壁流至下支管(10)外壁，富集一定量后滴落至集液漏斗(2)，最后汇集至液硫出口管(3)，液硫出口管(3)设有闭合闸门，可以将收集液态硫磺的回收槽进行定期更换。烟气经过三个壳程后，到达烟气出口，此时烟气中还存在部分未能附着在换热管外壁的硫雾滴。硫雾滴被放置在烟气出口处的液硫捕集网(14)捕集后，流至设备底部的集液漏斗。从液硫捕集网流出的洁净烟气仍然保持着高温(约350℃)，由引风机抽出到干燥窑进行余热利用(见图3)。
上述实施例是对本发明做出的进一步说明，当然，本领域技术人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整，例如改用其它冷却介质、改变装置内壳程数等，在不脱离本发明的精神下，都在本发明所要求保护范围。

Claims (7)

1.一种高温烟气中硫回收及余热利用方法，其特征在于：将含单质硫的444℃以上温度烟气通过专用设备，将含硫单质烟气温度降至硫沸点以下的高温段，气态单质硫在换热管外壁冷凝成液态，顺着换热管外壁流至设备底部的集液漏斗，汇集至液硫出口管进行回收；脱硫后的洁净烟气可进行余热再利用。
2.根据权利1所述高温烟气中硫回收及余热利用方法，其特征在于：所述含硫单质烟气温度降至硫沸点以下的高温段，优选350℃-430℃温度段。
3.一种权利要求1所述高温烟气中硫回收及余热利用方法的专用设备，设备包括壳体(1)部分，烟气进口(4)和烟气出口(5)，以及由冷却介质进口管(6)、出口管(7)、下集管(8)、上集管(9)、上支管(11)、下支管(10)和换热管(12)组成的一组或多组冷却介质通道，其特征在于：在设备的底部有一个(或多个)集液漏斗(2)。
4.根据权利要求3所述高温烟气中硫回收及余热利用方法的专用设备，其特征在于设备还包含一组或一组以上的隔程板(13)，隔程板将换热器分隔成若干个相通的腔室，烟气可走管外两个以上壳程。
5.根据权利要求3所述的专用设备，其特征在于：换热管(12)呈竖直或倾斜一定角度排列，每根换热管下端与对应的下支管(10)连通，上端与对应的上支管(11)连通，每根支管一端封闭，一端连通集管，每组冷却介质通道的上集管(9)连接有若干个上支管(11)，下集管(8)连接有若干个下支管(10)，上下支管分别水平排列于换热器的上下部，相邻各支管(10)间隔一定距离，下集管(8)前端连通冷却介质进口管(6)，上集管(9)连通冷却介质出口管(7)。
6.根据权利要求3所述高温烟气中硫回收及余热利用方法的专用设备，其特征在于：所述设备设有液硫捕集网(14)。
7.按照权利要求3所述烟气中硫回收方法的专用设备，其特征在于：所述的换热管(12)是圆管、扁管。
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