CN102631834B - 烟气脱硫系统及烟气脱硫方法 - Google Patents

烟气脱硫系统及烟气脱硫方法 Download PDF

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Abstract

一种烟气脱硫系统，用于脱除含有二氧化硫的烟气中的二氧化硫，包括低温等离子体装置、碱液接触室及钙源接触室，所述低温等离子体装置用于将烟气中的二氧化硫氧化为三氧化硫，所述碱液接触室通过管道与所述低温等离子体装置连通，所述碱液接触室用于将经过低温等离子体装置氧化生成的三氧化硫与碱液反应生成含有SO4 2-的溶液，所述钙源接触室，通过管道与所述碱液接触室连通，所述钙源接触室用于将所述含有SO4 2-的溶液与钙源反应生成硫酸钙及回收碱液，所述钙源为氧化钙、氢氧化钙或氢氧化钙溶液。上述烟气脱硫系统能耗较低。本发明还提供一种烟气脱硫方法。

Description

烟气脱硫系统及烟气脱硫方法
技术领域
本发明涉及一种烟气脱硫系统及烟气脱硫方法。
背景技术
煤炭作为我国的基础能源在相当长的一段时间内还具有不可替代的地位。利用煤炭发电的火电厂烟气中含有二氧化硫会污染环境。烟气脱硫是目前控制火电厂烟气排放污染的最有效的手段。
现有的烟气脱硫工艺采用氢氧化钠将SO2转化为Na2SO3或NaHSO3，之后再经过曝气转化为SO4 2-。然而，亚硫酸钠虽然在曝气条件下可以转化成硫酸钠，但是使用空气压缩机或者风机才能够使亚硫酸钠溶液获得充分曝气，能耗较大。
发明内容
基于此，有必要提供一种能耗较低的烟气脱硫系统及烟气脱硫方法。
一种烟气脱硫系统，用于脱除含有二氧化硫的烟气中的二氧化硫，所述烟气脱硫系统包括：
低温等离子体装置，用于将烟气中的二氧化硫氧化为三氧化硫；
碱液接触室，通过管道与所述低温等离子体装置连通，所述碱液接触室用于将经过低温等离子体装置氧化生成的三氧化硫与碱液反应生成含有SO4 2-的溶液；
钙源接触室，通过管道与所述碱液接触室连通，所述钙源接触室用于将所述含有SO4 2-的溶液与钙源反应生成硫酸钙及回收碱液，所述钙源为氧化钙、氢氧化钙或氢氧化钙溶液。
在其中一个实施例中，所述碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，所述碱液的质量浓度为7％～15％。
在其中一个实施例中，所述碱液接触室内设有用于向所述三氧化硫微喷所述碱液的微喷装置。
在其中一个实施例中，所述氢氧化钙溶液的质量浓度为5％～13％。
在其中一个实施例中，所述烟气脱硫系统还包括回收装置，所述回收装置用于所述回收碱液输送至所述碱液接触室。
一种烟气脱硫方法，包括以下步骤：
将烟气进行低温等离子体激发氧化，使烟气中的二氧化硫氧化为三氧化硫；
将经过低温等离子体激发氧化的烟气与碱液反应，使所述烟气中的三氧化硫与碱液反应溶液反应生成含有SO4 2-的溶液；
使所述含有SO4 2-的溶液与钙源反应生成硫酸钙及回收碱液，所述钙源为氧化钙、氢氧化钙或氢氧化钙溶液。
在其中一个实施例中，在将经过低温等离子体激发氧化的烟气与碱液反应的步骤中，对经过低温等离子体激发氧化的烟气微喷碱液。
在其中一个实施例中，所述碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，所述碱液的质量浓度为7％～15％。
在其中一个实施例中，所述氢氧化钙溶液的质量浓度为5％～13％。
在其中一个实施例中，所述烟气脱硫方法还包括步骤：收集所述含有SO4 2-的溶液与所述钙源反应生成的硫酸钙及回收碱液，并将收集的回收碱液用于与经过低温等离子体激发氧化的烟气反应。
上述烟气脱硫系统及烟气脱硫方法，通过低温等离子体将二氧化硫转化成三氧化硫，能耗大约为空气压缩机或风机的十分之一，能耗较低；通过加入碱液及加入钙源两步将三氧化硫转化为硫酸钙及回收碱液，回收碱液可以进行重复循环利用，进一步降低了成本，硫酸钙沉淀可以用于工业石膏的生产，较为环保。
附图说明
图1为一实施方式的烟气脱硫系统的结构示意图；
图2为一实施方式的烟气脱硫方法的流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，一实施方式的烟气脱硫系统10，用于脱除含有二氧化硫的烟气中的二氧化硫，烟气脱硫系统10包括低温等离子体装置110、碱液接触室120、钙源接触室130、回收装置140及硫酸钙收集装置150。
低温等离子体装置110用于将烟气中的二氧化硫氧化为三氧化硫。
低温等离子体装置110通过脉冲放电产生的等离子体中含有大量高能电子、离子、激发态离子和具有很强氧化性的自由基，其中活性离子的平均能量高于气体分子的键能。活性离子和二氧化硫发生碰撞，一方面打开气体分子键生成一些氮原子分子和固体微粒，另一方面激发空气中的氧气、水蒸汽，形成臭氧、O-和羟基自由自基等极强的氧化剂。这些氧化剂与烟气中的二氧化硫发生一系列以活性离子或自由基为集体的复杂的电化学反应，最终使二氧化硫转化成三氧化硫。
碱液接触室120用于将经过低温等离子体装置氧化生成的三氧化硫与碱液接触室内120的碱液反应生成含有SO4 2-的溶液。
碱液为氢氧化钠(NaOH)溶液或氢氧化钾(KOH)溶液。优选的，碱液的质量浓度为7％～15％。
三氧化硫与碱液反应生成的含有SO4 2-的溶液为硫酸钠(Na2SO4)溶液或硫酸钾(K2SO4)溶液。具体反应式如下：
2ROH+SO3→R2SO4+H2O
其中，R为K或Na。
本实施方式中，碱液接触室120通过管道与低温等离子体装置110连通。碱液接触室120内收容有用于与三氧化硫反应的碱液。具体在本实施方式中，碱液接触室120内设有微喷装置，微喷装置将碱液雾化成微小的液滴，并向通入碱液接触室120内的烟气喷碱液，使得烟气与雾化的碱液充分接触反应生成含有SO4 2-的溶液。需要指出的是，微喷装置可以省略，此时也可以直接将烟气通入碱液中，使烟气中的三氧化硫与碱液发生反应。
钙源接触室130用于将碱液接触室120生成的含有SO4 2-的溶液与钙源反应转化为硫酸钙及回收碱液。
钙源为氧化钙、氢氧化钙或氢氧化钙溶液。优选的，氢氧化钙溶液的质量浓度为5％～13％。
具体的，氧化钙与含有SO4 2-的溶液中的水发生反应，生成氢氧化钙(Ca(OH)2)。因此钙源与含有SO4 2-的溶液反应生成的回收碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。具体反应式如下：
R2SO4+Ca(OH)2→Ca2SO4+2ROH
其中，R为K或Na，硫酸钙(Ca2SO4)微溶于水，多次反应后硫酸钙以沉淀形式存在。
本实施方式中，钙源接触室130通过管道与碱液接触室120连通。
具体在本实施方式中，钙源接触室130内设有反应池，钙源收容于反应池内，使用时可以将碱液接触室120内产生的含有SO4 2-的溶液通过管道通入反应池内，与反应池内的钙源发生反应生成硫酸钙沉淀和回收碱液。在其他实施方式中，可以将钙源接触室内的钙源加入含有SO4 2-的溶液中发生反应。
回收装置140用于将回收碱液输送至碱液接触室120。具体在本实施方式中，回收装置140为管道，回收装置140将回收碱液输送至碱液接触室120并进入微喷装置。
硫酸钙收集装置150用于收集钙源接触室130内产生的硫酸钙。硫酸钙收集装置150收集的硫酸钙可以用于工业石膏的生产。
上述烟气脱硫系统10中，低温等离子体装置110依靠低功率电源激发空气中的氧气、水蒸汽，形成臭氧、O-和羟基自由自基，这些都是极强的氧化剂，能够迅速高效并廉价的将二氧化硫转化成三氧化硫，能耗较低；碱液接触室120及钙源接触室130将三氧化硫转化为硫酸钙及回收碱液，回收装置140用于将回收碱液输送至碱液接触室120进行重复循环利用，进一步降低了成本，硫酸钙收集装置150收集硫酸钙沉淀，用于工业石膏的生产，较为环保。
请同时参阅图1及图2，一实施方式的烟气脱硫方法，包括以下步骤：
步骤S101、将烟气进行低温等离子体激发氧化使烟气中的二氧化硫氧化为三氧化硫。
本实施方式中，烟气的二氧化硫通过低温等离子体装置110氧化为三氧化硫。
低温等离子体装置110通过脉冲放电产生的等离子体中含有大量高能电子、离子、激发态离子和具有很强氧化性的自由基，其中活性离子的平均能量高于气体分子的键能。活性离子和二氧化硫发生碰撞，一方面打开气体分子键生成一些氮原子分子和固体微粒，另一方面激发空气中的氧气、水蒸汽，形成臭氧、O-和羟基自由自基等极强的氧化剂。这些氧化剂与烟气中的二氧化硫发生一系列以活性离子或自由基为集体的复杂的电化学反应，最终使二氧化硫转化成三氧化硫。
步骤S102、将经过低温等离子体激发氧化的烟气与碱液反应，使烟气中的三氧化硫与碱液反应生成含有SO4 2-的溶液。
碱液为氢氧化钠(NaOH)溶液或氢氧化钾(KOH)溶液。优选的，碱液的质量浓度为7％～15％。
三氧化硫与碱液反应生成的含有SO4 2-的溶液为硫酸钠(Na2SO4)溶液或硫酸钾(K2SO4)溶液。具体反应式如下：
2ROH+SO3→R2SO4+H2O
其中，R为K或Na。
本实施方式中，经过低温等离子体激发氧化的烟气在碱液接触室120与碱液反应。碱液接触室120通过管道与低温等离子体装置110连通。碱液接触室120内收容有用于与三氧化硫反应的碱液。具体在本实施方式中，碱液接触室120内设有微喷装置，微喷装置将碱液雾化成微小的液滴，并向通入碱液接触室120内的烟气喷碱液，使得烟气与雾化的碱液充分接触反应生成含有SO4 2-的溶液。需要指出的是，微喷装置可以省略，此时也可以直接将烟气通入碱液中，使烟气中的三氧化硫与碱液发生反应。
步骤S103、将含有SO4 2-的溶液与钙源反应。
钙源为氧化钙、氢氧化钙或氢氧化钙溶液。优选的，氢氧化钙溶液的质量浓度为5％～13％。氧化钙与含有SO4 2-的溶液中的水发生反应，生成氢氧化钙Ca(OH)2。
钙源与含有SO4 2-的溶液反应生成硫酸钙及回收碱液。回收碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。具体反应式如下：
R2SO4+Ca(OH)2→Ca2SO4+2ROH
其中，R为K或Na。
硫酸钙(Ca2SO4)微溶于水，多次反应后硫酸钙以沉淀形式存在。
本实施方式中，含有SO4 2-的溶液与钙源在钙源接触室130内反应。钙源接触室130通过管道与碱液接触室120连通。
具体在本实施方式中，钙源接触室130内设有反应池，钙源收容于反应池内，使用时可以将碱液接触室120内产生的含有SO4 2-的溶液通过管道通入反应池内，与反应池内的钙源发生反应生成硫酸钙沉淀和碱液。碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。在其他实施方式中，可以将钙源接触室内的钙源加入含有SO4 2-的溶液中发生反应。
步骤S104、收集含有SO4 2-的溶液与钙源反应生成的硫酸钙及回收碱液，并将收集的回收碱液用于与经过低温等离子体激发氧化的烟气反应。
本实施方式中，通过回收装置140将回收碱液输送至碱液接触室120。回收装置140为管道，回收装置140将回收碱液输送至碱液接触室120并进入微喷装置。
通过酸钙收集装置150收集钙源接触室130内产生的硫酸钙。硫酸钙收集装置150收集的硫酸钙可以用于工业石膏的生产。
上述烟气脱硫方法，通过低温等离子体将二氧化硫转化成三氧化硫，能耗大约为空气压缩机或风机的十分之一，能耗较低；通过加入碱液及加入钙源两步将三氧化硫转化为硫酸钙及回收碱液，并将回收碱液进行重复循环利用，进一步降低了成本，收集硫酸钙沉淀，用于工业石膏的生产，较为环保。
可以理解，步骤S104可以省略，此时回收碱液可以用作其他用途。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种烟气脱硫系统，用于脱除含有二氧化硫的烟气中的二氧化硫，其特征在于，所述烟气脱硫系统包括：
低温等离子体装置，用于将烟气中的二氧化硫氧化为三氧化硫；
碱液接触室，通过管道与所述低温等离子体装置连通，所述碱液接触室用于将经过低温等离子体装置氧化生成的三氧化硫与碱液反应生成含有SO4 2-的溶液；
钙源接触室，通过管道与所述碱液接触室连通，所述钙源接触室用于将所述含有SO4 2-的溶液与钙源反应生成硫酸钙及回收碱液，所述钙源为氧化钙、氢氧化钙或氢氧化钙溶液；
所述碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，所述碱液的质量浓度为7％～15％；所述氢氧化钙溶液的质量浓度为5％～13％；
所述钙源接触室内设有反应池，所述钙源收容于所述反应池内；
所述碱液接触室内设有用于向所述三氧化硫微喷所述碱液的微喷装置；
所述烟气脱硫系统还包括回收装置，所述回收装置用于所述回收碱液输送至所述碱液接触室。
2.一种烟气脱硫方法，其特征在于，包括以下步骤：
将烟气进行低温等离子体激发氧化，使烟气中的二氧化硫氧化为三氧化硫；
将经过低温等离子体激发氧化的烟气与碱液反应，使所述烟气中的三氧化硫与碱液反应溶液反应生成含有SO4 2-的溶液；
使所述含有SO4 2-的溶液与钙源反应生成硫酸钙及回收碱液，所述钙源为氧化钙、氢氧化钙或氢氧化钙溶液；
所述碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，所述碱液的质量浓度为7％～15％；所述氢氧化钙的质量浓度为5％～13％；
所述钙源收容于钙源接触室内设的反应池内；
在将经过低温等离子体激发氧化的烟气与碱液反应的步骤中，对经过低温等离子体激发氧化的烟气微喷碱液；
所述烟气脱硫方法还包括步骤：收集所述含有SO4 2-的溶液与所述钙源反应生成的硫酸钙及回收碱液，并将收集的回收碱液用于与经过低温等离子体激发氧化的烟气反应。
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