CN102850092B - 一种氨法烟气脱硫生产硫铵化肥的工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氨法烟气脱硫生产硫铵化肥的装置及工艺，包括脱硫塔、蒸发结晶器、旋流器、稠厚器、离心机、干燥机和包装机，蒸发结晶器顶部设有搅拌器，螺旋桨深入深度为蒸发结晶器的1/3-2/3；蒸发结晶器上部设有圆桶形挡板，圆桶形挡板直径为蒸发结晶器直径的1/3-3/4，圆桶形挡板内设有导流筒，导流筒直径为圆桶形挡板的1/3-2/3，导流筒下部位于搅拌器螺旋桨的上部；圆桶形挡板上端开口连接真空泵；通过搅拌器、圆桶形挡板和导流筒，使结晶液循环流动，延长硫铵颗粒在结晶液中的停留时间，使硫铵颗粒逐步长大，硫铵粒径100-1000μm，且具有高度净化烟气、有效提高氨吸收剂利用率等特点，节省设备投资与运行费用。

Description

一种氨法烟气脱硫生产硫铵化肥的工艺及装置

技术领域

本发明涉及燃煤火电、燃煤锅炉、钢铁烧结机、有色冶金和化工建材领域的烟气脱硫技术领域，尤其涉及一种氨法烟气脱硫生产硫酸铵化肥的工艺及装置。

背景技术

随着我国的工业化和经济建设快速发展，与之带来的工业烟气中SO2的污染问题却日益严重。目前，经过“十一五”期间大规模的烟气脱硫工程建设，我国的烟气脱硫能力和装机容量已跃居世界第一位，但是，截止2010年，我国每年向大气中排放的SO2依然超过2000万吨，并且随着我国经济发展对能源和资源的需求，排放源继续增加。因此，在“十二五”和之后更长的时间里，我国控制SO2排放和节能减排的任务仍然很重，存在着较大的脱硫市场。

我国是以煤作为主要能源的国家，每年我国热电、钢铁、化工、有色金属及建材行业向大气中排放了大量的SO2，使得大气硫污染愈来愈严重。同时，我国是农业大国，每年需要大量化肥，因此从建设资源节约型、环境友好型的社会的角度出发，大力发展绿色经济、循环经济，实现可持续发展的成为必然选择。同时，进一步审视我国烟气脱硫行业的发展，积极开发新技术，优化技术种类和工程投运比例，是我国烟气脱硫行业面对的新课题。

目前，国内采用石灰/石灰石-石膏湿法烟气脱硫脱技术差不多占到整个行业的90%，该技术虽然实现了大型化，但是具有结垢堵塞、副产物石膏难以处理、排放CO2等问题，并且我国是天然石膏生产大国，堆放的脱硫石膏因利用率低而易造成二次污染。而氨法烟气脱硫技术作为可以在脱硫的同时得到高附加值硫铵化肥的一种可资源化的脱硫工艺技术，同时具有脱硫高效、副产硫酸铵化肥、占地面积小、投资相对小等优点，适合我国国情，得到了广泛的关注和应用，实现了资源的循环、可资源化利用。

传统的氨法烟气脱硫工艺主要有：（1）集吸收、氧化、浓缩、结晶一体化的塔内结晶工艺；(2)吸收、氧化与浓缩、结晶分开操作的蒸发结晶工艺。采用（1）种塔内结晶工艺，可以有效地利用原烟气的热量同脱硫循环浓缩液进行热交换，从而使硫铵浆液中水分不断蒸发，直至形成结晶体，然后含有结晶体的浆液再通过后续的硫铵离心分离和干燥设备得到硫铵产品。此种工艺由于可以有效利用原烟气的热量，因此在节能方面具有较大的优势，但是通过此种工艺形成的硫酸铵颗粒粒径较小，分布范围较窄，硫铵颗粒的粒径分布只有30-60μm，造成了后续离心分离的难度，不容易得到合格的硫酸铵产品，而且产量很低，同时造成设备的故障率很高。采用（2）种蒸发结晶工艺，得到的硫铵颗粒较大，并且粒径分布比较均匀，得到的硫铵产品品质较好，而且设备的故障率低；但是采用此种工艺却需要耗费大量的蒸汽能源，增加了相应的运行成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决上述工艺存在的问题，全面提高脱硫和回收利用的技术经济性能，提供一种氨法烟气脱硫生产硫铵化肥的工艺及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种氨法烟气脱硫生产硫铵化肥的装置，包括脱硫塔、蒸发结晶器、旋流器、稠厚器、离心机、干燥机和包装机，脱硫塔内由上至下为除雾段、吸收段、蒸发结晶段和氧化段，蒸发结晶段和氧化段之间设有隔板，除雾段顶部设有烟气出口，吸收段设有2-4级吸收段喷淋层，蒸发结晶段设有烟气进口和蒸发段喷淋层，氧化段设有压缩空气进口和液氨注入管，吸收段回流液出口通过管路与氧化段连接，氧化段通过浆液循环泵与吸收段喷淋层相连，蒸发结晶器通过管路和母液排出泵与氧化段连接，蒸发结晶器通过管路和蒸发结晶泵与蒸发结晶段连接；旋流器进料口与蒸发结晶器出料口相连，旋流器、稠厚器、离心机、干燥机和包装机通过管路依次相连，其特征在于：所述蒸发结晶器为负压蒸发结晶器，蒸发结晶器顶部设有搅拌器，搅拌器为螺旋桨式，螺旋桨的深入深度为蒸发结晶器的1/3-2/3；蒸发结晶器上部设有圆桶形挡板，圆桶形挡板直径为蒸发结晶器直径的1/3-3/4，圆桶形挡板内设有导流筒，导流筒直径为圆桶形挡板直径的1/3-2/3，导流筒下部位于搅拌器螺旋桨的上部；圆桶形挡板上端开口通过管路连接有真空泵。

所述的除雾段设有两级折流板式除雾器并带有自动冲洗装置，两级除雾器之间间距为1.0-2.0m，除雾器最上端距烟气出口1-3m，除雾器最下端距最上一层吸收段喷淋层1-3m。

所述脱硫塔氧化段中上部设有两级压缩空气气体分布器，氧化段下部离塔底0.5-2m的范围内设有侧壁搅拌装置，侧壁搅拌装置上方设有氧化空气曝气管，氧化空气曝气管下端设有曝气孔，孔径为1-10mm。

所述的吸收段喷淋层和蒸发结晶段喷淋层设有液体分布器，液体分布器为螺旋锥喷嘴。

一种氨法烟气脱硫生产硫铵化肥的工艺，其特征在于包括如下两个流程：脱硫结晶工艺流程和硫铵后处理工艺流程，

脱硫结晶工艺流程包括如下步骤：原烟气经脱硫塔烟气进口进入塔中，然后依次通过塔内的蒸发结晶段、吸收段和除雾段后由烟气出口排出，在此过程中通过浆液循环泵将氧化段的脱硫浆液泵入到吸收段，使浆液与烟气进行逆流接触，以将烟气中的二氧化硫等有害气体脱除；当氧化段下部浆液浓度达到1.12g/cm³至1.18g/cm³时，通过母液排出泵泵入蒸发结晶器中，当蒸发结晶器内液位达到一定高度后，通过蒸发结晶泵将浆液泵入到蒸发结晶段，使浆液与原烟气接触换热、蒸发浓缩，然后浓缩液自流回蒸发结晶器中，在蒸发结晶器中通过搅拌器、圆桶形挡板和导流筒，使结晶液循环流动，延长硫铵颗粒在结晶液的停留时间，使硫铵颗粒逐步长大，在此过程中，通过真空泵抽真空保持蒸发结晶器内的真空度为20-80kpa，在此真空度，水的饱和蒸气压降低，使水分进一步得到蒸发，从而使浆液进一步浓缩达到相对稳定的过饱和度；

硫铵后处理工艺流程包括如下步骤：当蒸发结晶器内的浆液质量浓度达到10%-30%时，通过硫铵结晶液排出泵将浆液输送到旋流器中，使浆液进一步浓缩，然后进入稠厚器，稠厚器与冷却装置相连，使浓缩液在此能够得到充分冷却，使硫铵结晶体颗粒进一步长大，之后再进入离心机进行离心分离，除去浆液中的大部分水分，得到含水量小于5%的粗产品，然后通过干燥机对得到的粗产品进一步干燥，使产品的含水量小于1%，最后通过包装机对产品进行包装即得到硫铵产品。

本发明的有益效果是：采用本发明的一种氨法烟气脱硫生产硫酸铵化肥的工艺及装置，可以有效利用原烟气的热量对吸收二氧化硫后的浆液进行蒸发浓缩结晶，同时采用新型的负压蒸发结晶器进一步对浆液进行浓缩，同时在负压蒸发结晶器中采用一系列的装置使硫铵颗粒能够具有足够的时间进一步长大，从而有效克服了传统氨法饱和结晶工艺中所形成的硫铵颗粒粒径过小的问题，避免了因硫铵粒径过小而造成后续离心分离的困难和对设备的损坏；由于充分利用的原烟气的热量对浆液进行传热、蒸发水分，从而克服了传统氨法蒸发结晶工艺消耗大量蒸汽的问题，而且用于循环吸收的脱硫液和由负压蒸发结晶器泵入脱硫塔蒸发结晶段的循环结晶液基本不含固体颗粒，大大降低了对浆液循环泵和蒸发结晶循环泵叶轮的磨损和腐蚀，大大增强了其耐用性，间接地节省了设备投资。在负压蒸发结晶器中，硫铵小颗粒具有足够的停留时间成长成较大的硫铵颗粒，通过分离、干燥、包装等一系列工序，最终得到粒径分布均匀，品质良好的硫铵产品，实现由硫到硫铵化肥的可资源化转变。

经本发明的一种节能高效氨法烟气脱硫生产硫酸铵化肥的新工艺及装置处理，烟气中主要酸、碱性污染物和烟尘的脱除率可达到：SO₂：≥95.5%；SO₃：≥98%；NOx≥35%；HX(X:F,Cl)≥95%；烟尘：≥70%；氨逃逸≤8mg/Nm³;硫铵产品的粒径分布100-1000μm；因此具有高度净化烟气、高效脱除SO₂及其它有害酸性气体、有效提高氨吸收剂利用率等特点，同时节省设备投资与运行费用，具有较大的工程应用和产业化价值。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，来自燃煤装置的烟气经位于脱硫塔1蒸发结晶段113的烟气进口101进入到塔内，在蒸发结晶段113与来自蒸发结晶器澄清区的浆液经蒸发结晶循环泵33泵入蒸发段喷淋层14，经液体分布器均布后，进行逆流接触传热，实现水分蒸发、浆液提浓，同时浆液的温度亦将被加热到40-80℃；降温增湿后的烟气通过位于蒸发结晶段113与吸收段112间的气液分布器进入到吸收段112，在吸收段112内，烟气与经吸收段喷淋层13上的液体分布器均布的来自氧化段114的脱硫浆液逆流接触，使得烟气中的二氧化硫与浆液中的脱硫物质快速反应而实现脱硫，具体喷淋装置的开启级数根据烟气量和含硫量来确定，通过浆液循环泵31的开启台数来进行控制；同时为了降低脱硫后的烟气中所携带的氨量，确保小于8mg/Nm³，在氧化段的最上部设有一层填料层12，并且在该填料层上方设有自动冲水装置。烟气穿过填料层后来到位于脱硫塔上部的除雾段111，在除雾段内设有两级折流板式除雾器11，脱硫烟气所携带的液滴粒径大于15μm的微粒，通过烟气与折流板间的碰撞都得以出去，最终保证烟气通过除雾段后的含水量小于75mg/Nm³；通过除雾段的烟气最终经位于脱硫塔顶部的烟气出口102排放。

如图1所示，吸收段112下部的脱硫吸收液通过自流管道与氧化段114的上部相连接，回流液主要以亚硫酸氢铵为主，而通过研究发现，脱硫液中真正参与吸收反应的主要为亚硫酸铵，因此，通过向氧化段加入液氨的方式将亚硫酸氢铵中和为亚硫酸铵，同时考虑到亚硫酸铵的不稳定性以及产品的用途，决定通过采用向吸收液中通压缩空气的方式将部分亚硫酸铵氧化为硫酸铵，在氧化段114设有专门的压缩空气气体分布器16，压缩空气气体分布器的进口处通过压缩空气管道与压缩空气风机相连接，并且在压缩空气管路的相应位置设有专门的加氨点，具体加氨量根据塔内母液的PH值进行调节，母液的PH值控制在5.5-6.0，因为在此PH值范围内吸收液具有相对较高的二氧化硫吸收速率。同时为了使脱硫母液混合均匀，提高压缩空气的利用率，在氧化段距离其底部0.5-2m范围内，均布了3-6台侧壁搅拌装置17，使生成的亚硫酸铵溶液能够快速的氧化为硫酸铵溶液，确保了氧化速率达到97%以上，同时整个母液的密度保持在1.05g/cm³到1.18g/cm³之间，浓度控制在35%以内。

如图1所示，当氧化段114下部的浆液密度达到1.12g/cm³到1.18g/cm³时，浆液经母液排出泵32打入到蒸发结晶器2的上部，当蒸发结晶器内的液位高度达到一定值得时候，开启蒸发结晶循环泵33，将位于蒸发结晶器2与圆桶形挡板22之间澄清区内的浆液打入到脱硫塔蒸发段喷淋层，经液体分布器均布后与原烟气逆流接触，进行气液传热，使水分蒸发、浆液浓缩，蒸发结晶段的结晶液经位于蒸发结晶段与蒸发结晶器之间的自流管道，由蒸发结晶段的下端流入到负压蒸发结晶器的下部区域，开启位于蒸发结晶器顶部的螺旋桨式搅拌器21，通过搅拌使结晶液沿着导流筒23内部向上运动，然后从导流筒顶部溢出进入到圆桶形挡板22区域，最终浆液沿着导流筒23与圆桶形挡板22之间的区域自由回落到负压蒸发结晶器的下部，在此过程中，通过搅拌使结晶液混合均匀，克服晶核表面的液膜阻力，使硫铵分子能够快速扩散到晶核表面，同时使硫铵结晶体在结晶液中呈悬浮状态，延长颗粒在结晶液中的停留时间，对硫铵晶核有足够的成长时间。

在负压蒸发结晶器圆桶形挡板的上端面开孔与真空泵相连，通过真空泵抽真空，保持负压蒸发结晶器内的真空度为20-80kpa，在此真空度内，水蒸汽的饱和蒸汽压相对常压下要低，水分更易蒸发，可以对浆液进一步提浓，并且根据浆液的实际情况，决定真空泵的开启程度，从而控制浆液的过饱和程度，始终使溶液浓度处于易于硫铵溶质成核、长大的介稳区内，最终得到硫铵结晶颗粒的粒径分布范围在100μm-1000μm，降低了对离心机的技术要求，同时降低了离心设备的故障率，而且使得到硫铵产品的品质更好。

如图1所示，而位于吸收塔氧化段内的循环吸收浆液属于不饱和溶液，不含固体颗粒，大大降低了对浆液循环泵材质的技术要求；而位于负压蒸发结晶器2与圆桶形挡板22之间澄清区内的浆液亦含有很少量的固体颗粒，因此有效降低了脱硫结晶液对结晶循环泵叶轮的磨损，提高设备的使用寿命，间接节省了投资。

如图1所示，当负压蒸发结晶器内浆液的质量浓度达到10%-30%时，开启硫铵结晶液排出泵34，将位于负压蒸发结晶器底部的结晶液输送到旋流器3的进料口，经旋流器3初步分离后，底流箱内浆液的质量浓度达到40%-65%，旋流器底流口与稠厚器相连，稠厚器与冷却装置相连，使浓缩液充分冷却，使硫铵颗粒进一步长大，然后由稠厚器经管道输送到离心机4的进料口，经离心机分离后，得到含水量小于5%的硫铵粗产品，然后经离心机下料口，进入到干燥机5，此处干燥机可为振动流化床式干燥机或滚筒式干燥机，经干燥机干燥后的硫铵物料含水量小于1%，干燥好的硫铵物料最终通过包装机7进行打包，得到合格的硫铵产品，实现可资源化生产。

一种氨法烟气脱硫生产硫铵化肥的工艺，具有如下两个流程：脱硫结晶工艺流程和硫铵后处理工艺流程。

脱硫结晶工艺流程包括如下步骤：原烟气经脱硫塔烟气进口进入塔中，然后依次通过塔内的蒸发结晶段、吸收段和除雾段后由烟气出口排出，在此过程中通过浆液循环泵将氧化段的脱硫浆液泵入到吸收段，使浆液与烟气进行逆流接触，以将烟气中的二氧化硫等有害气体脱除；当氧化段下部浆液浓度达到1.12g/cm³至1.18g/cm³时，通过母液排出泵泵入蒸发结晶器中，当蒸发结晶器内液位达到一定高度后，通过蒸发结晶泵将浆液泵入到蒸发结晶段，使浆液与原烟气接触换热、蒸发浓缩，然后浓缩液自流回蒸发结晶器中，在蒸发结晶器中通过搅拌器、圆桶形挡板和导流筒，使结晶液循环流动，延长硫铵颗粒在结晶液的停留时间，使硫铵颗粒逐步长大，在此过程中，通过真空泵抽真空保持蒸发结晶器内的真空度为20-80kpa，在此真空度，水的饱和蒸气压降低，使水分进一步得到蒸发，从而使浆液进一步浓缩达到相对稳定的过饱和度；

硫铵后处理工艺流程包括如下步骤：当蒸发结晶器内的浆液质量浓度达到10%-30%时，通过硫铵结晶液排出泵将浆液输送到旋流器中，使浆液进一步浓缩，然后进入稠厚器，稠厚器与冷却装置相连，使浓缩液在此能够得到充分冷却，使硫铵结晶体颗粒进一步长大，之后再进入离心机进行离心分离，除去浆液中的大部分水分，得到含水量小于5%的粗产品，然后通过干燥机对得到的粗产品进一步干燥，使产品的含水量小于1%，最后通过包装机对产品进行包装即得到硫铵产品。

本发明的一个具体实施例：

2台130t/h的燃煤锅炉，所用燃煤硫含量为1.6%，烟气流量为280000Nm³/h，SO₂含量为2600mg/Nm³，烟气含尘量为50mg/Nm3，烟气温度为132℃；

脱硫塔的直径为7m，高度为40m，塔体采用碳钢内衬玻璃鳞片制造，塔体厚度范围8mm-16mm；除雾段采用两级折流板式除雾器；吸收段采用3级喷淋，喷淋层材质为FRP，液体分布器采用sic螺旋喷嘴；在吸收段与除雾段之间设置有一层格栅填料层，填料层高度为1.5m；蒸发结晶段设有一级喷淋层，FRP材质，液体分布器为sic螺旋喷嘴；氧化段高度为12m；

烟气进入到脱硫塔后，在蒸发结晶段，通过与蒸发结晶液逆流接触、传热，温度将为70℃左右，再进入吸收段中，循环吸收液流量为840Nm³/h，脱硫剂采用99.6%浓度的液氨，流量为0.39m³/h。脱硫率为98.5%，尾气中二氧化硫的含量39mg/Nm³，NH₃的含量为6mg/Nm³，含水量小于75mg/Nm³；

负压蒸发结晶器直径为2m，高度为5m；旋流器的处理量为20m³/h；稠厚器的容积为3m³，带有搅拌装置；双级推料式离心机处理能力为2t/h；采用振动流化床式干燥机，处理量为2t/h；包装机包装能力为2t/h；

循环结晶液流量为400m³/h，硫铵产量1491kg/h，其中硫酸铵含量为99.2%，相当于含氮量为21.0。

Claims (5)

1.一种氨法烟气脱硫生产硫铵化肥的装置，包括脱硫塔、蒸发结晶器、旋流器、稠厚器、离心机、干燥机和包装机，脱硫塔内由上至下为除雾段、吸收段、蒸发结晶段和氧化段，蒸发结晶段和氧化段之间设有隔板，除雾段顶部设有烟气出口，吸收段设有2-4级吸收段喷淋层，蒸发结晶段设有烟气进口和蒸发段喷淋层，氧化段设有压缩空气进口和液氨注入管，吸收段回流液出口通过管路与氧化段连接，氧化段通过浆液循环泵与吸收段喷淋层相连，蒸发结晶器通过管路和母液排出泵与氧化段连接，蒸发结晶器通过管路和蒸发结晶泵与蒸发结晶段连接；旋流器进料口与蒸发结晶器出料口相连，旋流器、稠厚器、离心机、干燥机和包装机通过管路依次相连，其特征在于：所述蒸发结晶器为负压蒸发结晶器，蒸发结晶器顶部设有搅拌器，搅拌器为螺旋桨式，螺旋桨的深入深度为蒸发结晶器的1/3-2/3；蒸发结晶器上部设有圆桶形挡板，圆桶形挡板直径为蒸发结晶器直径的1/3-3/4，圆桶形挡板内设有导流筒，导流筒直径为圆桶形挡板直径的1/3-2/3，导流筒下部位于搅拌器螺旋桨的上部；圆桶形挡板上端开口通过管路连接有真空泵。

2.根据权利要求1所述的一种氨法烟气脱硫生产硫铵化肥的装置，其特征在于：所述的除雾段设有两级折流板式除雾器并带有自动冲洗装置，两级除雾器之间间距为1.0-2.0m，除雾器最上端距烟气出口1-3m，除雾器最下端距最上一层吸收段喷淋层1-3m。

3.根据权利要求1所述的一种氨法烟气脱硫生产硫铵化肥的装置，其特征在于：所述脱硫塔氧化段中上部设有两级压缩空气气体分布器，氧化段下部离塔底0.5-2m的范围内设有侧壁搅拌装置，侧壁搅拌装置上方设有氧化空气曝气管，氧化空气曝气管下端设有曝气孔，孔径为1-10mm。

4.根据权利要求1所述的一种氨法烟气脱硫生产硫铵化肥的装置，其特征在于：所述的吸收段喷淋层和蒸发结晶段喷淋层设有液体分布器，液体分布器为螺旋锥喷嘴。

5.一种氨法烟气脱硫生产硫铵化肥的工艺，其特征在于包括如下两个流程：脱硫结晶工艺流程和硫铵后处理工艺流程，

脱硫结晶工艺流程包括如下步骤：原烟气经脱硫塔烟气进口进入塔中，然后依次通过塔内的蒸发结晶段、吸收段和除雾段后由烟气出口排出，在此过程中通过浆液循环泵将氧化段的脱硫浆液泵入到吸收段，使浆液与烟气进行逆流接触，以将烟气中的二氧化硫等有害气体脱除；当氧化段下部浆液浓度达到1.12g/cm³至1.18g/cm³时，通过母液排出泵泵入蒸发结晶器中，当蒸发结晶器内液位达到一定高度后，通过蒸发结晶泵将浆液泵入到蒸发结晶段，使浆液与原烟气接触换热、蒸发浓缩，然后浓缩液自流回蒸发结晶器中，在蒸发结晶器中通过搅拌器、圆桶形挡板和导流筒，使结晶液循环流动，延长硫铵颗粒在结晶液的停留时间，使硫铵颗粒逐步长大，在此过程中，通过真空泵抽真空保持蒸发结晶器内的真空度为20-80kpa，在此真空度，水的饱和蒸气压降低，使水分进一步得到蒸发，从而使浆液进一步浓缩达到相对稳定的过饱和度；

硫铵后处理工艺流程包括如下步骤：当蒸发结晶器内的浆液质量浓度达到10%-30%时，通过硫铵结晶液排出泵将浆液输送到旋流器中，使浆液进一步浓缩，然后进入稠厚器，稠厚器与冷却装置相连，使浓缩液在此能够得到充分冷却，使硫铵结晶体颗粒进一步长大，之后再进入离心机进行离心分离，除去浆液中的大部分水分，得到含水量小于5%的粗产品，然后通过干燥机对得到的粗产品进一步干燥，使产品的含水量小于1%，最后通过包装机对产品进行包装即得到硫铵产品。

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