CN103252158B

CN103252158B - 脱硫系统及其脱硫工艺

Info

Publication number: CN103252158B
Application number: CN201310153087.1A
Authority: CN
Inventors: 高翥; 高翀; 张明
Original assignee: 高翀
Current assignee: Nine Technologies Ltd
Priority date: 2013-04-27
Filing date: 2013-04-27
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2033-04-27
Also published as: CN103252158A

Abstract

本发明公开了一种脱硫系统，包括塔体，所述塔体的中部设有烟气入口，塔体的顶部设有净烟气出口，塔体的下部形成容纳浆液的浆池，所述浆池上设有混合液出口；所述烟气入口至所述净烟气出口段从下至上依次设有浆液喷淋层、升气帽以及清水喷淋层；所述浆池的底部分别与氧化机构、供氨机构相连；还包括浆液循环机构和清水循环机构。本发明还提供一种脱硫工艺，该工艺耗水量低，使净烟气中饱和水蒸气量下降30～40%，降低了外界清水的消耗。本发明的运行成本低，蒸汽消耗是氨-肥法工艺的20%，电耗是氨-肥法工艺的40%。本发明氨的逃逸率低，净烟气中氨气含量低于8mg/Nm³，无三废排放，不对环境造成二次污染。

Description

脱硫系统及其脱硫工艺

技术领域

本发明涉及化工气体脱硫领域，特别是涉及锅炉烟气的脱硫系统及其脱硫工艺。

背景技术

目前的湿式氨法脱硫技术主要有氨-肥法、氨-酸法和氨-亚硫酸铵法。

1）氨-肥法脱硫技术

采用氨水作为脱硫剂，在脱硫塔内大量循环硫酸铵和亚硫酸铵溶液使其与烟气中的SO₂反应以脱除SO₂，生成副产物硫酸铵与亚硫酸铵，在脱硫塔底部利用空气曝气的方法将亚硫酸铵氧化成硫酸铵，硫酸铵溶液排出后经过滤、蒸发、离心、干燥后生产出硫酸铵晶体，包装入库，完成脱硫及硫铵产品的回收过程。

2）氨-酸法脱硫技术

氨酸法与氨-肥法工艺类似，该方法主要用于冶金行业，用硫酸、磷酸、硝酸等酸将脱硫产物亚硫铵酸解，生成相应的铵盐和气体SO₂，铵盐送至制肥装置，制成成品氮肥或复合肥；气体SO₂既可制造液体SO₂又可送硫酸制酸装置生产硫酸。

3）氨-亚硫铵法

该方法采用氨水作脱硫剂，稀释到所需浓度后喷入脱硫塔与SO₂反应生成亚硫酸铵溶液，部分溶液循环使用，未循环的亚硫酸铵溶液由于浓度较低（远低于饱和状态）作为副产物溶液外排，从而完成脱硫过程。

以上三种方法都存在以下缺陷：烟气与循环浆液进行传热传质后，烟气以饱和湿烟气状态排放进入大气，烟气中含有大量的水蒸气，脱硫装置耗水量很大，对于西部缺水地区，制约了氨法脱硫的使用；氨利用率低，部分气态氨极易随烟气逃逸，造成二次污染。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种脱硫系统及其脱硫工艺，以降低脱硫装置的耗水量，提高氨的利用率。

基于上述目的，本发明提供的脱硫系统包括：

脱硫吸收塔，所述脱硫吸收塔包括塔体，所述塔体的中部设有烟气入口，塔体的顶部设有净烟气出口，塔体的下部形成容纳浆液的浆池，所述浆池上设有混合液出口；所述烟气入口至所述净烟气出口段从下至上依次设有浆液喷淋层、升气帽以及清水喷淋层；所述浆池的底部分别与氧化机构、供氨机构相连；

浆液循环机构，所述浆液循环机构的入口与浆池相连，出口与浆液喷淋层相连；和

清水循环机构，所述清水循环机构的入口与升气帽相连，出口与清水喷淋层相连。

可选地，所述喷淋层的上方设有用于降低所述净烟气温度的换热管，所述换热管沿塔体径向设置。

较佳地，所述换热管为排管式换热管，且与冷流体储槽相连，使所述冷流体流入换热管对所述净烟气进行降温。

较佳地，所述排管式换热管的冷流体入口和冷流体出口位于塔体的同一侧，与冷流体入口相连的换热管和与冷流体出口相连的换热管形成回路，且所述冷流体入口低于冷流体出口。

优选地，所述排管式换热管的各回路之间平行设置，所述回路与塔体壁呈5～15°夹角。

可选地，所述供氨机构通过扰动泵与浆池底部相连，浆池底部沿水平方向分布有扰动喷头，使浆液和氨水通过扰动喷头进入浆池。

可选地，所述清水循环机构包括与升气帽相连的清水循环槽和清水循环泵，且清水循环泵的入口与清水循环槽相连，清水循环泵的出口与清水喷淋层相连。

较佳地，所述清水循环槽与浆池和/或供氨机构相连。

可选地，所述换热管的上方设有除雾层。

较佳地，所述除雾层包括多级除雾器和设置于所述除雾器之间的冲洗喷淋。

本发明还提供一种脱硫工艺，所述脱硫工艺根据上述脱硫系统进行脱硫，包括：

供氨机构将氨水输入浆池底部；

烟气经烟气入口进入脱硫吸收塔，向脱硫吸收塔上方流动，进入浆液喷淋层，液气比为8～9，与浆液喷淋层喷出的循环浆液逆流接触，除去烟气中的二氧化硫和粉尘，并使所述烟气的温度降低至50～70℃；

脱硫后净烟气通过升气帽继续向上流动，经过清水喷淋层，与清水喷淋层喷出的清水逆流接触，以除去净烟气中所夹带的铵盐、气态氨以及降低净烟气中夹带的液滴浓度；与此同时，与净烟气接触后的清水通过升气帽流入清水循环机构，实现清水的循环利用；

脱硫后净烟气继续向上流动，与换热管接触，所述换热管内流动着冷流体，使所述净烟气温度降至45～60℃；

随后，所述净烟气继续向上流动，进入除雾层，使净烟气中液滴浓度小于50mg/Nm³；然后，所述净烟气从净烟气出口排入大气；

同时，氧化机构将氧化空气送入浆池中，将亚硫酸铵氧化成硫酸铵，随着吸收、氧化、浓缩的发生，浆液中硫酸铵溶液的浓度不断升高，浆液中不断有硫酸铵固体晶粒析出；

最后，浆池中积累的含有5～10%硫酸铵固体晶粒的浆液通过混合液出口送入硫酸铵回收系统生产硫酸铵成品。

较佳地，当所述净烟气与换热管接触时，所述换热管对净烟气进行再分布，使净烟气进入除雾层前流速均匀；同时，所述净烟气与所述换热管接触碰撞，净烟气中携带的小液滴相互碰撞成长为大液滴而沉降。

从上面所述可以看出，本发明提供的脱硫系统和脱硫工艺起到以下积极效果：耗水量低，通过降低饱和净烟气的温度，使净烟气中饱和水蒸气量下降30～40%，降低了外界清水的消耗。当所述净烟气与换热管接触时，所述换热管能够对净烟气进行再分布，使净烟气进入除雾层前流速均匀；同时，所述净烟气与所述换热管接触碰撞，净烟气中携带的小液滴相互碰撞成长为大液滴而沉降，从而起到除雾的效果。

和传统工艺比较，可节水60%以上。本发明的运行成本低，蒸汽消耗是氨-肥法工艺的20%，电耗是氨-肥法工艺的40%，硫铵回收产生可观的“正效益”，符合国家倡导的循环经济和可持续发展。本发明氨的逃逸率低，净烟气中氨气含量低于8mg/Nm³，无三废排放，不对环境造成二次污染。

附图说明

图1为本发明实施例高温锅炉烟气脱硫系统的结构示意图；

图2为本发明实施例排管式换热管沿着图1中的线A-A截取的截面图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提供的脱硫系统，包括：

参考图1，其为本发明实施例高温锅炉烟气脱硫系统的结构示意图。作为本发明的一个实施例，本发明提供的脱硫系统包括脱硫吸收塔，所述脱硫吸收塔包括塔体1，所述塔体1的中部设有烟气入口101，塔体1的顶部设有净烟气出口102，塔体1的下部形成容纳浆液的浆池104，所述浆池104上设有混合液出口103；所述烟气入口101至所述净烟气出口102段从下至上依次设有浆液喷淋层2、升气帽3、清水喷淋层4、用于降低所述净烟气温度的换热管和除雾层6。

所述脱硫系统还包括用于氧化浆液的氧化机构、用于向浆池104提供氨水的供氨机构、浆液循环机构和清水循环机构，所述氧化机构和供氨机构均与浆池104底部相连，所述浆液循环机构的入口与浆池104相连，出口与浆液喷淋层2相连，所述清水循环机构的入口与升气帽3相连，出口与清水喷淋层4相连。

在本实施例中，所述供氨机构为氨水储槽7，以氨水为吸收剂，在氨水储槽7中配置氨水，将液氨转化成8～20%的氨水，配置好的氨水通过泵送入浆池104底部。

较佳地，所述供氨机构通过扰动泵701与浆池104底部相连，浆池104底部沿水平方向分布有扰动喷头702。氨水先进入扰动泵701，再与扰动浆液一并通过扰动喷头702进入浆池104，用于吸收烟气中的二氧化硫等酸性物质，同时避免晶体沉积。优选地，所述扰动喷头702均匀地分布于浆池104底部。

所述氧化机构可以为氧化风机6，所述氧化机构6与浆池104底部相连，浆池104底部沿水平方向分布有氧化喷头601，氧化空气通过氧化喷头601喷入浆池104中。可选地，氧化喷头601的安装位置可以高于扰动喷头702的安装位置。

所述浆液循环机构为浆液循环泵201，浆液循环泵201的入口与浆池104相连，浆液循环泵201的出口与浆液喷淋层2相连。120～140℃的高温锅炉烟气经过电除尘后进入塔体中部的烟气入口101，与浆液喷淋层2喷出的循环浆液逆流接触，进行传热（降低烟气的温度）和传质（脱除烟气中的SO₂和粉尘），烟气在此过程中因绝热蒸发而冷却，所述烟气的温度降至50～70℃，该温度使烟气在吸收塔中脱除二氧化硫的效果是最好的。循环液气比控制在8～9，同时控制浆池中浆液的液面低于塔体1中部的烟气入口101。

所述清水循环机构包括与升气帽3相连的清水循环槽302和清水循环泵301，且清水循环泵301的入口与清水循环槽302相连，清水循环泵301的出口与清水喷淋层4相连。脱硫后净烟气（50～70℃）通过升气帽3进入清水喷淋层4，清水由清水循环槽302经清水循环泵301加压后，通过清水喷淋层4喷出，与上升的脱硫后净烟气逆流接触，液气比可以为8～9。通过清水洗涤所述脱硫后净烟气中的少量氨气、硫酸铵晶粒以及降低净烟气中夹带的液滴浓度，从而降低氨逃逸，提高氨利用率。与此同时，与净烟气接触后的清水通过升气帽3下面的抽出口流入清水循环槽302，实现清水的循环利用。

较佳地，所述清水循环槽302还与浆池104相连，将清水补充到浆池104中。可选地，也可以将清水循环槽302与氨水储槽7相连，用于配置氨水，进一步提高清水的利用率。

需要说明的是，所述清水循环槽302中的清水由脱硫系统以外的清水供应系统提供，作为吸收塔补水的水源，整个脱硫系统消耗的清水可以全部由清水循环槽302提供，保证清水中的盐浓度低于1%。因脱硫系统对水质要求不高，可以将工厂所用的河水、地下水等作为清水。

脱硫后净烟气经过清水喷淋层4洗涤净化后，与清水喷淋层4上方沿塔体径向设置的换热管接触，净烟气温度由50～70℃降至45～60℃，净烟气中饱和水蒸气量下降30～40%，降低了外界清水的消耗。

可选地，所述换热管为沿塔体径向设置的排管式换热管5，且与冷流体储槽501相连，所述储槽501中的冷流体流入排管式换热管5对所述净烟气进行降温。图2为本发明实施例排管式换热管沿着图1中的线A-A截取的截面图。所述排管式换热管5的冷流体入口和冷流体出口位于塔体1的同一侧，与冷流体入口相连的换热管503和与冷流体出口相连的换热管502形成回路，且所述冷流体入口低于冷流体出口。优选地，所述排管式换热管5的各回路之间平行设置，所述回路与塔体壁呈5～15°夹角，形成图2所示的上、下两层换热管502、503，两层换热管交错排列，成三角形。

上、下两根换热管为一个回路，冷流体从下面的换热管502进入，从上面的换热管503流出。作为一个实施例，下面的换热管502由同一个冷流体入口总管连接，上面的换热管503由同一个冷流体出口总管连接。可选地，所述换热管5采用不锈钢管，换热管的数量、直径、排列间距可以根据塔径和取热量来确定。

塔内换热器在降低净烟气温度的同时，也对净烟气进行再分布，降低净烟气中的液体夹带，提高除雾器除雾效果。净烟气经过清水喷淋层4后，整个吸收塔截面喷淋水量的局部差异会导致净烟气通过时局部压降和流速的差异，当净烟气通过排管式换热管5时，两层水平交错排列的换热管（502和503）将整个吸收塔截面分割为一道道均匀的通道，继而对净烟气进行再分布，保证净烟气进入除雾层6前流速均匀，提高除雾层6的除雾效率。另外，两层水平交错排列的换热管（502和503）本身也具有除雾效果（类似管式除雾器），当净烟气经过换热管5时，净烟气与换热管5接触碰撞，净烟气中携带的小液滴相互碰撞成长为大液滴而沉降，从而起到除雾的效果。

需要指出的是，冷流体与净烟气换热后，冷流体温度升高，升温后的冷流体进入冷却塔，通过通风降温或者制冷机构降温，使冷流体的温度降为25～30℃，降温后的冷流体再进入换热管5，循环使用。

脱硫后净烟气与换热管接触后，再经过除雾层6除雾，使净烟气中液滴浓度小于50mg/Nm³，最后脱硫后的净烟气经净烟气出口102排入大气。所述除雾层6包括多级除雾器，还可以进一步包括除雾器间的冲洗喷淋，所述冲洗喷淋能够间歇性地喷出清水，冲洗除雾器，可以及时去除除雾器上面的附着物，以免除雾器堵塞。

为达到较好的除雾效果，除雾器一般设计为二级除雾（即两层），两级除雾器之间设置有能喷出清水的冲洗喷淋。需要说明的是，该清水由脱硫系统以外的清水供应系统提供，可以是向清水循环槽302供应清水的同一清水供应系统提供。

所述浆池104上的混合液出口103通过排出泵801与硫酸铵回收系统8相连。随着吸收、氧化和浓缩的发生，浆液中硫酸铵含量逐渐增加，浆液中硫酸铵浓度达到45%以上，直至浆液中有5%的固含量，硫酸铵晶体析出，含有5～10%硫酸铵固体晶粒的浆液由排出泵801排至硫酸铵回收系统8。

所述硫酸铵回收系统8可以包括旋流器，离心机，干燥器和螺旋给料机等，含有5～10%硫酸铵固体晶粒的浆液通过旋流器进行固液分离，分离出的硫酸铵晶体经离心机脱水，使含水率＜5%，然后将含水率＜5%的晶体送入干燥器进行干燥，进一步脱水使含水率＜1%。液相全部返回脱硫吸收塔，含水率＜1%的硫酸铵成品经过螺旋给料机送到包装机包装成袋入库，完成整个过程。

所述吸收塔的外管线上还设置有pH监测仪，用于测量浆液的pH值，通过调节进入吸收塔的氨量或排出吸收塔的浆液浓度，使脱硫塔浆池pH值维持在5.5～6.0之间，以保证SO₂的吸收。

供氨机构将氨水输入浆池底部；

作为本发明的一个实施例，所述脱硫工艺包括以下步骤：

1.氨水制备

以氨水为吸收剂，氨水储槽7中配置氨水，将液氨转化成8～20%的氨水，配置好的氨水通过泵送入浆池104底部。较佳地，氨水先进入扰动泵701，再与扰动浆液一并通过扰动喷头702进入浆池104，用于吸收烟气中的二氧化硫等酸性物质，同时避免晶体沉积。

2.脱硫反应

120～140℃的高温锅炉烟气经过电除尘后进入塔体中部的烟气入口101，与浆液喷淋层2喷出的循环浆液逆流接触，进行传热（降低烟气的温度）和传质（脱除烟气中的SO₂和粉尘），烟气在此过程中因绝热蒸发而冷却，所述烟气的温度降至50～70℃。循环液气比控制在8～9，同时控制浆池中浆液的液面低于塔体1的中部设有烟气入口101。反应过程如下：

2NH₃+H₂O+SO₂=(NH₄)₂SO₃ （1）

(NH4)₂SO₃+SO₂+H₂O=2NH₄HSO₃ （2）

2NH₄HSO₃+2NH₃=2(NH₄)₂SO₃（3）

3.清水喷淋

脱硫后净烟气通过升气帽3进入清水喷淋层4，清水由清水循环槽302经清水循环泵301加压后，通过清水喷淋层4喷出，与上升的脱硫后净烟气逆流接触，液气比控制为8～9。通过清水洗涤所述脱硫后净烟气中的少量氨气、硫酸铵晶粒以及降低净烟气中夹带的液滴浓度，从而降低氨逃逸，提高氨利用率。与此同时，与净烟气接触后的清水通过升气帽3下面的抽出口流入清水循环槽302，实现清水的循环利用。

4.净化及降温

脱硫后净烟气经过清水喷淋层4洗涤净化后，继续向上流动，与清水喷淋层4上方的换热管接触，净烟气温度由50～70℃降至45～60℃，净烟气中饱和水蒸气量下降30～40%，降低了外界清水的消耗。

随后，所述净烟气继续向上流动，进入除雾层，使净烟气中液滴浓度小于50mg/Nm³；然后，所述净烟气从净烟气出口排入大气。

5.亚硫酸铵氧化

同时，氧化空气通过氧化机构输送到浆池底部，使浆液中的亚硫酸铵溶液与空气进行氧化反应，主要反应为：

(NH4)₂SO₃﹢1/2O₂=(NH₄)₂SO₄ （4）

NH₄HSO₃﹢1/2O₂=NH₄HSO₄ （5）

NH₄HSO₄＋(NH4)₂SO₃=(NH4)₂SO₄＋NH₄HSO₃ （6）

6.硫酸铵溶液浓缩、分离、回收

随着吸收、氧化和浓缩的发生，浆液中硫酸铵含量逐渐增加，浆液中硫酸铵浓度达到45%以上，硫酸铵晶体析出，直至浆液中有5%的固含量，含有5～10%硫酸铵固体晶粒的浆液由排出泵801排至硫酸铵回收系统8。

在硫酸铵回收系统8中，含有5～10%硫酸铵固体晶粒的浆液通过旋流器进行固液分离，分离出的硫酸铵晶体经离心机脱水，使含水率＜5%，然后将含水率＜5%的晶体送入干燥器进行干燥，进一步脱水使含水率＜1%。液相全部返回脱硫吸收塔，含水率＜1%的硫酸铵成品经过螺旋给料机送到包装机包装成袋入库，完成整个过程。

此时不需要停止步骤1～5，吸收二氧化硫的过程是连续的，但浆液排至硫酸铵回收系统是间歇性的，这样可以灵活调节硫酸铵回收系统的操作，不因后续硫酸铵回收系统的操作影响吸收塔的操作。

较佳地，通过调节进入吸收塔的氨量或排出吸收塔的浆液浓度，使脱硫塔浆池pH值维持在5.5～6.0之间，以保证SO₂的吸收。

如上所述，本发明提供的脱硫系统和脱硫工艺起到以下积极效果：耗水量低，通过降低饱和净烟气的温度，使净烟气中饱和水蒸气量下降30～40%，降低了外界清水的消耗。当所述净烟气与换热管接触时，所述换热管能够对净烟气进行再分布，使净烟气进入除雾层前流速均匀；同时，所述净烟气与所述换热管接触碰撞，净烟气中携带的小液滴相互碰撞成长为大液滴而沉降，从而起到除雾的效果。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1. 一种脱硫系统，其特征在于，包括：

清水循环机构，所述清水循环机构的入口与升气帽相连，出口与清水喷淋层相连；

所述清水喷淋层的上方设有用于降低所述净烟气温度的排管式换热管，所述排管式换热管沿塔体径向设置，且与冷流体储槽相连，使所述冷流体流入换热管对所述净烟气进行降温；所述排管式换热管的冷流体入口和冷流体出口位于塔体的同一侧，与冷流体入口相连的换热管和与冷流体出口相连的换热管形成回路，且所述冷流体入口低于冷流体出口。

2. 根据权利要求1所述的脱硫系统，其特征在于，所述排管式换热管的各回路之间平行设置，所述回路与塔体壁呈5~15^o夹角。

3. 根据权利要求1所述的脱硫系统，其特征在于，所述清水循环机构包括与升气帽相连的清水循环槽和清水循环泵，且清水循环泵的入口与清水循环槽相连，清水循环泵的出口与清水喷淋层相连。

4. 根据权利要求3所述的脱硫系统，其特征在于，所述清水循环槽与浆池和/或供氨机构相连。

5. 根据权利要求1所述的脱硫系统，其特征在于，所述换热管的上方设有除雾层。

6. 一种脱硫工艺，其特征在于，包括：

供氨机构将氨水输入浆池底部；

烟气经烟气入口进入脱硫吸收塔，向脱硫吸收塔上方流动，进入浆液喷淋层，液气比为8~9，与浆液喷淋层喷出的循环浆液逆流接触，除去烟气中的二氧化硫和粉尘，并使所述烟气的温度降低至50~70℃；

脱硫后净烟气继续向上流动，与换热管接触，所述换热管内流动着冷流体，使所述净烟气温度降至45~60℃；

最后，浆池中积累的含有5~10%硫酸铵固体晶粒的浆液通过混合液出口送入硫酸铵回收系统生产硫酸铵成品。

7. 根据权利要求6所述的脱硫工艺，其特征在于，当所述净烟气与换热管接触时，所述换热管对净烟气进行再分布，使净烟气进入除雾层前流速均匀；同时，所述净烟气与所述换热管接触碰撞，净烟气中携带的小液滴相互碰撞成长为大液滴而沉降。