CN103406014B - 一种镁法烟气脱硫系统水膨胀控制和脱硫产物清液提浓的方法 - Google Patents

Abstract

一种镁法烟气脱硫系统水膨胀控制和脱硫产物清液提浓的方法，它适用于脱硫塔内设置有脱硫产物氧化系统的镁法烟气脱硫系统，其方法是：1)从脱硫塔内连续引出塔内循环吸收液进行固液分离，固液分离产生的固态产物外排；2)将固液分离产生的滤液用于塔前预冷却喷淋对烟气进行降温，滤液被蒸发浓缩至硫酸镁工业生产许可的水平，溶解在滤液中少量亚硫酸镁被氧化为硫酸镁；3)控制脱硫系统外部补充水的补充量来维持脱硫系统水平衡，使全部的脱硫产物通过塔前预冷却段底面壁流排出脱硫循环系统进入硫酸镁回收系统回收硫酸镁产品。本发明同时实现了脱硫系统水膨胀的控制、脱硫产物中亚硫酸镁的去除和脱硫产物中硫酸镁含量的提高。

Description

一种镁法烟气脱硫系统水膨胀控制和脱硫产物清液提浓的方法

技术领域

本发明涉及镁法烟气脱硫，尤其是涉及镁法脱硫及脱硫产物综合利用过程中水膨胀的控制和脱硫产物清液提浓的方法。

背景技术

在镁法烟气脱硫过程中，脱硫系统内需采用外部补充水(工艺水)来进行塔前预冷却喷淋、除雾器冲洗和脱硫剂浆液配置，此水量相当庞大，由于锅炉或窑炉原烟气含湿量已达5-12％(v/v)，烟气对水的蒸发能力有限，其蒸发能力小于外部补充水的需要量，脱硫系统存在水膨胀现象。由于镁法脱硫系统本身需要通过排水来排出脱硫产物，适度的水膨胀有利于脱硫产物的及时排出，降低脱硫循环液中的镁含量，降低脱硫循环系统的能耗。为此，通常的镁法脱硫系统，根据原烟气含湿量和二氧化硫浓度的不同，其排液中硫酸镁含量在5-8％。

对于回收硫酸镁的镁法脱硫系统，应尽量提高脱硫系统排出的一次脱硫产物中的镁含量，以降低后续结晶过程的能耗，理想的硫酸镁含量应该是接近其硫酸镁结晶前溶液温度下的饱和浓度(25-35％)。一次脱硫产物中的硫酸镁含量受水膨胀程度影响，而且它还应满足脱硫循环浆液比重和粘度的要求，因浆液的比重和粘度直接影响脱硫效率和脱硫系统能耗，为此脱硫循环液中硫酸镁含量必须控制在20％以下。目前，常用的降低水膨胀程度的方式是采用系统内的吸收浆液替代外部补充水配置氧化镁脱硫剂，但由于其消耗的水量占外部补充水量比例极其低，为此，其起到的缓解作用极其有限。同时，由于采用的是浆液配料，其配料及熟化难度提高，计量的准确度下降，直接影响其脱硫效率和脱硫剂转化率。由于外部补充水用量最大的环节是塔前预冷却喷淋，为此，控制烟气预冷却过程的外部补充水的用量，减少进入脱硫塔烟气携带的汽化水和液态水滴，成为控制水膨胀的主要手段，目前采用的方法主要有以下三种：

1)将塔前预冷却喷淋由常规单流体雾化喷淋改为双流体雾化喷淋方式，降低喷淋雾滴的粒径以提高气液换热传质效率，降低喷淋液的过量度，减少烟气带入脱硫吸收塔的液态水滴；

2)采用常规单流体雾化喷淋，扩大塔前预冷却段截面积使液滴充分汽化，并在预冷却喷淋和脱硫塔间设置除雾器，基本做到无液态水滴带入脱硫塔；这是目前使用的主流技术，其同时能达到对烟气中氯的去除作用。

3)采用GGH(烟气再热器)替代塔前预冷却喷淋来降低原烟气温度，省却了塔前预冷却喷淋水。通过简单的热平衡和水平衡计算可以得知，采用GGH虽然使其塔前预冷却降温后的烟气含湿量有所降低，但烟气的热焓也随之降低，出塔净烟气温度及该温度下的饱和湿度也相应降低，烟气蒸发能力降低，相对于上述主流技术，其对系统水膨胀的缓解作用极其有限。

但上述烟气降温方式的改进均只能起到缓减水膨胀程度的目的，只有在原烟气同时满足SO₂浓度大于2500mg/m³和含湿量小于8％(vol％)的条件下，才能使循环吸收液硫酸镁含量达到20％的期望值。对于面广量大的燃烧中低硫煤的锅炉和含湿量高的窑炉脱硫系统，其脱硫产物中的硫酸镁含量仍然只能维持在较低的水平。为此，其后续蒸发浓缩结晶过程需消耗大量蒸汽，同时上述采用的预冷却方式均存在的投资庞大，运行成本高的缺点，使硫酸镁回收失去经济价值。

国内，清华大学镁法脱硫产物综合利用项目组(国家863项目NO2007AA061703)，对镁法脱硫回收硫酸镁技术进行了深入研究，并在此基础上取得了CN1207083C《一种氧化镁湿法烟气脱硫及产物回收新工艺》专利授权。该专利通过采用GGH(烟气再热器)缓解水膨胀，试图通过脱硫塔内烟气蒸发作用对脱硫吸收液进行提浓使其接近于工业硫酸镁生产的浓度水平，但由于其未考虑脱硫吸收对循环浆液比重和黏度要求以及脱硫系统中存在的水膨胀问题，塔内循环浆液硫酸镁含量无法达到其所期望的30％以上的目的。清华大学在其后续申请的CN100335154C《一种氧化镁烟气脱硫及产物浓浆法氧化回收工艺》专利中已关注到CN1207083C存在的“对含硫较低的煤种，其脱硫吸收液提浓的水平易受系统水平衡的制约”的技术应用的局限性。

综上所述，现有镁法脱硫系统使用的水膨胀控制和脱硫产物提浓方法，存在投资大、运行成本高、提浓水平低等缺点，同时其使用具有较大的局限性，难以在面广量大的燃烧中低硫煤的锅炉和含湿量高的窑炉烟气脱硫系统体现出经济性，部分新专利技术无经济和技术的可行性。

发明内容

脱硫系统的外部补充水主要用于除雾器冲洗、脱硫剂配制和塔前预冷却降温三个工艺环节，其中除雾器冲洗水和脱硫剂配制水用水量较少，烟气在湿法脱硫系统的蒸发量足以使其完全蒸发；塔前预冷却降温是脱硫系统主要的用水工艺环节，根据采用的预冷却喷淋方式的不同，其用水量为脱硫系统烟气蒸发量的1-2倍。各工艺环节用水对水质的要求也不同，分别有以下要求：

1)除雾器冲洗：此部分用水对水质有很高的要求，由于在冲洗过程中会形成严重的烟气液沫夹带，为此对冲洗水中盐分、固含量等均有严格要求，避免被烟气夹带形成二次污染(包括PM2.5)；

2)氧化镁浆料配置：氧化镁配置对水质要求较高，含有盐分或固形物的水会影响氧化镁的消化，同时影响供浆计量的准确度，直接影响脱硫效率和脱硫剂转化率。

3)塔前预冷却喷淋：根据不同的喷淋冷却方式，对水质要求不同，如采用双流体雾化喷头，其对补充水的中盐分和固含量的要求极高，但其用水量最少，一般只考虑喷淋量是其降温过程汽化蒸发量的1.2-1.5倍左右。采用单流体雾化喷头，其对水质的要求是清液，对盐分的要求是防止蒸发过程盐分结晶引起喷头的堵塞，其喷淋量是其降温过程汽化蒸发量的2-3倍。

本发明结合镁法脱硫系统各用水环节对水质、水量的不同要求，将脱硫系统内循环浆液制备成符合工艺要求的工艺水回用于脱硫工艺，解决脱硫系统的水膨胀问题，同时结合塔前预冷却喷淋实施对脱硫产物的二次浓缩，使之达到工业硫酸镁生产的要求。

本发明的技术方案如下：

一种镁法烟气脱硫系统水膨胀控制和脱硫产物清液提浓的方法，它适用于脱硫塔内设置有脱硫产物氧化系统的镁法烟气脱硫系统，它如图1所示，包括如下步骤：

1)从脱硫塔内连续引出塔内循环吸收液进行固液分离，固液分离产生的固态产物外排；

由于塔内设置了脱硫产物氧化系统，其一次脱硫产物亚硫酸镁已被氧化成溶解度极高的硫酸镁而溶于吸收液中，固液分离的固态产物主要为脱硫剂原料中带入的不溶性杂质和脱硫吸收过程中脱除的烟尘。

2)将固液分离产生的滤液用于塔前预冷却喷淋对烟气进行降温，滤液被蒸发浓缩至硫酸镁工业生产许可的水平，溶解在滤液中少量亚硫酸镁被氧化为硫酸镁；

固液分离产生的滤液为不饱和的硫酸镁溶液，其固形物已被去除，虽然其中的亚硫酸镁处于饱和状态，但由于亚硫酸镁的溶解度随温度的升高而提高，其不会在温度较高的塔前预冷却喷淋段产生结晶现象，完全能满足塔前预冷却喷淋对水质的要求；根据后续硫酸镁工业生产采用的结晶方式不同，其硫酸镁含量通常控制在25％-35％，过低的硫酸镁含量会提高后续浓缩结晶的能耗，过高的硫酸镁含量会引起在后续除杂过程中产生结晶现象。基于烟气浓度、温度的波动性对塔前预冷却喷淋提浓的影响，优选的硫酸镁控制浓度为30％。滤液中所含的亚硫酸镁在原烟气的高温下极易被氧化为硫酸镁，预冷却喷淋过程同时完成了对亚硫酸镁的除杂过程。

3)控制脱硫系统外部补充水的补充量来维持脱硫系统水平衡，使全部的脱硫产物通过塔前预冷却段底面壁流排出脱硫循环系统进入硫酸镁回收系统回收硫酸镁产品。

通常，除雾器冲洗和浆液配置进入脱硫系统的外部补充水量小于脱硫系统的蒸发量和脱硫产物中含水量之和，由于塔前预冷却喷淋采用的是脱硫系统内制备的清液，解决了系统水膨胀的问题，为此，其外部补充水量是完全可控的，其补充量等于脱硫系统烟气蒸发量和通过底面壁流排出脱硫循环系统水量之和。通常只需收集塔前预冷却喷淋量30％以下的塔前预冷却段底面壁流，即能在同时满足脱硫吸收系统对循环吸收液硫酸镁含量的控制要求(小于20％)和塔前预冷却喷淋量要求(喷淋汽化比大于2)，使全部的脱硫产物通过塔前预冷却段底面壁流排出脱硫循环系统。

上述镁法烟气脱硫系统水膨胀控制和脱硫产物清液提浓的方法，其特征是所述的塔前预冷却喷淋液全部采用固液分离的滤液。

基于塔前预冷段却浓缩提浓硫酸镁的目的，虽然在喷淋滤液中加入外部补充水可在降低喷淋液比重和黏度的同时完成外部补充水的添加，但在相同的预冷却段烟气的蒸发提浓能力下，外部补充水的添加越多，其对脱硫吸收系统循环吸收液中硫酸镁含量的要求越高，其结果是脱硫循环吸收系统的能耗增加。

上述镁法烟气脱硫系统水膨胀控制和脱硫产物清液提浓的方法，其特征是所述的塔前预冷却底面壁流是通过降低塔前预冷却段烟气流速来实现的。

常规塔前预冷却段烟气流速与烟道内烟气流速相等(1520米/秒)，在此流速下，绝大多数未汽化的喷淋液形成小液滴随烟气进入脱硫塔，无法在塔前预冷却段沉降形成底面壁流来满足收集浓缩后的脱硫产物的目的，降低烟气流速是实现此目的的最为经济有效的手段。

上述镁法烟气脱硫系统水膨胀控制和脱硫产物清液提浓的方法，其特征是所述的塔前预冷却喷淋段优选的烟气流速为6-11.8米/秒；

上述镁法烟气脱硫系统水膨胀控制和脱硫产物清液提浓的方法，其特征是所述的脱硫系统其在预冷却喷淋段和脱硫塔间不设置除雾器；

由于脱硫系统的水膨胀得到完全控制，允许绝大多数的塔前预冷却喷淋液随烟气带入脱硫系统，只需通过降低预冷却段的烟气流速来收集部分喷淋浓缩液即能达到收集全部脱硫产物的目的，其在大于除雾器设置控制流速下(3-5米/秒)，已完全能达到收集脱硫产物的目的。为此，无需设置除雾器来截留烟气中夹带的全部液滴，系统的投资和烟风阻力大幅降低。

上述镁法烟气脱硫系统水膨胀控制和脱硫产物清液提浓的方法，其特征是所述的塔前预冷却喷淋采用的是单流体雾化喷头；

由于无需考虑水膨胀问题对塔前预冷却喷淋量的限制，过细的塔前预冷却喷淋雾化粒径，不利于塔前预冷却喷淋液形成底面壁流加以收集，为此塔前预冷却喷淋采用的是单流体雾化喷头

上述镁法烟气脱硫系统水膨胀控制和脱硫产物清液提浓的方法，其特征是所述的塔前预冷却喷淋段的底面壁流其硫酸镁含量25-35％；

上述镁法烟气脱硫系统水膨胀控制和脱硫产物清液提浓的方法，其特征是所述的塔前预冷却喷淋量与塔前预冷却汽化量之比为2-5；

上述镁法烟气脱硫系统水膨胀控制和脱硫产物清液提浓的方法，其特征是其同样适用于基于减少脱硫系统排水目的的镁法和其它湿法脱硫工艺。

上述镁法烟气脱硫系统水膨胀控制和脱硫产物清液提浓的方法，其特征是其同样适用于基于缩小塔前预冷却系统规模和投资目的的镁法和其它湿法脱硫技术。

本发明通过采用脱硫系统内循环吸收液的滤液进行塔前预冷却喷淋，同时实现了脱硫系统水膨胀的控制、脱硫产物中亚硫酸镁的去除和不对外排放稀相脱硫产物前提下的脱硫产物中硫酸镁含量的提高。实现了任何烟气条件下对脱硫系统水膨胀的控制和脱硫产物的提浓，解决了由于脱硫系统水膨胀而限制镁法脱硫产物提浓问题。其积极意义同时在于：降低后续综合利用能耗、降低脱硫循环吸收系统能耗、缩小塔前预冷却的装置规模和投资，提高综合利用的回收率使脱硫过程实现了脱硫产物零排放。同时对于其它湿法脱硫系统排水量的控制和降低塔前预冷却系统的规模和投资也有积极的应用价值。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图，

其中：1为原烟气烟道，2为脱硫塔，3为塔底储液段，4为喷淋层，5为除雾器，6为湿烟囱，7为压滤机，8为氧化镁配料罐，9为塔前预冷却喷淋，10为氧化系统

具体实施方式

如工艺流程图1所示：经过除尘处理的原烟气经原烟气烟道1进入脱硫系统，经塔前预冷却喷淋9喷淋冷却后送入脱硫吸收塔2，与喷淋层4喷出的脱硫循环浆液逆流接触吸收SO₂，经过除雾器5除雾后经塔顶湿烟囱6排空，塔底储液段3设置脱硫产物氧化系统10；作为脱硫剂的氧化镁粉，在氧化镁配料罐8与外部补充水混合进行配浆，氧化镁浆料进入脱硫塔2进行循环喷淋吸收。部分循环喷淋浆液连续进入压滤机7，滤液泵入塔前预冷却喷淋9对原烟气进行冷却降温，同时完成对喷淋液中硫酸镁的浓缩提浓和亚硫酸盐的氧化，收集塔前预冷却段的底面壁流进行综合利用回收硫酸镁。固液分离滤渣外排。脱硫系统外部工艺水的补充通过除雾器冲洗、氧化化镁浆液配浆、和直接向脱硫塔内添加三个途径实现：

按上述流程实施某企业窑炉烟气脱硫及脱硫产物提浓，窑炉工况烟气量108万立方米/小时，脱硫效率90％。塔前预冷却段长6米，预冷却段与脱硫塔间不设置除雾器，控制塔内脱硫循环吸收浆液中硫酸镁含量小于20％，塔前预冷却喷淋全部采用固液分离滤液，喷淋量与汽化量比按最低值2设置。上述装置，按烟气极端工况条件范围设置脱硫及脱硫产物提浓系统，即：烟气浓度SO₂范围按500-3500毫克/立方米，烟气温度120-180度，烟气含湿率量6-12％。分别实施，实施例见附表：

由实施例1-3可见，在常规烟气条件下，均能在满足脱硫循环系统要求的前提下，即：塔内循环浆液硫酸镁含量小于20％，塔前预冷却喷淋量与汽化量比大于2、不排放稀相脱硫产物的前提下，将全部的脱硫产物通过本发明提浓硫酸镁工业生产所需的25-35％的含量。但进预冷却段烟气流速需从常规的15-20米/秒降至7.07-8.48米/秒。

由实施例4-6可见，在高SO₂浓度烟气条件下(3500毫克/立方米)，由于需外排的预冷却段底面壁流量增加，如按喷淋汽化比3，需将烟气流速降至6.73米/秒，才能达到需要的塔前预冷却段底面壁流的收集量。也可通过实施例5，即提高喷淋汽化比至5，降低对烟气流速的要求，降低塔前预冷却段的规模，但其脱硫循环吸收液中的硫酸镁含量要求提高至20％的极限值，塔前预冷却喷淋量增加，系统运行电耗增加，但在可接受的范围内。即使在最为极端的情况下，按实施例6，烟气SO₂浓度(3500毫克/立方米)，塔前预冷却喷淋汽化量最低的情况下(烟气温度120度，含湿率5％，塔前预冷却喷淋汽化量15.72吨/小时)，在满足塔内循环浆液硫酸镁含量低于20％的前提下设置塔前预冷却喷淋量与汽化量的比至2.33的极限值，其烟气流速在6米/秒的条件下，也可满足对塔前预冷却喷淋液的收集要求。其塔前预冷却烟道规模及运行能耗均在可接受的范围内。

由实施例7-8可知，在极低SO₂浓度下(500毫克/立方米)，在同时满足塔内循环浆液硫酸镁浓度不大于20％，塔前预冷却喷淋量与预冷却汽化量比不低于2％，全部通过塔前预冷却壁流排放脱硫产物，脱硫产物的浓度在25-35％间是完全可控的，但即使是在最小外排预冷却段壁流量占喷淋量比的情况下，其进预冷却段烟气流速也需控制在11.8米/秒以下，低于常规预冷却喷淋段15-20米/秒的烟气流速。

实施例1-8的具体实施参数见下表：

Claims (10)

1.一种镁法烟气脱硫系统水膨胀控制和脱硫产物清液提浓的方法，它适用于脱硫塔内设置有脱硫产物氧化系统的镁法烟气脱硫系统，其特征是它包括如下步骤：

1)从脱硫塔内连续引出塔内循环吸收液进行固液分离，固液分离产生的固态产物外排；

2)将固液分离产生的滤液用于塔前预冷却喷淋对烟气进行降温，滤液被蒸发浓缩至硫酸镁含量控制在25％-35％，达到工业生产许可的水平，溶解在滤液中少量亚硫酸镁被氧化为硫酸镁；

3)控制脱硫系统外部补充水的补充量来维持脱硫系统水平衡，使全部的脱硫产物通过塔前预冷却段底面壁流排出脱硫循环系统进入硫酸镁回收系统回收硫酸镁产品。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤2)所述的滤液，被蒸发浓缩至硫酸镁含量控制在25％-35％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的塔前预冷却喷淋液全部采用固液分离的滤液。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的塔前预冷却底面壁流是通过降低塔前预冷却段烟气流速来实现的。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征是：所述的塔前预冷却喷淋段烟气流速为6-11.8米/秒。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的脱硫系统在预冷却喷淋段和脱硫塔间不设置除雾器。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的塔前预冷却喷淋采用的是单流体雾化喷头。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的塔前预冷却喷淋量与塔前预冷却汽化量之比为2-5。

9.权利要求1所述的方法，其特征是：它同样适用于基于减少脱硫系统排水目的的镁法和其它湿法脱硫工艺。

10.权利要求1所述的方法，其特征是：它同样适用于基于缩小塔前预冷却系统规模和投资目的的镁法和其它湿法脱硫技术。