一种烟气脱硫与废液氧化联合装置
技术领域
本发明涉及一种烟气脱硫装置,属于环境治理领域。本发明特别涉及一种烟气脱硫与废液氧化联合装置。
背景技术
二氧化硫(SO2)是一种全球性的大气污染物,其危害主要为形成酸雨。另外,环境中的 SO2可致使儿童免疫力功能下降,民众呼吸道、眼部患病率增加等。在炼油厂,催化汽油吸附脱硫装置是一种新型的生产装置,在它的吸附剂再生过程中产生烟气,其中二氧化硫浓度一般为10000~100000mg/m3,氧含量一般为2000~10000mg/m3,必须进行烟气脱硫处理。
目前,烟气脱硫主要采用的工艺有干法和湿法两大类,其中湿法烟气脱硫工艺包括:石灰石-石膏法、海水法、湿式氨法、双碱法及镁法烟气脱硫工艺等;干式烟气脱硫技术主要有:喷雾干燥法、炉内喷钙法、循环流化床干法及荷电干式吸收剂喷射脱硫技术等。上述工艺均需要碱剂制备、制浆、输送、产物干化、废水处理及产物储运等环节,具有工艺流程长、设备台(套)数量多、占地大、投资大、运行费用高及产渣量大等缺点。以石灰石-石膏法为例,其流程包括:石灰石存储、破碎、磨粉、筛分、制浆、喷淋吸收、石膏分离、干化、储运及废水处理等环节,涉及设备数量很多,设备规模很大,其设备投资费用和运转费用均很高。烟气脱硫装置一般包括喷淋塔、动力波洗涤塔、文丘里洗涤塔、填料吸收塔等,脱硫后的富吸收液还要进行空气强制氧化,实现废液的达标排放。但这些单独的烟气脱硫装置和氧化装置的简单的组合不但无法满足高二氧化硫烟气脱硫的需求,而且富吸收液的氧化处理时,功耗过大,无法满足外排污水的要求。对于一些二氧化硫浓度较高的烟气来说,很难同时实现烟气和外排污水的达标排放。
CN200510010119.8公开了一种内循环多级喷动流态化烟气脱硫塔,塔体为自下向上截面阶梯增大的倒锥体形状;塔体中的一级倒锥体的下端面与文丘里加速管的上端面固定连接,一级倒锥体的上端面与一级喷动腔室的下端面固定连接,一级喷动腔室的上端面与二级倒锥体的下端面固定连接,二级倒锥体的上端面与二级喷动腔室的下端面固定连接。该装置虽然可以在一定程度上提高脱硫效果,但对于高浓度烟气仍不能达到所需的脱硫效果。
CN102049167B公开了一种高浓度烟气脱硫方法及装置,高二氧化硫浓度烟气依次通过喷水降温器、文丘里预洗涤器、鼓泡接触区、喷淋填料塔、脱硫分离塔,设置两级吸收剂循环储槽,第一级吸收剂循环储槽内吸收剂输送至文丘里预洗涤器和喷淋填料塔,文丘里预洗涤器和喷淋填料塔排出的液相物料返回第一级吸收剂循环储槽,鼓泡接触区设置在第一级吸收剂循环储槽内;第二级吸收剂循环储槽内吸收剂输送至动力波洗涤塔和喷淋分离塔,动力波洗涤塔和喷淋分离塔排出的液相物料排入第二级吸收剂循环储槽。该装置虽然可以在一定程度上提高高浓度烟气的脱硫效果,但是吸收高浓度二氧化硫得到的富吸收液盐浓度很高,通过鼓泡反应器进行强制氧化,功耗明显加大,甚至废液不能达标排放。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种烟气脱硫与废液氧化联合装置,通过优化脱硫工艺和装置,在提高脱硫效率的基础上,同时实现废液的充分氧化,从而达标排放。烟气吸收和废液氧化均在一套整体装置内实现,并且利用原烟气进行废液氧化,大大节省了能耗。本发明的脱硫氧化联合装置,与现有同类装置相比具有设备简单、脱硫效率高、氧化效率高、装置集成度高等特点,在进行脱硫吸收的同时,进行氧化反应,外排废液和废气均达到环保要求。
本发明的一种烟气脱硫与废液氧化联合装置,包括以下内容:
一种烟气脱硫与废液氧化联合装置,包括一级循环氧化系统和二级循环吸收系统;其中一级循环氧化系统沿烟气流动方向包括喷淋塔、烟气导流管和一级循环槽,一级循环槽内设置有鼓泡接触区构件,一级循环槽通过一级吸收液输送装置与喷淋塔相连,在所述的喷淋塔内设置若干个竖直向上的液相喷嘴;二级循环吸收系统包括二级循环槽、喷淋填料塔、除雾器和将二级循环槽与喷淋填料塔相连的二级吸收液输送装置;其中所述的一级循环槽与二级循环槽通过上部的溢流管道连接。
本发明的烟气脱硫与废液氧化联合装置中,所述的烟气导流管位于一级循环槽中,上端与喷淋塔轴向连接。其中所述的鼓泡接触区构件可以采用本技术领域中的常规鼓泡结构。如在本发明中,所述的鼓泡接触区构件优选采用至少一级、最好为多级的鼓泡板式结构。所述的鼓泡板式结构通常包括泡罩板或气体分布板。所述的泡罩板或气体分布板分别包括隔板和隔板上均匀分布的若干泡罩(或板孔),若干降液管贯穿隔板设置。
本发明的联合装置中,所述的泡罩板或气体分布板优选为至少2层,最好为2~4层。在一种具体实施方式中,所述的隔板上还可以设置若干泪孔,用于装置检修时放净隔板上的吸收液。泪孔的大小一般为3~10mm。
根据本发明的烟气脱硫与废液氧化联合装置,鼓泡接触区的最上层隔板上设置的降液管的上端开口一般应当低于溢流管道的下沿,如最上层隔板上设置降液管上端开口高度一般低于溢流管道下沿30~300mm。除最上层隔板外,其他层隔板上设置降液管的上端开口应当低于相邻的上层隔板设置的泡罩的下沿,以保证在相邻的上层隔板的泡罩与下层降液管之间能够形成气相空间。而最下层隔板的泡罩的下沿亦要高于导流管的下端开口。所述的隔板除了设置泡罩和降液管以外,还设置有氧化催化剂床层。
本发明的烟气脱硫与废液氧化联合装置中,在所述的隔板上设置有催化剂床层,所述的催化剂为氧化催化剂,如MnO、Fe2O3、CuO中的一种或几种。所设置催化剂床层的上沿应当低于本层降液管的上端开口。
本发明的烟气脱硫与废液氧化联合装置中,还可以在喷淋塔之前设置急冷器,用于对高温烟气进行降温。在所述的急冷器上一般设置工艺水管路,可以输入工艺水用作急冷介质。
所述的一级吸收剂输送装置一般包括一级循环泵和一级循环管路,在一级循环管路上设置废碱液排出管路。同样,所述的二级吸收剂输送装置亦包括二级循环泵和二级循环管路,在二级循环管路上还设置有新鲜碱液输入管路。
本发明的烟气脱硫与废液氧化联合装置中,所述的喷淋塔下端与烟气导流管可以采用焊接方式连接。在一种首选的具体实施方式中,所述的喷淋塔下端与烟气导流管之间采用变径连接。烟气导流管的直径一般不大于整个一级循环槽直径的1/10倍。
本发明的联合装置中,所述泡罩板或气体分布板上设置的降液管的下部开口,泡罩开口和烟气导流管下部开口处可以开有齿槽。
本发明的联合装置中,一级循环槽和二级循环槽底部优选为锥形,槽底用裙座作为支撑。
本发明的烟气脱硫与废液氧化联合装置中,所述的喷淋塔采用逆喷结构。即在喷淋塔内设置若干个向上的液相喷嘴,烟气从喷淋塔的上部进入,向下流动,并与液相喷嘴向上喷出的吸收液逆流接触吸收。本发明中的所述的液相喷嘴可以采用本发明常见的喷嘴结构。
本发明优选采用具有以下结构的喷嘴,喷嘴包括喷嘴本体和接管,喷嘴本体固定在接管的上端,其特征在于,在喷嘴本体的下面设置一个集液槽,所述的集液槽与喷嘴同轴,集液槽的底部与接管形成密闭连接,集液槽的槽口高于喷嘴本体。
根据本发明的联合装置,其中所述接管的下端可以通过螺纹、卡槽、焊接等方式同浆液管连接,或者可以直接选取浆液管的末端作为接管。喷嘴本体可以通过螺纹连接、焊接、或卡槽结构固定在接管的上端。
所述的集液槽的水平截面可以为圆形、或规则的多边形如正方形、长方形等形状。集液槽的直径(或当量直径)大于喷嘴的最大直径。集液槽的具体直径应当视喷淋塔的直径而定。所述集液槽的底部还可以开有若干泪孔,以方便在装置停工后放净集液槽内的浆液。泪孔的开孔率可以通过计算或者根据试验进行确定。
本发明的联合装置中,在所述的接管上位于喷嘴本体和集液槽连接处之间还可以开有若干循环孔,所述循环孔的开孔率可以通过计算或根据试验进行确定。借助循环孔,集液槽内的吸收液可在循环液喷射的抽吸带动作用下在集液槽内和喷嘴内部循环,从而也有助于抑制喷嘴内表面的结垢现象。
本发明的联合装置中,设置的集液槽收集吸收液后使得喷嘴完全浸没在吸收液中。所述的集液槽槽口优选采用扩口结构,扩口角度可以为30~150度(开口延长线夹角)。所述的扩口处优选开设齿槽,集液槽扩口开设的齿槽可以使得集液槽溢流出的吸收液更加分散,能有效地避免壁流。
本发明的联合装置中,所述的喷嘴本体可以是本技术领域中的任意结构的喷嘴。如喷嘴本体可以为螺旋喷嘴、空心锥形喷嘴、扇形喷嘴或线形喷嘴等结构。在本发明中,喷嘴本体优选采用螺旋喷嘴。所述螺旋喷嘴可以采用本领域技术人员熟知的结构,如可以采用CN200410049319.X、CN201020608218.2等专利文献中公开的螺旋喷嘴结构。
整个装置工作时,烟气首先在急冷器中进行冷却饱和,将温度迅速降低到60℃以下,降温后的烟气进入喷淋塔与一级循环槽中的废吸收液逆向接触实现烟气的预脱硫和氧化,初步氧化后的废吸收液落入一级循环槽中,烟气通过烟气导流管流入一级循环槽最下部,并通过每层隔板上面的泡罩对每级隔板上的废吸收液进行强制鼓泡氧化反应,而废吸收液通过每层间的降液管实现连通,废吸收液不断向下流入下一级隔板进行氧化反应,达到了废吸收液的多级氧化的目的,提高了氧化的效率,氧化合格的废吸收液从塔底连续排出到系统外。经过预脱硫的烟气进入填料吸收塔与二级循环槽中的高pH值吸收液接触进行深度脱硫,烟气通过除雾器后实现达标排放,二级循环槽中高pH值的吸收液部分溢流到一级循环槽进行氧化反应。
与现有技术相比,本发明烟气脱硫和废液氧化联合装置具有以下有益效果:
1、一级循环槽和二级循环槽的设置实现了吸收液的分级配置,节省了碱耗的同时又提高了吸收效率。
2、一级循环槽通过设置多层鼓泡塔板,并在一级循环槽内和塔板上方设置氧化催化剂床层,大大增加了废吸收液与烟气中氧气的返混程度,从而进一步增强了鼓泡氧化效率。因此,一级循环槽不仅起到了循环槽的作用,而且可以同时实现利用烟气中的O2对废吸收液进行高效氧化处理的作用,具有中和均化和多级氧化反应的功能。
3、与现有技术中单独设置氧化塔相比较,本发明的联合装置大大节省了设备投资和能耗。而且由于一级循环槽集成了多级氧化和多级脱硫,不仅提高了氧化和脱硫效率,而且节省了占地空间。
4、一级循环槽内采用的多级泡罩式氧化结构,还可以避免催化剂颗粒和结晶物堵塞气体分布器,提高了系统的稳定性。
5、本发明中推荐采用的液相喷嘴中,由于在喷嘴本体外部设置了集液槽,极大地抑制了喷嘴本体的结垢现象,对于提高系统的稳定性和延长联合装置的运行周期起到了促进作用。
附图说明
图1为本发明的烟气脱硫与废液氧化联合装置的结构示意图。
图2为本发明中的液相喷嘴的一种结构示意图;
图3为本发明中的液相喷嘴的另一种结构示意图。
其中:1-原烟气;2-急冷器;3-喷淋塔;4-一级循环槽;5-烟气导流管;6-降液管;7-泡罩;8-隔板;9-工艺水;10-一级循环管路;11-废吸收液排出管路;12-一级循环泵;13-变径;14-溢流管道;15-二级循环槽;16-二级循环泵;17-填料;18-二级循环管路;19-新鲜碱液输入管路;20-填料吸收塔;21-除雾器;22-排气筒;23-净化烟气;24-泪孔;25-液相喷嘴;26-氧化催化剂床层;27-喷淋装置;100-一级循环氧化系统;200-二级循环吸收系统;110-一级吸收剂输送系统;210-二级吸收剂输送系统;30-喷嘴本体;31-接管;32-集液槽;33-泪孔;34-循环孔;齿槽-35。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明烟气脱硫与废液氧化联合装置。
如图1所示,本发明的烟气脱硫与废液氧化联合装置包括一级循环氧化系统100和二级循环吸收系统200。其中一级循环氧化系统100和二级循环吸收系统200通过溢流管道14连接。
其中一级循环氧化系统100沿烟气流动方向包括喷淋塔3、变径13、烟气导流管5和一级循环槽4,一级吸收剂输送系统110将一级循环槽4和喷淋塔3连接,其中一级吸收剂输送系统包括一级循环泵12、一级循环管路10和液相喷嘴,其中在一级循环管路上连接废吸收液排放管路11。在喷淋塔3内设置若干液相喷嘴25。
所述的一级循环槽4内,设置至少一层、最好2层以上的鼓泡板式构件,所述的鼓泡板式构件包括隔板8、泡罩(板孔)7,每层隔板上均贯穿设置若干降液管6。其中还可以在隔板8的上面设置氧化催化剂床层26。氧化催化剂床层的高度应当低于该层隔板8上设置降液管6的上沿或上端开口。
所述的二级循环吸收系统200沿烟气流动方向包括二级循环槽15、填料17、除雾器21和排气筒22,二级吸收剂输送系统210包括二级循环泵16和二级循环管路18,其中二级循环管路18一般与新鲜碱液补充管路19相通。在填料17的上方设置喷淋装置27,喷淋装置同二级循环管路18连接。填料吸收塔顶设置的除雾器21可以采用填料或折板除雾器,以防止净化烟气中液体夹带。
本发明的烟气脱硫与废液氧化联合装置中,其中还可以包括急冷器2,急冷器2一般设置在喷淋塔3的上面,并同喷淋塔3轴向连接。急冷器2一般与工艺水管路9连接,并以工艺水为介质对高温烟气进行喷淋降温。
本发明的联合装置中,所述烟气导流管5的上端,通过变径13同喷淋塔3轴向连接,下端延伸至最下层隔板的下面。烟气导流管的下端开口一般低于最下层隔板下表面50~100mm。
所述的一级循环槽4和二级循环槽15的底部一般为锥形。槽底通常用裙座作为支撑。
其中喷淋塔内设置的液相喷嘴,可以采用本领域的常规喷嘴。本发明中,可以选择一种具有防堵塞功能的液相喷嘴。
如图2所示,所述液相喷嘴包括喷嘴本体30(图中以螺旋喷嘴为例)、接管31和集液槽32。所述的液相喷嘴竖直向上设置。在一种实施方式中,所述的液相喷嘴通常将接管31的上端和螺旋喷嘴本体30进行螺纹连接。
在接管31上,喷嘴本体30的下面设置有集液槽32,所述的集液槽32可以通过焊接、螺纹连接、卡槽或其他方式固定在接管31上。集液槽的底部与接管31之间一般为密闭连接。集液槽32的直径一般为喷淋塔直径的0.1~0.8倍。集液槽32的水平截面可以为圆形或规则的多边形形状。所述集液槽32的上端槽口(开口)要高于喷嘴本体30的上沿,以确保在工作状态下喷嘴本体30能够完全浸没在集液槽32内的吸收液中。
本发明中,所述集液槽4的槽口最好设置成扩口结构,所述扩口的角度为30~150度(开口延长线所成夹角)。在一种具体的实施方式中,所述的集液槽32的槽口为扩口结构,扩口处可以开有齿槽35,齿槽与竖直轴线的角度可以为15~75度,齿槽高度一般为集液槽高度的0.1~0.5倍,所述的齿槽在集液槽口均匀分布。
所述的液相喷嘴中,还可以在集液槽32的底部开设若干个泪孔33,以方便在停工检修时放净集液槽内的液体。
如图3所示,在接管31上位于喷嘴本体30与集液槽32连接处之间还可以开有若干循环孔34。借助循环孔34,集液槽内收集的吸收液可在循环液喷射的抽吸带动作用下在集液槽内和喷嘴内部循环,从而也有助于进一步抑制喷嘴内表面的结垢现象。
结合图1对本发明联合装置的工作原理进行描述:
原烟气1首先在急冷器2中进行逆向喷淋冷却饱和,将温度迅速降低到60℃以下,水量根据外排废吸收液11中盐浓度保证在20%以下进行调整,降温后的烟气进入喷淋塔3与由一级循环槽4中的废吸收循环液10逆向接触实现烟气的预脱硫和氧化,一般液气比为0.5~5L/m3。初步氧化后的废吸收液落入一级循环槽4中,烟气通过烟气导流管5流入一级循环槽4最下部,并通过每层隔板8上面的泡罩7对每级隔板上的废吸收液在催化剂的作用下进行强制鼓泡氧化反应,而废吸收液通过每层间的降液管6实现连通,废吸收液不断向下流入下一级隔板8进行氧化反应,达到了废吸收液的多级氧化的目的,提高了氧化的效率,氧化合格的废吸收液从塔底连续排出到系统外。在一级循环槽4中可以获得大于10%的脱硫率,经过预脱硫的烟气进入填料吸收塔20与二级循环槽15中的高pH值吸收液接触进行深度脱硫,操作液气比一般为1~10L/m3,烟气空速为300~1500h-1,新鲜碱液19连续的补入二级循环槽中,使二级循环槽中物料的pH维持在8以上,通过二级循环泵16实现碱液的循环使用,烟气通过除雾器21后实现达标排放,整个系统二氧化硫脱除率可达到95%以上,二级循环槽15中高pH值的吸收液部分溢流到一级循环槽进行氧化反应。
其中所述的液相喷嘴25工作时,液相喷嘴向上喷射吸收液,与烟气逆向接触,由于吸收液中的碱性溶液与烟气中的酸性气体发生酸碱中和反应,因此碱性吸收液的pH值会急速下降,一般pH值下降到8以下,落下的吸收液一部分会被喷嘴本体下面设置的集液槽32收集(集满)。由于吸收液集液槽高度的限制,集液槽槽口高于喷嘴本体30的上沿,使得整个喷嘴出口始终浸泡在被酸化的吸收液中。一方面可以为喷嘴出口营造一个pH值小于8的环境,而此环境有利于抑制不溶物沉淀的生成;另一方面,由于整个喷嘴浸没在吸收液中,也使得喷嘴本体周围的环境温度低于100℃,如此的低温也不利于喷嘴出口出垢物的生成。因此,本发明的液相喷嘴可以从源头即彻底避免结垢的产生或形成。除此之外,为了使集液槽溢流出的吸收液更加分散,集液槽的槽口处开设了若干齿槽35,也能够有效地避免壁流现象。与现有技术相比,本发明的液相喷嘴具有更好的防堵塞效果,从而能够大幅提高烟气脱硫吸收塔的运转稳定性,具有更长的运转周期。