CN104667721A - 塔顶排放式脱硫方法及其脱硫塔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种塔顶排放式废气脱硫方法及其脱硫塔。它公开了一种由上至下布置有填料段、喷淋段和鼓泡段的塔顶排放式逆流废气脱硫塔，废气进口布置在喷淋段和鼓泡段之间，且鼓泡段设置在废气脱硫塔的下部。废气从废气进口进入脱硫塔，向上流经喷淋段，与从喷淋器喷淋下来的洗涤吸收液逆流接触，发生气-液两相传质和液相化学反应，脱出污染物。废气继续从喷淋段向上进入填料段除沫，形成的净化废气从脱硫塔顶部设置的废气出口进入直排烟囱，从该直排烟囱直接排入大气，避免了现有技术需对锅炉原烟囱增强防腐的问题。

Description

塔顶排放式脱硫方法及其脱硫塔

技术领域

本发明涉及一种塔顶排放式锅炉废气逆流净化排放一体化脱硫方法，尤其涉及从锅炉废气中回收硫氧化物的工艺，还涉及塔顶排放式逆流废气净化脱硫塔，属于电力、环保和化工技术领域，尤其适合锅炉废气脱硫的技术领域。

背景技术

庞大的烟囱一直是广大锅炉、火电厂的必备装置。而且，烟囱的施工工艺非常复杂，影响工业生产的维护、加固、增强性施工一般受到排斥。例如，以煤或石油为燃料的火力发电厂排放大量锅炉烟道气，经过烟囱直接排向大气。电厂锅炉的排放烟囱高度在120～250m之间，一般都采用钢筋混泥土材料作为强度外壳。由于废气中含有SOx、NOx、HCl和HF等酸性气态物质，尤其其中的SO₃气体，使得废气表现出酸露点腐蚀性。废气的酸露点随废气中SO₃和水汽含量增加而增加，一般在100～150℃之间。为了确保废气排放过程中不出现酸露点腐蚀，从锅炉系统出口，即通常的锅炉引风机出口的废气温度比露点高15～25℃。但是，为了安全和设计保守起见，烟囱内壁都需要内衬保温，尤其是防腐材料，在与废气接触的最里层衬以耐酸胶泥，次里层衬以耐酸砖。

随着环保要求越来越严格，电厂或锅炉都需要安装废气脱硫装置，且主流的废气脱硫技术都是含水浆液洗涤吸收的方法，或称为湿法，脱硫剂是碱性物质，比如天然的石灰石，即碳酸钙，氧化镁/碳酸镁，氢氧化钠/碳酸钠，或者合成氨等，脱硫产品分别是石膏（二水硫酸钙晶体），七水硫酸镁晶体，硫酸钠或硫酸铵。这些方法的一个共同点都是，脱硫尾气排放温度低于酸露点腐蚀温度，而且接近废气水饱和的水露点温度，在40～60℃之间，尽管在脱硫脱硫塔，通常称为脱硫塔中，SO₃的脱除效率也很高，但是由于SO₃遇水会形成酸雾，不可能100%去除，脱硫后的尾气含有硫酸雾，仍然表现出明显的腐蚀性。

消除脱硫尾气酸雾不能采用加热的办法，因为硫酸的沸点大于320℃，不可能消耗巨大的能量将尾气加热到超过硫酸的沸点。

现有的方法是对锅炉原有烟囱进一步实施防腐蚀处理，比如在原有的耐酸胶泥层再内衬防腐材料，增强其防腐蚀能力。对于新建机组，增强性防腐使施工周期大大延长，而且增强性防腐使烟囱建设费用增加，后续维护和防腐材料更新的难度也很大。对于老机组，如果对原有烟囱进行新的防腐处理，施工难度大，施工周期长，更关键的是，这对机组或锅炉的生产会造成较大影响，在实践中缺乏应用价值。

发明内容

本发明公开了一种塔顶排放式锅炉废气逆流净化脱硫方法，还公开了使用该方法的新型塔顶排放式锅炉废气逆流净化排放一体化脱硫塔，尤其公开了一种从锅炉废气中回收硫氧化物的脱硫塔。该方法使废气在净化脱硫塔内部逆流向上，净化废气最后直接从净化脱硫塔的排烟道排放，不再需要经原来庞大的烟囱排放。这样，原来的烟囱不再需要进行防腐增强处理，甚至原来的烟囱被完全废弃，克服了现有技术存在的上述缺陷。

该方法还通过并联喷淋器提高了废气净化效果，通过双级除沫器去除净化废气中的液沫。

本发明的主要技术创新在于，它公开了一种由上至下布置有填料段、喷淋段和鼓泡段的塔顶排放式逆流废气净化脱硫方法。其中，废气进口布置再喷淋段和鼓泡段之间，且鼓泡段设置在废气净化脱硫塔的下部或者底部。通过配件布置和流程设计，该鼓泡段能够使洗涤吸收液进行塔体内部的上下循环、塔体内外之间的循环，同时发挥承接洗涤吸收原剂、溶解槽、氧化处理、吸收液循环槽四大功能，极大地提高了洗涤吸收原剂的使用效率，提高了废气洗涤吸收效率。通过向鼓泡段加入不同的脱硫原料，鼓泡段可以配合其他部件，通过物理、化学、生物方法吸收灰尘、NOx、HCl和HF等有害成份，还能够大量回收硫氧化物，生产硫铵化肥副产品。

本发明使废气在净化脱硫塔内部，相对于向下流动的洗涤吸收液逆流向上，净化废气最后直接从净化脱硫塔上方的直排烟囱排放，不再需要经原来的烟囱排放。因此，本发明提到的直排烟囱，或者直排烟筒，或者直排烟道，都是指直接连接废气净化脱硫塔的排烟口并直接向大气排放尾气的构件，安装该构件的净化脱硫塔可以直接排放净化气体，完全废弃锅炉或者电厂原来使用的烟囱。它还通过并联的多级喷淋器使洗涤吸收液高度分散为细小液滴，提高了废气净化效果，还通过两级除沫器高效去除净化废气中的雾状液体。

参照附图1、附图2，本发明公开的塔顶排放式锅炉废气逆流净化脱硫方法主要包括如下工艺步骤：

第一，废气进入

含有SO₂（含量一般在500-15000mg/Nm³），SO₃（含量一般在10-300mg/Nm³），NOx（含量一般在100-1000mg/Nm³），HCl/HF（含量一般在10-100mg/Nm³），尘（含量一般在50-500mg/Nm³）等污染物，且温度为100-160℃的锅炉废气，从废气进口（3）进入净化脱硫塔（10），优选采用鼓风设备（30）把未处理的废气送入净化脱硫塔（10）。

第二，喷淋洗涤吸收

废气进入净化脱硫塔（10）后，向上流经净化脱硫塔（10）内设置的喷淋段（4），与从喷淋段（4）的喷淋器喷淋下来的洗涤吸收液雾滴逆流接触，发生气-液传质和液相中的化学反应，吸收和脱出以上污染物。在喷淋段（4），废气中的SO₂变为亚硫酸盐，SO₃变为硫酸盐，HCl变为氯化物，比如氯化钙，氯化铵，氯化镁或氯化钠等，由不同的方法而定。这些强酸性污染物的脱出效率可达到95%。废气中的粉煤灰（尘）的脱出效率大于60%-90%。废气被洗涤吸收液冷激，温度降低到40-60℃。

第三，洗涤吸收液循环

洗涤吸收液为含有碱性脱硫剂、硫酸盐及其结晶固体的浆状水溶液，而且一般都是被硫酸盐饱和或过饱和的浆状水溶液。洗涤吸收液在循环泵（40）的作用下，在位于净化脱硫塔（10）下部的鼓泡段（2）和位于净化脱硫塔（10）的废气进口（3）之上的喷淋段（4）之间实现洗涤吸收液在净化脱硫塔内外，和上下的两个循环。

第四，喷淋器并联多层喷淋

对于机组或锅炉容量大，或者废气中SO₂浓度高的情况，如果采用溶解度极低的钙原料（钙法）或镁原料（镁法），洗涤液流量将十分巨大，现有的泵技术难以满足大流量的要求，通常采用多台循环泵（40）并联的方法。尤其是，每一台循环泵（40）都对应一套洗涤液进口和洗涤液喷淋器。因此，这种情况下，废气必须经过多级喷淋器，再进入填料段（5）。

第五，废气除沫

废气向上逆流经过喷淋段（4）后，继续向上，进入填料段（5），目的是除去从喷淋段（4）带来的液滴，或称液沫，除沫效率大于95%。填料段（5）有两层填料，每层填料上方都有一组喷水器，用以冲洗除沫填料上秥附的固体，比如石膏，硫酸铵或硫酸镁等，防止持续累积堵塞填料中的气体通道。连续运行状态下，下层填料的喷水器运行，停车时，必须运行上层填料的喷水器一段时间，优选上、下层填料的喷水器同时运行。

第六，废气直排

经过填料段（5）后的废气称为净化废气，通过净化废气出口（6）直接从塔顶上方的直排烟囱（7）排入大气，不再通过原烟囱排入大气。

第七，氧化结晶

从喷淋段（3）下来的洗涤吸收液，直接进入位于净化脱硫塔（10）下部的鼓泡段（2）。在鼓泡段（2），氧化空气送风设备（20）通过空气鼓泡器向洗涤吸收液鼓入氧化空气，设置在鼓泡段（2）的侧进轴搅拌器持续搅动，促进废气中物质的化学、物理吸收效果，吸收液经过空气氧化后，亚硫酸盐变为硫酸盐，并在过饱和情况下析出硫酸盐晶体。鼓泡段（2）还充当了脱硫剂溶解槽的功能。一般情况下，新鲜的脱硫剂比如粒度在250-325目以上的石灰石粉末浆液，氧化镁/碳酸镁浆液，或液化氨/气化氨/氨水，直接加到鼓泡段（2），与吸收液混合、溶解、稀释。鼓泡段（2）还充当了吸收液循环槽的作用，经过净化处理塔（10）外的循环泵（40）不断将含有脱硫剂的吸收液输送到喷淋段（2），不断吸收废气中的污染物，尤其SO₂，再回到净化处理塔（10）底部的鼓泡段（2）。

第八，硫酸盐固体分离

从鼓泡段（20）通过料浆排出泵（50）必须不断排出吸收液，使它包含的物质进入固化分离程序，例如进入后续的硫酸盐固体分离和加工设备（60），以维持洗涤吸收液中硫酸盐固体的含量，并使得本发明的方法不产生废水，或产生很少的废水。

由上述技术方案可见，本发明的塔顶排放式锅炉废气净化脱硫方法所使用的净化脱硫塔（10）内部从上至下分别设置了填料段（5）、喷淋段（4）和鼓泡段（2），并在脱硫塔（10）塔体上方设置了直排烟囱（7），使在净化脱硫塔（10）中脱出锅炉废气中的污染物质，尤其SO₂之后，净化尾气不经过原来的锅炉烟囱排放，从而避免了现有技术需要对锅炉烟囱增强防腐，进而影响锅炉或电力正常生产的问题。

具体而言，本发明公开的塔顶排放式锅炉废气脱硫方法，优选使用如下塔顶排放式锅炉废气脱硫塔，该塔的横截面为圆形、近似圆形、方形或近似方型，其创新性设计还包括：

塔体（1）；

塔体（1）上的废气进口（3），位置在塔体（1）中下部或者中下部至中上部之间，优选中部；

塔体（1）上的废气出口（6），位置在塔体（1）上部或顶部，优选顶部；

设置在废气进口（3）和废气出口（6）之间的塔体（1）内的填料段（5）；

设置在废气进口（3）和填料段（5）之间的塔体（1）内的喷淋段（4）；

设置在废气进口（3）下部的位于塔体（1）内的鼓泡段（2）；

填料段（5）用波纹状塑料板片平行排列而成，片间距20～50mm，填料的空隙率不小于90.0%，所选塑料为聚丙烯或者玻璃纤维增强的聚丙烯材料，塑料板片的厚度介于1.0mm～5.0mm之间，优选在2.0mm～3.5mm之间；

此外，填料段（5）中设置了两层填料，并且每层填料之上都布置有喷水器；

喷淋段（4）中设置有气体分布器，洗涤吸收液喷淋器和液体壁流挡环；

鼓泡段（2）中设置有了空气鼓泡器，和侧进轴搅拌器；

尤其是，还包括设置在净化废气出口（6）之上方的直排烟囱（7）；

直排烟囱（7）的横截面为圆形、椭圆形、方形，或者矩形；

直排烟囱（7）的横截面积是喷淋段（4）横截面积的0.05～0.35倍，较好地是0.10～0.25倍，最好是0.125～0.15倍；

直排烟囱（7）的高度在20～100m之间，较好地在30～70m之间。

附图说明

图1为塔顶排放式废气脱硫塔的结构示意图。

图2为塔顶排放式废气脱硫方法的工艺流程示意图。

具体实施方式

实施例1

参见图1，本发明提出的锅炉废气净化排放一体化净化脱硫塔，为圆筒形或方形的塔，包括：

塔体（1）；

设置在塔体（1）下部的位于塔体内的鼓泡段（2），鼓泡段（2）中设置有空气鼓泡器，和侧进轴搅拌器；

设置在塔体（1）中部或者中下部的废气进口（3）；

设置在塔体（1）中上部的位于塔体内的喷淋段（4），喷淋段（4）中设置有气体分布器，两组吸收液喷淋器和液体壁流挡环；

设置塔体（1）上部的位于塔体内的填料段（5），填料段（5）中设置两段填料，每段填料之上都布置有喷水器；

设置在塔体（1）顶部的净化废气出口（6）；

设置在净化废气出口（6）上方的直排烟囱（7），直排烟囱（7）的横截面积是圆形，并且从其进气口到其排气口，横截面积不断减小，与喷淋段（4）的横截面积的比例从0.25减小到0.125倍；

直排烟囱的高度是50米。

实施例2

一种逆流直排式净化含SO₂有害气体的锅炉废气的方法，参见图2，其具体工艺流程设计如下：

鼓风设备（30）把含有SO₂5000mg/Nm³，SO₃50mg/Nm³，NOx500mg/Nm³，HCl和HF含量30mg/Nm³，尘含量100mg/Nm³污染物，且温度为135℃的锅炉原废气，从废气进口（3）鼓入净化排放一体化的净化塔（10）；

脱硫原料为液化合成氨，循环的洗涤吸收液为含硫酸铵结晶固体的硫酸铵、氯化铵浆状水溶液，并且该循环吸收液还含有从废气中洗涤下来的粉煤灰；

洗涤吸收液在循环泵（40）的作用下，在净化塔（10）的鼓泡段（2）、喷淋段（4）之间实现塔体（1）上下、塔体（1）内外两个循环；

废气进入净化塔（10）的塔体（1）后，向上流经塔内设置的喷淋段（4），在喷淋段，两级洗涤液喷淋器持续喷淋（每一个洗涤液喷淋器都对应各自的循环泵，对应各自的洗涤液进口），把废气中的SO₂变为亚硫酸铵。废气被洗涤吸收液冷激，温度降低到50℃；

废气向上逆流经过喷淋段（4）后，继续向上，进入填料段（5）；

填料段（5）有两层填料，每层填料上方都有一组喷水器；

废气净化设备连续运行状态下，下层填料的喷水器持续运行；停车时，上层填料的喷水器运行3分钟；

喷水器的运行方式和时间以塔下部的鼓泡段（2）的液位为基准来调节，当液位低于设定液位时，开启喷水器，既冲洗除雾填料层，又向吸收塔（10）补充工艺水；

经过填料段（5）后的废气通过净化废气出口（6）直接从直排烟囱（7）排入大气；

从喷淋段（4）下来的洗涤吸收液，直接进入位于净化塔（10）下部的鼓泡段（2），在鼓泡段（2），氧化空气送风设备（20）通过空气鼓泡器向吸收液鼓入氧化空气，

设置在鼓泡段（2）的侧进轴搅拌器持续搅动，促进废气中物质的化学、物理吸收效果，吸收液经过空气氧化后，亚硫酸铵变为硫酸铵，并在过饱和情况下析出硫酸铵晶体，硫酸铵固体产品被料浆排出泵（50）送入固液分离、干燥和包装设备（60），得到硫酸铵固体产品；

分离固体后剩余的液体，为含有硫酸铵的过饱和溶液，称为母液，回流到净化塔（10）下部的鼓泡段（2），进一步被新吸收和氧化得到的硫酸铵过饱和，并再结晶为固体硫酸铵；

脱硫原料，液氨，从位于净化塔（10）下部的鼓泡段（2）的塔体（1）上的脱硫原料进口直接进入净化塔（10），以确保可以连续吸收废气中的酸性气体，包括硫氧化物，卤化氢，氧化氮等，尤其SO₂，最后得到相应的铵盐。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种塔顶排放式脱硫塔，其特征在于，所述脱硫塔体内部从上往下依次设置有填料段、喷淋段和鼓泡段，并且所述喷淋段和所述鼓泡段之间设置有废气进口。

2.根据权利要求1所述的塔顶排放式脱硫塔，其特征在于，所述脱硫塔体上方设置一个排放净化废气的直排烟囱，并且所述直排烟囱的高度在20～100m之间，优选30～70m之间。

3.根据权利要求2所述的塔顶排放式废气脱硫塔，其特征在于，所述废气脱硫塔体的横截面形状为圆形、近似圆形、方型或者近似方形。

4.根据权利要求2所述的塔顶排放式脱硫塔，其特征在于，所述填料段由波纹状塑料板片平行排列而成，片间距20～50mm，所选塑料为聚丙烯或者玻璃纤维增强聚丙烯材料，塑料板片的厚度介于1.0mm～5.0mm之间，优选在2.0mm～3.5mm之间。

5.根据权利要求4所述的塔顶排放式脱硫塔，其特征在于，所述填料段中设置有上、下两层填料，每层填料之上都布置有喷水器。

6.一种塔顶排放式脱硫方法，其特征在于，原废气从废气进口进入废气脱硫塔体，所述原废气在所述废气脱硫塔体内部向上流动，相对于所述喷淋段喷淋而下的洗涤吸收液逆流，依次经过喷淋段和填料段，从设置在塔顶的废气出口进入直排烟囱排入大气，洗涤吸收液则从喷淋段向下落入鼓泡段。

7.根据权利要求6所述的塔顶排放式脱硫方法，其特征在于，所述鼓泡段设置有空气鼓泡器和侧进轴搅拌器。

8.根据权利要求6所述的塔顶排放式脱硫方法，其特征在于，所述鼓泡段的塔体上设置有多个物料进口或出口，至少包括氧化空气进口、洗涤吸收液去循环泵的出口、塔体外回收固体产品后的母液回流进口、控制液位的溢流出口。

9.根据权利要求6所述的塔顶排放式脱硫方法，其特征在于，所述废气进口位于所述废气脱硫塔塔体的中部或者中下部，优选位于所述废气脱硫塔塔体的中部。

10.根据权利要求6所述的塔顶排放式脱硫方法，其特征在于，所述直排烟囱的废气进口位于所述废气脱硫塔体的上部或者顶部，优选位于所述废气脱硫塔体的顶部。