CN104709954B - 焦炉烟道气余热蒸氨脱硫一体化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明给出了一种焦炉烟道气余热蒸氨及脱硫一体化系统，主要通过热管换热器回收焦炉烟道气余热加热蒸氨塔部的蒸氨废水，塔提供蒸馏热量，降低蒸氨耗能，实现了零蒸汽蒸氨。它包括利用烟道废气余热制备成品氨水的蒸氨系统；利用所述成品氨水对烟道废气进行冲洗，吸收废气中的SO2，并制得硫酸铵溶液的脱硫系统；将所述硫酸铵溶液制成固体硫酸铵的制肥系统；并结合具体实施例对本发明的结构及工作过程进行了详细描述。它既高效利用了焦炉烟道气余热，又减排了SO2污染物，实现了氨的循环利用，具有较好的经济效益和环境效益。

Description

焦炉烟道气余热蒸氨脱硫一体化系统
技术领域
本发明提供了一种可广泛应用于焦化行业的焦炉烟道气蒸氨脱硫一体化技术，属于节能环保领域，具体的说是一种焦炉烟道气余热蒸氨脱硫一体化系统。
背景技术
在炼焦过程中，需要燃烧焦炉煤气来提供炼焦所需的耗热量，在此过程中，煤气燃烧产物成为烟道废气。这些烟道废气一般温度为200～270℃，且由于煤气中含有200mg/m3左右的H2S，烟道气中一般还含有50mg/m3(甚至含量更高)左右的SO2。通常情况下，这些高温废气被通过焦炉烟囱直接排入大气，既造成了能量浪费，又污染了环境。
目前，有部分企业通过回收烟道气余热来生产低压饱和蒸汽，但是，锅炉水质要求为除氧水，工艺复杂、热效率低，且用在化工生产中，蒸汽又会成为难以处理的化产废水，后期处理成本较高。2012年10月随着GB16171《炼焦化学工业污染物排放标准》的颁布实施，焦炉烟道气SO2的排放标准更加严格，自2015年起，焦炉排放的烟道气SO2要求小于50mg/m3,结合最新环保法的实施，焦炉烟道气的能否达标排放已成为影响焦化企业生存的关键要素，因此，焦化企业必须从降低加热用煤气含H2S和对烟道气进行脱除SO2等两方面考虑。
通常在炼焦过程中，配合煤中的水分及其所含化合水分会成为氨氮含量较高的剩余氨水，要达到排放要求，就必须通过蒸馏将氨氮降至300mg/L以下才能进入生化工序；为进一步将剩余氨水中的氨提取利用，一般在将其在蒸氨塔进行蒸馏，在塔顶得到10～15％的浓氨水，浓氨水呈碱性,是SO2的吸收剂之一。但是，蒸氨是能耗较高的化工单元，一般每处理一吨剩余氨水约消耗150～200kg的蒸汽。随着技术发展，已开发了烟道气余热负压蒸氨技术，即通过热管换热器，直接回收烟道气余热用于加热蒸氨塔底废水，使蒸氨废水由80～85℃上升到95℃上下，从而为蒸氨提供塔底热量，既降低了水耗，又提高了热效率，同时不增产废水，但目前仅用于负压蒸氨。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的旨在提供一种焦炉烟道气余热蒸氨脱硫一体化系统，主要是通过热管换热器回收焦炉烟道气余热加热蒸氨塔底废水，加热后的废水返回蒸氨塔提供蒸馏热量，实现了零蒸汽蒸氨；同时，降温后的焦炉烟道气以蒸氨塔顶制得的氨水为碱源，在烟气脱硫塔中脱除焦炉煤气中的SO2，得到硫酸铵产品，实现废弃物的回收利用。既高效利用了焦炉烟道气余热，又减排了SO2污染物，实现了氨的循环利用，具有较好的经济和环境效益。
为实现上述目的，本发明所述方法由以下技术方案解决：
焦炉烟道气余热蒸氨脱硫一体化系统，包括焦炉和烟囱，其特征是，还包括，
利用引自焦炉中的烟道废气余热制备成品氨水的蒸氨子系统：
所述蒸氨子系统包括，将剩余氨水抽至贫富液换热器的剩余氨水泵，将蒸氨塔底部的部分蒸氨废水抽至所述贫富液换热器的废水泵，所述剩余氨水与所述蒸氨废水在所述贫富液换热器中进行热交换后与来自加碱计量泵的碱液进行混合并进入所述蒸氨塔上部，并在所述蒸氨塔上部形成蒸氨汽，所述蒸氨汽依次流经分缩器和冷凝器，并在氨水槽中形成成品氨水；所述蒸氨废水经废水冷却器冷却后进入烟气脱硫塔上方进行喷洒；
所述蒸氨塔底部的部分蒸氨废水经废水循环泵抽至热管换热器，在所述热管换热器中与来自焦炉的烟道废气进行热交换后形成125℃至135℃的蒸氨废水并返回所述蒸氨塔底部，完成热交换的所述烟道废气进入所述烟气脱硫塔；
利用所述成品氨水对烟道废气进行冲洗、吸收废气中的SO2，并制得硫酸铵溶液的脱硫子系统：
所述脱硫子系统包括所述烟气脱硫塔，所述烟气脱硫塔底部为混有所述成品氨水的液相，并自烟气脱硫塔引出一抽取硫酸铵溶液的产出泵；部分所述液相由小循环泵送至所述烟气脱硫塔上部且靠近烟道废气入口上方处进行喷洒，部分所述液相由大循环泵送至所述烟气脱硫塔上部进行喷洒；所述烟气脱硫塔底部液相位置持续通入压缩空气；所述烟气脱硫塔上部烟气出口与旋流捕雾器相连通，所述旋流捕雾器与所述烟囱连通；
将所述硫酸铵溶液制成固体硫酸铵的制肥子系统；
所述制肥子系统包括，自前向后依次布置的旋流器、离心机、干燥机和包装机，所述产出泵向所述旋流器输入硫酸铵溶液，并经过离心、干燥后形成固体硫酸铵。
进一步地，所述小循环泵和大循环泵进水端与所述烟气脱硫塔之间的管路上分别串接有第一冷却器和第二冷却器。
进一步地，经所述废水冷却器冷却后进入所述烟气脱硫塔上方的蒸氨废水，其喷洒口与所述小循环泵的喷洒口靠近或重合。
进一步地，所述旋流器、离心机和旋流捕雾器分离后的剩余液相返回至所述烟气脱硫塔上部进行喷洒。
进一步地，所述旋流器、离心机和旋流捕雾器分离后的剩余液相返回所述烟气脱硫塔上部混合后进行集中喷洒。
本发明的有益效果是：
1、以热管换热器回收焦炉烟道气余热用于为蒸氨提供蒸馏耗热量，建立了焦化工序新的能量耦合匹配能级，简化了工艺，提高了热效率。
2、以蒸氨塔顶产品浓氨水为碱源，吸收烟道气中的SO2,既降低了烟道气中SO2含量使之达到排放要求，又实现了焦化工序内物质的循环利用。
3、以蒸氨废水为热载体回收烟道气余热，以蒸氨塔底废水作为烟气脱硫塔顶的清洗液，不增加废水量。
4、在烟道气脱硫塔的大循环泵和小循环泵的循环管路上，串接有冷却器，以将在传质过程中烟道气释放出的热量带出。
5、用浓氨水回收烟道气中SO2，得到了硫酸铵产品，实现了经济效益和环保效益的有益结合，提高了推广价值。
6、建立了焦化内部能量、物料的新平衡模式，是焦化行业节能减排技术，在行业有较高的推广应用价值。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中，1剩余氨水槽，1′碱液槽，11′加碱计量泵，11剩余氨水泵，2贫富液换热器，2′废液冷却器，3蒸氨塔，31废水泵，32废水循环泵，33热管换热器，34分缩器，35冷凝器，36氨水槽，37氨水泵，4烟气脱硫塔，41第一冷却器，41′第二冷却器，42小循环泵，42′大循环泵，43产出泵，5旋流器，51离心机，52干燥机，53包装机，6焦炉，61焦炉烟囱，62旋流捕雾器，63引风机。
具体实施方式
本发明的焦炉烟道气余热蒸氨脱硫一体化系统主要包括蒸氨系统、脱硫系统和制肥系统三个子系统，以及焦炉和烟囱。蒸氨系统主要利用烟道废气余热在蒸氨塔3顶部制得含氨10～16％的成品氨水；脱硫系统利用蒸氨系统制得的成品氨水对烟道废气进行冲洗，吸收废气中的SO2，并制得硫酸铵溶液；制肥系统将脱硫系统中制得的硫酸铵溶液制成固体硫酸铵。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，蒸氨系统具体工作过程如下，剩余氨水泵11将剩余氨水从剩余氨水槽1中抽出，送至贫富液换热器2与废水泵31由蒸氨塔3底部抽取的蒸氨废水进行热交换。
其中，完成换热的剩余氨水与加碱计量泵11’由碱液槽1’中抽取的碱液混合后进入蒸氨塔3；由此可知，在此过程中，剩余氨水完成传热与传质操作，被加热的剩余氨水进入蒸氨塔3后，吸热并在塔顶形成高温氨蒸汽，未汽化的剩余氨水落到塔底与蒸氨废水混合。
其中，蒸氨塔3顶部的蒸氨汽首先进入分缩器34，并通过中温水将氨蒸汽中部分冷却后直接回流至蒸氨塔3中；未被冷凝氨蒸汽进入冷凝器35，并用中温或低温水将氨蒸汽冷凝冷却至30℃，浓氨水(冷凝液)汇集到氨水槽36中，形成含氨10～16％的成品氨水，该成品氨水主要用于后续脱硫工艺中吸收废气中的SO2。
来自废水泵31的蒸氨废水在贫富液换热器2与剩余氨水完成换热后，随即进入废水冷却器2′，利用中温水或低温水将其冷却至35℃左右后送至脱硫工序，即进入后面所述的烟气脱硫塔4的上部进行喷洒，参与对烟道废气的清洗以及对烟气脱硫塔4内壁的冲洗。
具体实施例中，经废水冷却器2′冷却后进入烟气脱硫塔4上方的蒸氨废水，其喷洒口与后面所述小循环泵42的喷洒口靠近或重合。
由上述描述可知，蒸氨塔3底部的蒸氨废水由废水泵31不断送至贫富液换热器2与来自剩余氨水泵11的剩余氨水进行热交换，因此，蒸氨塔3底部的蒸氨废水需要持续加热，以提供蒸氨所需的热消耗，从而保持热平衡。
为实现这一目的，如图1所示，蒸氨塔3底部的蒸氨废水由废水循环泵32抽出，不断送至热管换热器33；同时，焦炉6中的烟道气由引风机63从烟道闸板阀前抽出，送至热管换热器33，焦炉烟道气与蒸氨废水在热管换热器3进行热交换。
其中，蒸氨废水吸收烟道气热量后温度升高至125～135℃，并再次返回蒸氨塔3中，从而为蒸氨塔3提供蒸馏耗热量，保持蒸氨废水的热平衡。
烟道气热交换后温度降至150～160℃，然后进入烟道气脱硫系统。
为降低SO2的排放，同时对其进行回收利用，本发明主要利用其脱硫系统完成。如图1中所示，脱硫系统的主要部分为烟气脱硫塔4，其底部为液相碱源，主要是蒸氨塔3顶部制得的浓度为10～16％的成品氨水，具体实施例中，它利用氨水泵37送至烟气脱硫塔4底部。
除此之外，在烟气脱硫塔4底部还接有两级循环泵，即在塔底液层上部接有的小循环泵42和在塔底液层中部接有大循环泵42′。
其中，小循环泵42将部分含氨溶液送至烟气脱硫塔4进气口(该进气口通入的是在热管交换器33中完成热交换的烟道废气，)的上部进行循环喷洒，即形成小循环液，继而吸收焦炉烟道气中的SO2，生成亚硫酸氨；不断生成的亚硫酸氨汇集到烟气脱硫塔4底部，并在鼓入压缩空气的作用下氧化为硫酸铵，从而既脱除了烟道气中SO2，又实现了其有效利用。
大循环泵20将部分含氨溶液送至烟气脱硫塔4的上部进行喷洒，即形成大循环液，它主要对塔内侧壁进行不间断地冲洗，将生成的亚硫酸氨不断富集到塔底部；当然，大循环液还可以配合小循环液共同对烟道废气进行冲洗，使脱硫效果更好。
具体实施例中，由于烟道气温度较高，在逆流接触过程中，溶液吸收烟道气余热而温度升高，为稳定吸收液温度，在小循环泵42和大循环泵42′的循环管路上分别串接有第一冷却器41和第二冷却器41′，第一冷却器41和第二冷却器41′分别设置在小循环泵42和大循环泵42′与烟气脱硫塔4之间，并利用中温水或低温水来冷却吸收液，使吸收液温度稳定。
在此过程中可知，通过大、小循环液的冲洗作用，烟道废气中的SO2基本被吸收去除，达到排放标准。如图1所示，去硫后的烟道气从烟气脱硫塔4顶部排出，进入旋流捕雾器62，烟道废气中的水分被脱除，然后返回到烟囱61排空。
其中，旋流捕雾器62脱除的剩余液相返回到烟气脱硫塔4上部进行喷洒。
烟气脱硫塔4底部的硫酸铵不断富集，为进一步将其制成重要的化肥制品固体硫酸铵，需要进一步借助制肥系统。
如图1中所示，制肥系统的主要工作过程是，利用产出泵43将烟气脱硫塔4底部的部分液相抽送至旋流器5，旋流器5分离出的硫酸氨液相进入离心机51进一步分离提纯，剩余液相返回至烟气脱硫塔4进行喷洒；离心机51分离出的硫酸铵液相进入干燥机52进一步脱除其中的水分，得到硫酸铵固体，剩余液相返回至烟气脱硫塔4进行喷洒；硫酸铵固体进入包装机53完成包装，得到成品的硫酸铵产品。硫酸铵产品可作为较好的化肥产品进行销售，从而为企业带来部分可观的经济效益。
其中，上述制肥系统中，旋流器5、离心机51和旋转捕雾器62分离出的剩余液相单独返回值烟气脱离塔4进行喷洒外，还可以将三者混合后集中喷洒。
具体实施例中，剩余液相返回到烟气脱硫塔4烟道气进口的上部，小循环泵41泵液喷洒出口的下部进行喷洒，此喷洒可对废气进行一定的冲洗作用，从而增强脱硫系统中对废气的冲洗效果。
重点指出的是，上述两处的液相是指硫酸铵浓度已经大幅度降低的液体成分，可简单理解为硫酸铵提纯后的剩余物。
还要说明的是，本实用新的中各工作元件之间通过管道连接，并通过若干阀门进行控制，为使上述部分在描述过程中简洁易懂，描写过程中并没有一一提及；显然，这并不影响本技术领域的技术人员对本技术方案的具体实施，对于本技术领域的技术人员来说，这也是非常容易理解的。
综上所述，本发明提供的是一种焦炉烟道气余热蒸氨脱硫一体化技术，主要技术内容是：
一、将焦炉烟道气余热用于蒸氨技术，即通过热管换热器33回收焦炉烟道气余热，用来加热蒸氨塔3底部的蒸氨废水，使蒸氨废水温度升高至125～135℃后返回蒸氨塔3，从而蒸氨系统提供蒸馏热量；同时，换热后的烟道气温度降至150～160℃，实现焦炉烟道气余热的回收利用。
二、还包括焦炉烟道气脱除SO2技术，即以蒸氨塔3顶部制得的成品浓氨水为碱源，吸收焦炉煤气中的SO2，并得到硫酸铵产品；既实现了烟道废气的综合利用，又降低了SO2的排放，同时得到了可提高效益的化肥产品。
可知，该焦炉烟道气余热蒸氨脱硫一体化技术，实现了焦化工序能流的耦合匹配和物流的循环利用，合理利用了余热，减排了污染物，是焦化行业节能减排技术，具有较高的经济效益和社会效益。
除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。
以上所述结合附图对本发明的优选实施方式和实施例作了详述，但是本发明并不局限于上述实施方式和实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.焦炉烟道气余热蒸氨脱硫一体化系统，包括焦炉(6)和烟囱(61)，其特征是，还包括，
利用引自焦炉中的烟道废气余热制备成品氨水的蒸氨子系统：
所述蒸氨子系统包括：将剩余氨水抽至贫富液换热器(2)的剩余氨水泵(11)，将蒸氨塔(3)底部的部分蒸氨废水抽至所述贫富液换热器(2)的废水泵(31)，所述剩余氨水与所述蒸氨废水在所述贫富液换热器(2)中进行热交换后与来自加碱计量泵(11′)的碱液进行混合并进入所述蒸氨塔(3)上部，并在所述蒸氨塔(3)上部形成蒸氨汽，所述蒸氨汽依次流经分缩器(34)和冷凝器(35)，并在氨水槽(36)中形成成品氨水；所述蒸氨废水经废水冷却器(2′)冷却后进入烟气脱硫塔(4)上方进行喷洒；
所述蒸氨塔(3)底部的部分蒸氨废水经废水循环泵(32)抽至热管换热器(33)，在所述热管换热器(33)中与来自焦炉(6)的烟道废气进行热交换后形成125℃至135℃的蒸氨废水并返回所述蒸氨塔(3)底部，完成热交换的所述烟道废气进入所述烟气脱硫塔(4)；
利用所述成品氨水对烟道废气进行冲洗、吸收废气中的SO2，并制得硫酸铵溶液的脱硫子系统：
所述脱硫子系统包括所述烟气脱硫塔(4)，所述烟气脱硫塔(4)底部为混有所述成品氨水的液相，并自烟气脱硫塔(4)引出一抽取硫酸铵溶液的产出泵(43)；部分所述液相由小循环泵(42)送至所述烟气脱硫塔(4)上部且靠近烟道废气入口上方处进行喷洒，部分所述液相由大循环泵(42′)送至所述烟气脱硫塔(4)上部进行喷洒；所述烟气脱硫塔(4)底部液相位置持续通入压缩空气；所述烟气脱硫塔(4)上部烟气出口与旋流捕雾器(62)相连通，所述旋流捕雾器(62)与所述烟囱(61)连通；
将所述硫酸铵溶液制成固体硫酸铵的制肥子系统；
所述制肥系统包括，自前向后依次布置的旋流器(5)、离心机(51)、干燥机(52)和包装机(53)，所述产出泵(43)向所述旋流器(5)输入硫酸铵溶液，并经过离心、干燥后形成固体硫酸铵。
2.根据权利要求1所述的焦炉烟道气余热蒸氨脱硫一体化系统，其特征是，所述小循环泵(42)和大循环泵(42′)进水端与所述烟气脱硫塔(4)之间的管路上分别串接有第一冷却器(41)和第二冷却器(41′)。
3.根据权利要求1所述的焦炉烟道气余热蒸氨脱硫一体化系统，其特征是，经所述废水冷却器(2′)冷却后进入所述烟气脱硫塔(4)上方的蒸氨废水，其喷洒口与所述小循环泵(42)的喷洒口靠近或重合。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的焦炉烟道气余热蒸氨脱硫一体化系统，其特征是，所述旋流器(5)、离心机(51)和旋流捕雾器(62)分离后的剩余液相返回至所述烟气脱硫塔(4)上部进行喷洒。
5.根据权利要求4所述的焦炉烟道气余热蒸氨脱硫一体化系统，其特征是，所述旋流器(5)、离心机(51)和旋流捕雾器(62)分离后的剩余液相返回所述烟气脱硫塔(4)上部混合后进行集中喷洒。
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