CN105396451B - 一种喷淋脱硫塔内碱液清洗高效脱除so3的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种喷淋脱硫塔内碱液清洗高效脱除SO3工艺。在喷淋脱硫塔内增设碱液清洗装置，碱液清洗装置包括上下两层清洗孔板，清洗孔板倾斜设置，上下两层清洗孔板的一端通过转向装置相连，上下两层清洗孔板的另一端分别设有分流装置，下层的分流装置与碱液池连通，碱液池通过泵连通至上层的分流装置，形成碱液循环回路；清洗孔板内部中空，且上下侧设有通孔，脱除了SO2的烟气通过清洗孔板的通孔，穿过两层流动的碱液层，此时烟气中的SO3与碱液充分接触并发生反应，从而脱除SO3。本发明以低成本低投入高效率为目的，对湿法烟气脱硫技术的脱硫塔进行简单改造，在保持高的SO2脱除效率的同时，提高了对SO3的脱除率。

Description

一种喷淋脱硫塔内碱液清洗高效脱除SO3的工艺
技术领域
本发明属于烟气脱硫技术领域，特别涉及一种喷淋脱硫塔内碱液清洗高效脱除SO3的工艺。
背景技术
在火电厂燃煤过程中，煤中的硫元素主要以大量SO2和少量SO3的形式析出，电厂烟气SO3的含量大概占总硫分的1％～5％，对于安装SCR脱硝系统的电厂，约有1％的SO2在SCR催化剂的作用下转化为SO3，而SO3对锅炉设备具有巨大危害。烟气中的SO3会导致再热器和过热器的低温腐蚀，高温结垢，造成设备堵塞等问题；SO3与烟气中的水蒸汽结合形成硫酸蒸汽，在露点温度下凝结并腐蚀金属部件；对于加装SCR脱硝系统的电厂，SO3与逃逸氨发生反应生成硫酸铵盐，堵塞催化剂空隙，造成催化剂失活，缩短催化剂使用寿命，降低脱硝效率；电厂排烟含有SO3时会形成蓝色或黄色烟羽，增加了烟囱排放的烟羽浊度，破环景观。对于一般燃烧方式，烟气中SO3浓度一般不超过50ppm，富氧燃烧烟气中SO3浓度一般不超过200ppm，由于SO3浓度偏低，目前还没有专门针对SO3的脱除工艺，一般脱硫设备主要用于脱除SO2。
目前控制SO2污染所采用的主要技术为石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术，该脱硫技术约占脱硫技术总装机容量的85％以上，其优点为脱硫反应速度快，SO2脱除率高，钙利用率高。对于石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术，在一般喷淋式脱硫塔内，来自烟气-烟气再热器的烟气自吸收塔侧面进入塔内，当烟气从下往上流经吸收塔时，与循环泵喷淋的浆液接触反应，浆液含有10％～20％左右的固体 颗粒，主要是由石灰石、石膏及水中的其他惰性固体物质组成。浆液将烟气冷却至50℃，同时吸收烟气中的SO2，使SO2与石灰石发生反应生成亚硫酸钙。反应产物被收集在吸收塔底部，被氧化风机鼓入的空气氧化成石膏(CaSO4·2H2O)，并再次被循环泵送至喷淋层，在钙硫比等于1时，可达到90％以上的SO2脱除率，适合于大型燃煤电站锅炉的烟气脱硫系统。烟气中的SO3也与石灰石发生反应，反应方程式为CaCO3+SO3＝CaSO4+CO2，但是烟气中的气态SO3通过脱硫系统时，烟气被急速冷却到酸露点之下，快速形成难以捕集的亚微米级H2SO4酸雾，石灰浆液无法与其充分接触，导致吸收塔无法吸收除去；通常酸雾中的大液滴可以在洗涤塔中与浆液液滴碰撞，进而被浆液吸收除去，但由于在洗涤塔中形成的大部分SO3气溶胶颗粒很小，在气流中跟随性好，可以绕过浆液液滴，不与液滴融合，造成该部分SO3无法脱除。逃逸的亚微米级雾滴通过烟囱排入大气，导致湿法烟气脱硫对于SO3的脱除率低，基本低于30％。
干法脱硫技术的脱硫方式较多，大型火电厂目前主要使用循环流化床半干法脱硫技术，从锅炉尾部排出的含硫烟气被引入循环流化床反应器，与水、脱硫剂相混合，在反应器中石灰石以较大的表面积散布，并且在烟气的作用下贯穿整个反应器，在反应器上部筒体，烟气中的飞灰和脱硫剂不断进行翻滚、掺混，一部分生石灰则在烟气的夹带下进入旋风分离器，分离捕捉下来的颗粒通过返料器又被送回循环流化床内，生石灰通过输送装置进入反应塔中，由于接触面积非常大，石灰和烟气中的SOx能够充分接触，在反应器中的干燥过程中，SOx被吸收中和，能够取得较高的SO3脱除率，但SO2的脱除率较低，基本低于80％。干法脱硫技术发展还不成熟，适用性较差，一般用于中小型电厂，且该技术投资成本较高，设备庞大，占地面积较大，由于烟气中硫元素95％以上以SO2 的形式存在，以低的SO2脱除率换取较高的SO3脱除率是不可取的，因此大型火力发电机组通常不采用干法脱硫技术。
低低温电除尘技术是从电除尘器及湿法烟气脱硫工艺的单一除尘和脱硫工艺路线演变而来，通过低温省煤器或水媒体烟气换热器降低电除尘器入口烟气温度至酸露点以下，一般在90℃左右，使烟气中的大部分SO3在低温省煤器或水媒体烟气换热器中冷凝成H2SO4酸雾，粘附在粉尘上并被碱性物质中和，从而提高了SO3的脱除率。低低温电除尘技术解决了常规电除尘器对高比电阻粉尘除尘效率低的问题，不但能实现低排放，且可节省能耗，同时可以去除烟气中大部分的SO3，SO3脱除率可以达到95％以上，但该技术具有一定的局限性，目前无法应用于高硫煤电厂，且应用低低温电除尘技术脱除SO3需要对尾部烟道及现有电除尘设备进行深度改造，投资巨大，此外，由于粉尘比电阻的降低，会削弱捕集到阳极板上的粉尘的静电粘附力，导致二次扬尘增加。
发明内容
本发明的目的在于在石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术中保持较高的SO2脱除效率的同时，对喷淋脱硫塔进行简单改造，以低成本低投入高效率为宗旨，提高对SO3的脱除率。基于此，本发明提供了一种喷淋脱硫塔内碱液清洗高效脱除SO3的工艺，包括工艺装置和方法。
一种喷淋脱硫塔内碱液清洗高效脱除SO3的工艺装置，其是在喷淋脱硫塔的喷淋层和除雾区IV之间设置碱液清洗装置，所述碱液清洗装置包括上下两层清洗孔板1，清洗孔板1倾斜设置，上下两层清洗孔板1的一端通过转向装置2相连，上下两层清洗孔板1的另一端分别设有分流装置3，下层的分流装置3与碱液池4连通，碱液池4通过泵5连通至上层的分流装置3，形成碱液循环回路；
所述清洗孔板1为内部中空的结构，其上下侧板上排布有多排通孔1＇；所述转向装置2内设有L型通孔，L型通孔沿转向装置2的通长延展，其一端为碱液入口8，与上层的清洗孔板1连通，另一端为碱液出口9，与下层的清洗孔板1连通；所述分流装置3内部设有腔室，分流装置3一侧设有一个主流口11，与碱液循环回路的管道连通；相对的一侧设有多个分流口10，与相应的清洗孔板1连通，使碱液在清洗孔板1上均匀流动。
碱液清洗装置距离除雾区IV入口600～1000mm。
上层的清洗孔板1与水平面呈α角，下层的清洗孔板1与水平面呈α+2°角，其中α＝8°～12°。
所述清洗孔板1内中空结构的高度为20～30mm；上下侧板上的通孔1＇上下相互错开，孔径A＝6～12mm，相邻通孔1＇的间距B＝40～60mm。
所述碱液清洗装置的材料选择耐碱腐蚀金属，包括不锈钢或钴铬钨合金。
一种喷淋脱硫塔内碱液清洗高效脱除SO3的工艺方法，碱液由泵5送至上层的分流装置3，由上层分流装置3的主流口11进入上层的分流装置3，经上层分流装置3的分流口10分流后，均匀流入上层的清洗孔板1内，碱液在重力作用下自上而下流动，并由碱液入口8流入转向装置2，利用重力使碱液改变流动方向，由碱液出口9流入下层的清洗孔板1内，在重力作用下自上而下流动，经由下层分流装置3的分流口10进入下层的分流装置3，由下层分流装置3的主流口11流出，进入碱液循环回路；
脱除SO2的烟气在塔内压差的作用下，自下而上通过清洗孔板1的通孔，经过两层清洗孔板1的碱液层穿出，过程中烟气中的SO3与碱液反应生成硫酸盐，达到脱除SO3的目的；
循环回路中的碱液池4收集反应过后的碱液，若碱液仍能达到预定的SO3脱除效果，则经由泵5将其循环送入清洗孔板1进行脱SO3，循环一定时间后，碱液不能达到预定的SO3脱除效果，此时将废液排出碱液池4，新配制的碱液重新添加入碱液池4内进行循环脱SO3。
所述碱液层的厚度为20～30mm，以确保烟气中的SO3与碱液充分接触。
烟气穿孔速度为小于7m/s。
在装置正常运转情况下，所述碱液层中的碱液不会通过清洗孔板1上的通孔1＇向下漏出。
由于SO3浓度较小，用清洗的方法来脱除SO3不需要高浓度碱液，所述碱液优选为质量浓度为0.05％～0.1％的Ca(OH)2溶液。
本发明的有益效果为：本发明增设碱液清洗脱除SO3装置，将已经脱除了SO2的烟气通过专门设置的碱液层，烟气中的SO3与碱液充分接触，与碱液中的Ca(OH)2发生反应，从而使SO3被脱除。对脱硫塔进行小幅度改造，在保证高SO2脱除率的同时，提高脱硫塔内对SO3的脱除率，用较小的改造取得了良好的SO3脱除效果。
1)本发明在保证高效脱除SO2的同时解决了烟气湿法脱硫SO3脱除率低的问题。
2)本发明的工艺改造和运行投资小，对现有的烟气湿法脱硫系统改造量小，可行性高。
3)本发明有效解决了电厂排烟导致的蓝羽现象，大大降低了SO3的排放量。
附图说明
图1为一种喷淋脱硫塔内碱液清洗高效脱除SO3的工艺装置图；
图2为碱液清洗装置局部结构图；
图3为转向装置剖视图；a为转向装置横向剖视图，b为转向装置沿AA线的纵向剖视图；
图4为分流装置剖视图；b为分流装置纵向剖视图，a为沿CC线的横向剖视图，c为沿BB线的横向剖视图。
标号说明：1-清洗孔板，1＇-通孔，2-转向装置，3-分流装置，4-碱液池，5-泵，6-搅拌器，7-脱水系统，8-入口，9-出口，10-分流口，11-主流口，I-石灰石浆液循环区，II-脱SO2区，III-脱SO3区，IV-除雾区。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
湿法烟气脱硫系统主要包括烟气系统、SO2吸收系统、石灰石浆液制备系统、石膏脱水储存系统、废水处理系统、公用系统、热工控制系统及电气系统，其中SO2的吸收是湿法烟气脱硫技术中最关键的过程，因此脱硫塔是系统的核心部分。
如图1所示，对于一般喷淋脱硫塔，来自烟气-烟气再热器的烟气自脱硫塔侧面进入塔内，烟气入口介于石灰石浆液循环区I和脱SO2区II之间的位置，喷淋层位于脱SO2区II顶部，烟气从下往上流经脱SO2区II时，与喷淋层喷淋的石灰石浆液接触反应，石灰石浆液将烟气冷却至50℃，同时吸收烟气中的SO2，被吸收的SO2与石灰石发生反应生成亚硫酸钙，亚硫酸钙在脱硫塔底部被氧化风机鼓入的氧化空气氧化，生成石膏，部分石膏再次被泵5循环至喷淋层，在这一过程中，以SO2的吸收及脱除为主要目的。为了达到在脱硫塔内高效脱除 SO2的同时达到高效脱除SO3的目的，在脱硫塔喷淋层和除雾区IV之间增设脱SO3区III，其包括碱液清洗装置，碱液清洗装置距离除雾区IV入口600～1000mm。
碱液清洗装置包括上下两层清洗孔板1，上层清洗孔板1与水平面呈α角，下层清洗孔板1与水平面呈α+2°角，其中α＝8°～12°，上下两层清洗孔板1的一端通过转向装置2相连，上下两层清洗孔板1的另一端分别设有分流装置3，下层的分流装置3与碱液池4连通，碱液池4通过泵5连通至上层的分流装置3，形成碱液循环回路。如图2所示，清洗孔板1为内部中空的结构，中空结构的高度为20～30mm，其上下侧板上排布有多排通孔1＇，且上下通孔1＇相互错开，孔径为A＝6～12mm，相邻通孔1＇的间距为B＝40～60mm。如图3所示，转向装置2内设有L型通孔，L型通孔沿转向装置2的通长延展，其一端为碱液入口8，与上层清洗孔板1连通，另一端为碱液出口9，与下层清洗孔板1连通。如图4所示，分流装置3内部设有腔室，分流装置3一侧设有一个主流口11，与碱液循环回路的管道连通；相对的一侧设有多个分流口10，与相应的清洗孔板1连通，达到使碱液在清洗孔板1上的流动更均匀的目的。碱液清洗装置的材料需选择耐腐蚀金属，一般采用不锈钢或钴铬钨合金等。
质量浓度为0.05％～0.1％的Ca(OH)2溶液由泵5送至上层的分流装置3，由上层分流装置3的主流口11进入上层的分流装置3，经上层分流装置3的分流口10分流后，均匀流入上层清洗孔板1内，碱液在重力作用下自上而下流动，充满上层的清洗孔板1，并由碱液入口8流入转向装置2，利用重力使碱液改变流动方向，由碱液出口9均匀流入下层的清洗孔板1，在重力作用下自上而下流动充满下层的清洗孔板1，经由下层分流装置3的分流口10进入下层的分流装 置3，由下层分流装置3的主流口11流出，进入碱液循环回路。在正常运行的情况下，清洗孔板1内的碱液层不会向下漏滴碱液，但当碱液清洗装置运行不当时，碱液有可能会通过清洗孔板1上的通孔1＇向下漏出，但由于Ca(OH)2溶液不会对SO2的脱除产生影响，脱除SO3的产物硫酸钙也不会对整个脱硫系统产生影响，且可以对SO2进行二次脱除，因此可以允许少量清洗碱液漏出。
脱除SO2的烟气在塔内压差的作用下，自下而上通过清洗孔板1的通孔1＇，经过两层清洗孔板1的碱液层穿出，过程中烟气中的SO3与Ca(OH)2反应生成硫酸钙，以达到脱除SO3的目的。碱液层的厚度为20～30mm，以确保烟气中的SO3与Ca(OH)2充分接触。烟气穿孔速度小于7m/s，以防出现干孔板区、烟气大量携带碱液等问题。
碱液清洗装置循环回路中的碱液池4收集反应过后的碱液，若碱液仍然能达到预定的SO3脱除效果，则经由泵5将其循环送入清洗孔板1进行脱SO3。循环一定时间后，将废液排出碱液池4，新配制的碱液重新添加入碱液池4内进行循环。

Claims (10)

1.一种喷淋脱硫塔内碱液清洗高效脱除SO3的工艺装置，其特征在于，在喷淋脱硫塔的喷淋层和除雾区(IV)之间设置碱液清洗装置，所述碱液清洗装置包括上下两层清洗孔板(1)，清洗孔板(1)倾斜设置，上下两层清洗孔板(1)的一端通过转向装置(2)相连，上下两层清洗孔板(1)的另一端分别设有分流装置(3)，下层的分流装置(3)与碱液池(4)连通，碱液池(4)通过泵(5)连通至上层的分流装置(3)，形成碱液循环回路；
所述清洗孔板(1)为内部中空的结构，其上下侧板上排布有多排通孔(1＇)；所述转向装置(2)内设有L型通孔，L型通孔沿转向装置(2)的通长延展，其一端为碱液入口(8)，与上层的清洗孔板(1)连通，另一端为碱液出口(9)，与下层的清洗孔板(1)连通；所述分流装置(3)内部设有腔室，分流装置(3)一侧设有一个主流口(11)，与碱液循环回路的管道连通；相对的一侧设有多个分流口(10)，与相应的清洗孔板(1)连通，使碱液在清洗孔板(1)上均匀流动。
2.根据权利要求1所述一种工艺装置，其特征在于，碱液清洗装置距离除雾区(IV)入口600～1000mm。
3.根据权利要求1所述一种工艺装置，其特征在于，上层的清洗孔板(1)与水平面呈α角，下层的清洗孔板(1)与水平面呈α+2°角，其中α＝8°～12°。
4.根据权利要求1所述一种工艺装置，其特征在于，所述清洗孔板(1)内中空结构的高度为20～30mm；上下侧板上的通孔(1＇)上下相互错开，孔径A＝6～12mm，相邻通孔(1＇)的间距B＝40～60mm。
5.根据权利要求1所述一种工艺装置，其特征在于，所述碱液清洗装置的材料选择耐碱腐蚀金属。
6.一种喷淋脱硫塔内碱液清洗高效脱除SO3的工艺方法，其特征在于，碱液由泵(5)送至上层的分流装置(3)，由上层分流装置(3)的主流口(11)进入上层的分流装置(3)，经上层分流装置(3)的分流口(10)分流后，均匀流入上层的清洗孔板(1)内，碱液在重力作用下自上而下流动，并由碱液入口(8)流入转向装置(2)，利用重力使碱液改变流动方向，由碱液出口(9)流入下层的清洗孔板(1)内，在重力作用下自上而下流动，经由下层分流装置(3)的分流口(10)进入下层的分流装置(3)，由下层分流装置(3)的主流口(11)流出，进入碱液循环回路；
脱除SO2的烟气在塔内压差的作用下，自下而上通过清洗孔板(1)的通孔(1＇)，经过两层清洗孔板(1)内流动的碱液层穿出，过程中烟气中的SO3与碱液反应生成硫酸盐，达到脱除SO3的目的；
循环回路中的碱液池(4)收集反应过后的碱液，若碱液仍能达到预定的SO3脱除效果，则经由泵(5)将其循环送入清洗孔板(1)进行脱SO3，循环一定时间后，碱液不能达到预定的SO3脱除效果，此时将废液排出碱液池(4)，新配制的碱液重新添加入碱液池(4)内进行循环脱SO3。
7.根据权利要求6所述一种工艺方法，其特征在于，所述碱液层的厚度为20～30mm，以确保烟气中的SO3与碱液充分接触。
8.根据权利要求6所述一种工艺方法，其特征在于，烟气穿孔速度为小于7m/s。
9.根据权利要求6-8任一权利要求所述一种工艺方法，其特征在于，在装置正常运转情况下，所述碱液层中的碱液不会通过清洗孔板(1)上的通孔(1＇)向下漏出。
10.根据权利要求6所述一种工艺方法，其特征在于，所述碱液为质量浓度为0.05％～0.1％的Ca(OH)2溶液。
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