CN105417675B - 一种基于纯氧曝气的脱硫海水恢复装置及恢复方法 - Google Patents

一种基于纯氧曝气的脱硫海水恢复装置及恢复方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于纯氧曝气的脱硫海水恢复装置，调节池连曝气池，曝气池内设曝气器，曝气池上设排气口；鼓风机一端连曝气器，另一端连氧气储罐，氧气储罐上设压力检测仪；氧气发生器与氧气储罐连，氧气储罐和氧气发生器间设阀门；吸收塔于曝气池外，吸收塔内底端设布气器，布气器与排气口连，排气口和布气器间设第一单向阀门，吸收塔顶部设气体排放口，气体排放口与氧气储罐连，气体排放口和氧气储罐间设第二单向阀门，吸收塔底部设吸收液排放口；SO2在线检测仪于排气口和第一单向阀门间。本发明的有益效果：用封闭式纯氧曝气与酸性气体辅助吸收塔结合，降低曝气量，有效防止因SO2逃逸引起的二次污染，减少CO2排放量，减小吸收塔体积和占地面积。

Description

一种基于纯氧曝气的脱硫海水恢复装置及恢复方法
技术领域
本发明涉及环境水处理技术领域，具体而言，涉及一种基于纯氧曝气的脱硫海水恢复装置及恢复方法。
背景技术
我国煤炭资源丰富，燃煤发电作因具有技术成熟、运行可靠等优点，在我国应用广泛，是我国最主要的能源供给方式。此外，还有大量工业燃煤锅炉和船舶动力燃煤锅炉等，燃煤锅炉产生的烟气含有高浓度的SO2，为了防止烟气中SO2引起雾霾等环境污染，必须采取相应处理措施。在众多烟气脱硫工艺中，海水脱硫工艺不需额外消耗淡水和吸收剂，无副产品和废弃物，工艺简单，维护方便，节省投资和运行费用，具有诸多优点，因此在沿海燃煤电厂和船舶锅炉燃气处理中应用较多。
海水脱硫工艺主要是利用海水的天然弱碱性(pH约为8)吸收烟气中SO2的一种湿法烟气脱硫工艺，海水吸收的SO2最终生成硫酸盐，硫酸盐是是海水中主要成分之一，因此，SO2的吸收对海水产生的影响很小。该工艺主要包括两步化学反应：SO2被海水吸收转化成SO3 2-，然后经曝气将SO3 2-氧化成稳定的SO4 2-，吸收SO2后产生的酸性氢离子被CO3 2-和HCO3-中和并生产CO2气体。按照相关规定，脱硫海水pH必须达到6.8以上才能排入自然海域，为了使出水pH达标排放，一般通过对脱硫海水进行空气曝气的方式，一方面通过空气中的氧气将SO3 2-氧化成稳定的SO4 2-，另一方面，在空气的吹脱和夹带作用下使海水中的CO2溢出，最终促进海水pH的恢复。
由于在低pH时，氧气对SO3 2-氧化速率很低，因此一般在进入曝气池前向脱硫海水中掺混一定比例海水(来自冷却水)，以提高曝气池内海水初始pH，由于空气中氧气含量较低，这就造成空气需求量巨大、能耗高和占地面积大的缺点。为了节约成本，一般控制曝气池内初始pH为3～5，由于曝气池内初始pH较低，此时大量曝气很容易造成脱硫海水中的SO2溢出，引起二次污染。此外，为了恢复海水的pH，大量温室气体CO2被吹托进入大气中，在全球变暖的今天，不符合绿色环保理念。
因此，为了避免因曝气池内SO2溢出引起的二次污染以及CO2的排放，必须开开发出更加经济和环保的新型处理工艺。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种克服传统曝气工艺存在的SO2溢出问题，防止SO2和CO2进入大气的基于纯氧曝气的脱硫海水恢复装置及恢复方法。
本发明提供了一种基于纯氧曝气的脱硫海水恢复装置，包括：
调节池，其通过海水管道连接曝气池，所述曝气池内部的底端设有曝气器，所述曝气池上设有排气口；
鼓风机，其一端与所述曝气器连接；
氧气储罐，其与所述鼓风机的另一端连接，所述氧气储罐上设有压力检测仪；
氧气发生器，其通过排气管道与所述氧气储罐连接，所述氧气储罐和所述氧气发生器之间的排气管道上设有阀门；
吸收塔，其设于所述曝气池外，所述曝气池内部的底端设有布气器，所述布气器通过排气管道与所述排气口连接，所述排气口和所述布气器之间的排气管道上设有第一单向阀门，所述吸收塔顶部设有气体排放口，所述气体排放口通过排气管道与所述氧气储罐连接，所述气体排放口和所述氧气储罐之间的排气管道上设有第二单向阀门，所述吸收塔的底部设有吸收液排放口；
SO2在线检测仪，其设于所述排气口和所述第一单向阀门之间的排气管道上。
作为本发明进一步的改进，所述曝气池为封闭式。
作为本发明进一步的改进，所述氧气储罐为圆柱状或球形。
作为本发明进一步的改进，所述吸收塔内部的顶端设有填料或喷淋喷嘴。
本发明还提供了一种基于纯氧曝气的脱硫海水恢复装置的脱硫海水恢复方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，脱硫海水由脱硫塔排出后，脱硫海水与海水冷却水进入所述调节池中混合均匀，控制所述调节池内的pH值为3～5；
步骤2，混合脱硫海水在重力作用下流入封闭的所述曝气池中，按照水平推流方式流经所述曝气池底部的曝气区；
步骤3，打开所述阀门和所述氧气发生器，产生的氧气首先进入所述氧气储罐，然后在所述鼓风机的作用下通过所述曝气池底部的所述曝气器将氧气均匀鼓入到所述混合脱硫海水中；
步骤4，所述混合脱硫海水中的氧气溶解在所述混合脱硫海水中后，将所述混合脱硫海水中的SO3 2-氧化成稳定的SO4 2-，使所述混合脱硫海水中产生大量的H+，同时结合氧气的吹托和夹带作用，使所述混合脱硫海水中的CO2被驱除，实现海水pH达标排放；
同时，所述曝气池内产生的混合气体通过所述排气口后，所述SO2在线检测仪检测通过所述排气口的混合气体，如果所述SO2在线检测仪检测到所述排气口有SO2，则进行下一步骤；
步骤5，打开所述第一单向阀门，所述混合气体在经过所述第一单向阀门后进入所述吸收塔，然后所述混合气体通过设置在所述吸收塔底部的所述布气器均匀鼓入所述吸收塔的碱性吸收剂中，在所述混合气体与所述碱性吸收剂接触的过程中，其中的CO2、SO2与所述碱性吸收剂发生中和反应而被去除，经过吸收净化后的氧气通过所述气体排放口排出所述吸收塔，在经过所述第二单向阀门进入所述氧气储罐，通过所述鼓风机进行重复利用。
作为本发明进一步的改进，采用液氧替换所述氧气发生器作为氧气源。
作为本发明进一步的改进，所述吸收塔内的碱性吸收剂为氢氧化钠溶液或氢氧化钙溶液。
作为本发明进一步的改进，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为1％～30％。
作为本发明进一步的改进，当所述碱性吸收剂的pH值降低至7～8时，更换新碱性吸收剂以确保吸收效率。
作为本发明进一步的改进，通过所述氧气储罐内的压力变化，控制所述氧气发生器和所述阀门的自动开关，当所述压力检测仪检测到所述氧气储罐内处于负压时，打开所述氧气发生器和所述阀门的自动开关，保证所述氧气储罐内气压大于0，当所述压力检测仪检测到所述氧气储罐内压力大于20kPa时，所述氧气发生器和所述阀门的自动开关。
本发明的有益效果为：
1、采用封闭式纯氧曝气装置，可以充分利用氧气，提高氧气的利用效率；
2、酸性气体辅助吸收塔的设置，可以避免SO2和CO2气体进入大气中，防止空气污染，同时也有利于防止酸性气体对氧气输送管道和设备的腐蚀；
3、曝气可以通过自动控制实现吸收塔的自动关闭，从而节约整个装置的运行成本；
4、采用纯氧曝气，氧气密度大，氧化速率高，可以降低曝气池体积，从而减少占地面积；
5、通过氧气储罐内压力的变化控制氧气发生器的自动开关，可以保证氧气储罐内的气压处于0～20kPa，避免因氧气储罐内压力过低或过高影响装置的正常运行。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种基于纯氧曝气的脱硫海水恢复装置的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的一种基于纯氧曝气的脱硫海水恢复方法的流程示意图。
图中，
1、调节池；2、曝气池；3、氧气发生器；4、阀门；5、氧气储罐；6、压力检测仪；7、鼓风机；8、曝气器；9、排气口；10、SO2在线检测仪；11、第一单向阀门；12、吸收塔；13、布气器；14、吸收液排放口；15、气体排放口；16、第二单向阀门。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例1，如图1所示，本发明实施例的一种基于纯氧曝气的脱硫海水恢复装置，包括调节池1、曝气池2、氧气发生器3、阀门4、氧气储罐5、压力检测仪6、鼓风机7、曝气器8、排气口9、SO2在线检测仪10、第一单向阀门11、吸收塔12、布气器13、吸收液排放口14、气体排放口15和第二单向阀门16。
调节池1通过海水管道连接曝气池2，曝气池2为封闭式。曝气池2内部的底端设有曝气器8，曝气池2上设有排气口9。鼓风机7的一端与曝气器8连接，另一端与氧气储罐5连接。氧气发生器3通过排气管道与氧气储罐5连接，氧气储罐5和氧气发生器3之间的排气管道上设有阀门4。氧气储罐5为圆柱状或球形，氧气储罐5上设有压力检测仪6，通过氧气储罐5内的压力变化，控制氧气发生器3和阀门4的自动开关，当压力检测仪6检测到氧气储罐5内处于负压时，打开氧气发生器3和阀门4的自动开关，保证氧气储罐5内气压大于0，当压力检测仪6检测到氧气储罐5内压力大于20kPa时，氧气发生器3和阀门4的自动开关。由于曝气池内初始pH较低(3～5)，且大部分硫以SO3 2-形式存在，因此可能有部分SO2会随着空气溢出，甚至造成排出气体中SO2超标。因此，在封闭式曝气池2的外部设有酸性气体辅助吸收塔12。曝气池2内部的底端设有布气器13，布气器13通过排气管道与排气口9连接，排气口9和布气器13之间的排气管道上设有第一单向阀门11，吸收塔12顶部设有气体排放口15，气体排放口15通过排气管道与氧气储罐5连接，气体排放口15和氧气储罐5之间的排气管道上设有第二单向阀门16，吸收塔12的底部设有吸收液排放口14。SO2在线检测仪10设于排气口9和第一单向阀门11之间的排气管道上。
吸收塔12可以采用上述的底端曝气形式，也可在吸收塔12内部的顶端加装填料或喷淋喷嘴，增加气液接触时间和接触面积。
实施例2，如图2所示，本发明还提供了一种基于纯氧曝气的脱硫海水恢复方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，脱硫海水由脱硫塔排出后，脱硫海水与海水冷却水进入调节池1中混合均匀，控制调节池1内的pH值为3～5；
步骤2，混合脱硫海水在重力作用下流入封闭的曝气池2中，按照水平推流方式流经曝气池2底部的曝气区；
步骤3，打开阀门4和氧气发生器3，产生的氧气首先进入氧气储罐5，然后在鼓风机7的作用下通过曝气池2底部的曝气器8将氧气均匀鼓入到混合脱硫海水中；
步骤4，混合脱硫海水中的氧气溶解在混合脱硫海水中后，将混合脱硫海水中的SO3 2-氧化成稳定的SO4 2-，使混合脱硫海水中产生大量的H+，同时结合氧气的吹托和夹带作用，使混合脱硫海水中的CO2被驱除，实现海水pH达标排放；
在较低pH时，部分SO2会溢出，因此在曝气池2内产生的混合气体中含有氧气、CO2、SO2等，混合气体通过排气口9进入吸收塔12。因此，曝气池2内产生的混合气体通过排气口9后，SO2在线检测仪10检测通过排气口9的混合气体，如果SO2在线检测仪10检测到排气口9有SO2，则进行下一步骤；
步骤5，打开第一单向阀门11，混合气体在经过第一单向阀门11后进入吸收塔12，然后混合气体通过设置在吸收塔12底部的布气器13均匀鼓入吸收塔12的碱性吸收剂中，在混合气体与碱性吸收剂接触的过程中，其中的CO2、SO2与碱性吸收剂发生中和反应而被去除，经过吸收净化后的氧气通过气体排放口15排出吸收塔12，在经过第二单向阀门16进入氧气储罐5，通过鼓风机7进行重复利用。
可采用液氧替换氧气发生器3作为氧气源。
氧气储罐5上设有压力检测仪6，通过氧气储罐5内的压力变化，控制氧气发生器3和阀门4的自动开关，当压力检测仪6检测到氧气储罐5内处于负压时，打开氧气发生器3和阀门4的自动开关，保证氧气储罐5内气压大于0，当压力检测仪6检测到氧气储罐5内压力大于20kPa时，氧气发生器3和阀门4的自动开关。
吸收塔12内的碱性吸收剂为氢氧化钠溶液或氢氧化钙溶液。其中，氢氧化钠溶液的质量浓度为1％～30％。当碱性吸收剂的pH值降低至7～8时，更换新碱性吸收剂以确保吸收效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于纯氧曝气的脱硫海水恢复装置，其特征在于，包括：
调节池(1)，其通过海水管道连接曝气池(2)，所述曝气池(2)内部的底端设有曝气器(8)，所述曝气池(2)上设有排气口(9)；
鼓风机(7)，其一端与所述曝气器(8)连接；
氧气储罐(5)，其与所述鼓风机(7)的另一端连接，所述氧气储罐(5)上设有压力检测仪(6)；
氧气发生器(3)，其通过排气管道与所述氧气储罐(5)连接，所述氧气储罐(5)和所述氧气发生器(3)之间的排气管道上设有阀门(4)，所述氧气发生器(3)和所述阀门(4)均设有自动开关；
吸收塔(12)，其设于所述曝气池(2)外，所述吸收塔(12)内部的底端设有布气器(13)，所述布气器(13)通过排气管道与所述排气口(9)连接，所述排气口(9)和所述布气器(13)之间的排气管道上设有第一单向阀门(11)，所述吸收塔(12)顶部设有气体排放口(15)，所述气体排放口(15)通过排气管道与所述氧气储罐(5)连接，所述气体排放口(15)和所述氧气储罐(5)之间的排气管道上设有第二单向阀门(16)，所述吸收塔(12)的底部设有吸收液排放口(14)；
SO2在线检测仪(10)，其设于所述排气口(9)和所述第一单向阀门(11)之间的排气管道上。
2.根据权利要求1所述的脱硫海水恢复装置，其特征在于，所述曝气池(2)为封闭式。
3.根据权利要求1所述的脱硫海水恢复装置，其特征在于，所述氧气储罐(5)为圆柱状或球形。
4.根据权利要求1所述的脱硫海水恢复装置，其特征在于，所述吸收塔(12)内部的顶端设有填料或喷淋喷嘴。
5.一种利用如权利要求1-4中任意一项所述的基于纯氧曝气的脱硫海水恢复装置的脱硫海水恢复方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1，脱硫海水由脱硫塔排出后，脱硫海水与海水冷却水进入所述调节池(1)中混合均匀，控制所述调节池(1)内的pH值为3～5；
步骤2，混合脱硫海水在重力作用下流入封闭的所述曝气池(2)中，按照水平推流方式流经所述曝气池(2)底部的曝气区；
步骤3，打开所述阀门(4)和所述氧气发生器(3)，产生的氧气首先进入所述氧气储罐(5)，然后在所述鼓风机(7)的作用下通过所述曝气池(2)底部的所述曝气器(8)将氧气均匀鼓入到所述混合脱硫海水中；
步骤4，所述混合脱硫海水中的氧气溶解在所述混合脱硫海水中后，将所述混合脱硫海水中的SO3 2-氧化成稳定的SO4 2-，使所述混合脱硫海水中产生大量的H+，同时结合氧气的吹脱 和夹带作用，使所述混合脱硫海水中的CO2 被驱除，实现海水pH达标排放；
同时，所述曝气池(2)内产生的混合气体通过所述排气口(9)后，所述SO2在线检测仪(10)检测通过所述排气口(9)的混合气体，如果所述SO2在线检测仪(10)检测到所述排气口(9)有SO2，则进行下一步骤；
步骤5，打开所述第一单向阀门(11)，所述混合气体在经过所述第一单向阀门(11)后进入所述吸收塔(12)，然后所述混合气体通过设置在所述吸收塔(12)底部的所述布气器(13)均匀鼓入所述吸收塔(12)的碱性吸收剂中，在所述混合气体与所述碱性吸收剂接触的过程中，其中的CO2、SO2与所述碱性吸收剂发生中和反应而被去除，经过吸收净化后的氧气通过所述气体排放口(15)排出所述吸收塔(12)，在经过所述第二单向阀门(16)进入所述氧气储罐(5)，通过所述鼓风机(7)进行重复利用。
6.根据权利要求5所述的脱硫海水恢复方法，其特征在于，采用液氧替换所述氧气发生器(3)作为氧气源。
7.根据权利要求5所述的脱硫海水恢复方法，其特征在于，所述吸收塔(12)内的碱性吸收剂为氢氧化钠溶液或氢氧化钙溶液。
8.根据权利要求7所述的脱硫海水恢复方法，其特征在于，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为1％～30％。
9.根据权利要求5所述的脱硫海水恢复方法，其特征在于，当所述碱性吸收剂的pH值降低至7～8时，更换新碱性吸收剂以确保吸收效率。
10.根据权利要求5所述的脱硫海水恢复方法，其特征在于，通过所述氧气储罐(5)内的压力变化，控制所述氧气发生器(3)和所述阀门(4)的自动开关，当所述压力检测仪(6)检测到所述氧气储罐(5)内处于负压时，打开所述氧气发生器(3)和所述阀门(4)的自动开关，保证所述氧气储罐(5)内气压大于0，当所述压力检测仪(6)检测到所述氧气储罐(5)内压力大于20kPa时，所述氧气发生器(3)和所述阀门(4)的自动开关。
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