CN105617851A - 一种高效双塔半干法脱硫的方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高效双塔半干法脱硫的方法及其装置，该方法包括降温脱硫、循环脱硫、布袋收尘、烟囱排空步骤；所述的装置包括进风管道、一级降温脱硫塔、二级循环脱硫塔、喷淋装置、储灰仓、新灰输送装置、仓顶除尘器、布袋除尘器、主风机、流化风机、废灰仓、输送装置、手动插板阀、卸灰阀、紊流器、出风管道和烟囱。本发明采用半干法脱硫工艺，脱硫效率高、能耗低，同时还可以去除HF、HCl等有害气体；本发明所述的装置占地少，装备水平适用可靠，脱硫效率高，系统阻力小、能耗低、运行稳定、对烟气量变化的适应性强，投资少，运行成本低，可满足烟气排放环保要求，具有良好的经济效益与环境效益。

Description

一种高效双塔半干法脱硫的方法及其装置
技术领域
本发明涉及烟气污染物控制技术领域，尤其是涉及一种高效双塔半干法脱硫的方法及其装置。
背景技术
近年来，随着占全国工业能耗和SO2排放近70％的电力、钢铁、有色、建材、石油加工、化工等六大高耗能行业的发展，节能减排已经成为当前宏观调控的重点，政府确定了"十一五"期间单位GDP能耗降低20％左右和主要污染物排放减少10％的目标。SO2做为主要污染物之一，其减排自然成为当前及以后我国环境保护工作的重中之重。
烟气脱硫实际应用的技术有石灰石－石膏法、活性炭法、电子束法(等离子法)、有机胺法、氨水法、钙(镁)基干法，上述脱硫方法的优缺点如下：
石灰石－石膏法的主要优点是：脱硫剂成本较低，脱硫率较高(一般高达95％以上)，脱硫副产物较易处理。其主要缺点是：初期投资和运行成本较高，设备系统难于操作维护，占地面积较大。
活性炭法的主要优点是：具有良好的脱硫脱硝、脱除重金属和二恶英等有害物质的能力，并能得到以硫酸为主的脱硫副产物。其主要缺点是：设备系统复杂，初期投资和运行成本高，防腐要求严格。
电子束法(等离子法)的主要优点是：同时具有脱硫脱硝功能，占地面积相对小，脱硫副产物可资源化利用。其主要缺点是：设备系统复杂，初期投资较高，能耗较高，存在氨逃逸的风险，技术成熟度有待于进一步验证。
有机胺法的主要优点是：脱硫效率高，脱硫副产物易于实现资源化利用。其主要缺点是：设备系统防腐要求严格，初期投资较高，再生蒸汽耗量大，能耗高，需要脱除有机胺抗氧化过程中产生的热稳定性盐，技术成熟度有待于进一步验证。
氨水法主要优点是：脱硫效率高，脱硫副产物可资源化利用。其主要缺点是：设备系统防腐要求严格，存在氨逃逸的技术风险。
钙(镁)基干法主要优点是：脱硫剂成本相对较低，占地面积较小，初期投资和运行成本较低。其主要缺点是：脱硫效率相对较低，脱硫副产物资源化利用率较低。
由于具有投资省、运行费用低、占地面积小，可同时脱除多种污染物等优势，干法/半干法脱硫工艺已逐渐成为烧结烟气脱硫的主导方向。干/半干法烟气脱硫技术主要包括喷雾旋转干燥吸收工艺、循环流化床烟气脱硫工艺、密相干塔脱硫工艺等；干法烟气脱硫技术具有无污水和废酸排出、设备腐蚀小、烟气在净化过程中无明显温降、净化后烟温高、利于烟囱排气扩散等优点，但脱硫效率低、反应速度较慢、设备庞大。半干法烟气脱硫技术兼有干法与湿法的一些特点，在湿状态下脱硫，在干状态下处理脱硫产物，既具有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点，又具有干法无污水和废酸排出、脱硫后产物易于处理的优点。
目前半干法工艺中，喷雾旋转干燥吸收工艺、循环流化床烟气脱硫工艺、密相干塔脱硫工艺等均存在不同程度的不足，包括脱硫剂消化过程复杂，占地大，投资大，运行成本高，对烟气变化适应不强等。因此，开发一种高效的半干法脱硫方法，提高脱硫效率且降低成本，减少环境污染，具有良好经济效益与环境效益。
中国发明专利CN102085451B公开了一种烧结机烟气逆向喷雾式半干法脱硫除尘方法，其将降温后的烟气由脱硫塔上部进入脱硫塔，烟气由上向下运行，而脱硫剂由脱硫塔的下部喷入，烟气与脱硫剂的混合不均匀，接触时间也不长，脱硫效果大打折扣。中国发明专利申请CN103013600A公开了一种湿法与干法串联的沼气脱硫方法，干法脱硫采用无定形羟基氧化铁脱硫剂，引入新的物质进入脱硫系统，不仅处理成本升高，且后续处理麻烦。
发明内容
为了克服现有脱硫技术的缺陷和不足，本发明提供了一种高效双塔式烟气脱硫系统，为半干法烟气脱硫技术，该方法既具有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点，又具有干法无污水和废酸排出、脱硫后产物易于处理的优点。其工艺原理可以描述为：原烟气由进风管道进入一次降温脱硫塔上部的烟气入口，在一级降温脱硫塔内，依次喷入脱硫剂、降温水，使烟气与脱硫剂、降温水从上到下并流充分接触、反应；经过一次降温脱硫的烟气从一次降温脱硫塔下部的烟气出口引出，进入二级循环脱硫塔底部，在循环脱硫塔底部喷入大量循环脱硫灰，大幅度度提高单位烟气中脱硫剂浓度，进行二次脱硫；二次脱硫后的烟气由循环脱硫塔顶部进入布袋除尘器，经分离净化脱硫剂后的净烟气由主风机送至烟囱达标排放，最终实现全流程高效脱硫与无污染排放的目标。脱除烟气含硫污染物的主要反应原理包括：
CaO+SO2→CaSO3
CaO+SO3→CaSO4
CaO+H2O→Ca(OH)2
Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2O
CaSO3+1/2O2→CaSO4
Ca(OH)2+SO3→CaSO4+H2O
具体方案如下：
一种高效双塔半干法脱硫的方法，包括降温脱硫、循环脱硫、布袋收尘、烟囱排空步骤；
所述的双塔一个为一级降温脱硫塔，另一个为二级循环脱硫塔；
所述的降温脱硫步骤使用水降温，使用生石灰作为脱硫剂，二者由一级降温脱硫塔塔顶喷入，在重力作用下由上向下与烟气并流运行，由一级降温脱硫塔塔底引出烟气，之后进行循环脱硫步骤；
所述的循环脱硫步骤使用循环灰作为脱硫剂，所述的循环灰是将经过二级循环脱硫塔的烟气进行收尘后得到的固相物质，循环灰从二级循环脱硫塔塔底加入，烟气由二级循环脱硫塔塔底进入，塔顶引出，之后进行布袋收尘步骤；
所述的布袋收尘步骤使用布袋收尘器，收集得到循环灰后借助输送装置送到二级循环脱硫塔塔底，作为脱硫剂，且当二级循环脱硫塔中的脱硫剂中CaO含量小于等于15％时，排掉循环灰总重量的5-30％，所排掉的循环灰作为建筑材料使用，经过布袋收尘净化后的烟气进行之后的烟囱排空步骤；
所述的烟囱排空步骤是将经过布袋收尘净化后的烟气通过主风机送入烟囱洁净排放。
进一步的，所述的用水降温是在一级降温脱硫塔塔顶布置流体空气雾化式喷雾装置产生雾化水滴，喷淋进入一级降温脱硫塔。
进一步的，所述的生石灰中CaO含量大于等于80％，粒度小于等于100目；任选的，一级降温脱硫塔中脱硫剂添加量与烟气中SO2的质量比值为：Ca/S＝1.1-2.5。
进一步的，所述的二级循环脱硫塔塔内脱硫剂的浓度300-600g/m3。
进一步的，所述的布袋收尘过滤风速：0.9-1.1m/min，漏风率：≤2％，烟气温度范围：80-190℃，粉尘排放浓度：≤50mg/Nm3；任选的，布袋为聚苯硫醚浸渍聚四氟乙烯或芳纶。
一种高效双塔半干法脱硫的装置，包括进风管道、一级降温脱硫塔、二级循环脱硫塔、喷淋装置、储灰仓、新灰输送装置、仓顶除尘器、布袋除尘器、主风机、流化风机、废灰仓、输送装置、手动插板阀、卸灰阀、紊流器、出风管道、烟囱，其连接方式为：
进风管道出口与一级降温脱硫塔塔顶入口相连，一级降温脱硫塔塔顶对称设有至少2个喷淋装置，且在塔顶上方设置储灰仓；储灰仓仓顶设置仓顶除尘器；储灰仓出口连接新灰输送装置，将脱硫剂从一级降温脱硫塔塔顶入灰口送入，且一级降温脱硫塔塔顶入灰口配流化风喷吹孔，借助流化风机向一级降温脱硫塔送入流化风；一级降温脱硫塔塔底出口通过管道与二级循环脱硫塔塔底入口相连，二级循环脱硫塔塔顶出口与收尘器相连；二级循环脱硫塔顶设有紊流器，用于含有脱硫剂烟气的强力扰动与再破碎；收尘器的气体出口与出风管道相连，出风管道出口通过主风机与烟囱相连；收尘器灰斗的出灰口与输送装置入口相连，在灰斗底部设有手动插板阀和卸灰阀，用于控制出灰；输送装置出口与二级循环脱硫塔塔底的循环灰入口相连；二级循环脱硫塔塔底的循环灰入口处设有流化风喷吹孔，借助流化风机向二级循环脱硫塔输送流化风；废灰仓与输送装置相连，用于收集废灰。
进一步的，所述的一级降温吸收塔为圆柱形，其塔径与进风管道的直径比为1.1-1.6：1，其长径比为4-10：1；任选的，烟气在其中的停留时间大于5s。
进一步的，所述的二级循环脱硫塔为圆柱形或方形，其当量直径与进风管道的直径比为0.9-0.6：1，其长径比为5-8：1；任选的，烟气在其中的停留时间大于3s。
进一步的，所述的紊流器为叶片式搅拌装置或螺带式搅拌装置；任选的，所述的卸灰阀为星形卸灰阀或翻板式卸灰阀；任选的，储灰仓设有称重料位计；任选的，所述的新灰输送装置为刮板输送机、单螺旋输送机、双螺旋输送机、无轴螺旋输送机中的任意一种；任选的，所述的输送装置为气力输送机、螺旋输送机以及刮板输送机中的任意一种；任选的，在输送装置末道设有排灰口，排灰口与废灰仓相连；任选的，所述的主风机为离心风机或轴流风机。
进一步的，在所述的一级降温脱硫塔中添加活性炭和汞吸剂，实现烟气中重金属与汞同步脱除。
本发明所述的高效双塔半干法脱硫的方法是将原始烟气经进风管道首先进入一级降温脱硫塔，经过降温和一次脱硫后进入二级循环脱硫塔进行二次脱硫，二次脱硫后的烟气进入收尘器，并由出风管道经主风机抽送进入烟囱实现达标排放。
具体的，一次脱硫所使用的脱硫剂通过仓式泵输送进入储灰仓，储灰仓设称重料位计与仓顶除尘器，经一级降温脱硫塔顶部的新灰入灰口进入一级降温脱硫塔内；在入灰口处配流化风喷吹孔，用于新脱硫剂喷吹，避免出现堵塞。新添加的脱硫剂在一级降温脱硫塔中与烟气得到充分预混合，并利用喷淋装置，使烟气中脱硫剂的消化与吸收二氧化硫的过程高效同步，实现新脱硫剂的最优化利用。
本发明的关键点之一在于，脱硫剂与烟气一起进入收尘器，并经收尘器收集后循环使用。经收尘装置收集的循环灰作为脱硫剂经输送装置输送至二级循环脱硫塔底部，得到充分循环使用，大大提高了二级循环脱硫塔单位烟气中脱硫剂含量，实现烟气中二氧化硫的强力深度脱除。烟气经收尘器过滤净化后经出风管与主风机相连，进入烟囱洁净排放。
本发明布袋收尘中的布袋是聚苯硫醚浸渍聚四氟乙烯或芳纶，通过浸渍处理后可提高滤袋防油防水性能，其对湿含尘气体，尤其是对吸水性、潮解性的粉尘，具有更好的捕集效果，有效避免或减轻糊袋现象的发生。
本发明的另一个关键点在于，脱硫剂循环输送装置尾部设有排灰口，当二级循环脱硫塔中的脱硫剂灰中CaO含量小于等于15％时，排放出循环灰总重量的5-30％，排出的废灰直接落入输送装置底部废灰仓并储存后外运作为建筑材料，提高了资源的利用率，同时保证了脱硫效率。
有益效果：(1)本发明采用半干法脱硫工艺，脱硫效率高、能耗低，同时还可以去除HF、HCl等有害气体。脱硫剂在整个脱硫过程中都处于干燥状态，操作温度高于露点，装置没有腐蚀或冷凝现象，无废水产生。
(2)本发明所述的脱硫方法还可以拓展应用于烟气中其它污染物的去除领域，例如在本发明所述的装置中向一级降温脱硫塔中添加活性炭与汞吸剂等，即可实现烟气中重金属与汞同步脱除。
(3)本发明对烟气变化的适应性强，且完全可以实现即开即停，可满足颗粒排放浓度控制在≤30mg/Nm3，SO2排放浓度控制在≤50mg/Nm3等严格的环保要求。
(4)与现有半干法工艺相比，本发明所述的装置占地少，装备水平适用可靠，脱硫效率高，系统阻力小、能耗低、运行稳定、对烟气量变化的适应性强，投资少，运行成本低，具有良好的经济效益与环境效益。
附图说明
图1是本发明涉及的工艺流程图；
图2是本发明实施例1提供的装置示意图。
其中：1.进风管道，2.出风管道，3.一级降温脱硫塔，4.二级循环脱硫塔，5.喷淋装置，6.储灰仓，7.新灰输送装置，8.仓顶除尘器，9.收尘器，10.主风机，11.给料机，12.流化风机，13.电动阀，14废灰仓，15输送装置，16手动插板阀，17卸灰阀，18.紊流器，19.烟囱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步阐述。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。文中相同的附图标记始终代表相同的元件，相似的附图标记代表相似的元件。
实施例1
本发明涉及的一种高效双塔式烟气脱硫方法，其工艺流程图如图1所示：原始烟气经进风管道首先进入一级降温脱硫塔，进行降温和一次脱硫，脱硫剂通过一级降温脱硫塔塔顶的储灰仓加入，同时在塔顶设置喷淋装置，喷入生产净化水以降温；烟气通过一级降温脱硫塔后进入二级循环脱硫塔进行二次脱硫，二次脱硫后的烟气进入收尘器，收尘器出灰口通过输送装置将循环灰送入二级循环脱硫塔；经除尘后的烟气经出风管道由风机抽送进入烟囱，实现达标烟气排放。
图2是本发明提供的装置示意图，主要包括进风管道1、一级降温脱硫塔3、二级循环脱硫塔4、喷淋装置5、储灰仓6、新灰输送装置7、仓顶除尘器8、布袋除尘器9、主风机10、给料机11、流化风机12、电动阀13、废灰仓14、输送装置15、手动插板阀16、卸灰阀17、紊流器18、出风管道2、烟囱19，其连接方式为：
进风管道出口与一级降温脱硫塔塔顶入口相连，一级降温脱硫塔塔顶对称设有至少2个喷淋装置，且在塔顶设置储灰仓；储灰仓仓顶设置仓顶除尘器；储灰仓出口连接新灰输送装置，将脱硫剂从一级降温脱硫塔塔顶入灰口送入，且一级降温脱硫塔塔顶入灰口配流化风喷吹孔，借助流化风机向一级降温脱硫塔送入流化风；一级降温脱硫塔塔底出口通过管道与二级循环脱硫塔塔底入口相连，二级循环脱硫塔塔顶出口与收尘器相连；二级循环脱硫塔顶设有紊流器，用于含有脱硫剂烟气的强力扰动与再破碎；收尘器的气体出口与出风管道相连，出风管道出口通过主风机与烟囱相连；收尘器灰斗的出灰口与输送装置入口相连，在灰斗底部设有手动插板阀和卸灰阀，用于控制出灰；输送装置出口与二级循环脱硫塔塔底的循环灰入口相连；二级循环脱硫塔塔底的循环灰入口处设有流化风喷吹孔，借助流化风机向二级循环脱硫塔输送流化风；废灰仓与输送装置相连，用于收集废灰。
采用以上所述的双塔式烟气脱硫方法和装置应用于某200万t球团生产线，需脱硫处理烟气量为800000m3/h，SO2初始浓度为1150mg/m3，入口烟气温度≤150℃。采用以上所述的双塔式烟气脱硫方法和装置处理后，SO2排放浓度为≤100mg/m3，脱硫装置出口粉尘浓度≤50mg/m3，排放烟气温度＞80℃。脱硫系统建设总投资比常规半干法脱硫降低15-20％，运行后折算生产每吨球团矿脱硫成本为4.58元/t，脱硫效率大于91％。
设备运行结果表明，本发明所述的方法和装置既具有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点，又具有干法无污水和废酸排出、脱硫后产物易于处理的优点；脱硫剂在整个脱硫过程中都处于干燥状态，操作温度高于露点，装置没有腐蚀或冷凝现象，无废水产生；该工艺流程完善、装备水平适用可靠，脱硫效率高，系统阻力小、能耗低、运行稳定、对烟气量变化的适应性强，且完全可以实现即开即停，可满足颗粒排放浓度控制在≤30mg/Nm3，SO2排放浓度控制在≤50mg/Nm3等严格的环保要求；与现有半干法工艺相比，本发明所述的装置占地少，投资少，见效快，运行成本低，经济效益与环境效益显著，具有良好的应用前景。
本发明所述的装置还可以拓展应用于烟气中其它污染物的去除领域，包括向一级降温脱硫塔中添加活性炭与汞吸剂等，实现烟气中重金属与汞同步脱除。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种高效双塔半干法脱硫的方法，其特征在于：包括降温脱硫、循环脱硫、布袋收尘、烟囱排空步骤；
所述的双塔一个为一级降温脱硫塔，另一个为二级循环脱硫塔；
所述的降温脱硫步骤使用水降温，使用生石灰作为脱硫剂，二者由一级降温脱硫塔塔顶喷入，在重力作用下由上向下与烟气并流运行，由一级降温脱硫塔塔底引出烟气，之后进行循环脱硫步骤；
所述的循环脱硫步骤使用循环灰作为脱硫剂，所述的循环灰是将经过二级循环脱硫塔的烟气进行收尘后得到的固相物质，循环灰从二级循环脱硫塔塔底加入，烟气由二级循环脱硫塔塔底进入，塔顶引出，之后进行布袋收尘步骤；
所述的布袋收尘步骤使用布袋收尘器，收集得到循环灰后借助输送装置送到二级循环脱硫塔塔底，作为脱硫剂，且当二级循环脱硫塔中的脱硫剂中CaO含量小于等于15％时，排掉循环灰总重量的5-30％，所排掉的循环灰作为建筑材料使用，经过布袋收尘净化后的烟气进行之后的烟囱排空步骤；
所述的烟囱排空步骤是将经过布袋收尘净化后的烟气通过主风机送入烟囱洁净排放。
2.根据权利要求1所述的一种高效双塔半干法脱硫的方法，其特征在于：所述的用水降温是在一级降温脱硫塔塔顶布置流体空气雾化式喷雾装置产生雾化水滴，喷淋进入一级降温脱硫塔。
3.根据权利要求1所述的一种高效双塔半干法脱硫的方法，其特征在于：所述的生石灰中CaO含量大于等于80％，粒度小于等于100目；任选的，一级降温脱硫塔中脱硫剂添加量与烟气中SO2的质量比值为：Ca/S＝1.1-2.5。
4.根据权利要求1所述的一种高效双塔半干法脱硫的方法，其特征在于：所述的二级循环脱硫塔塔内脱硫剂的浓度300-600g/m3。
5.根据权利要求1所述的一种高效双塔半干法脱硫的方法，其特征在于：所述的布袋收尘过滤风速：0.9-1.1m/min，漏风率：≤2％，烟气温度范围：80-190℃，粉尘排放浓度：≤50mg/Nm3；任选的，布袋为聚苯硫醚浸渍聚四氟乙烯或芳纶。
6.一种利用权利要求1至5中任意一项所述方法进行脱硫的装置，其特征在于：包括进风管道、一级降温脱硫塔、二级循环脱硫塔、喷淋装置、储灰仓、新灰输送装置、仓顶除尘器、布袋除尘器、主风机、流化风机、废灰仓、输送装置、手动插板阀、卸灰阀、紊流器、出风管道、烟囱，其连接方式为：
进风管道出口与一级降温脱硫塔塔顶入口相连，一级降温脱硫塔塔顶对称设有至少2个喷淋装置，且在塔顶上方设置储灰仓；储灰仓仓顶设置仓顶除尘器；储灰仓出口连接新灰输送装置，将脱硫剂从一级降温脱硫塔塔顶入灰口送入，且一级降温脱硫塔塔顶入灰口配流化风喷吹孔，借助流化风机向一级降温脱硫塔送入流化风；一级降温脱硫塔塔底出口通过管道与二级循环脱硫塔塔底入口相连，二级循环脱硫塔塔顶出口与收尘器相连；二级循环脱硫塔顶设有紊流器，用于含有脱硫剂烟气的强力扰动与再破碎；收尘器的气体出口与出风管道相连，出风管道出口通过主风机与烟囱相连；收尘器灰斗的出灰口与输送装置入口相连，在灰斗底部设有手动插板阀和卸灰阀，用于控制出灰；输送装置出口与二级循环脱硫塔塔底的循环灰入口相连；二级循环脱硫塔塔底的循环灰入口处设有流化风喷吹孔，借助流化风机向二级循环脱硫塔输送流化风；废灰仓与输送装置相连，用于收集废灰。
7.根据权利要求6所述的脱硫的装置，其特征在于：所述的一级降温吸收塔为圆柱形，其塔径与进风管道的直径比为1.1-1.6：1，其长径比为4-10：1；任选的，烟气在其中的停留时间大于5s。
8.根据权利要求6所述的脱硫的装置，其特征在于：所述的二级循环脱硫塔为圆柱形或方形，其当量直径与进风管道的直径比为0.9-0.6：1，其长径比为5-8：1；任选的，烟气在其中的停留时间大于3s。
9.根据权利要求6所述的脱硫的装置，其特征在于：所述的紊流器为叶片式搅拌装置或螺带式搅拌装置；任选的，所述的卸灰阀为星形卸灰阀或翻板式卸灰阀；任选的，储灰仓设有称重料位计；任选的，所述的新灰输送装置为刮板输送机、单螺旋输送机、双螺旋输送机、无轴螺旋输送机中的任意一种；任选的，所述的输送装置为气力输送机、螺旋输送机以及刮板输送机中的任意一种；任选的，在输送装置末道设有排灰口，排灰口与废灰仓相连；任选的，所述的主风机为离心风机或轴流风机。
10.根据权利要求6所述的脱硫的装置，其特征在于：在所述的一级降温脱硫塔中添加活性炭和汞吸剂，实现烟气中重金属与汞同步脱除。
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