CN106362569A - 一种高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫装置及方法，其中脱硫装置包括脱硫塔以及设在脱硫塔外的产物浓缩结晶罐和干燥器，脱硫塔上设有烟气进气口和烟气排出口，脱硫塔内设有喷淋器，脱硫塔的塔底为积液段，积液段和喷淋器之间设有喷淋液循环管路，所述浓缩结晶罐和干燥器上分别设有换热结构，所述烟气进气口和浓缩结晶罐之间设有氧化提浓换热器，所述干燥器、浓缩结晶罐、氧化提浓换热器依次通过气体管道与脱硫塔烟气进气口连接，所述积液段依次通过液体管道与氧化提浓换热器、浓缩结晶罐和干燥器连接。本发明实现烟气余热的梯级回收，经历该过程烟气温度得以降低，再进入脱硫塔进行SO2的吸收，有利于吸收反应的进行。

Description

一种高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫装置及方法
技术领域
本发明涉及一种高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫装置及方法，本发明是利用高温烟气余热作为硫酸铵产品浓缩结晶干燥热源，属于氨法脱硫技术领域。
背景技术
随着燃煤引起的环境污染问题越来越严重，燃煤烟气排放标准日益严格。SO2作为主要污染物之一，必须进行处理。氨法脱硫作为一种较为的成熟技术，在国内外脱硫工艺中应用较为广泛。
氨法脱硫主要分三个部分：吸收部分、氧化部分、产品干燥部分。吸收部分在脱硫塔中进行，通过不同喷淋层自上而下喷淋的液体与烟气接触实现SO2的吸收；氧化部分根据具体工艺不同分为塔内和塔外氧化，氧化剂常用的是空气；产品干燥部分是对氧化后的硫酸铵溶液进行浓缩、结晶、干燥的过程。其中吸收过程需要在低温下进行，氧化过程需要一定的反应温度，干燥过程需要消耗大量的热源。因此开发一种降低进塔烟气温度、回收利用高温烟气余热的工艺装置具有一定的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用高温烟气余热作为硫酸铵产品浓缩结晶干燥热源的高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫装置及方法，以降低系统的能耗。
本发明采用如下技术方案：一种高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫装置，其包括脱硫塔以及设在脱硫塔外的产物浓缩结晶罐和干燥器，脱硫塔上设有烟气进气口和烟气排出口，脱硫塔内设有喷淋器，脱硫塔的塔底为积液段，积液段和喷淋器之间设有喷淋液循环管路，所述浓缩结晶罐和干燥器上分别设有换热结构，所述烟气进气口和浓缩结晶罐之间设有氧化提浓换热器，所述干燥器、浓缩结晶罐、氧化提浓换热器依次通过气体管道与脱硫塔烟气进气口连接，所述积液段依次通过液体管道与氧化提浓换热器、浓缩结晶罐和干燥器连接。
一种高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫装置，其包括脱硫塔以及设在脱硫塔外的产物浓缩结晶罐和干燥器，脱硫塔上设有烟气进气口和烟气排出口，脱硫塔内设有喷淋器，脱硫塔的塔底为积液段，积液段和喷淋器之间设有喷淋液循环管路，所述浓缩结晶罐和干燥器上分别设有换热结构，所述烟气进气口和浓缩结晶罐之间设有氧化提浓换热器，所述干燥器、浓缩结晶罐、氧化提浓换热器依次通过气体管道连接，所述积液段依次通过液体管道与氧化提浓换热器、浓缩结晶罐和干燥器连接，所述脱硫塔外还设有用于与高温烟气换热的蒸汽发生器，该蒸汽发生器与脱硫塔上烟气进气口之间通过烟气管道连接，蒸汽发生器与干燥器之间通过蒸汽管道连接，蒸汽发生器与氧化提浓换热器之间通过冷却水管道连接。
所述气体管道上设有并联在氧化提浓换热器的进气口和出气口之间的烟气旁路。
所述浓缩结晶罐与干燥器之间的液体管道上依次设有晶体泵、旋流器和离心机，所述旋流器和离心机的上部通过液体回收循环管道与脱硫塔内的喷淋器连接；所述氧化提浓换热器和浓缩结晶罐之间的液体管道上设有螺旋沉降过滤器。
脱硫塔外还设有氨水罐，氨水罐通过氨水管道与脱硫塔积液段和喷淋液循环管路连接，氨水管道上设有氨水泵。
所述脱硫塔外设有用于向积液段和氧化提浓换热器通入空气的氧化风机。
所述干燥器为转盘干燥器，所述干燥器上的换热结构为间壁式换热结构，所述氧化提浓换热器为热管式换热器，所述蒸汽发生器的换热结构采用具有T型槽道管结构的换热元件。
一种高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫方法，包括以下步骤：（1）高温烟气依次进入带有换热结构的干燥器、带有换热结构的浓缩结晶罐和氧化提浓换热器中分别与硫酸铵固体、氧化后的硫酸铵溶液、塔底排出液换热；（2）换热后烟气的温度降低，烟气再进入脱硫塔，与喷淋器喷出的喷淋液进行反应，脱硫后的烟气从脱硫塔中排出，喷淋液落入脱硫塔底的积液段；（3）积液段中液体通过液体管道依次进入氧化提浓换热器、浓缩结晶罐和干燥器中，积液段中液体与高温烟气换热吸收高温烟气中的热量，先在氧化提浓换热器中浓度增加后，然后在浓缩结晶罐中结晶，最后进入干燥器中干燥得到产物。
一种高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫方法，包括以下步骤：（1）高温烟气先进入蒸汽发生器中与蒸汽发生器中的软水进行换热，换热后软水温度升高产生蒸汽，蒸汽依次进入带有换热结构的干燥器、带有换热结构的浓缩结晶罐和氧化提浓换热器中分别与硫酸铵固体、氧化后的硫酸铵溶液、塔底排出液换热，蒸汽换热后温度降低最终由氧化提浓换热器中排出进入到蒸汽发生器中；（2）高温烟气换热后温度降低，再进入脱硫塔，与喷淋器喷出的喷淋液进行反应，脱硫后的烟气从脱硫塔中排出，喷淋液落入脱硫塔底的积液段；（3）积液段中液体通过液体管道依次进入氧化提浓换热器、浓缩结晶罐和干燥器中，与蒸汽或者蒸汽冷凝形成的冷凝水换热，先在氧化提浓换热器中浓度增加后，然后在浓缩结晶罐中结晶，最后进入干燥器中干燥得到产物。
所述步骤（2）中，在脱硫反应时将氨水泵入到脱硫塔积液段和喷淋液循环管路中；所述步骤（3）中，将浓缩结晶罐和干燥器中的上层液体通过液体回收循环管道通入到脱硫塔内的喷淋器中，与烟气反应。
本发明的有益效果是：本发明将高温烟气分别在干燥器、浓缩结晶罐、氧化提浓换热器中分别与硫酸铵固体、氧化后的硫酸铵溶液、塔底排出液换热，实现烟气余热的梯级回收，经历该过程烟气温度得以降低，再进入脱硫塔进行SO2的吸收，有利于吸收反应的进行。本发明采用高温烟气余热作为硫酸铵浓缩、结晶、干燥的热源，不需要额外提供热源用于回收硫酸铵，中间传热介质为水可以循环利用，有效的降低了系统能源资源的消耗。减少了系统的能耗。
在本发明的另一种方案中，采用软水与高温烟气在蒸汽发生器中进行热交换，实现烟气降温，软水汽化的过程，回收烟气余热，产生的蒸汽进入干燥器用于干燥硫酸铵产品。
进一步的，在氧化提浓换热器中，利用经过浓缩结晶罐换热后的热水或烟气再次与脱硫塔积液段排出的液体换热，可以增加亚硫酸铵的氧化效率，在氧化提浓换热器上设置烟气旁路，当氧化反应的温度达到75℃后，烟气将从旁路中流过，而不从氧化提浓换热器中通过，避免温度过高亚硫酸铵分解。
进一步的，氨水自氨水罐中加入到塔底积液段和喷淋液循环回路之前管的路中，其目的在于调节氧化所需要的pH值，另一方面通过氨水泵的剪切作用混合再生吸收液，有利于提高喷淋液中亚硫酸铵溶液的浓度，在塔内保持较好的吸收液和SO2配比。
进一步的，利用氧化风机在脱硫塔积液段和氧化提浓换热器的氧化侧通入空气，进行亚硫酸铵的氧化。
进一步的，干燥器上的换热结构为间壁式换热器，蒸汽或烟气与产品之间换热为间壁式换热，产品质量能够得到保证；氧化提浓换热器采用热管式高效换热器，由于热管为内部充装有冷却工质的密闭空间，可以大大提高传热效率。
附图说明
图1是本发明高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫装置实施例1的系统图；
图2是本发明高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫装置实施例2的系统图。
图中，1-脱硫塔，2-氧化风机，3-循环泵，4-母液排出泵，5-氧化提浓换热器，6-蒸汽发生器，7-干燥器，8-离心机，9-旋流器，10-晶体泵，11-浓缩结晶罐，12-螺旋沉降过滤器，13-氨水泵，14-氨水罐。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫装置实施例1：
如图1所示，本实施例包括本实施例包括脱硫塔1以及设在脱硫塔1外的产物浓缩结晶罐11和干燥器7，脱硫塔1上设有烟气进气口和烟气排出口，脱硫塔1内设有喷淋器，脱硫塔1的塔底为积液段，积液段和喷淋器之间设有喷淋液循环管路，喷淋液循环管路上设有循环泵3，所述浓缩结晶罐11和干燥器7上分别设有换热结构，所述烟气进气口和浓缩结晶罐之间设有氧化提浓换热器5，所述干燥器7、浓缩结晶罐11、氧化提浓换热器5依次通过气体管道连接，所述氧化提浓换热器5的气体出口与脱硫塔1烟气进气口连接，所述积液段依次通过液体管道与氧化提浓换热器5、浓缩结晶罐11和干燥器7连接，积液段与氧化提浓换热器5之间的管路上设有母液排出泵4。所述气体管道上设有并联在氧化提浓换热器5上的进气口和出气口之间的烟气旁路。
所述浓缩结晶罐11与干燥器7之间的液体管道上依次设有晶体泵10、旋流器9和离心机8，所述旋流器9和离心机8的上部通过液体回收循环管道与脱硫塔1内的喷淋器连接；所述氧化提浓换热器5和浓缩结晶罐11之间的液体管道上设有螺旋沉降过滤器12。脱硫塔1外还设有氨水罐14，氨水罐14通过氨水管道与脱硫塔积液段和喷淋液循环管路连接，氨水管道14上设有氨水泵13。所述脱硫塔1外设有用于向积液段和氧化提浓换热器5通入空气的氧化风机4。
本实施例中，所述干燥器7为转盘干燥器，所述干燥器7上的换热结构为间壁式换热结构，所述氧化提浓换热器5为热管式换热器。
本实施例的工作过程如下：待脱硫的高温烟气依次进入干燥器7、浓缩结晶罐11、氧化提浓换热器5进行梯级换热，充分回收高温烟气余热。干燥器7回收的热量用于干燥硫酸铵产品，浓缩结晶罐11回收的热量用于加热氧化除灰后的硫酸铵溶液，氧化提浓换热器5回收热量用于加热塔底积液段排出液，便于亚硫酸铵的进一步氧化及溶液的初步提浓。烟气经过梯级换热后进入脱硫塔1，烟气中的SO2与喷淋液反应吸收，净化后的烟气从脱硫塔中排出。利用氧化风机2向脱硫塔1底部积液段和氧化提浓换热器5氧化侧通入空气，进行亚硫酸铵的氧化。氨水储罐14中的氨水被氨水泵13打入脱硫塔1底部积液段和喷淋液循环回路中，起到调节氧化过程溶液的pH和吸收液中氨水浓度的目的。该工艺过程利用烟气余热实现了产品的干燥、硫酸铵溶液的浓缩结晶、加快亚硫酸铵的氧化过程，同时烟气温度的降低还有利于吸收反应的进行。高温烟气余热得到梯级利用，热效率高。
本装置需严格控制各节点的工艺参数，如烟气流量、饱和水蒸气流量、循环泵流量等参数，以实现干燥器中控制干燥温度130~150℃、浓缩结晶罐中控制浓缩液温度90~130℃、氧化提浓换热器中控制氧化侧反应温度65~75℃、控制进吸收层烟气温度70~80℃。
本装置中需控制热管式氧化提浓换热器中氧化提浓侧硫酸铵浓度在15~35 wt%，最好在30~33wt%，避免其发生结晶现象；结晶过程在螺旋沉降过滤器中经过除灰后全部在浓缩结晶罐中进行。
本发明高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫装置实施例2：
本实施例的结构如图2所示，与本发明高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫装置实施例1不同的是，本实施例的脱硫塔1外还设有用于与高温烟气换热的蒸汽发生器6，该蒸汽发生器6与脱硫塔上烟气进气口之间通过烟气管道连接，蒸汽发生器6与干燥器7之间通过蒸汽管道连接，蒸汽发生器6与氧化提浓换热器5之间通过冷却水管道连接，所述蒸汽发生器6的换热结构采用具有T型槽道管结构的换热元件。本实施例的其它结构与实施例1均相同，此处不再赘述。
本实施例的工作过程如下：待脱硫的高温烟气首先进入蒸汽发生器6与水换热，烟气温度降低可直接进入脱硫塔进行SO2的吸收过程；蒸汽发生器6产生的蒸汽进入干燥器7干燥硫酸铵产品，蒸汽被冷凝为饱和水，硫酸铵被干燥进入后续工序成产品；被冷凝的饱和水进入浓缩结晶罐11与氧化除灰后的硫酸铵溶液换热，加快浓缩结晶过程；换热之后的水接着进入氧化提浓换热器5与塔底积液段排出的溶液换热，提高其温度，加快氧化反应的进行，进一步提高氧化效率，换热之后的水进入蒸汽发生器6与高温烟气换热，进入后续循环。氨水储罐14中的氨水被氨水泵13打入脱硫塔1底部积液段和喷淋液循环回路中，起到调节氧化过程溶液的pH和吸收液中氨水浓度的目的。利用氧化风机2向脱硫塔1底部积液段和氧化提浓换热器5氧化侧通入空气，进行亚硫酸铵的氧化。该工艺过程利用软水回收烟气余热梯级利用，实现了硫酸铵产品的干燥、硫酸铵溶液的浓缩结晶、加快亚硫酸铵的氧化过程，同时烟气温度的降低还有利于吸收反应的进行。利用软水回收的高温烟气余热得到梯级利用，热效率高。
本发明高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫方法的实施例1：
一种高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫方法，包括以下步骤：（1）高温烟气依次进入带有换热结构的干燥器、带有换热结构的浓缩结晶罐和氧化提浓换热器中分别与硫酸铵固体、氧化后的硫酸铵溶液、塔底排出液换热；（2）换热后烟气的温度降低，烟气再进入脱硫塔，与喷淋器喷出的喷淋液进行反应，脱硫后的烟气从脱硫塔中排出，喷淋液落入脱硫塔底的积液段；（3）积液段中液体通过液体管道依次进入氧化提浓换热器、浓缩结晶罐和干燥器中，积液段中液体与高温烟气换热吸收高温烟气中的热量，先在氧化提浓换热器中浓度增加后，然后在浓缩结晶罐中结晶，最后进入干燥器中干燥得到产物。
所述步骤（2）中，在脱硫反应时将氨水泵入到脱硫塔积液段和喷淋液循环管路中；所述步骤（3）中，将浓缩结晶罐和干燥器中的上层液体通过液体回收循环管道通入到脱硫塔内的喷淋器中，与烟气反应。
本发明高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫方法的实施例2：
一种高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫方法，包括以下步骤：（1）高温烟气先进入蒸汽发生器中与蒸汽发生器中的软水进行换热，换热后软水温度升高产生蒸汽，蒸汽依次进入带有换热结构的干燥器、带有换热结构的浓缩结晶罐和氧化提浓换热器中分别与硫酸铵固体、氧化后的硫酸铵溶液、塔底排出液换热，蒸汽换热后温度降低最终由氧化提浓换热器中排出进入到蒸汽发生器中；（2）高温烟气换热后温度降低，再进入脱硫塔，与喷淋器喷出的喷淋液进行反应，脱硫后的烟气从脱硫塔中排出，喷淋液落入脱硫塔底的积液段；（3）积液段中液体通过液体管道依次进入氧化提浓换热器、浓缩结晶罐和干燥器中，与蒸汽或者蒸汽冷凝形成的冷凝水换热，先在氧化提浓换热器中浓度增加后，然后在浓缩结晶罐中结晶，最后进入干燥器中干燥得到产物。
所述步骤（2）中，在脱硫反应时将氨水泵入到脱硫塔积液段和喷淋液循环管路中；所述步骤（3）中，将浓缩结晶罐和干燥器中的上层液体通过液体回收循环管道通入到脱硫塔内的喷淋器中，与烟气反应。
虽然以上内容已经对本发明的实施方式进行了详细描述，但本发明不限于上述的实施方式。所附的权利要求所限定的本发明的范围包含所有等同的替代和变化。

Claims (10)

1.一种高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫装置，其包括脱硫塔（1）以及设在脱硫塔外的产物浓缩结晶罐（11）和干燥器（7），脱硫塔（1）上设有烟气进气口和烟气排出口，脱硫塔（1）内设有喷淋器，脱硫塔（1）的塔底为积液段，积液段和喷淋器之间设有喷淋液循环管路，其特征在于：所述浓缩结晶罐（11）和干燥器（7）上分别设有换热结构，所述烟气进气口和浓缩结晶罐（11）之间设有氧化提浓换热器（5），所述干燥器（7）、浓缩结晶罐（11）、氧化提浓换热器（5）依次通过气体管道连接，所述氧化提浓换热器（5）的气体出口与脱硫塔（1）烟气进气口连接，所述积液段依次通过液体管道与氧化提浓换热器（5）、浓缩结晶罐（11）和干燥器（7）连接。
2.一种高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫装置，其包括脱硫塔（1）以及设在脱硫塔外的产物浓缩结晶罐（11）和干燥器（7），脱硫塔（1）上设有烟气进气口和烟气排出口，脱硫塔（1）内设有喷淋器，脱硫塔（1）的塔底为积液段，积液段和喷淋器之间设有喷淋液循环管路，其特征在于：所述浓缩结晶罐（11）和干燥器（7）上分别设有换热结构，所述烟气进气口和浓缩结晶罐（11）之间设有氧化提浓换热器（5），所述干燥器（7）、浓缩结晶罐（11）、氧化提浓换热器（5）依次通过气体管道连接，所述积液段依次通过液体管道与氧化提浓换热器（5）、浓缩结晶罐（11）和干燥器（7）连接，所述脱硫塔（1）外还设有用于与高温烟气换热的蒸汽发生器（6），该蒸汽发生器（6）与脱硫塔（1）上烟气进气口之间通过烟气管道连接，蒸汽发生器（6）与干燥器（7）之间通过蒸汽管道连接，蒸汽发生器（6）与氧化提浓换热器（5）之间通过冷却水管道连接。
3.根据权利要求1或2所述的高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫装置，其特征在于：所述气体管道上设有并联在氧化提浓换热器（5）的进气口和出气口之间的烟气旁路。
4.根据权利要求1或2所述的高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫装置，其特征在于：所述浓缩结晶罐（11）与干燥器（7）之间的液体管道上依次设有晶体泵（10）、旋流器（9）和离心机（8），所述旋流器（9）和离心机（8）的上部通过液体回收循环管道与脱硫塔（1）内的喷淋器连接；所述氧化提浓换热器（5）和浓缩结晶罐（11）之间的液体管道上设有螺旋沉降过滤器（12）。
5.根据权利要求1或2所述的高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫装置，其特征在于：脱硫塔（1）外还设有氨水罐（14），氨水罐（14）通过氨水管道与脱硫塔积液段和喷淋液循环管路连接，氨水管道（14）上设有氨水泵（13）。
6.根据权利要求1或2所述的高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫装置，其特征在于：所述脱硫塔（1）外设有用于向积液段和氧化提浓换热器（5）通入空气的氧化风机（2）。
7.根据权利要求2所述的高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫装置，其特征在于：所述干燥器（7）为转盘干燥器，所述干燥器（7）上的换热结构为间壁式换热结构，所述氧化提浓换热器（5）为热管式换热器，所述蒸汽发生器（6）的换热结构采用具有T型槽道管结构的换热元件。
8.一种高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）高温烟气依次进入带有换热结构的干燥器、带有换热结构的浓缩结晶罐和氧化提浓换热器中分别与硫酸铵固体、氧化后的硫酸铵溶液、塔底排出液换热；（2）换热后烟气的温度降低，烟气再进入脱硫塔，与喷淋器喷出的喷淋液进行反应，脱硫后的烟气从脱硫塔中排出，喷淋液落入脱硫塔底的积液段；（3）积液段中液体通过液体管道依次进入氧化提浓换热器、浓缩结晶罐和干燥器中，积液段中液体与高温烟气换热吸收高温烟气中的热量，先在氧化提浓换热器中浓度增加后，然后在浓缩结晶罐中结晶，最后进入干燥器中干燥得到产物。
9.一种高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）高温烟气先进入蒸汽发生器中与蒸汽发生器中的软水进行换热，换热后软水温度升高产生蒸汽，蒸汽依次进入带有换热结构的干燥器、带有换热结构的浓缩结晶罐和氧化提浓换热器中分别与硫酸铵固体、氧化后的硫酸铵溶液、塔底排出液换热，蒸汽换热后温度降低最终由氧化提浓换热器中排出进入到蒸汽发生器中；（2）高温烟气换热后温度降低，再进入脱硫塔，与喷淋器喷出的喷淋液进行反应，脱硫后的烟气从脱硫塔中排出，喷淋液落入脱硫塔底的积液段；（3）积液段中液体通过液体管道依次进入氧化提浓换热器、浓缩结晶罐和干燥器中，与蒸汽或者蒸汽冷凝形成的冷凝水换热，先在氧化提浓换热器中浓度增加后，然后在浓缩结晶罐中结晶，最后进入干燥器中干燥得到产物。
10.根据权利要求8或9所述的高温烟气余热梯级回收利用的氨法脱硫方法，其特征在于：所述步骤（2）中，在脱硫反应时将氨水泵入到脱硫塔积液段和喷淋液循环管路中；所述步骤（3）中，将浓缩结晶罐和干燥器中的上层液体通过液体回收循环管道通入到脱硫塔内的喷淋器中，与烟气反应。
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