CN106512678A - 一种烟气脱硫脱碳装置以及烟气脱硫脱碳方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种烟气脱硫脱碳装置以及烟气脱硫脱碳方法，涉及烟气净化技术领域。烟气脱硫脱碳装置，包括吸收塔、再生池、沉淀池、脱钙池、循环池和工艺水池。吸收塔与再生池连通，再生池与沉淀池连通，沉淀池与脱钙池连通，脱钙池与循环池连通，循环池与吸收塔连通。再生池盛放有钙离子的碱性溶液，脱钙池内盛放有脱钙剂，循环池内盛放有钠离子的碱性溶液。烟气脱硫脱碳方法，其包括：将烟气与钠离子的碱性溶液混合得到的废液与钙离子的碱性溶液混合得到再生液；将再生液与脱钙剂混合，得到可循环利用的钠离子的碱性溶液。脱硫脱碳和再生过程的基础上增加了脱钙过程，从而避免了含有Ca2+的钠离子的碱性溶液在吸收塔和管道内循环造成阻塞。

Description

一种烟气脱硫脱碳装置以及烟气脱硫脱碳方法
技术领域
本发明涉及烟气净化技术领域，且特别涉及一种烟气脱硫脱碳装置以及烟气脱硫脱碳方法。
背景技术
中国是燃煤大国，能源结构中约有70％的煤。而又随着近年来中国经济的快速发展，由日益增多的煤炭消耗量所造成的二氧化硫、二氧化碳污染和酸雨也日趋严重，给农业生产和人民生活带来极大的危害。因此，采取有效的烟气治理措施，切实削减二氧化硫、二氧化碳的排放量，控制大气二氧化硫、二氧化碳污染、保护大气环境质量，事关国家可持续发展战略，是目前及未来相当长时间内中国环境保护的重要课题之一。
就目前的技术水平和现实能力而言,烟气脱硫脱碳((Flue gasdesulfurization，缩写FGD)技术是世界上应用最广泛、最经济、最有效的一种控制SO2、CO2排放的技术。按照脱硫方式和产物的处理形式划分，烟气脱硫一般可分为湿式脱硫、干式脱硫和半干式脱硫三类。湿法脱硫占世界80％以上的脱硫市场，是目前世界上应用最广的FGD工艺，具有设备简单、投资少、操作技术易掌握、效率高等特点。而湿式石灰石/石灰法又占湿法的近80％。湿式钙法的优点是效率和脱硫剂的利用率高，缺点是设备易结垢，严重时造成设备、管道堵塞而无法运行，且工程投资大、运行成本高，对于中小型锅炉和窑炉不合适。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烟气脱硫脱碳装置，具有能够避免管道堵塞的特点。
本发明的另一目的在于提供一种烟气脱硫脱碳方法，具有应用上述的脱硫脱碳装置来实现对烟气的脱硫脱碳。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种烟气脱硫脱碳装置，包括吸收塔、再生池、沉淀池、脱钙池、循环池和工艺水池。吸收塔与再生池连通，再生池与沉淀池连通，沉淀池与脱钙池连通，脱钙池与循环池连通，循环池与吸收塔连通，吸收塔和再生池均与工艺水池连通。再生池盛放有钙离子的碱性溶液，脱钙池内盛放有脱钙剂，循环池内盛放有钠离子的碱性溶液。
本发明提出一种烟气脱硫脱碳方法，其包括：
将烟气与钠离子的碱性溶液混合得到的废液与钙离子的碱性溶液混合得到再生液；将再生液与脱钙剂混合，得到可循环利用的钠离子的碱性溶液。
本发明的有益效果是：本发明在双碱法的脱硫脱碳和再生过程两步骤的基础上增加了脱钙过程，避免再生过程所产生的钠离子的碱性溶液携带有Ca(OH)2直接进行循环，从而避免了钠离子的碱性溶液在吸收塔和管道内循环的过程中造成其阻塞。在燃煤锅炉的脱硫脱碳上具备较好的推广价值,符合国家目前大力提倡的循环经济,具有显著的环境效益和社会效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例烟气脱硫脱碳方法的装置流程图。
图标：100-烟气脱硫脱碳装置；110-吸收塔；111-进烟道；112-出烟道；120-再生池；121-第一搅拌机构；122-第一pH自动控制系统；123-石灰消化池；124-第二搅拌机构；125-石灰储仓；130-沉淀池；140-脱钙池；141-第二pH自动控制系统；142-脱钙剂池；150-循环池；151-第三pH自动控制系统；152-碱液池；160-氧化池；161-氧化风机；162-压滤机；163-石膏出料口；170-工艺水池。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的烟气脱硫脱碳装置100和烟气脱硫脱碳方法进行具体说明。
请参照图1，本实施例提供的一种烟气脱硫脱碳装置100，其包括吸收塔110、再生池120、沉淀池130、脱钙池140、循环池150、氧化池160和工艺水池170。
吸收塔110包括进烟道111和出烟道112。进烟道111位于吸收塔110的底部，出烟道112位于吸收塔110的顶部。厂区内产生的烟气通过进烟道111进入吸收塔110内，经由吸收塔110的净化最终通过出烟道112排放到大气中去。
吸收塔110与再生池120连通。再生池120用于为钙离子的碱性溶液提供反应场所。再生池120设置有第一搅拌机构121。具体地，钙离子的碱性溶液由石灰消化池123提供。石灰储仓125与石灰消化池123连通，石灰消化池123设置有第二搅拌机构124。工艺水池170与石灰消化池123连通。石灰储仓125内的石灰和工艺水池170内的工艺水进入石灰消化池123内混合，并在第二搅拌机构124的搅拌作用下生成钙离子的碱性溶液。石灰消化池123与再生池120连通，且石灰消化池123与再生池120连通的管道设置有第一pH自动控制系统122。通过第一pH自动控制系统122设定的pH值，自动加入定量的钙离子的碱性溶液进入再生池120。
再生池120与沉淀池130连通。沉淀池130的上部与脱钙池140连通；沉淀池130的下部与氧化池160连通。
脱钙池140用于为脱钙剂提供反应场所。具体地，脱钙剂由脱钙剂池142提供。脱钙剂池142与脱钙池140连通，且脱钙剂池142与脱钙池140连通的管道设置有第二pH自动控制系统141。通过第二pH自动控制系统141设定的pH值，自动加入定量的脱钙剂进入脱钙池140。脱钙池140的上部与循环池150连通；脱钙池140的下部与氧化池160连通。
氧化池160连通有氧化风机161和压滤机162。氧化风机161向氧化池160的底部吹入空气。压滤机162与循环池150连通，压滤机162具有石膏出料口163。
循环池150贮存上述步骤再生的钠离子的碱性溶液。循环池150与吸收塔110连通，通过上述连通，即形成完整的钠离子的碱性溶液的循环。为了进一步调整循环池150内的钠离子的碱性溶液的浓度和pH值，循环池150还连通有碱液池152。碱液池152与循环池150连通的管道设置有第三pH自动控制系统151，通过第三pH自动控制系统151设定的pH值，自动加入定量的钠离子的碱性溶液进入循环池150。
综上，上述烟气脱硫脱碳装置100具有工艺简单和成本较低等特点，在实现钠离子的碱性溶液的循环使用的同时能够有效避免造成管道的堵塞。本烟气脱硫脱碳装置100可以在传统的双碱法脱硫装置进行改装，也可针对厂区烟气的排量来设计建造。
一种烟气脱硫脱碳方法，其包括：
将烟气与钠离子的碱性溶液反应得到的废液与钙离子的碱性溶液混合得到再生液；将再生液与脱钙剂混合，得到可循环利用的钠离子的碱性溶液。作为优选，还包括在再生液与脱钙剂混合前向其中加入絮凝剂的步骤，使再生液中的固体物质加速沉淀并与其分离，分离后的再生液再与脱钙剂混合。
具体地，厂区产生的烟气经由进烟道111进入吸收塔110内，并在吸收塔110内自下而上运动，同时，循环池150内的钠离子的碱性溶液进入吸收塔110。在烟气运动过程中与钠离子的碱性溶液混合并发生反应，烟气经由钠离子溶液除去其中的SO2和部分CO2。钠离子的碱性溶液可以选自NaOH溶液和Na2CO3溶液中的至少一种。其具体反应机理如下：
⑴、脱硫过程：
使用NaOH溶液脱硫：
2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O。
使用Na2CO3溶液脱硫：
Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2；
Na2CO3+SO2+H2O→2NaHSO3。
使用Na2CO3溶液脱硫时可能产生的副反应如下：
Na2SO3+1/2O2→Na2SO4；
NaHSO3+1/2O2→NaHSO4。
⑵、脱碳过程：
使用NaOH溶液脱碳：
CO2+2NaOH→Na2CO3+H2O。
使用Na2CO3溶液脱碳：
Na2CO3+CO2+H2O→2NaHCO3。
通过上述脱硫、脱碳过程产生排放气和废液，一方面排放气通过出烟道112排放于大气；另一方面废液通过管道进入再生池120进行再生。产生废液中通常会含有以下物质：Na2SO3、NaHSO3、Na2SO4、NaHSO4、Na2CO3和NaHCO3等杂质。
为了充分除去废液中的上述物质，需要向再生池120内加入过量的Ca(OH)2溶液。石灰储仓125内的石灰和工艺水池170内的工艺水进入石灰消化池123，经由第二搅拌机构124的搅拌调配成Ca(OH)2溶液。Ca(OH)2溶液通过第一pH自动控制系统122进入再生池120。废液与Ca(OH)2溶液经由第一搅拌机构121搅拌，使之混合均匀并发生反应，废液经由Ca(OH)2溶液除去其中的杂质。其具体反应机理如下：
⑴、除硫过程产生的废液再生：
Na2SO3+Ca(OH)2→CaSO3↓+2NaOH；
2NaHSO3+2Ca(OH)2→2CaSO3↓+2NaOH+2H2O；
Na2SO4+Ca(OH)2→CaSO4↓+2NaOH；
2NaHSO4+2Ca(OH)2→2CaSO4↓+2NaOH+2H2O。
⑵、除碳过程产生的废液再生：
Na2CO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+2NaOH；
2NaHCO3+2Ca(OH)2→2CaCO3↓+2NaOH+2H2O。
通过上述再生过程，产生再生液主要含有NaOH溶液、Ca(OH)2溶液和各种沉淀产物。为了加快再生液中的沉淀产物与其分离的速度，将再生液通入沉淀池130内进行沉淀。
再生液在沉淀的过程中可以向其中加入絮凝剂。絮凝剂优选选自聚丙烯酰胺、氯化铁、硫酸铁、氯化铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合氯化铝、硫酸亚铁水合物、聚合氯化铁铝和高铁酸钾等，只要能够加快固体产物的聚集即可。再生液与固定产物分离后，再生液进入到脱钙池140进行脱钙处理，固体产物进入到氧化池160进行氧化处理。
上述的再生液如果不经过脱钙处理直接再次循环使用，由于其中溶解的Ca(OH)2，能够产生固体，导致管道堵塞，最终影响生产和带来全隐患，使得两至三天就要清洗一次管道。其Ca(OH)2导致管道堵塞的反应机理为：
SO2+Ca(OH)2→CaSO3↓+H2O；
CO2+Ca(OH)2→CaCO3↓+H2O。
由于再生液中含有Ca(OH)2，在吸收塔110中与SO2、CO2发生脱硫、脱碳反应，生成的沉淀造成堵塞吸收塔110。除此之外，再生液在循环过程中遇到管道中携带的SO2、CO2，也会与Ca(OH)2反应生成沉淀堵塞管道。
通过上述可知，如果不将再生液中的Ca(OH)2除去，在烟气处理的过程中会产生诸多问题。因此，经沉淀后的再生液需要进入脱钙池140内进行脱钙处理。脱钙剂池142内的脱钙剂通过第二pH值自动控制系统141的控制进入脱钙池140，使得脱钙剂与再生液反应。
脱钙剂可以选自含有SO3 2-、HSO3 -、SO4 2-、HSO4 -、CO3 2-和HCO3 -中的至少一种的溶液；脱钙剂也可以选自含有S2-、SiO3 2-和PO4 3-中的至少一种的溶液。上述盐溶液优选为钠离子盐溶液，使得脱钙过程产生的溶液能够与钠离子的碱性溶液产生极好得配伍性。通过脱钙过程，能够有效地除去再生过程产生的钠离子的碱性溶液所携带的Ca(OH)2,避免了钠离子的碱溶液在循环过程中造成吸收塔110和管道的阻塞。同时，上述脱钙剂均具有制备工艺简单和成本比较低廉等特点。
在沉淀池130和脱钙池140内产生的沉淀产物均进入氧化池160内，并在氧化风机161通入空气的作用下，使得上述钙基沉淀产物进一步氧化并进入压滤机162。经过压滤机162的进一步精滤，使得产生的固体石膏通过石膏出料口163排出压滤机162；产生的钠离子的碱性溶液通过管道进入循环池150。进一步的节省了成本。
在本实施例的其它方案中，可以是再生池120、沉淀池130和脱钙池140共用一个池子，只要依次进行再生、沉淀和脱钙步骤实现对再生液的脱钙即可；也可以是沉淀池130和脱钙池140共用一个池子，只要依次进行沉淀和脱钙步骤实现对再生液的脱钙即可。为了保证脱钙的效果，还可以依次设置有多个脱钙池140，本实施例不在于限定脱钙池140的个数，只要保证能够将再生液中的Ca2+净化干净即可。
承上述，通过本烟气脱硫脱碳装置100以及方法净化的烟气，排放气中烟尘和SO2的排放量均能够达到排放标准，例如《火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2003)》规定的：烟尘浓度<100mg/Nm3,SO2浓度<200mg/Nm3；同时，钠离子盐溶液在循环过程中能够有效避免传统双碱法脱硫工艺中的造成的管道堵塞的问题，提高了烟气的净化效率，符合国家目前大力提倡的循环经济,具有显著的环境效益和社会效益。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
使用NaOH溶液在吸收塔110内对烟气进行脱硫、脱碳，其反应过程如下：
⑴、脱硫过程：
主反应为：2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O；
副反应为：Na2SO3+1/2O2→Na2SO4。
⑵、脱碳过程：
CO2+2NaOH→Na2CO3+H2O。
使用Ca(OH)2对上述过程产生的废液在再生池120内进行再生，其反应过程如下：
⑴、除硫过程产生的废液再生：
Na2SO3+Ca(OH)2→CaSO3↓+2NaOH；
Na2SO4+Ca(OH)2→CaSO4↓+2NaOH。
⑵、除碳过程产生的废液再生：
Na2CO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+2NaOH。
使用Na2CO3对经沉淀后的再生液在脱钙池140内进行脱钙处理，其反应过程如下：
Na2CO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+2NaOH。
经脱钙处理的得到钠离子的碱性溶液进入到循环池150，并通过碱液池152向其中加入钠离子的碱性溶液调节纯度和pH值，进行循环使用。
实施例2
使用NaOH溶液在吸收塔110内对烟气进行脱硫、脱碳，其反应过程如下：
⑴、脱硫过程：
主反应为：2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O；
副反应为：Na2SO3+1/2O2→Na2SO4。
⑵、脱碳过程：
CO2+2NaOH→Na2CO3+H2O。
使用Ca(OH)2对上述过程产生的废液在再生池120内进行再生，其反应过程如下：
⑴、除硫过程产生的废液再生：
Na2SO3+Ca(OH)2→CaSO3↓+2NaOH；
Na2SO4+Ca(OH)2→CaSO4↓+2NaOH。
⑵、除碳过程产生的废液再生：
Na2CO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+2NaOH。
使用NaHCO3、Na2SO3、NaHSO3或Na2SO4、NaHSO4对经沉淀后的再生液在脱钙池140内进行脱钙处理，其反应过程如下：
2NaHSO3+2Ca(OH)2→2CaSO3↓+2NaOH+2H2O；
Na2SO4+Ca(OH)2→CaSO4↓+2NaOH；
2NaHSO4+2Ca(OH)2→2CaSO4↓+2NaOH+2H2O；或：
Na2CO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+2NaOH；
2NaHCO3+2Ca(OH)2→2CaCO3↓+2NaOH+2H2O。
经脱钙处理的得到钠离子的碱性溶液进入到循环池150，并通过碱液池152向其中加入钠离子的碱性溶液调节纯度和pH值，进行循环使用。
实施例3
使用NaOH溶液和Na2CO3溶液在吸收塔110内对烟气进行脱硫、脱碳，其反应过程如下：
⑴、脱硫过程：
使用NaOH溶液脱硫：
2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O。
使用Na2CO3溶液脱硫：
Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2；
Na2CO3+SO2+H2O→2NaHSO3。
使用Na2CO3溶液脱硫时可能产生的副反应如下：
Na2SO3+1/2O2→Na2SO4；
NaHSO3+1/2O2→NaHSO4。
⑵、脱碳过程：
使用NaOH溶液脱碳：
CO2+2NaOH→Na2CO3+H2O。
使用Na2CO3溶液脱碳：
Na2CO3+CO2+H2O→2NaHCO3。
使用Ca(OH)2对上述过程产生的废液在再生池120内进行再生，其反应过程如下：
⑴、除硫过程产生的废液再生：
Na2SO3+Ca(OH)2→CaSO3↓+2NaOH；
Na2SO4+Ca(OH)2→CaSO4↓+2NaOH。
⑵、除碳过程产生的废液再生：
Na2CO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+2NaOH。
使用硫化盐、硅酸盐、磷酸盐对经沉淀后的再生液在脱钙池140内进行脱钙处理，其反应过程如下：
S2-+Ca(OH)2→CaS↓+2OH-；
SiO3 2-+Ca(OH)2→CaSiO3↓+2OH-；
2PO4 3-+3Ca(OH)2→Ca3(SO4)2↓+6OH-。
经脱钙处理的得到钠离子的碱性溶液进入到循环池150，并通过碱液池152向其中加入钠离子的碱性溶液调节纯度和pH值，进行循环使用。
实施例4
使用Na2CO3溶液在吸收塔110内对烟气进行脱硫、脱碳，其反应过程如下：
⑴、脱硫过程：
使用Na2CO3溶液脱硫：
Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2；
Na2CO3+SO2+H2O→2NaHSO3。
使用Na2CO3溶液脱硫时可能产生的副反应如下：
Na2SO3+1/2O2→Na2SO4；
NaHSO3+1/2O2→NaHSO4。
⑵、脱碳过程：
使用Na2CO3溶液脱碳：
Na2CO3+CO2+H2O→2NaHCO3。
使用Ca(OH)2对上述过程产生的废液在再生池120内进行再生，其反应过程如下：
⑴、除硫过程产生的废液再生：
Na2SO3+Ca(OH)2→CaSO3↓+2NaOH；
Na2SO4+Ca(OH)2→CaSO4↓+2NaOH。
⑵、除碳过程产生的废液再生：
Na2CO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+2NaOH。
使用Na2CO3溶液、NaHCO3溶液、NaHSO3溶液、Na2SO4溶液、NaHSO4溶液对经沉淀后的再生液在脱钙池140内进行脱钙处理，其反应过程如下：
Na2SO3+Ca(OH)2→CaSO3↓+2NaOH；
2NaHSO3+2Ca(OH)2→2CaSO3↓+2NaOH+2H2O；
Na2SO4+Ca(OH)2→CaSO4↓+2NaOH；
2NaHSO4+2Ca(OH)2→2CaSO4↓+2NaOH+2H2O；
Na2CO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+2NaOH；
2NaHCO3+2Ca(OH)2→2CaCO3↓+2NaOH+2H2O。
经脱钙处理的得到钠离子的碱性溶液进入到循环池150，并通过碱液池152向其中加入钠离子的碱性溶液调节纯度和pH值，进行循环使用。
综上所述，本发明在双碱法的脱硫脱碳和再生过程两步骤的基础上增加了脱钙过程，避免再生过程所产生的钠离子的碱性溶液携带有Ca(OH)2直接进行循环，从而避免了钠离子的碱性溶液在吸收塔110和管道内循环的过程中造成其阻塞。在燃煤锅炉的脱硫脱碳上具备较好的推广价值,符合国家目前大力提倡的循环经济,具有显著的环境效益和社会效益。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种烟气脱硫脱碳装置，其特征在于，包括吸收塔、再生池、沉淀池、脱钙池、循环池和工艺水池，所述吸收塔与所述再生池连通，所述再生池与所述沉淀池连通，所述沉淀池与所述脱钙池连通，所述脱钙池与所述循环池连通，所述循环池与所述吸收塔连通，所述吸收塔和所述再生池均与所述工艺水池连通，所述再生池盛放有含钙离子的碱性溶液，所述脱钙池内盛放有脱钙剂，所述循环池内盛放有含钠离子的碱性溶液。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硫脱碳装置，其特征在于，还包括氧化池，所述沉淀池和所述脱钙池均与所述氧化池连通，所述氧化池还连通有氧化风机和压滤机，所述压滤机与所述循环池连通，所述压滤机具有石膏出料口。
3.根据权利要求1所述的烟气脱硫脱碳装置，其特征在于，所述脱钙池还连通有用于贮存所述脱钙剂的脱钙剂池。
4.一种烟气脱硫脱碳方法，其特征在于，其包括：
将烟气由含钠离子的碱性溶液混合后得到的废液与含钙离子的碱性溶液混合得到再生液；将所述再生液与脱钙剂混合，得到可循环利用的所述钠离子的碱性溶液。
5.根据权利要求4所述的烟气脱硫脱碳方法，其特征在于，还包括在所述再生液与所述脱钙剂混合前向其中加入絮凝剂的步骤，然后分离上层清液与所述脱钙剂混合。
6.根据权利要求4所述的烟气脱硫脱碳方法，其特征在于，所述含钠离子的碱性溶液选自氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液中的至少一种。
7.根据权利要求4所述的烟气脱硫脱碳方法，其特征在于，所述含钙离子的碱性碱溶液选自氢氧化钙溶液。
8.根据权利要求4所述的烟气脱硫脱碳方法，其特征在于，所述脱钙剂选自含有SO3 2-、HSO3 -、SO4 2-、HSO4 -、CO3 2-和HCO3 -中的至少一种的溶液。
9.根据权利要求4所述的烟气脱硫脱碳方法，其特征在于，所述脱钙剂选自含有S2-、SiO3 2-和PO4 3-中的至少一种的溶液。
10.根据权利要求8或9所述的烟气脱硫脱碳方法，其特征在于，所述脱钙剂为钠离子盐溶液。
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