CN106799126A - 氨法脱硫节能超过一倍的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了氨法脱硫节能超过一倍的装置，从低位循环泵输送出来的一部分液体被输送到降温出干粉一体管，瞬间被热烟气蒸发成为硫酸铵干粉，可以直接由于农田化肥，节省了后续干燥系统的大量热能，而且能够对烟气降温，达到脱硫塔防腐层耐温的范围以内；氧化空气分别从多孔折边气液板的小孔中向上穿过，液体则是横向来回运行，多次反复与氧化空气接触，从而提高氧化效率，且液体与空气各走各的通道相互不冲突，使得运行通畅，操作弹性大幅度提高；能量回收管使得高位势能全部被利用，同时化解了对设备的冲击破坏作用；总体解决了现有设备投资大、电耗高、吸收液氧化效果差和难以控制的问题，理论上能够节省脱硫塔的资金33％以上，最大耗电设备一级循环泵的节能和节省资金都超过了50％。

Description

氨法脱硫节能超过一倍的装置
所属技术领域
本发明属于环保脱硫技术领域，涉及氨法脱硫节能超过一倍的装置，尤其适用于热电厂新建氨法脱硫或原有氨法的脱硫装置的节能改造。
背景技术
燃煤产生的二氧化硫造成对环境的污染，但是脱硫需要付出较大的投资与电耗，以至于很多企业因为脱硫而亏损，企业对脱硫的积极性当然不高，不合理的脱硫工艺在运行过程中事故频发，致使个别企业处于半开半停的状态，每一次开或停车都会造成能耗浪费和环境污染，维修与更换设备包括材料又造成了经济损失，所以降低能耗是巩固脱硫的关键，稳定运行是保护环境的成败。氨法脱硫可以做到无废渣及废液排放，生成的产物硫酸铵能够被利用，如果能够减少投资和降低成本，企业不但不会亏损，而且能够有较多的盈利。
公知的氨法脱硫从上个世纪以来经历了四代创新时代，目前应用的大都是第四代技术，即NKK脱硫工艺，脱硫装置有脱硫塔、一级循环泵、二级循环泵、多个循环槽和干燥设施等组成，吸收液是氨水溶液；为了节省占地，NKK脱硫工艺是把脱硫塔分成上、中、下三个层段，下层段主要是对吸收液进行一次氧化与储存，中层段的作用是对二氧化硫进行初步吸收和二次氧化，上层段主要是对二氧化硫进行最终吸收，或者说第二次吸收，上层段和中层段都有各自的吸收液在塔内循环，上层段的吸收液从高位流入到循环槽或流入到脱硫塔的下层段氧化，再经过循环泵被输送到上层段循环使用，总体NKK脱硫工艺占地少，也无需对烟气进行加压即可运行。
以NKK为代表的脱硫工还存在着诸多技术缺陷，主要为：
1.氧化系统投资大效果差和难以控制的问题，氧化过程是把脱硫产物亚硫酸氨氧化成为稳定的硫酸氨产品，通常采取的方法是在被氧化的液体里面设置喷气口与隔板，隔板的目的是让氧化空气能够在脱硫塔中延长停留的时间，隔板上面开很多小孔，吸收液自流向下穿过这个小孔，氧化空气同样是穿过这个小孔向上运行，液体与氧化空气中的氧气接触发生化学反应生成硫酸铵，但是这样必然出现气体和液体相互阻碍的问题，严重影响了脱硫运行，这如同来往的车辆同时穿过一个涵洞，导致相互影响；难以控制是因为氧化空气的压力要求非常苛刻，压力如果偏小，则氧化空气不能够向上运行，如果压力偏大，又导致吸收液不能够向下运行，都使得脱硫无法进行，如果氧化空气压力适中，又造成液体下不来同时氧化空气又上不去的状况，使得脱硫成为泡影；如果把隔板上的孔径加大，虽然能够解决气体和液体相互阻碍的问题，但又造成氧化空气聚集，使得与液体接触不充分，氧化效果变差而达不要求；投资大是因为这种结构造成液位高，使得占用空间大所致，同时液体越高，则氧化空气的所需压力就越大，这需要加大空气压缩机的压力和用电功率，如果液位偏低，那么氧化空气与液体的接触时间短，同样达不到氧化的效果。
2.高温烟气(180度左右)对脱硫塔的破坏作用，因为脱硫塔的防腐层一般是用环氧树脂加玻璃鳞片，耐温上限一般是140度左右。
3.高位液体的负作用，由于塔体的上层段设有液体箱，高位液体必然存在着一定的能量，这些能量液体对脱硫塔下层的设备造成冲击破坏作用。
4.气帽造成阻力大和投资高的问题，因为脱硫塔的每个层段之间设置有仅供烟气通过的气帽，目的是只允许烟气穿过隔板，却能够把液体阻隔，但是由于气帽的阻力大而导致烟气运行不畅通，并且气帽制作复杂，成本高，不仅如此，由于气帽需要有一定的高度才能够使得烟气通过，这必然使整个脱硫塔的高度增加，投资再次加大。
例如专利号为021369062，名称为“烟气中SO2的脱出和回收方法及装置”是华东理工大学的专利，还有专利号为200510040801.1，名称为“塔内结晶氨法脱硫工艺及装置”是江苏世纪江南环保公司的专利，都是属于NKK系列，脱硫塔都是上、中、下三段塔结构，不仅投资大而且能耗高，最大的问题还在于塔内结晶会造成堵塞，脱硫产物硫酸铵在塔内结晶后必然形成盐垢堵塞塔体，这对于封闭的脱硫塔而言，堆积物不能够清除，使得脱硫故障频繁。我与何金整在2009年发明的“利用高位势能的氨法脱硫工艺及装置(专利号200910068756.9)”的创新专利，能够回收部分高位势能以便节能，同时解决了塔内结晶堵塞的问题，但是仅能够回收一部分高位势能，这是因为氧化空气是从氧化连通器的中下部进入，这使得氧化连通器充满了高压的氧化空气，空气产生的气泡降低了液体的重度，从而抵消的高位势能，实际上高位势能被高压空气取代，高压氧化空气本身也需要较大的能量，如果把氧化空气改成从顶部进入，又达不到氧化的效果，仍然没有完全解决投资大以及能耗高的问题，同时由于导流板的特性导致了氧化空气不能够有效的分散，使得与液体接触不充分，所以氧化率仍然偏低，且无法改进，同时仍然没有解决高温烟气对脱硫塔防腐层破坏作用的问题。
发明内容
为了克服现有技术之不足，氧化系统投资大效果差和难以控制的问题，解决高位液体的负作用，以及解决高温烟气对脱硫塔防腐层的破坏作用的问题，还有气帽造成阻力大和投资高的问题，本发明提供氨法脱硫节能超过一倍的装置，其目的是要把这些负作用化害为利，大幅度降低电耗与成本。
本发明的氨法脱硫节能超过一倍的装置，它包括脱硫塔，其特征是脱硫塔分上、下2个层段，每个层段的顶部设有喷头，上层段和下层段被分隔板分割，分隔板开有孔洞，孔洞总面积占脱硫塔横截面的15％-20％，分隔板上面放置有集液箱，孔洞上面罩有筒壁，目的是防止液体从孔洞流入到下层段，筒的高度比液位高出5cmm，分隔板下面是下层段的喷头，在顶部设置有净化烟气出口，这样，只有上、下2个层段的脱硫塔能够达到3个层段的脱硫效果；在脱硫塔与烟道之间设有降温出干粉一体管，其特征是，降温出干粉一体管的直径比烟气输送管大1.3-1.6倍，底部有烟气进口和硫酸铵粉末排出口，顶部有浓缩的硫酸铵溶液喷头和烟气出口；在脱硫塔的一侧有一个能量回收管，其特征是顶部连接脱硫塔上层段集液箱的液体，底部连接高位循环泵入口，在顶部设置有多孔折边气液板、气体连通管和氧化空气系统，运行时能量回收管具有一定的压力，这些液体压力被高位循环泵吸收利用，而且化解了对设备的冲击破坏作用，气体连通管的作用是减小液体横向流动的阻力，能量回收管的直径是高位循环泵入口管道直径的1.3-1.7倍最佳；在脱硫塔的上层段和下层段的底部以及能量回收管的顶部设有数层多孔折边气液板，其特征是，一端靠紧壁板，另一端悬空，悬空的一端向下弯曲，每层的多孔折边气液板都开有多个的直径为3-5mm小孔，目的是便于气体通畅地从小孔钻出，而液体不会从小孔流入到下面，而是从悬空的一侧向下自流运行，实际开孔数量应该以氧化空气的通量计算得出，多孔折边气液板的各层间距在200mm-400mm之间；在脱硫塔的一侧设有一个多功能低速旋转固液分离器，其特征是主体部分呈圆柱形状，设有溢流口，溢流口用管道连接到低位循环泵，低位循环泵的出口通过管道连接到脱硫塔下层段的喷头；多功能低速旋转固液分离器底部呈锥形结构，最低处设浓浆出口，带有缓慢的搅拌刮板对浆液进行收集，搅拌转速为2-15转/分钟之间，缓慢搅拌的特点不仅是省电，并且能够加速液体沉淀，如同旋流器的作用，同时还能够把沉积在底部的沉淀物刮起向中心收集，收集后的浆液经过底部出口被浓浆泵输送到干燥机系统，经过干燥处理后即得到初步硫酸铵产品，可以作为化肥使用。
本发明的氨法脱硫节能超过一倍的装置流程如下：
吸收液的运行，从脱硫塔上层段喷头喷出，汇集到集液箱，集液箱的液体通过能量回收管连接到高位循环泵，此时能量回收管具有一定的压力，这些液体压力实际上是高位势能，能量回收管连接到通过高位循环泵的入口，此时液体存在的势能作用在高位循环泵上面，被高位循环泵吸收利用，而且化解了对设备的冲击破坏作用；以NKK技术为例，假设脱硫塔的有效高度是45米，由于脱硫塔分为上中下三段，每段的高度接近15米，那么高位循环泵的扬程必须大于总高度即45米才能够运行，而本发明已经把能量回收了，同时脱硫塔已经不再是上中下结构，而是上下结构，此时脱硫塔变成30米高，而高位循环泵的扬程只要大于15米就可以运行，这个节能的幅度超过了一倍(大于50％)；还有一个重要的因素，就是降低了高位循环泵的成本，因为循环泵需要耐蚀耐磨和耐高温的昂贵双相合金材料制成，成本高低与扬程高低成正比。运行中，大部分吸收液被高位循环泵再次输送到上层段循环利用，而一小部分落入到分隔板的孔内，直接进入到了下层段，以避开再次被循环泵输送，达到进一步节能的目的，由于减小了循环泵的流量，所以相对于循环泵和管道也都能够降低成本。
烟气的运行流程是，被处理的高温烟道气首先从降温出干粉一体管的底部进入，与从喷头喷出的少量高浓度硫酸铵液体逆流接触，瞬间把液体蒸干，成为硫酸铵固体粉末，沉积到降温出干粉一体管的底部，这样大幅度节省了后续干燥机系统的能量，同时蒸发潜热带走了高温烟道气的热量，减小了高温烟道气对脱硫塔防腐层的破坏作用，并且烟道气中剩余的灰尘遇到液体也会沉积下了，减小了对脱硫塔喷头的堵塞作用。然后烟道气进入脱硫塔的下层段，与通过喷头喷淋的吸收液接触，烟道气中的二氧化硫与吸收液中的氨水以及亚硫酸铵发生化学反应，大部分二氧化硫生成亚硫酸铵溶解在吸收液中，再被氧化空气完全氧化生成硫酸铵溶液，此时烟道气被初步净化；然后烟道气继续向上运行，穿过分隔板的空隙到达上层段，剩余的二氧化硫与被喷出的吸收液中的氨水继续发生化学反应，这样烟道气被全部净化后达标排放；消耗掉的水和氨水通过补水管经上层段的喷头喷淋补充。
氧化空气的运行是，分别进入脱硫塔的下层段、上层段和能量回收管的顶部，从多孔折边气液板的小孔中向上穿过，液体则是横向来回运行，多次反复与氧化空气接触，这样延长了与空气接触的时间，能够达到完全氧化的目的，由于液体不是从空隙穿过，所以不与氧化空气的通道冲突，使得整体运行通畅，操作弹性大幅度提高，不仅如此，由于液体是横向来回运行，大幅度降低了液体高度，所以减小了氧化空气的压力，再次节能与减少投资。
有益效果，从低位循环泵被输送出来的一部分液体被输送到降温出干粉一体管，瞬间被热烟气蒸发成为硫酸铵干粉，可以直接由于农田化肥，节省了后续干燥系统的大量热能，而且能够对烟气降温，达到脱硫塔防腐层耐温的范围以内；氧化空气分别从多孔折边气液板的小孔中向上穿过，液体则是横向来回运行，多次反复与氧化空气接触，从而提高氧化效率，且液体与空气各走各的通道相互不冲突，使得运行通畅，操作弹性大幅度提高；能量回收管使得高位势能全部被利用，同时化解了对设备的冲击破坏作用；总体解决了现有设备投资大、电耗高、吸收液氧化效果差和难以控制的问题，理论上能够节省脱硫塔的资金33％以上，最大耗电设备一级循环泵的节能和节省资金都超过了50％。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例的装置结构及工艺流程示意图。
图2是多孔折边气液板结构示意图。
图中1.降温出干粉一体管，2.氧化空气系统，3.脱硫塔，4.喷头，5.分隔板，6.集液箱，7.气体连通管，8.能量回收管，9.多孔折边气液板，10.低位循环泵，11.补水管，12.多功能低速旋转固液分离器，13.高位循环泵，14.浓浆泵，15.干燥机系统，16.净化烟气出口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的装置作进一步的详细描述：
如图1所示，包括有一个脱硫塔(3)，和位于塔前面的降温出干粉一体管(1)，脱硫塔(3)的一侧有多功能低速旋转固液分离器(12)、能量回收管(8)、低位循环泵(10)、高位循环泵(13)、浓浆泵(14)以及干燥机系统(15)；脱硫塔(3)内分为上层段和下层段，上层段与下层段之间不设置分隔板，由于只有两层设计，所以大大缩短了脱硫塔(3)的高度，从而降低了成本；脱硫塔(3)上层段设置有净化烟气出口(16)和喷头(4)，脱硫塔(3)下层段设置有喷头(4)和多孔折边气液板(9)，脱硫塔(3)上层段的喷头(4)分别通过管道与高位循环泵(13)连接；在能量回收管(8)内部的顶端设置有多孔折边气液板(9)、氧化空气系统(2)；所述多孔折边气液板(9)有若干层板组成，各层板的间距根据脱硫塔(3)和能量回收管(8)大小确定，优选的在200mm-400mm之间，多功能低速旋转固液分离器(12)，其顶部与脱硫塔(3)下层段连接，其底部与干燥机系统(15)连接。
工艺运行流程如下：吸收液从脱硫塔(3)上层段的喷头(4)喷出，与烟道气中的二氧化硫反应，生成亚硫酸铵溶液，然后吸收液大部分被集液箱(6)收集，集液箱(6)内部设置有少量的多孔折边气液板(9)和氧化空气系统(2)，此时吸收液中的亚硫酸铵一部分被氧化成为硫酸铵，从集液箱(6)的底部流入到能量回收管(8)，其余的亚硫酸铵在能量回收管(8)的顶部继续被氧化，剩余少量的亚硫酸铵由于能够吸收二氧化硫，所以被继续循环使用；能量回收管(8)连接到通过高位循环泵(13)的入口，此时液体存在的势能以压力的液体被高位循环泵(13)吸收转化为动能，不但化解了对设备的冲击破坏作用，而且被全部利用；例如NKK技术，假设脱硫塔的有效高度是45米，由于脱硫塔分为上中下三段，每段的高度接近15米，那么高位循环泵(13)的扬程必须大于总高度即45米才能够运行，而本发明已经把能量回收了，同时脱硫塔已经不再是上中下结构，而是上下结构，此时脱硫塔变成30米高，而高位循环泵(13)的扬程只要大于15米就可以运行，这个节能的幅度超过了50％；还有一个重要的因素，是降低了高位循环泵(13)的成本，循环泵(13)的成本高是因为循环泵需要耐蚀和耐磨的昂贵材料制成，成本的高低与扬程的高低成正比；
运行中，上层段的吸收液大部分被高位循环泵再次输送到上层段循环利用，而一小部分落入到分隔板的孔内，直接进入到了下层段，以避开再次被循环泵输送，达到节能的目的；由于低位循环泵(10)的流量被减少，所以降低了低位循环泵(10)的能耗与投资，输送量和成本都被降低。
从低位循环泵(10)出口出来的液体，一部分送到下层段的喷头(4)喷出，继续循环净化与吸收，通过循环使得硫酸铵的溶解度不断提高，达到一个平衡点，此时液体的流动被多孔折边气液板(9)导向，呈来回曲折运行，大幅度提高了氧化效率，所以此段的吸收液能够被完全氧化。另外一部分液体被输送到降温出干粉一体管(1)，瞬间被蒸发成为硫酸铵干粉，由于此时的吸收液被完全氧化成为硫酸铵，所以干粉中也不会存在亚硫酸铵，可以直接用于农田化肥，节省了后续干燥系统的大量热能，而且通过对烟气降温达到脱硫塔防腐层的耐温范围以内。最后，浓缩的吸收液被输送到多功能低速旋转固液分离器(12)进行冷却结晶和沉淀，被沉淀的浓浆被浓浆泵(14)送入干燥机系统(15)，经过干燥处理，浓浆成为固体硫酸铵化肥产品被由于农田。
气体的运行是和液体逆向接触，被处理的烟道气首先进入降温出干粉一体管(1)，此时烟气被喷头喷出的高浓度硫酸铵溶液降温，热量以蒸发潜热的形式被带走，同时烟气中的灰尘也被进一步净化，然后进入脱硫塔(3)的下层段，与喷头(4)喷淋的吸收液接触，烟道气中的二氧化硫与吸收液中的氨水发生化学反应，生成的硫酸铵和部分亚硫酸铵，同时被溶解在吸收液中，这样烟道气被初步净化，其中的亚硫酸铵被氧化空气氧化成为硫酸铵；然后烟道气继续向上运行，穿过分隔板(5)到达上层段，剩余的二氧化硫与被喷出的吸收液中的氨水继续发生化学反应，这样烟道气被精脱硫后，经过净化烟气出口(16)达标排放。消耗掉的水和氨水通过补水管(11)经上层段的喷头(4)喷淋补充。

Claims (1)

1.本发明氨法脱硫节能超过一倍的装置，它包括脱硫塔(3)，其特征是脱硫塔(3)分上、下2段，上层段和下层段被分隔板(5)分割，分隔板(5)开有孔洞，孔洞总面积占脱硫塔(3)横截面的15％-20％，分隔板(5)上面放置有集液箱(6)，孔洞上面罩有筒壁，筒的高度比液位高出5cmm，分隔板(5)下面是下层段的喷头(4)；在脱硫塔(3)与烟道之间设有降温出干粉一体管(1)，其特征是，降温出干粉一体管(1)的直径比烟气输送管大1.3-1.6倍，底部有烟气进口和硫酸铵粉末排出口，顶部有浓缩的硫酸铵溶液喷头(4)和烟气出口；在脱硫塔(3)的一侧有一个能量回收管(8)，其特征是顶部连接脱硫塔(3)上层段的液体，底部连接高位循环泵(13)入口，在顶部设置有多孔折边气液板(9)、气体连通管(7)和氧化空气系统(2)，能量回收管的直径是高位循环泵(13)入口管道直径的1.3-1.7倍；在脱硫塔(3)的上层段和下层段的底部以及能量回收管(8)的顶部设有数层多孔折边气液板(9)，其特征是，一端靠紧壁板，另一端悬空，悬空的一端向下弯曲，每层都开有多个直径为3-5mm小孔，多孔折边气液板(9)的各层间距在200mm-400mm之间；在脱硫塔(3)的一侧设有一个多功能低速旋转固液分离器(12)，其特征是主体部分呈圆柱形状，设有溢流口，溢流口用管道连接到低位循环泵(10)，低位循环泵(10)的出口用管道连接到脱硫塔(3)下层段的喷头(4)；多功能低速旋转固液分离器(12)底部呈锥形结构，最低处设浓浆出口，带有缓慢的搅拌刮板对浆液进行收集，收集后的浆液经过浓浆出口被浓浆泵输送到干燥机系统。
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