CN107899408B - 一种湿法与干法联合烟气脱硫系统及脱硫方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烟气脱硫系统及其脱硫方法，所述脱硫系统包括除尘增压系统、湿法脱硫系统和干法脱硫系统；除尘增压系统出口端分别与湿法脱硫系统和干法脱硫系统的进口端连接；湿法脱硫系统出口端与干法脱硫系统进口端连接。利用本发明对含硫烟气进行脱硫处理，可以协同脱除多种污染物，从根本上杜绝湿烟囱排放所带来的环境问题。

Description

一种湿法与干法联合烟气脱硫系统及脱硫方法
技术领域
本发明属于烟气脱硫系统和脱硫方法，特别涉及一种湿法与干法联合的脱硫系统和脱硫方法。
背景技术
控制煤炭等能源使用过程中产生的二氧化硫一直都是环境保护重点研究方向。烟气脱硫工艺主要有干法和湿法两种工艺。干法工艺以循环流化床烟气脱硫(CFB-FGD)为代表，典型工艺有鲁奇型(Lurgi)、回流式(RCFB)、气体悬浮吸收式(GSA)和增湿灰循环(NID)等脱硫工艺。这些工艺的共同特点是使利用高速烟气与所携带的稠密悬浮颗粒(脱硫剂)充分接触，从而强化脱硫剂(一般为钙基，Ca(OH)2)与烟气中SO2的反应，使其生成CaSO4和CaSO3，达到烟气脱硫的目的。尽管该工艺具有系统简单、初投资费用低、脱硫效率较高(90％以上)、无废水排放、脱硫后的烟气为干态等优点，但也存在脱硫钙硫比(Ca/S)偏高(一般在1.3～1.5)、脱硫副产物综合利用困难等问题。湿法工艺过程是在溶液或浆液中进行的，脱硫剂和脱硫产物均为湿态。商业化运行的湿式烟气脱硫工艺主要包括石灰石(石灰)-石膏法、氨吸收法、双碱法等，其中石灰石(石灰)-石膏法是当前工艺最成熟、应用最为广泛的烟气脱硫技术，占全部运行烟气脱硫装置的90％以上。尽管该工艺具有脱硫效率高达99％、维持钙硫比在1.03～1.05、运行可靠等显著优势，但该工艺仍然存在初期投资费用高、能耗大、废水处理困难、脱硫后排放烟气的湿度大、温度低、SO3形成的气溶胶扩散困难等问题。
CN102698590A公开了一种干法湿法联合烟气脱硫系统，即在原有的湿法脱硫系统前串联一个干法脱硫系统，该法对于提高电厂燃煤含硫量的冗余度具有一定的效果，但并不能彻底解决现有湿法工艺存在的诸如排放烟气温度低、湿度大以及SO3等脱除效率低等缺陷。因此，随着环保要求的日益严格，如何充分发挥干法和湿法两种脱硫工艺的优势，实现燃烧烟气高效脱硫是当前亟待解决的问题。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种能够高效脱硫，消除湿法脱硫烟囱排放烟气温度低、湿度大及SO3含量高的烟气脱硫系统。本发明的另一目的是提供了该烟气脱硫系统的脱硫方法。
技术方案：本发明所述一种烟气脱硫系统，包括除尘增压系统、湿法脱硫系统和干法脱硫系统；所述除尘增压系统出口端分别与湿法脱硫系统和干法脱硫系统的进口端连接；所述湿法脱硫系统出口端与干法脱硫系统进口端连接。本发明将湿法与干法脱硫系统联合使用，将含硫烟气分阶段处理，在实现高效、低成本烟气脱硫的同时，从根本上避免湿烟囱排放及其所带来的环境问题。
所述除尘增压系统包括依次连接的除尘器、增压风机、烟气进口管道和调节阀。所述除尘器出口连接增压风机，增压风机通过烟气进口管道分别与湿法吸收塔进口和干法吸收塔进口相连，之间分别设置有调节阀，调节阀出口分别与湿法吸收塔进口和干法吸收塔入口相连，控制进入湿法吸收塔和干法吸收塔含硫烟气流量。将含硫烟气部分通入湿法脱硫系统，其余部分通入干法脱硫系统，解决了含硫烟气先通入干法脱硫系统再次经过湿法脱硫系统造成的最终排出气体中污染气体含量高的问题，同时也解决了含硫烟气全部直接通过湿法再经过干法时，烟气需要加热导致的脱硫成本高的问题，因为先经过湿法脱硫处理，烟气湿度大且温度低，无法满足干法脱硫系统对烟气温度和压力的要求，需要在湿法脱硫系统和干法脱硫系统中间加入加热、加压和干燥装置，极大地增加了脱硫的成本。
所述湿法脱硫系统包括湿法吸收塔，湿法吸收塔外设置有浆液循环泵，在湿法吸收塔内部自下而上分别布置有浆液喷淋层和除雾器，在湿法吸收塔底部设置有浆液搅拌器，在湿法吸收塔外部设置有氧化风机用于提高湿法脱硫的效率，设置在湿法吸收塔外的浆液循环泵、氧化风机及其相应管道，分别与吸收塔内浆液喷淋层和氧化管道相连。石灰石粉仓与浆液罐连接，浆液供给泵与湿法吸收塔连接用于提供石灰液浆，浆液排出泵设置在湿法吸收塔外侧，将石灰浆液排出送入旋流分离器，旋流分离器出口端连接脱水机进口端，脱水机用于石膏浆液脱水，脱水机出口端连接回流水箱，回流水箱连接有回流水泵和废水泵。
所述干法脱硫系统包括干法吸收塔、消石灰仓、布袋除尘器、返料器、脱硫灰渣仓、工艺水箱、除雾器冲洗水泵和工艺水泵；所述干法吸收塔与消石灰仓的出口连接，干法吸收塔出口与布袋除尘器进口连接，布袋除尘器出口分别连接返料器与脱硫灰渣仓；所述返料器另一端与干法吸收塔连接。具体连接方式为：干法吸收塔与烟气进口、消石灰仓出口、布袋除尘器进口和返料器出口相连，且在其底部设有排灰口；所述布袋除尘器底部灰斗分别与返料装置和脱硫灰渣仓相连，布袋除尘器出口经引风机与烟囱相连。
所述浆液喷淋层为3-5层。
所述工艺水箱分别与浆液罐、除雾器、消石灰仓和干法吸收塔连接。所述工艺水箱分为两路，一路经除雾器冲洗水泵分别与湿法脱硫系统的除雾器冲洗水管道和石灰石浆液罐相连，另一路经工艺水泵分别与干法脱硫系统的干法吸收塔和消石灰仓相连。
所述布袋除尘器出口经引风机与烟囱相连。
烟气脱硫系统的脱硫方法，包括以下步骤：(1)含硫烟气经除尘增压系统后，占原烟气量总体积50％～85％的烟气，先进入湿法脱硫系统进行初步脱硫处理，另一部分占原烟气总体积15％～50％的烟气直接进入干法脱硫系统；脱硫后的湿烟气与干烟气混合，送入干法脱硫系统进一步脱硫，最后，脱硫烟气经布袋除尘器除尘后，由烟囱排放。
(2)湿法脱硫系统采用石灰石浆液作为吸收剂，烟气进入湿法吸收塔后，自下而上流动，石灰石浆液经浆液循环泵送入吸收塔上部的浆液喷淋层，自上而下喷淋，含硫烟气与喷淋浆液逆流接触，烟气中的SO2被喷淋浆液所吸收，生成H2SO3和CaSO3，进入吸收塔下部的持液池，在持液池中鼓入空气，通过氧化和中和反应生成CaSO4，进而结晶生成石膏浆液(CaSO4·2H2O)；
(3)步骤(2)中生成的石膏浆液经浆液排出泵排出，进入旋流分离器进行液固分离，再进入皮带脱水机脱水，脱水后的干石膏(含水率小于10％)排出，最终送入石膏仓或石膏堆场；由旋流器分离出来的废水进入回流水箱，经回流水泵送入湿法系统用于制石灰石浆液，经废水泵送入干法脱硫系统用于干法吸收塔增湿；脱硫后的烟气经除雾器除去浆液滴后，由湿法吸收塔出口排出；
(4)经步骤(3)脱硫处理的烟气与另一部分烟气混合一起进入干法吸收塔，干法脱硫系统采用消石灰作为吸收剂，主要成分为Ca(OH)2，来自湿法脱硫系统排出的温度在50～60℃湿烟气与占总烟气体积15％～50％的另一部分130～150℃干烟气，形成的70～80℃混合烟气，经文丘里管截留加速后，在干法吸收塔内与吸收剂颗粒以及脱硫灰渣充分混合，脱除烟气中的SO2、SO3、HCl和HF等污染物，并生成亚硫酸钙(CaSO3)，进一步氧化成硫酸钙(CaSO4)。烟气脱硫后，脱硫后带有大量固体颗粒的烟气由吸收塔顶部排出进入布袋除尘器，分离烟气中颗粒物，分离出的颗粒经返料器返回到干法吸收塔循环使用。少量颗粒输送至脱硫灰渣仓，最后通过罐车送往用户或者抛弃。经布袋除尘器净化后的洁净烟气，经引风机由烟囱排放。
有益效果：本发明通过湿法与干法脱硫系统处理烟气量的优化组合，显著提高了整个脱硫系统对烟气组分和负荷变化的适应性；本发明采用原烟气和湿烟气混合来提高干法脱硫系统的烟气温度，无需加装烟气加热设备，降低了系统能耗；本发明将干法脱硫置于湿法脱硫之后，不仅可以协同脱除SO2、SO3、HCl、HF等多种污染物，而且从根本上杜绝湿烟囱排放所带来的环境问题。本发明烟气分两路进入湿法和干法脱硫系统，相应减少了湿法和干法系统的处理烟气量，缩小了设备尺寸，降低了设备投资；本发明湿法脱硫产生的废水可以用作干法脱硫的增湿水，实现了脱硫废水的零排放。
附图说明
图1为本发明脱硫系统结构示意图；
图2为本发明脱硫方法工艺流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明湿法与干法联合烟气脱硫系统由除尘增压系统、湿法脱硫系统和干法脱硫系统组成。除尘系统包括除尘器1、增压风机2、烟气进口管道3和调节阀4；湿法脱硫系统包括湿法吸收塔5、浆液循环泵6、浆液喷淋层7、除雾器8、浆液搅拌器9、氧化风机10、石灰石粉仓11、浆液罐12、浆液供给泵13、浆液排出泵14、旋流分离器15、真空皮带脱水机16、回流水箱17、回流水泵18和废水泵19；干法脱硫系统包括干法吸收塔20、消石灰仓21、布袋除尘器22、返料器23、脱硫灰渣仓24、工艺水箱25、除雾器冲洗水泵26和工艺水泵27。
除尘器1出口与增压风机2相连，增压风机2通过烟气进口管道3分别与湿法吸收塔5与干法吸收塔20相连，在烟气进口管道与吸收塔之间设置有调节阀4，用于调节进入吸收塔烟气的流量，烟气经除尘和增压后分成两路，分别从湿法吸收塔进口501和干法吸收塔进口2001进入吸收塔进行脱硫。含硫烟气从增压系统分别进入湿法吸收塔5和干法吸收塔20，通过调节阀4分流，调节进入不同吸收塔的烟气流量，解决现有技术中依次进入湿法吸收塔和干法吸收塔或者依次进入干法吸收塔和湿法吸收塔的不足，本发明中从湿法脱硫系统出来的烟气，经过湿法脱硫系统后，温度较低，无法直接进入干法脱硫系统，但是和从增压系统直接进入干法脱硫系统的烟气在干法脱硫系统的入口混合，提高了进入干法脱硫系统的烟气温度，可以无需加热设备，直接进入干法脱硫系统；且将脱硫烟气分开脱硫后，发现不仅可以增加脱硫的效率，而且脱硫的效果与分别进入干法脱硫系统和湿法脱硫系统的脱硫系统要更好，排放气体中污染物更少。
湿法吸收塔5的烟气出口502与干法吸收塔进口2001相连，湿法吸收塔内的底部设有浆液搅拌器9，中上部设有3层的浆液喷淋层7，顶部设有除雾器8，湿法吸收塔外设有浆液循环泵6和氧化风机10，其分别与吸收塔内浆液喷淋层7和氧化管道1001相连，氧化管道1001将氧化风机鼓入的空气输送至湿法吸收塔底部的持液池，石灰石粉仓11与浆液罐12连接，浆液供给泵13与湿法吸收塔5连接用于提供石灰液浆。浆液排出泵14设置在湿法吸收塔5外侧，将石灰浆液排出送入旋流分离器15，旋流分离器15出口端连接脱水机16进口端，脱水机16出口端连接回流水箱17，回流水箱17外部连接有回流水泵18和废水泵19，湿法脱硫系统的出口与干法吸收塔20入口相连，另外干法吸收塔20的入口处还连接有消石灰仓21的出口和通过调节阀4连接作为脱硫烟气的入口，干法吸收塔20出口与布袋除尘器22进口连接，布袋除尘器出口分别连接返料器23与脱硫灰渣仓24，返料器23另一端与干法吸收塔20连接。
干法吸收塔20的烟气进口2001用于通入混合的含硫烟气，干法吸收塔的烟气出口2002与布袋除尘器22的进口2201相连，消石灰仓21出口2101连接干法吸收塔20，另外返料器23的出口2301与干法吸收塔20相连，用于输送经布袋除尘器22过滤后的脱硫灰，干法吸收塔20底部设有排灰口2003，布袋除尘器22底部灰斗分别与返料器23和脱硫灰渣仓24相连，布袋除尘器出口2202经引风机28与烟囱29相连。
工艺水箱25分为两路，一路经除雾器冲洗水泵26分别与浆液罐12及通过除雾器冲洗水管道801与除雾器8相连，另一路经工艺水泵27分别与干法吸收塔20和消石灰仓21相连。
利用上述系统进行除硫的方法为：含硫烟气经除尘器1除尘和增压风机2增压后分成两部分，其中一部分烟气约占烟气总体积的50～85％，本实施例中调节阀4调节直接进入湿法脱硫系统的烟气为占总体积的70％，湿法脱硫系统采用石灰石(主要是CaCO3)作为吸收剂，储存于石灰石粉仓11的石灰石粉输送至浆液罐12，与水混合形成石灰石浆液，再通过浆液供给泵13送至湿法吸收塔5作为SO2的吸收剂，含硫烟气自湿法吸收塔进口501进入，自下而上流动，石灰石浆液经浆液循环泵6送入吸收塔上部的喷淋层7，自上而下喷淋。烟气与喷淋浆液逆流接触，烟气中的SO2被石灰石浆液吸收，生成H2SO3和CaSO3，并进入湿法吸收塔5下部的持液池，在持液池内设有浆液搅拌器9，利用氧化风机10将氧化空气鼓入持液池，通过氧化和中和反应将CaSO3氧化成CaSO4，进而结晶为二水石膏CaSO4·2H2O，石膏浆液由浆液排出泵14排出，并送入旋流分离器15进行液固分流，分离后含水率约为50％的底流被送至真空皮带脱水机16脱水，脱水后的干石膏(含水率小于10％)送至石膏仓或石膏堆场，最后通过罐车送往用户或者抛弃；真空皮带脱水机16分离出来的废水进入回流水箱17，通过回流水泵18将废水返回湿法脱硫系统，用于脱硫塔补水和石灰石制浆；当废水中Cl等污染物浓度过高时，利用废水泵19将废水输送至干法脱硫塔20作为增湿水，脱硫后的湿烟气经除雾器8除去雾滴后，由湿法脱硫塔出口502排出。
来自湿法脱硫系统排出的温度为50～60℃湿烟气与另一部分占烟气总体积的30％干烟气混合进入干法脱硫塔20，干法脱硫系统采用消石灰，主要成分是Ca(OH)2作为吸收剂，混合烟气经干法吸收塔20底部的文丘里管截留加速后，在塔内与消石灰仓21加入的新鲜吸收剂Ca(OH)2以及经返料器23循环而来的脱硫灰渣充分接触，进而脱除烟气中的SO2、SO3、HCl和HF等污染物，并将Ca(OH)2转化为亚硫酸钙CaSO3，进一步氧化成硫酸钙CaSO4。脱硫后带有大量固体颗粒的烟气由吸收塔顶部2002排出进入布袋除尘器22，烟气中颗粒物被分离出来，其中大部分颗粒又经返料器23返回到吸收塔20循环使用，少量脱硫灰渣利用气力输送装置由布袋除尘器灰斗2203送至脱硫灰渣仓24，最后通过罐车送往用户或者抛弃。布袋除尘器净化后的洁净烟气，经引风机28由烟囱29排放至大气中。
工艺水箱25为湿法脱硫和干法脱硫的公用设备，工艺水分成两路，一路经除雾器冲洗水泵26流出，用于湿法吸收塔内除雾器8的冲洗和进入浆液罐12用于石灰石制浆，另一路则通过工艺水泵27向干法吸收塔供应增湿水。
本发明将除尘和增压后的含硫烟气分成两路，一路烟气首先进入湿法脱硫系统进行脱硫处理，然后，将脱硫后的湿烟气与另一路干烟气混合，并送入干法脱硫系统进行进一步脱硫；最后，脱硫烟气经布袋除尘器除尘后，由烟囱排放，采用湿法与干法联合烟气脱硫方法是通过烟气分阶段处理以及湿法与干法脱硫系统的优化组合，在实现高效、低成本烟气脱硫的同时，从根本上避免湿烟囱排放及其所带来的环境问题。
经分析测算：相同规模的湿法与干法联合脱硫系统投资与单独的湿法脱硫系统大致相等，且能达到较高的脱硫效率和较低吸收剂消耗，并从根本上消除湿烟囱排放及其所带来的环境问题。另外，通过湿法与干法联合脱硫系统工作参数(烟气比例、干法吸收塔增湿水量等)的调整，使得该系统的运行方式更为灵活，能够更好地适应烟气量、含硫量以及负荷变化，也为脱硫废水零排放提供了可行的方法。
选取某75t/h工业锅炉为例，烟气量为98020Nm3/h，SO2原始排放浓度为3000mg/Nm3，要求排放浓度低于35mg/Nm3，对三种脱硫方案进行投资和运行费用计算，得到如下经济性对照表：
表1不同脱硫系统成本
Figure BDA0001488440360000071

Claims (6)

1.一种脱硫方法，包括以下步骤：（a）含硫烟气经除尘增压系统后，占原烟气量总体积50%~85%的烟气，先进入湿法脱硫系统进行初步脱硫处理，另一部分占原烟气总体积15%~50%的烟气直接进入干法脱硫系统；所述除尘增压系统包括依次连接的除尘器（1）、增压风机（2）、烟气进口管道（3）和调节阀（4）；所述湿法脱硫系统包括湿法吸收塔（5），所述干法脱硫系统包括干法吸收塔（20）；所述除尘器（1）出口与所述增压风机（2）相连，所述增压风机（2）通过烟气进口管道（3）分别与湿法吸收塔（5）与干法吸收塔（20）相连，在烟气进口管道（3）与吸收塔之间设置有调节阀（4）；
（b）湿法脱硫系统采用石灰石浆液作为吸收剂，石灰石浆液经浆液循环泵送入吸收塔上部的浆液喷淋层，自上而下喷淋，含硫烟气与喷淋浆液逆流接触，生成H2SO3和CaSO3，进入吸收塔下部的持液池，在持液池中鼓入空气，氧化生成石膏浆液；
（c）步骤（b）中生成的石膏浆液经浆液排出泵排出，进入旋流分离器进行液固分离，再进入皮带脱水机脱水，脱水后的干石膏排出；由旋流器分离出来的废水进入回流水箱，经回流水泵和废水泵分别送入湿法系统和干法系统；脱硫后的烟气经除雾器除去液滴后，由湿法吸收塔出口排出；
（d）经步骤（c）初步脱硫处理的烟气与另一部分烟气混合一起进入干法吸收塔，干法脱硫系统采用消石灰作为吸收剂，烟气再次脱硫后，由吸收塔顶部排出进入布袋除尘器分离烟气中颗粒物，分离出的脱硫灰经返料器返回到干法吸收塔循环使用，少量脱硫灰输送至脱硫灰渣仓，经布袋除尘器净化后的洁净烟气，经引风机由烟囱排放。
2.根据权利要求1所述的脱硫方法，其特征在于，所述湿法吸收塔（5）外设置有浆液循环泵（6），在湿法吸收塔（5）内部从下而上分别布置有浆液喷淋层（7）和除雾器（8），在湿法吸收塔底部设置有浆液搅拌器（9），在湿法吸收塔外部设置有氧化风机（10）使脱硫反应更充分，石灰石粉仓（11）与浆液罐（12）连接，浆液供给泵（13）与湿法吸收塔（5）连接用于提供石灰液浆，浆液排出泵（14）设置在湿法吸收塔外侧，将石灰浆液排出送入旋流分离器（15），旋流分离器（15）出口端连接脱水机（16）进口端，脱水机（16）出口端连接回流水箱（17），回流水箱（17）外部连接有回流水泵（18）和废水泵（19）。
3.根据权利要求1所述的脱硫方法，其特征在于，所述干法脱硫系统包括消石灰仓（21）、布袋除尘器（22）、返料器（23）、脱硫灰渣仓（24）、工艺水箱（25）、除雾器冲洗水泵（26）和工艺水泵（27）；所述干法吸收塔（20）与消石灰仓（21）的出口连接，干法吸收塔（20）出口与布袋除尘器（22）进口连接，布袋除尘器出口分别连接返料器（23）与脱硫灰渣仓（24）；所述返料器（23）另一端与干法吸收塔（20）连接。
4.根据权利要求2所述的脱硫方法，其特征在于，所述浆液喷淋层（7）为3-5层。
5.根据权利要求3所述的脱硫方法，其特征在于，所述工艺水箱（25）分别与浆液罐（12）、除雾器（8）、消石灰仓（21）和干法吸收塔（20）连接。
6.根据权利要求3所述的脱硫方法，其特征在于，所述布袋除尘器（22）出口经引风机（28）与烟囱（29）相连。
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