CN108144428A - 一种氨法高效脱除气体中硫氧化物和尘的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氨法高效脱除气体中硫氧化物和尘的方法及装置。本发明的方法工艺流程简单，能耗低，无废水排放，无任何二次污染，可实现SO2、尘、SO3、游离氨等多种污染物的协同控制，并可降低投资和运行成本。

Description

一种氨法高效脱除气体中硫氧化物和尘的方法及装置
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种氨法高效脱除气体中硫氧化物和尘的方法及装置。
背景技术
目前全球脱除气体中二氧化硫的主流工艺是石灰石-石膏方法，该方法在脱硫过程中会产生大量的废水、石膏渣，每脱除1吨二氧化硫同步产生0.7吨二氧化碳，处理这些废水、废渣需要大量的投资和运行成本。而氨法脱硫不产生废水和废渣，投入的脱硫剂氨转化成硫酸铵化肥，变废为宝，通常硫铵化肥的销售收入大于氨的投入成本。但长期以来由于氨法脱硫存在的氨逃逸、气溶胶等问题，制约了这一先进技术的推广和应用。本发明通过过程的创新设计，从根本上消除氨逃逸和气溶胶的产生，这一阻碍氨法脱硫发展和推广的重大技术难题已得到彻底解决，可以使净烟气SO2≤35mg/Nm3，总尘(含气溶胶)≤5mg/Nm3，氨逃逸≤2mg/Nm3；同时使塔结构设计更加简单，投资成本进一步下降。
江苏新世纪江南环保股份有限公司从1998年就开始氨法脱硫开发工作，已建成投用300多套氨法脱硫装置，氨法脱硫业绩占中国氨法脱硫市场的80％以上，是氨法脱硫的倡导者和领军者。该公司一直致力于氨法脱硫技术开发工作，技术不断进步，已从根本上解决了氨逃逸、气溶胶技术等难题，技术已发展到第四代，采用该技术在原烟气中SO2浓度≤30000mg/Nm3，总尘浓度≤50mg/Nm3条件下，可以使净烟气SO2≤35mg/Nm3，总尘(含气溶胶)≤5mg/Nm3，氨逃逸≤2mg/Nm3。该司于2003年公布燃煤烟气中SO2脱除方法(CN 1283346C，CN1321723C)两篇专利，对降温除尘，吸收脱硫参数提出了要求，排放尾气中SO2浓度小于100mg/Nm3，但尾气中氨逃逸量达到了12mg/Nm3，未关注气溶胶的排放，氨回收率低。2005年该司公布了《塔内结晶氨法脱硫工艺及装置》(CN100428979C)将脱硫塔设计成多段结构，从下往上依次为氧化段、结晶段、降温吸收段、主吸收段、脱水除雾段，通过这些革新，利用烟气蒸发能力进行结晶，降低了装置运行能耗，排放尾气中SO2浓度小于200mg/Nm3，尾气中氨含量达到3mg/Nm3，副产硫铵化肥满足GB535标准一级品要求。氨的回收率得到大幅度提高，但气溶胶排放量仍很大。该司于2013年公布《一种脱硫烟气细微颗粒物控制装置及方法》(CN103301705B)公布了吸收后烟气除雾及水洗除雾方法及装置，可以有效去除细微颗粒物，吸收除雾器去除大部分大于10um液滴，去除大颗粒液滴气体进入水洗除尘，水洗后细小颗粒物增长为大颗粒被去除，细微颗粒物、烟尘的脱除率可以达到60％以上。虽然这一技术可以有效去除细微颗粒物，但中国超低排放指标要求总尘(包括气溶胶)<10mg/Nm3，除尘效率还需要进一步提高。
本发明专利在上述4项核心专利及该司其它64项辅助专利基础上，针对氨逃逸、气溶胶这一重大技术难题继续进行攻关，彻底转变了以往技术中重点关注产生的氨逃逸及气溶胶后如何消除这一误区，重点创新研究吸收过程，通过分段控制、多点加氨等技术手段，彻底避免了氨逃逸和气溶胶的生成，处理后排放气达到SO2≤35mg/Nm3，总尘(含气溶胶)≤5mg/Nm3，氨逃逸≤2mg/Nm3要求；本发明技术已经工业试验验证。
发明内容
本发明针对现有技术未掌握氨法脱硫技术关键，针对氨逃逸、气溶胶这一重大技术难题，不从产生的源头出发加以解决，仅关注逃逸的氨及生成的气溶胶如何消除，使得塔的段数越来越多、系统更加复杂，不仅处理效果不好，而且投资运行成本大幅增加。本发明在系统研究氨法脱硫技术基础上，重点关注氨逃逸及气溶胶产生的原因，采用分段控制、多点加氨技术，从根本上解决了氨逃逸及气溶胶的产生问题，形成了本发明技术。采用本发明方法脱硫除尘后的净烟气中SO2≤35mg/Nm3，总尘(含气溶胶)≤5mg/Nm3，氨逃逸≤2mg/Nm3，氨回收率≥99％，且工艺流程简单，投资低，自动化程度高，副产品质量合格，无废水排放，无任何二次污染，可实现多种污染物的协同控制。
最终本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。
一种氨法高效脱除气体中硫氧化物和尘的方法及装置，其特征在于装置采用分段控制、多点加氨工艺，从根本上控制氨逃逸、气溶胶的产生，从而实现高效脱硫除尘的效果；在原烟气中SO2浓度≤30000mg/Nm3，总尘浓度≤50mg/Nm3条件下，可以使净烟气SO2≤35mg/Nm3，总尘(含气溶胶)≤5mg/Nm3，氨逃逸≤2mg/Nm3；装置由气体净化脱除系统、氧化系统、硫铵后处理系统、氨供应系统及辅助系统组成；
所述的气体净化脱除系统采用分段控制，主要分为预洗段、吸收段、细微颗粒物控制段，预洗段、吸收段、细微颗粒物控制段各设置若干喷淋层，预洗段对烟气降温的同时浓缩预洗段循环洗涤液，吸收段吸收脱除烟气中二氧化硫，各段采用组成不同的吸收溶液，控制各段氨逃逸、气溶胶的生成；
所述的气体净化脱除系统采用多点加氨，反应充分，避免氨逃逸和气溶胶产生；含氨的脱硫剂从多点加入，包括氧化系统氧化槽的上层、中层、下层，预洗段，吸收喷淋层，以及各循环泵的进出口；各加氨点可设置混合结构或装置，液氨直接加入溶液时设置液氨专用混合器，以实现多点加氨，反应充分，避免氨逃逸和气溶胶产生。吸收段吸收循环液pH值大于4.6。塔内结晶流程时预洗段循环洗涤液pH小于5.5，塔外结晶时预洗段循环洗涤液pH小于6。
所述的氧化系统根据分段控制要求进行分层设置，预洗段补充液、吸收循环液从氧化系统氧化槽不同位置取出，氧化槽设置2层-8层气液分散强化器，既保证吸收效率，也控制氨逃逸、气溶胶的产生。强化器可选用规整填料、散堆填料、开孔板、气帽、曝气头等中一种或多种组合形式。氧化槽、预洗循环槽根据需要分别放置在塔下部或塔外。氧化槽液位大于5m，氧化空气过剩20％以上，溶液净停留时间大于20分钟，吸收循环液氧化率大于90％，预洗段循环洗涤液氧化率大于92％。
细微颗粒物控制段设有除雾器，预洗段与吸收段各层根据需要设除雾器；除雾器选用折流板、屋脊、填料及丝网型式、或其组合形式。
所述装置采用的工艺流程如下：
烟气从气体净化脱除系统的预洗段进入，被预洗段循环洗涤液降温洗涤，同时浓缩预洗段循环洗涤液，烟气再经吸收段被吸收循环液洗涤脱硫、细微颗粒物控制段被细微颗粒物循环洗涤液除去细微颗粒物后排出；
预洗段循环洗涤液从吸收循环液补入，吸收循环液从细微颗粒物控制段循环洗涤液补充，工艺水主要从细微颗粒物控制段补入；
吸收循环液在氧化系统氧化，并从氧化系统氧化槽不同位置抽取不同氧化率的溶液进行循环吸收。
吸收段每层液气比不小于0.2L/m3，喷淋覆盖率不小于110％；细微颗粒物控制段每层液气比不小于0.1L/m3，喷淋覆盖率不小于100％。
所述吸收塔的空塔气速为1m/s-5m/s；
和/或，所述预洗段的操作温度为35℃-80℃；
和/或，所述吸收段操作温度为30℃-70℃。
和/或，所述细微颗粒物控制段操作温度为30℃-65℃
预洗段循环洗涤液在预洗段得到浓缩(结晶)，或在塔外蒸发结晶，再经硫铵后处理系统加工成商品硫酸铵。需要控制溶液中氯、氟等有害金属离子时，采用一体化干燥塔，将部分预洗段循环洗涤液直接制成硫酸铵；
系统在原烟气中SO2浓度≤30000mg/Nm3，总尘浓度≤50mg/Nm3条件下，可以使净烟气SO2≤35mg/Nm3，总尘(含气溶胶)≤5mg/Nm3，氨逃逸≤2mg/Nm3；氨回收率≥99％。
在不违背本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
1、采用本发明方法处理后的烟气中总尘(含气溶胶)、SO2满足超低排放要求，即净烟气SO2≤35mg/Nm3，总尘(含气溶胶)≤5mg/Nm3，可经吸收塔塔顶直排烟囱或回原烟囱排放。
2、采用本发明方法处理后的烟气中游离氨≤2mg/Nm3，氨回收利用率高达99％以上；
3、副产硫酸铵质量满足GB535标准。
4、本发明的方法工艺流程简单，能耗低，无废水排放，无任何二次污染，可实现SO2、尘、SO3、游离氨等多种污染物的协同控制，并可降低投资和运行成本。
附图说明
图1为装置及方法示意图。
图2为实施例1的装置及方法示意图。
附图标记说明：
Ⅰ、气体净化脱除系统 Ⅱ、氧化系统 Ⅲ、氨供应系统 Ⅳ、硫铵后处理系统 1、吸收塔 2、预洗循环泵 3、吸收段 4、预洗段 5、细微颗粒物控制段 6、上层吸收循环泵 7、原烟气 8、氧化槽 9、气帽 10、氧化空气 11、预洗循环槽 12、除雾器 13、净烟气 14、下层吸收循环泵 15、硫酸铵浆液 16、烟气出口 17、结晶泵 181、一级固液分离 182、二级固液分离183、一体化干燥塔 184、包装机 19、商品硫酸铵 20、烟气进口 21、喷淋层 22、细微颗粒物控制段循环槽 23、细微颗粒物控制段循环泵 24、工艺水 25、CEMS 26、气液分散强化器31、蒸发结晶系统 32、吸收循环液 33、预洗段循环洗涤液 34、细微颗粒物控制段循环洗涤液 35、预洗段补充液
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
优选实施方式
采用分段控制、多点加氨工艺，从根本上控制氨逃逸、气溶胶的产生，从而实现高效脱硫除尘的效果；在原烟气中SO2浓度≤30000mg/Nm3，总尘浓度≤50mg/Nm3条件下，可以使净烟气SO2≤35mg/Nm3，总尘(含气溶胶)≤5mg/Nm3，氨逃逸≤2mg/Nm3；
装置包括气体净化脱除系统Ⅰ、氧化系统Ⅱ、硫铵后处理系统Ⅲ、氨供应系统Ⅳ及辅助系统组成；
气体净化脱除系统Ⅰ包括吸收塔1、蒸发结晶系统31(可选)、细微颗粒物控制段循环槽22、细微颗粒物控制段循环泵23、预洗循环槽11；氧化系统Ⅱ包括氧化槽8、上层吸收循环泵6、下层吸收循环泵14；硫铵后处理系统Ⅳ包括一级固液分离181、二级固液分离182、一体化干燥塔183、包装机184。氧化槽8、预洗循环槽11根据需要分别放置在塔下部或塔外。
气体净化脱除系统Ⅰ吸收塔1采用分段控制，分为预洗段4、吸收段3、细微颗粒物控制段5；预洗段4、吸收段3、细微颗粒物控制段5分别设置多层喷淋层21，预洗段4对原烟气7降温的同时浓缩预洗段循环洗涤液33，吸收段3吸收循环液32吸收、脱除烟气中二氧化硫、细微颗粒物控制段5脱除细微颗粒物，每个段采用不同组成吸收液，控制氨逃逸、气溶胶的生成；
采用多点加氨，反应充分，避免氨逃逸、气溶胶的产生；含氨的脱硫剂从多点加入，包括氧化槽8(吸收循环槽)上层、中层、下层，预洗段4，吸收段3喷淋层，以及各循环泵的进出口
所述装置采用的工艺流程如下：
原烟气7从气体净化脱除系统Ⅰ吸收塔1的预洗段4进入，被预洗段循环洗涤液33降温洗涤，同时浓缩预洗段循环洗涤液33，烟气再分别经吸收段3被吸收循环液32洗涤脱硫、细微颗粒物控制段5被细微颗粒物控制段循环洗涤液34洗涤、除雾，除去细微颗粒物后排出；
预洗段循环洗涤液33从吸收循环液32补入，吸收循环液32从细微颗粒物控制段循环洗涤液34补充，工艺水24从细微颗粒物控制段5细微颗粒物控制段循环槽22补入；
吸收循环液32在氧化槽8氧化，并从氧化槽8上部抽取溶液大部分回吸收塔1吸收段4上部循环吸收，少部分作为预洗段补充液35，下部抽取溶液进行送到吸收塔1吸收段4下部循环吸收。
预洗段循环洗涤液33在预洗段4得到浓缩结晶，或浓缩溶液在塔外蒸发结晶系统31蒸发结晶，再经硫铵后处理系统Ⅳ经一级固液分离器181、二级固液分离器182、一体化干燥机干燥塔183、包装机184加工成商品硫酸铵19，同时将0.5％预洗段循环洗涤液33直接送一体化干燥塔干燥，控制装置循环液中氯、氟总含量≤30000mg/L；固液分离母液返回蒸发结晶系统。
细微颗粒物控制段5及吸收段3设有多层除雾器12，除雾器12选用折流板、屋脊或丝网型式或其组合形式。
各加氨点设置混合结构以实现多点加氨，反应充分，避免氨逃逸、气溶胶产生。吸收段3吸收循环液32pH值上部4.6-5.8，下部5.2-6.4。预洗段4循环洗涤液33pH 5-5.4。
氧化槽8内设置2层-8层气液分散强化器26，气液分散强化器26选用规整填料和开孔板。氧化槽8液位大于5m，氧化空气过剩大于20％，溶液净停留时间≥20分钟，吸收循环液32氧化率≥90％，预洗段循环洗涤液33氧化率≥92％。
吸收段3每层液气比不小于0.2L/m3，喷淋覆盖率不小于110％；细微颗粒物控制段5每层液气比不小于0.1L/m3，喷淋覆盖率不小于100％。
所述吸收塔的空塔气速为1m/s-5m/s；
和/或，所述预洗段4的操作温度为35℃-80℃；
和/或，所述吸收段3操作温度为30℃-70℃。
和/或，所述细微颗粒物控制段5操作温度为30℃-65℃。
实施例1
1、一种氨法高效脱除气体中硫氧化物及尘的装置
装置包括气体净化脱除系统Ⅰ、氧化系统Ⅱ、硫铵后处理系统Ⅲ、氨供应系统及辅助系统Ⅳ组成；
气体净化脱除系统Ⅰ包括吸收塔1、细微颗粒物控制段循环槽22、细微颗粒物控制段循环泵23、预洗循环槽11；氧化系统Ⅱ包括氧化槽8、上层吸收循环泵6、下层吸收循环泵14；硫铵后处理系统Ⅳ包括一级固液分离181、二级固液分离182、一体化干燥塔183、包装机184。
气体净化脱除系统Ⅰ吸收塔1采用分段控制，分为预洗段4、吸收段3、细微颗粒物控制段5；预洗段4、吸收段3、细微颗粒物控制段5分别设置2/5/2喷淋层21，预洗段4对原烟气7降温的同时浓缩预洗段循环洗涤液33，吸收段3吸收、脱除烟气中二氧化硫，控制氨逃逸、气溶胶的生成；细微颗粒物控制段5控制细微颗粒物；
采用多点加氨，反应充分，避免氨逃逸、气溶胶产生；含氨的脱硫剂从以下位置加入：氧化槽8上层、下层，预洗段4，预洗循环槽11，上层/下层吸收循环泵6/14进出口，预洗循环泵2出口；
烟气进口20、烟气出口16上安装有CEMS 25，烟气进口CEMS检测项目为烟气温度、压力、流量、氮氧化物浓度、二氧化硫浓度、水含量、氧含量、尘含量，烟气出口CEMS检测项目为烟气温度、压力、流量、氮氧化物浓度、二氧化硫浓度、水含量、氧含量、游离氨含量、尘含量。
吸收段3液体分布器每层液气比为1.2L/m3，喷淋覆盖率为125％，吸收段总喷淋覆盖率不小于500％。
细微颗粒物控制段5每层液气比1.1L/m3，喷淋覆盖率140％；
吸收段3上部设置有2层除雾器12；除雾器选用1层屋脊+1层折流板，细微颗粒物控制段除雾段5上部设置有3层除雾器，除雾器选用2层屋脊+1层丝网。
表1装置设计参数
序号 工艺指标 单位 数值
1 锅炉烟气量 Nm3/h 510000
2 烟气进口温度 ℃ 130-150
3 烟气SO2浓度 mg/Nm3 4500
5 烟气进口粉尘浓度 mg/Nm3 ≤20
6 出口烟气SO2浓度 mg/Nm3 ≤35
7 出口烟气尘浓度 mg/Nm3 ≤5
8 氨回收利用率 ％ ≥99
2、一种氨法高效脱除气体中硫氧化物及尘的方法
其工艺流程为：
原烟气7自烟气进口20进入气体净化脱除系统1预洗段4，与预洗段循环洗涤液33逆流接触，除去烟气中的粉尘、SO3、部分SO2后进入吸收段3，与吸收循环液32逆流接触，烟气中的SO2被吸收，再进入细微颗粒物控制段5，除去烟气中少量游离氨和气溶胶、雾滴，净烟气13经塔顶烟气出口16直接排放。
吸收循环液在压缩空气10氧化作用下，混合液中亚硫酸根氧化为硫酸根，上部溶液氧化率93％，密度1.15g/L，PH4.75，下部溶液氧化率92％，密度1.12g/L，PH 5.7。
压缩空气10通过管道送入氧化系统下部，氧化系统的出口气送入吸收塔1预洗段4，用做搅拌。
在细微颗粒物控制段循环槽22补入工艺水24。
原烟气7、净烟气13实际运行参数、产品硫酸铵质量参数见表4-表6。
所述吸收塔1的空塔气速为3.1m/s；
所述预洗段4的操作温度为53℃；
所述吸收段3的操作温度为49℃。
所述细微颗粒物控制段5的操作温度为47℃。
效果实施例1
采用实施例1的装置和方法对不同工况的烟气进行氨法脱硫除尘，表2为装置工况1运行参数和测试结果；表3为装置工况2运行参数及测试结果。
表2装置工况1运行参数和及测试结果
表3装置工况2运行参数和及测试结果
注：第一周期为2016年5月18日上午，第二周期为2016年5月18日下午。

Claims (6)

1.一种氨法高效脱除气体中硫氧化物和尘的方法及装置，其特征在于装置采用分段控制、多点加氨工艺，从根本上控制氨逃逸、气溶胶的产生，从而实现高效脱硫除尘的效果；在原烟气SO2浓度≤30000mg/Nm3，总尘浓度≤50mg/Nm3条件下，可以使净烟气SO2≤35mg/Nm3，总尘(含气溶胶)≤5mg/Nm3，氨逃逸≤2mg/Nm3；装置由气体净化脱除系统、氧化系统、硫铵后处理系统、氨供应系统及辅助系统组成；
所述的气体净化脱除系统采用分段控制，主要分为预洗段、吸收段、细微颗粒物控制段，预洗段、吸收段、细微颗粒物控制段各设置若干喷淋层，预洗段对烟气降温的同时浓缩预洗段循环洗涤液，吸收段吸收、脱除烟气中二氧化硫，控制各段氨逃逸、气溶胶的生成；
所述的气体净化脱除系统采用多点加氨，反应充分，避免氨逃逸和气溶胶产生；含氨的脱硫剂从多点加入，包括氧化系统氧化槽的上层、中层、下层，预洗段，吸收喷淋层，以及各循环泵的进出口；
所述的氧化系统氧化槽根据分段控制要求进行分层设置，预洗段补充液、吸收循环液从氧化槽不同位置取出，氧化槽设置2层-8层气液分散强化器，既保证吸收效率，也控制氨逃逸、气溶胶的产生；
所述装置采用的工艺流程如下：
烟气从预洗段进入，被预洗段循环洗涤液降温洗涤，同时浓缩循环洗涤液，烟气再分别经吸收段被吸收循环液洗涤脱硫、细微颗粒物控制段被细微颗粒物循环洗涤液除去细微颗粒物后排出；
预洗段循环洗涤液从吸收循环液补入，吸收循环液从细微颗粒物控制段循环洗涤液补充，工艺水主要从细微颗粒物控制段补入；
吸收循环液在氧化系统氧化，并从氧化槽不同位置抽取不同氧化率的溶液进行循环吸收；
预洗段循环洗涤液在预洗段得到浓缩(结晶)，或在塔外蒸发结晶，再经硫铵后处理系统加工成商品硫酸铵；需要控制溶液中氯、氟等有害金属离子时，采用一体化干燥塔，将部分吸收液直接制成硫酸铵。
2.细微颗粒物控制段设有除雾器，预洗段与吸收段各层根据需要设除雾器；除雾器选用折流板、屋脊、填料及丝网型式，或其组合形式。
3.各加氨点可设置混合结构或装置，液氨直接加入溶液时设置液氨专用混合器，以实现多点加氨，反应充分，避免氨逃逸和气溶胶产生，吸收段吸收循环液pH值大于4.6，塔内结晶流程时预洗段循环洗涤液pH小于5.5，塔外结晶时预洗段循环洗涤液pH小于6。
4.氧化槽内设置2层-8层气液分散强化器，气液分散强化器可选用规整填料、散堆填料、开孔板、气帽、曝气头等中一种或多种组合形式；氧化槽液位大于5m，氧化空气过剩20％以上，溶液净停留时间大于20分钟，吸收循环液氧化率大于90％，预洗段循环洗涤液氧化率大于92％。
5.根据权利要求1，其特征在于，吸收段每层液气比不小于0.2L/m3，喷淋覆盖率不小于110％；细微颗粒物控制段每层液气比不小于0.1L/m3，喷淋覆盖率不小于100％。
6.如权利要求1所述，其特征在于，所述吸收塔的空塔气速为1m/s-5m/s；
和/或，所述预洗段的操作温度为35℃-80℃；
和/或，所述吸收段操作温度为30℃-70℃；
和/或，所述细微颗粒物控制段操作温度为30℃-65℃。
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