CN108187478A - 一种镁法烟气脱硫的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镁法烟气脱硫的装置及方法，该装置包括多级错流‑逆流旋转填料床吸收器，旋转填料床吸收器顶部设有排气管，底部设有排液管，上方侧面连接进液管，下方侧面连接进气管；旋转填料床吸收器的内部设有转轴，转轴上设有两个及两个以上填料转子，相邻两个转子间设有填料定子，填料转子中心为液体分布器，所述液体分布器与进液管连接，转轴下端伸到吸收器外部连接调频电机；旋转填料床吸收器的进气管与含有SO2的烟气管道连接，旋转填料床吸收器的进液管与氢氧化镁储槽连接；排液管与亚硫酸氢镁储槽连接。该方法采用氢氧化镁脱硫剂进行湿法脱硫，提高了脱硫过程的速率和脱硫效率，以及净化度，单台设备即可达到烟气超低排放标准。

Description

一种镁法烟气脱硫的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种镁法烟气脱硫的装置及方法，属于烟气脱硫技术领域。
背景技术
SO2是大气污染的主要成分，而烟气脱硫是控制SO2排放的主要手段。目前，各国研究、开发和使用的烟气脱硫技术已超过200多种，其中已工业化的约有20多种，以具有处理量大、效率高等优势的湿法脱硫为主，其原理大都是以碱性吸收剂吸收烟气中的SO2，如石灰/石灰石/石膏法、氨法、双碱法等，但是这些方法的脱硫产物成分复杂、利用率低，若将其分离再加工，则需要一系列的后加工工序，其投资和成本很高，导致脱硫产物大部分弃置不用，成为新的固体废弃物，并且造成硫资源的浪费，且出口SO2含量较高，未能达到目前提倡的超低排放标准(排放的SO2浓度低于35mg/m3)；另外，这些工艺中的主体设备以塔为主，存在设备体积庞大，占地面积大，一次投资和运行费用高等问题。镁法烟气脱硫因其具有投资少、运行成本低、结构合理、无固体废物排放与处理和运行保养容易等特点，在国内外广泛使用，该法用于烟气脱硫在国外电厂已有30多年的历史，运行良好；近年来我国也有一些企业采用该法进行烟气脱硫。该技术已经具备了长期、安全、可靠运行的相关能力，因此将湿式镁法烟气脱硫技术应用于我国的大中型火电发电厂当中，不仅能够获得良好的脱硫效果(脱硫率为95~99%)，而且副产物可以循环利用，不会造成二次污染，能够获得双重的环境保护效果。
镁法烟气脱硫能够实现副产物的多元化利用。对于我国镁肥具有较大需求量的地区，可以把副产物进行处理后获得七水硫酸镁、亚硫酸镁等高品质的肥料；对于镁肥具有较小需求量的地区，可以把副产物进行处理之后制备高活性的回用氧化镁；对于企业集中地区，可以把副产物进行脱水处理，得到亚硫酸镁干料，将其制作成肥料或者工业酸；对于活力发电企业，利用复合肥添加剂工艺对获得的副产物进行加工；对于钢铁企业的烟气(含氧量高但含硫量低，且具有粉尘)应该在充分利用蒸汽能源的基础上来获得高品质副产物。另外，利用湿式镁法烟气脱硫技术得到的副产物来制备硫酸，能够降低硫铁矿制酸的情况，既保护了环境，也满足了市场对于硫酸的需求。该方法在真正意义上实现了副产物的循环利用，能获得较大的经济效益。
镁法烟气脱硫作为一种绿色环保的二氧化硫减排技术备受国内外关注，且我国氧化镁资源丰富，因此该方法是我国目前广泛应用的石灰(石灰石)一石膏法的优良替代工艺，有可能成为我国未来烟气脱硫技术的主导工艺之一。但是，由于氢氧化镁浆液粘度较高，不易在传统塔设备中有效分散，影响脱硫率和利用率；生成的MgSO3微溶于(25℃时的溶解度(0.646g/1 00g)水，易于结垢、堵塞等问题；且该方法使用的设备仍为传统塔设备，其设备体积和占地面积大，一次投资和运行费用高，从而限制了其推广应用。
超重力技术是20世纪80年代发展起来的一项新技术，其具有设备体积小、微观混合均匀、传质系数大、停留时间短、持液量小、泛点高、气相压降小和具有自清洗作用等优点，近年来已广泛应用于精馏、吸收、萃取、纳米材料制备等方面。通过文献调研发现，超重力法用于烟气脱硫有良好的效果，脱硫率可达98.5%以上，出口SO2浓度低于35mg/m3，符合超低排放标准。因此理论上将镁法烟气脱硫技术与超重力技术结合是可行的，综合两者的优势，具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明旨在提供一种镁法烟气脱硫的装置及方法，采用湿法脱硫剂脱硫，关键是开发与此相适应的新型超重力脱硫设备，以提高脱硫过程的速率和脱硫效率。
本发明提供了一种镁法烟气脱硫的装置，包括多级错流-逆流旋转填料床吸收器，旋转填料床吸收器顶部设有排气管，底部设有排液管，上方侧面连接进液管，下方侧面连接进气管；旋转填料床吸收器的中部设有转轴，转轴中部两端设有填料转子，填料转子中心为液体分布器，所述液体分布器与进液管连接，转轴下端伸到吸收器外部连接调频电机；旋转填料床吸收器的进气管与含有SO2的烟气管道连接，旋转填料床吸收器的进液管与氢氧化镁储槽连接；排液管与亚硫酸氢镁储槽连接。
上述装置中，所述旋转填料床吸收器的填料分为3层或3层以上，即填料转子-填料定子或填料转子-填料定子-填料转子-填料定子-填补转子交替排列，由填料支撑组件进行支撑，其中填料支撑组件由中间开孔的不锈钢板和支柱组成；填料采用孔隙率大的塑料花环或鲍尔环填料。
上述装置中，所述液体分布器包括环形套管、集液槽、导流管，环形套管为两个同轴套管，均套于转轴外侧，环形套管外侧为填料，环形套管的外管壁上均匀开有若干孔；集液槽位于上层环形套管的底部外侧，与旋转床壳体内壁相接，集液槽为圆环形，其截面是由环形薄板、内圆筒、旋转床壳体内壁组成的U形槽，集液槽位于旋转床壳体内侧，环形薄板垂直于壳体内壁并焊接在壳体内壁上，供收集液体；所述的内圆筒是与壳体同心的圆筒，内圆筒底部与环形薄板焊接为一体；集液槽通过导流管与下层环形套管相通；上层环形套管喷出的液体进入集液槽内，沿导流管流向下层的环形套管喷出。
上述装置中，所的环形套管穿过填料定子部分与填料定子以焊接方式固定，防止气体短路，套管外侧均匀设有若干个孔。所述孔为圆形孔或格栅孔。孔或格栅的数目由液体流量和流速确定，且满足液体流速为0.5-6m/s。
上述装置中，所述的导流管设置在集液槽下部，均匀设有2~8个，沿集液槽圆周方向均匀斜向下朝圆心方向设置，若干导流管形成锥形结构；所述的导流管为圆管，直径由液体流量确定，且流速控制在0.01-1m/s。
上述装置中，所述集液槽底部的环形薄板与导流管通过焊接方式连接；位于底板与导流管焊接上方设有挡液片，挡液片高度低于内圆筒，便于使旋流的液体快速流入导流管中；所述集液槽的内圆筒高度由液体流量确定，收集液体的量不能超过该圆筒的高度。
上述装置中，所述进气管进入壳体的一端安装有挡板，在进气管末端也设置有挡板，挡板的前部开有一组格栅孔。
上述装置中，所述转轴的上下两端与旋转填料床吸收器壳体连接的部分均通过轴承座进行动密封。
上述装置中，所述进液管上设有流量计和阀门。
上述装置中，所述进气管上设有引风机和流量计。
本发明提供了一种镁法烟气脱硫的方法，采用上述镁法烟气脱硫的装置，包括以下步骤：
(1) 氧化镁制浆流程，步骤如下：
①将1份氧化镁脱硫剂、2.3~5份水和0.1±0.05份水蒸气在0~20℃混合，生成氢氧化镁浆液；
②将①得到的氢氧化镁浆液在50~80℃下熟化2~4小时，以使氢氧化镁分散均匀，得到细腻均一的脱硫剂浆液；
(2) 吸收SO2流程，步骤如下：
将上述得到的脱硫剂浆液从液体储罐经过离心泵输送至旋转填料床的液体分布器，从液体分布器的小孔沿径向喷出，均匀喷洒在填料转子内缘，在离心力的作用下，沿径向进入填料层，Mg(OH)2浆液受到旋转填料的作用，多次切割、捕集、聚并与再分散形成尺寸细小的液滴、液丝和液膜；
含有SO2的烟气经流量计计量后由进气管进入旋转床底部，在压力作用下，沿轴向多次穿过填料转子和填料定子，经过转子时被旋转填料带动一起旋转，经过定子时又被静止的填料层阻滞而降低旋转，从而气体多次被剪切和扰流，有效降低气膜侧阻力；烟气在每一级转子中与吸收剂错流接触传质，将烟气中的SO2快速转入Mg(OH)2浆液中，形成亚硫酸氢镁；从上一级转子甩出的浆液被转子外侧的液体收集器收集而进入下一级液体分布器后，再次分布而进入下一级填料转子与烟气再次吸收反应；经最后一级填料转子吸收后，在旋转床壳体捕获并沿壳壁流下，从置于底部的排液管排出，进入液体储罐，吸收后的烟气从旋转床顶部的排气管排出；整体来看，烟气与液体呈现逆流接触反应，而在每一级转子中呈现错流接触反应。
本发明中，用于镁法烟气脱硫的脱硫剂是Mg(OH)2浆液，其粘度比较大，致使其在传统的传质设备中分布不均匀，雾化不好，容易出现大的液滴，使传质效果差，液气比大，能耗较高，设备体积庞大，一次基建和操作费用较高，因此从增加液体的分散，降低液气比和减小设备体积方面出发，运用近年来出现的旋转填料床代替传统传质设备，并且采用新型液体分布器以增加气流扰动和气相的分散程度，使气液间的接触更加充分，传质效果更好。
本发明的有益效果：
本发明结合镁法烟气脱硫和超重力技术的优势，以错流旋转填料床为脱硫吸收设备，氢氧化镁浆液为脱硫吸收剂，利用旋转填料床的特点，克服了氢氧化镁溶液的粘度和表面张力，将液体切割、捕集、聚并成尺寸很小的液滴、液丝和液膜，从而强化气液间的传质过程，提高了反应速率和脱硫率，减小了占地面积和设备尺寸，降低了一次投资和运行费用；同时，采用错流旋转填料床，能够有较大的处理能力，气体速度范围宽，气相压降小，操作气速不受液泛条件的影响，还可以减小转子直径等。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
图2为液体分布器的结构示意图。
图3为图2中沿A-A线的剖面图。
图4为图2中沿B-B线的剖面图。
图5为图2中沿C-C线的剖面图。
图中：1-鼓风机；2-气体流量计；3-亚硫酸氢镁储槽；4-离心泵；5-氢氧化镁储罐；6-液体流量计；7-旋转填料床吸收器；7.1-进气管；7.2-填料转子；7.3-下层液体分布器；7.4-导流管；7.5-集液槽；7.6-内圆筒；7.7-上层液体分布器；7.8-气体出口；7.9-进液管；7.10-液体出口；7.11-转轴；7.12-调频电机。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例：
如图1~5所示，镁法烟气脱硫装置包括旋转填料床吸收器7，旋转填料床吸收器7顶部设有气体出口7.8，底部设有排液管7.10，上方侧面连接进液管7.9，下方侧面连接进气管7.1；旋转填料床吸收器7的中部设有转轴7.11，转轴7.11中部两端设有填料转子7.2，填料转子7.2中心为下层液体分布器7.3和上层液体分布器7.7，所述下层液体分布器7.3和上层液体分布器7.7与进液管7.9连接，转轴7.11下端伸到吸收器外部连接调频电机7.12；旋转填料床吸收器7的进气管7.1与含有SO2的烟气管道连接，旋转填料床吸收器7的进液管7.9与氢氧化镁储槽5连接；液体出口7.10与亚硫酸氢镁储槽3连接。
上述装置中，所述进液管上设有液体流量计6和阀门。
上述装置中，所述进气管上设有鼓风机1和气体流量计2。
所述填料分为3层，即填料转子-填料定子-填料转子交替排列，内缘对称排列若干受液盘，以减小填料与液体分布器的间距，更有利于液体的均匀分布；转子由填料支撑组件进行支撑，填料支撑组件为中间开孔的不锈钢板；填料采用孔隙率大的塑料花环填料。
所述填料转子中心的液体分布器包括环形套管、集液槽7.5、导流管7.4，环形套管为两个同轴套管，均套于转轴7.11外侧，环形套管外侧为填料转子7.2，环形套管的外管壁上均匀开有若干孔；集液槽7.5位于上层环形套管7.7的底部外侧，与旋转床壳体内壁相接，集液槽为圆环形，其截面为：由环形薄板、内圆筒、旋转床壳体内壁组成的U形槽，环形薄板垂直于壳体内壁并焊接在壳体内壁上，供收集液体，内圆筒7.6是与壳体同心的圆筒，与环形薄板焊接为一体；集液槽7.5通过导流管7.4与下层环形套管相通；上层环形套管喷出的液体进入集液槽7.5内，沿导流管7.4流向下层的环形套管喷出。
所述的导流管7.4设置在集液槽7.5下部，导流管7.4沿圆周方向均匀设有3个，沿集液槽圆周方向均匀斜向下朝圆心方向设置，三条导流管形成锥形结构，导流管的设计为斜向下设置，且任意两条导流管之间的间距相等，夹角呈120°。所述的导流管为圆管，直径由液体流量确定，且流速控制在0.01-1m/s。
所述的内圆筒7.6为环形薄板，垂直于旋转床截面，内圆筒与导流管以焊接方式连接，以防止液体溢出。所述的内圆筒高度由液体流量确定，收集液体厚度不能超过该圆筒的高度。
所述液体出口7.10的顶部与壳体底部齐平。进气管7.1伸进壳体底部，进气管7.1的顶部高出壳体底部，所述进气管7.1进入壳体的一端安装有挡板，在进气管末端也设置有挡板，挡板的前部开有一组格栅孔。转轴7.11的上下两端与壳体连接的部分均通过轴承座进行动密封。
使用上述装置进行镁法烟气脱硫的工艺流程如下：脱硫吸收剂—Mg(OH)2浆液从氢氧化镁储罐5经过离心泵4输送至错流旋转填料床的液体分布器7.7，从液体分布器7.7的小孔沿径向喷出，均匀喷洒在填料层内缘，在离心力的作用下，沿径向进入填料层，Mg(OH)2溶液受到旋转填料的作用，切割、捕集、聚并成尺寸很小的液滴、液丝和液膜；含有SO2的烟气经流量计2计量后由进气管7.1进入旋转床底部，在气体压力作用下，沿轴向穿过填料层，与吸收剂错流接触传质，将烟气中的SO2快速转入Mg(OH)2浆液中，形成亚硫酸氢镁，从转子甩出的浆液被旋转床壳体捕获并沿壳壁流下，从置于底部的液体出口7.10排出，进入亚硫酸氢镁储罐3，吸收后的烟气从旋转床顶部的气体出口7.8排出。
以具体实施数据来进一步说明本发明的工艺流程：设置旋转填料床的超重力因子为55，废气中SO2的浓度为0.1%，废气流量为170 m3/h (即空床气速为1.7m/s)，液气比为2.5L/m3，脱硫率达99%以上。

Claims (10)

1.一种镁法烟气脱硫的装置，其特征在于：包括多级错流-逆流旋转填料床吸收器，旋转填料床吸收器顶部设有排气管，底部设有排液管，上方侧面连接进液管，下方侧面连接进气管；旋转填料床吸收器的中部设有转轴，转轴上装有两个或两个以上填料转子，相邻现在转子间装有填料定子，填料转子中心为液体分布器，所述液体分布器与进液管连接，转轴下端伸到吸收器外部连接调频电机；旋转填料床吸收器的进气管与含有SO2的烟气管道连接，旋转填料床吸收器的进液管与氢氧化镁储槽连接；排液管与亚硫酸氢镁储槽连接。
2.根据权利要求1所述的镁法烟气脱硫的装置，其特征在于：所述旋转填料床吸收器的填料分为3层或3层以上，即填料转子-填料定子交替排列，由填料支撑组件进行支撑，其中填料支撑组件由中间开孔的不锈钢板和支柱组成；填料采用孔隙率大的塑料花环或鲍尔环填料，并采用网兜形式加以固定。
3.根据权利要求1所述的镁法烟气脱硫的装置，其特征在于：所述液体分布器包括环形套管、集液槽、导流管，环形套管为两个同轴套管，均套于转轴外侧，环形套管外侧为填料，环形套管的外管壁上均匀开有若干孔；集液槽位于上层填料转子的底部外侧，与旋转床壳体内壁相接，集液槽为圆环形，其截面是由环形薄板、内圆筒、旋转床壳体内壁组成的U形槽，集液槽位于旋转床壳体内侧，环形薄板垂直于壳体内壁并焊接在壳体内壁上，供收集液体；所述的内圆筒是与壳体同心的圆筒，内圆筒底部与环形薄板焊接为一体；集液槽通过导流管与下层液体分布器环形套管相通；上层环形套管喷出的液体经填料转子后进入集液槽内，沿导流管流向下层的环形套管喷出。
4.根据权利要求3所述的镁法烟气脱硫的装置，其特征在于：所的环形套管穿过填料定子部分与填料定子以焊接方式固定，位于填料转子部分的套管外侧均匀设有若干个圆形孔或格栅孔，孔的数目由液体流量和流速确定，且满足液体流速为0.5-6m/s。
5.根据权利要求3所述的镁法烟气脱硫的装置，其特征在于：所述的导流管设置在集液槽下部，均匀设有2~8个，沿集液槽圆周方向均匀斜向下朝圆心方向设置，若干导流管形成锥形结构；所述的导流管为圆管，直径由液体流量确定，且流速控制在0.01-1m/s。
6.根据权利要求3所述的镁法烟气脱硫的装置，其特征在于：所述集液槽底部的环形薄板与导流管通过焊接方式连接；位于底板与导流管焊接上方设有挡液片，挡液片高度低于内圆筒，便于使旋流的液体快速流入导流管中；所述集液槽的内圆筒高度由液体流量确定，收集液体的量不能超过该圆筒的高度。
7.根据权利要求1所述的镁法烟气脱硫的装置，其特征在于：所述进气管进入壳体的一端安装有挡板，在进气管末端设置有挡板，挡板的前部开有一组格栅孔，便于气体均匀分布。
8.根据权利要求1所述的镁法烟气脱硫的装置，其特征在于：所述转轴的上下两端与旋转填料床吸收器壳体连接的部分均通过轴承座进行动密封。
9.根据权利要求1所述的镁法烟气脱硫的装置，其特征在于：所述进液管上设有阀门和流量计；所述进气管上设有引风机和流量计。
10.一种镁法烟气脱硫的方法，采用权利要求1~9任一项所述的镁法烟气脱硫的装置，其特征在于：包括以下步骤：
(1) 氧化镁制浆流程，步骤如下：
①将1份氧化镁脱硫剂、2.3~5份水和0.1±0.05份水蒸气在0~20℃混合，生成氢氧化镁浆液；
②将①得到的氢氧化镁浆液在50~80℃下熟化2~4小时，以使氢氧化镁分散均匀，得到细腻均一的脱硫剂浆液；
(2) 吸收SO2流程，步骤如下：
将上述得到的脱硫剂浆液从液体储罐经过离心泵输送至旋转填料床的液体分布器，从液体分布器的小孔沿径向喷出，均匀喷洒在填料转子内缘，在离心力的作用下，沿径向进入填料层，Mg(OH)2浆液受到旋转填料的作用，多次切割、捕集、聚并与再分散形成尺寸细小的液滴、液丝和液膜；
含有SO2的烟气经流量计计量后由进气管进入旋转床底部，在压力作用下，沿轴向多次穿过填料转子和填料定子，经过转子时被旋转填料带动一起旋转，经过定子时又被静止的填料层阻滞而降低旋转，从而气体多次被剪切和扰流，有效降低气膜侧阻力；烟气在每一级转子中与吸收剂错流接触传质，将烟气中的SO2快速转入Mg(OH)2浆液中，形成亚硫酸氢镁；从上一级转子甩出的浆液被转子外侧的液体收集器收集而进入下一级液体分布器后，再次分布而进入下一级填料转子与烟气再次吸收反应；经最后一级填料转子吸收后，在旋转床壳体捕获并沿壳壁流下，从置于底部的排液管排出，进入液体储罐，吸收后的烟气从旋转床顶部的排气管排出。
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