CN108434949A - 一种分区控制的低能耗湿法脱硫工艺及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分区控制的低能耗湿法脱硫工艺及装置，工艺包括：燃煤烟气进入吸收塔，经过塔釜循环喷淋层降温后，依次经过塔釜进浆喷淋层、积液层、湍流层、外循环喷淋层和供浆喷淋层进行脱硫除尘，最后经除雾器干燥后从吸收塔的烟气出口排出；塔釜循环喷淋层由塔内浆液循环喷淋，积液层的浆液外排自塔外的外循环罐内，然后再由泵输送至所述塔釜进浆喷淋层和外循环喷淋层，构成塔外循环喷淋系统，塔外供浆系统为所述供浆喷淋层提供喷淋浆液。本发明在提高装置脱硫效率、降低系统运行阻力的同时，能降低湿法脱硫系统的运行液气比50％以上，并实现协同高效除尘。

Description

一种分区控制的低能耗湿法脱硫工艺及装置
技术领域
本发明涉及资源与环境保护领域，具体涉及一种分区控制的低能耗湿法脱硫工艺。
背景技术
目前，煤炭仍是我国的主要一次能源，煤炭在燃烧过程产生了大量的SO2、NOX、粉尘等污染物，燃煤烟气必须处理达标后才能排放。燃煤烟气脱硫技术按原理主要分为干法、半干法和湿法，其中，湿法FGD技术具有脱硫效率高、设备操作简单、能适应烟气负荷波动等优点得到广泛应用。世界上普遍商业化应用的是钙基湿法脱硫技术，以石灰石(石灰)石膏法为代表，所占比例在90％以上。
目前应用的钙基湿法脱硫技术均采用逆向喷淋吸收的脱硫工艺，将含有吸收剂的浆液经雾化后与含有污染物的烟气进行逆向接触，烟气中SO2等酸性气体与喷淋雾化浆液进行酸碱中和实现脱除并生成亚硫酸钙，完成吸收反应的浆液雾滴在重力作用下进入塔釜，经氧化后生成二水硫酸钙。虽然钙基湿法脱硫技术得到了较为广泛的认可，但是在实际应用过程中也存在较多亟待解决的难点和问题，主要如下：
1、钙基湿法脱硫系统运行能耗过大：
钙基湿法脱硫过程中，脱硫浆液与烟气的接触方式为循环喷淋接触，循环脱硫浆液中主要组分为硫酸钙、亚硫酸钙，能与SO2反应的碳酸钙或氢氧化钙含量不到循环总量的5％，循环泵的大部分能耗被浪费。为了保证脱硫效率，现有湿法脱硫技术均采用提高浆液循环量来增加循环液的脱硫容量，进一步增加了脱硫系统的运行能耗。如何有效的提高喷淋浆液的脱硫容量，降低喷淋浆液中硫酸钙、亚硫酸钙等无效脱硫组分含量，实现湿法脱硫系统低液气比高效脱硫，是目前湿法脱硫技术面临的一个难题。
2、钙基脱硫剂溶出速率较低：
钙基湿法脱硫的脱硫剂为碳酸钙或氧化钙，均为难容物质，溶出速率较低。含有脱硫剂的浆液经喷淋雾化与酸性气体接触反应过程分为脱硫剂溶解、酸性气体溶解、酸碱中和三个过程，其中最缓慢的脱硫剂溶解过程会降低脱硫反应的气液传质速率。因此，如何增加循环浆液中脱硫剂的溶解量，提高脱硫剂组分在气液传质过程的溶出速率，降低脱硫浆液的循环次数，是目前湿法脱硫工艺节能降耗面临的另一个难题。
发明内容
本发明提供一种技术可靠性高、操作简单、经济、高效的分区控制的低能耗湿法脱硫工艺，对脱硫过程的脱硫剂浆液根据脱硫容量大小进行分区控制，同时采用高效雾化和塔外循环、塔外供浆等方式提高脱硫剂的溶出量。在提高装置脱硫效率、降低系统运行阻力的同时，能降低湿法脱硫系统的运行液气比50％以上，并实现协同高效除尘。
一种分区控制的低能耗湿法脱硫工艺，包括如下步骤：
燃煤烟气进入吸收塔，经过塔釜循环喷淋层降温后，依次经过塔釜进浆喷淋层、积液层、湍流层、外循环喷淋层和供浆喷淋层进行脱硫除尘，净烟气经除雾器层干燥后从吸收塔烟气出口排出；塔釜循环喷淋层由脱硫容量较低的低pH值塔内浆液循环喷淋，积液层的浆液外排至外循环罐充分溶出后形成较高脱硫容量的吸收液，然后再由泵输送至所述塔釜进浆喷淋层和外循环喷淋层，构成塔外循环喷淋系统；塔外供浆系统为所述供浆喷淋层提供高脱硫容量的喷淋浆液。
吸收塔由下向上分为吸收塔塔釜、初脱硫区、积液层和精脱硫区，并包括与吸收塔连通的管道、循环泵、入口烟道和出口烟道等，初脱硫区沿烟气流向依次设置塔釜循环喷淋层和塔釜进浆喷淋层，精脱硫区内沿烟气流向依次设置湍流层、外循环喷淋层和供浆喷淋层。外循环系统由外循环罐、外循环泵、塔釜进浆泵组成；供浆系统由供浆泵和供浆储罐组成。
优选地，塔釜循环喷淋层液气比为2-7L/Nm3，塔釜进浆喷淋层液气比为0.01-2L/Nm3；进一步优选地，塔釜循环喷淋层液气比为4.5-6L/Nm3，塔釜进浆喷淋层液气比为0.1-0.5L/Nm3。
在初脱硫区中，入口烟道上方设塔釜循环喷淋层和塔釜进浆喷淋层，烟气经过塔釜循环喷淋层喷淋接触后脱除部分SO2并降温至50-70℃，烟气达到饱和状态并继续向上流动。降温后的烟气继续与塔釜进浆喷淋层浆液接触进一步初脱硫。塔釜循环喷淋层浆液通过塔釜循环泵与塔釜连通，喷淋层循环浆液主要组分为硫酸钙、亚硫酸钙和少量的脱硫剂；塔釜进浆喷淋层浆液通过塔釜进浆泵与外循环罐连通，喷淋层浆液含少量硫酸钙、亚硫酸钙，脱硫剂含量较高，脱硫容量大。为了保证初脱硫区的脱硫效率，初脱硫区中塔釜循环喷淋层液气比为2-7L/Nm3，塔釜进浆喷淋层液气比为0.01-2L/Nm3。
优选地，脱硫液在湍流层的停留时间为2-10s，烟气穿过湍流层的流速为4-15m/s；进一步优选地，烟气穿过湍流层的流速为10-15m/。
优选地，外循环喷淋层的液气比为0.1-3L/Nm3，pH为6.0-7.0；供浆喷淋层的液气比为0.01-1L/Nm3；进一步优选地，外循环喷淋层的液气比为0.1-1.5L/Nm3，pH为6.0-7.0；供浆喷淋层的液气比为0.01-0.5L/Nm3。
优选地，吸收塔内塔釜浆液pH值为5.0-6.0；进一步优选地，吸收塔内塔釜浆液pH值在5.2-5.5。
优选地，外循环罐中浆液停留时间为5-20min；进一步优选地，外循环罐中浆液停留时间为10-20min。
在上述优选条件的组合下，烟气脱硫效率99％以上，除尘效率95％以上。
更进一步优选地，塔釜浆液pH值为5.2-5.5，塔釜循环喷淋层液气比为5.1～5.3L/N m3，塔釜进浆喷淋层液气比为0.4～0.5L/N m3，湍流单元烟气流速为10～15m/s，外循环喷淋层液气比为1.1～1.3L/N m3，外循环罐浆液停留时间为14～16min，外循环罐pH值为6.7～6.9，供浆喷淋层液气比为0.1～0.3L/N m3。
精脱硫区由下至上分别为湍流层、外循环喷淋层、供浆喷淋层及除雾器层。在精脱硫区中脱硫浆液分别从外循环喷淋层和供浆喷淋层在重力作用下向下移动，经过两层湍流层后下落至积液层，初脱硫后的烟气依次经过湍流层、外循环喷淋层和供浆喷淋层向上移动。烟气在穿过湍流层时，经过湍流单元的加速与喷淋下落浆液实现高效气液接触，并在湍流层上方形成一定高度的持液层；在持液层中的浆液被高速气流雾化成大量细小雾滴，增加了气液接触面积促进脱硫剂的溶出，实现高效脱硫。同时，高速气流携带的大量细小雾滴增加了与粉尘的碰撞，实现了超细粉尘的协同去除。
为了保证脱硫剂的高效溶出，作为优选，应保持脱硫液在持液层的停留时间为2-10s，烟气穿过湍流模块的流速为4-15m/s。外循环喷淋层浆液含少量硫酸钙、亚硫酸钙，脱硫剂含量较高，脱硫容量大；供浆喷淋层由供浆泵与浆液储罐连通，供浆喷淋层浆液组分为未溶出或已溶出的脱硫剂，脱硫容量最大。在精脱硫区中，通过湍流模块的强化传质和高脱硫容量脱硫剂的分层喷淋，烟气中的SO2和粉尘得到高效去除。作为优选，外循环喷淋层液气比为0.1-3L/Nm3，pH为6.0-7.0；供浆喷淋层液气比为0.01-1L/Nm3。
外循环系统由外循环罐、外循环泵、塔釜进浆泵组成；供浆系统由供浆泵和供浆储罐组成。外循环罐浆液中脱硫剂的含量远大于塔釜浆液，塔釜进浆泵将部分外循环罐中浆液送入塔釜，作为吸塔釜的供浆浆液，保证塔釜浆液pH值在5.0-6.0；外循环泵将部分浆液送入外循环喷淋层，进行精脱硫，完成精脱硫的浆液中仍含有大量的未溶出脱硫剂，经连通管道进入外循环罐内继续完成溶出过程，作为进一步精脱硫的吸收剂。为了保证脱硫剂颗粒溶出完全，作为优选，循环罐中浆液停留时间为5-20min。本发明通过塔釜、外循环系统和供浆系统，将脱硫喷淋液分为低、中、高三种pH进行分层分区域脱硫，大幅提高烟气脱硫效率，作为优选，外循环喷淋层液气比为0.1-3L/Nm3，pH为6.0-7.0；供浆液喷淋层液气比为0.01-1L/Nm3。
本发明还提供一种分区控制的低能耗湿法脱硫装置，本发明脱硫工艺优选在该装置中进行，包括吸收塔，吸收塔的下部侧壁上开设烟气入口、顶部为吸收塔烟气出口、塔内底部为内塔釜；
还包括外循环罐和浆液储罐；
所述吸收塔内且位于烟气入口上方由下至上依次设置塔釜循环喷淋层、塔釜进浆喷淋层、积液层、湍流层、外循环喷淋层、供浆喷淋层和除雾器层；
所述塔釜循环喷淋层由塔釜循环泵连接内塔釜；
所述积液层的浆液出口接入所述外循环罐内，所述塔釜进浆喷淋层和外循环喷淋层均由外循环泵连接所述外循环罐；
所述供浆喷淋层由供浆泵连接所述浆液储罐。
每层湍流层包含若干湍流雾化单元，湍流雾化单元可以为微型旋流板、微型泡罩塔或微型文丘里棒，湍流单元上方为持液层。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明提供了一种分层分区域控制pH值的SO2吸收工艺，采用低pH值浆液吸收高浓度烟气，中pH值浆液吸收中等浓度烟气，高pH值浆液吸收低浓度烟气，能保证脱硫装置出口SO2浓度，脱硫效率高于99％，有效的提高了湿法脱硫装置的脱硫效率。
(2)本发明提供了一种对脱硫浆液组分分层分区域控制工艺，采用脱硫剂含量低的循环浆液脱除高浓度烟气，脱硫剂含量中等的循环浆液脱除中等浓度烟气，新鲜脱硫浆液脱除低浓度烟气。极大提高了湿法脱硫工艺中循环浆液有效组分的含量，不仅提高了气液传质速率，还大幅降低了湿法脱硫工艺的运行能耗，有效降低运行液气比50％以上。
(3)本发明提供了一种对脱硫剂强化传质的工艺，采用双层湍流层对难容的钙基脱硫剂浆液进行强制雾化，增强钙基脱硫剂的溶解，提高气液传质速率，同时实现协同除尘。大幅降低了脱硫剂浆液的循环次数，并进一步降低湿法脱硫系统的运行液气比。
附图说明
图1是本发明装置结构示意图。
图中所示附图标记如下：
1.吸收塔 2.入口烟道 3.塔釜循环喷淋层 4.塔釜进浆喷淋层 5.积液层 6.湍流层 7.外循环喷淋层 8.供浆喷淋层 9.除雾器 10.吸收塔出口 11.塔釜循环泵 12.塔釜进浆泵 13.外循环罐 14.外循环泵 15.浆液储罐 16.供浆泵
具体实施方式
如图1所示，一种湿法脱硫塔，包括吸收塔1、外循环系统和供浆系统，吸收塔为喷淋塔，吸收塔内底部为内塔釜，内塔釜上部的侧壁上开设烟气入口，烟气入口连接入口烟道2，吸收塔内且位于烟气入口上方依次设置塔釜循环喷淋层3、塔釜进浆喷淋层4、积液层5、湍流层6、外循环喷淋层7、供浆喷淋层8和除雾器9，塔釜循环喷淋层3和塔釜进浆喷淋层4构成初脱硫区，湍流层6、外循环喷淋层7和供浆喷淋层8构成精脱硫区。
外循环系统包括外循环罐13、塔釜进浆泵12和外循环泵14，积液层5的浆液出口通过管线接入外循环罐内，外循环罐通过塔釜进浆泵12连接塔釜进浆喷淋层4、通过外循环泵14连接外循环喷淋层7。
进浆系统包括浆液储罐15和供浆泵16，浆液储罐通过供浆泵连接供浆喷淋层8。
湍流层包含若干湍流雾化单元，湍流雾化单元可以为微型旋流板、微型泡罩塔或微型文丘里棒，湍流单元上方为持液层。
烟气脱硫工艺如下：
燃煤烟气经入口烟道2进入吸收塔1后，依次经过塔釜循环喷淋层3、塔釜进浆喷淋层4、积液层5、湍流层6、外循环喷淋层7、供浆液喷淋层8高效脱硫除尘，并经除雾器9干燥后从吸收塔出口排出。在初脱硫区，烟气与塔釜循环喷淋层3、塔釜进浆喷淋层4喷淋浆液逆向传质完成初脱硫后进入积液层5；烟气经积液层5整流后进入湍流层6，湍流层6将烟气加速至4-15m/s并对喷淋浆液进行高效雾化，强化气液传质并加速脱硫剂的溶出，同时实现协同高效除尘，烟气流场得到进一步整定并完全均匀。烟气继续与外循环喷淋层7、供浆液喷淋层8完成接触反应，实现高效脱硫、除尘。
在初脱硫区，塔釜循环喷淋层3浆液通过塔釜循环泵11与塔釜连通；塔釜进浆喷淋层4浆液通过塔釜进浆泵12与外循环罐连通。为了保证初脱硫区的脱硫效率，初脱硫区中塔釜循环喷淋层液气比为2-7L/Nm3，塔釜进浆喷淋层液气比为0.01-2L/Nm3。外循环喷淋层7通过外循环泵14与外循环罐连通；供浆喷淋层8通过供浆泵16与浆液储罐连通。
实施例1：
某热电厂，2台160T/h锅炉烟气脱硫工程采用本工艺，烟气中SO2浓度为2125mg/m3，粉尘浓度为36mg/m3，塔釜浆液pH值为5.3，塔釜循环喷淋层液气比为5.2L/N m3，塔釜进浆喷淋层液气比为0.5L/N m3，湍流层单位模块为泡罩塔，湍流单元烟气流速为13.2m/s，外循环喷淋层液气比为1.2L/N m3，外循环罐浆液停留时间为15min，外循环罐pH值为6.8，供浆喷淋层液气比为0.2L/N m3。脱硫效率99.3％，除尘效率96.2％。
实施例2：
某自备电厂，1台130T/h锅炉烟气脱硫工程采用本工艺，烟气中SO2浓度为1571mg/m3，粉尘浓度为27mg/m3，塔釜浆液pH值为5.2，塔釜循环喷淋层液气比为4.9L/N m3，塔釜进浆喷淋层液气比为0.4L/N m3，湍流层单位模块为微型旋流板，湍流单元烟气流速为12m/s，外循环喷淋层液气比为1.4L/N m3，外循环罐浆液停留时间为18min，外循环罐pH值为6.9，供浆喷淋层液气比为0.1L/N m3。脱硫效率99.9％，除尘效率94.6％。
实施例2：
某自备电厂，2台35T/h锅炉烟气脱硫工程采用本工艺，烟气中SO2浓度为1482mg/m3，粉尘浓度为41mg/m3，塔釜浆液pH值为5.5，塔釜循环喷淋层液气比为5.7L/N m3，塔釜进浆喷淋层液气比为0.4L/N m3，湍流层单位模块为文丘里棒，湍流单元烟气流速为11.8m/s，外循环喷淋层液气比为1.2L/N m3，外循环罐浆液停留时间为13min，外循环罐pH值为6.3，供浆喷淋层液气比为0.2L/N m3。脱硫效率99.8％，除尘效率95.7％。
以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (7)

1.一种分区控制的低能耗湿法脱硫工艺，其特征在于，包括如下步骤：
燃煤烟气进入吸收塔，经过塔釜循环喷淋层降温后，依次经过塔釜进浆喷淋层、积液层、湍流层、外循环喷淋层和供浆喷淋层进行脱硫除尘，净烟气经除雾器层干燥后从吸收塔烟气出口排出；脱硫过程中对脱硫吸收液进行分区控制，脱硫容量较低的塔釜循环喷淋层由塔内浆液循环喷淋，积液层的浆液外排至外循环罐内，充分溶出后形成较高脱硫容量的吸收液，然后再输送至所述塔釜进浆喷淋层和外循环喷淋层，构成塔外循环喷淋系统；塔外供浆系统为所述供浆喷淋层提供高脱硫容量的喷淋浆液。
2.根据权利要求1所述分区控制的低能耗湿法脱硫工艺，其特征在于，塔釜循环喷淋层液气比为2-7L/Nm3，塔釜进浆喷淋层液气比为0.01-2L/Nm3。
3.根据权利要求1所述分区控制的低能耗湿法脱硫工艺，其特征在于，脱硫液在湍流层的停留时间为2-10s，烟气穿过湍流层的流速为4-15m/s。
4.根据权利要求1所述分区控制的低能耗湿法脱硫工艺，其特征在于，外循环喷淋层的液气比为0.1-3L/Nm3，pH为6.0-7.0；供浆喷淋层的液气比为0.01-1L/Nm3。
5.根据权利要求1所述分区控制的低能耗湿法脱硫工艺，其特征在于，吸收塔内塔釜浆液pH值在5.0-6.0。
6.根据权利要求1所述分区控制的低能耗湿法脱硫工艺，其特征在于，外循环罐中浆液停留时间为5-20min。
7.一种分区控制的低能耗湿法脱硫装置，包括吸收塔，吸收塔的下部侧壁上开设烟气入口、顶部为吸收塔烟气出口、塔内底部为内塔釜；其特征在于，
还包括外循环罐和浆液储罐；
所述吸收塔内且位于烟气入口上方由下至上依次设置塔釜循环喷淋层、塔釜进浆喷淋层、积液层、湍流层、外循环喷淋层、供浆喷淋层和除雾器层；
所述塔釜循环喷淋层由塔釜循环泵连接内塔釜；
所述积液层的浆液出口接入所述外循环罐内，所述塔釜进浆喷淋层和外循环喷淋层均由外循环泵连接所述外循环罐；
所述供浆喷淋层由供浆泵连接所述浆液储罐。
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