CN108452652B - 一种工业气体脱硫系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种工业气体脱硫系统，包括依次连通的第一脱硫本体、第二脱硫本体和第三脱硫本体，所述第二脱硫本体和第二加热器连通，所述第二加热器通过燃烧太阳能产热。本发明能够实现全程自动化脱硫和脱硫工艺过程的精确控制，自动化程度高，脱硫效率高；实施过程使用了太阳能这一洁净能源，从而有利于环保。

Description

一种工业气体脱硫系统

技术领域

本发明涉及环保机械领域，尤其涉及一种工业气体脱硫系统。

背景技术

对工业废气进行脱硫处理的设备，以塔式设备居多，即为脱硫塔。脱硫塔最初以花岗岩砌筑的应用的最为广泛，其利用水膜脱硫除尘原理，又名花岗岩水膜脱硫除尘器，或名麻石水膜脱硫除尘器。优点是易维护，且可通过配制不同的除尘剂，同时达到除尘和脱硫(脱氮)的效果。然而脱硫塔能够脱出的含硫化合物种类单一，并且自动化效果差。

脱硫过程化学反应复杂，自动化控制难度高并且脱硫效率普遍偏低，这些都是在脱硫过程存在的弊端，不论是脱硫塔还是脱硫除尘器也不可避免地存在上述弊端。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种工业气体脱硫系统。

本发明是以如下技术方案实现的：

一种工业气体脱硫系统，包括依次连通的第一脱硫本体、第二脱硫本体和第三脱硫本体，所述第二脱硫本体和第二加热器连通，所述第二脱硫本体和第二加热器连通，所述第二加热器与设置于所述第二脱硫本体外部的太阳能光伏板连接以便于通过太阳能发电产热。

进一步地，所述第二脱硫本体中设置有第一燃烧室和第二燃烧室，所述第一燃烧室位于所述第二加热器上部，所述第二燃烧室位于所述第二加热器下部，所述第一燃烧室和第二燃烧室的温度被控制在1000～1200℃。

进一步地，所述第一燃烧室中设置有第一温度传感器，所述第二燃烧室中设置有第二温度传感器，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器均与一控制系统通信连接，所述第二加热器受控于所述控制系统。

进一步地，所述第三脱硫本体中设置有第一热交换器和与所述第一热交换器连通催化反应室，所述催化反应室用于进行克劳斯催化反应，所述催化反应室与分离室连通，所述分离室用于分离气体以得到硫；

所述分离室与第三燃烧室连通，所述第三燃烧室的排气口与第二热交换器连通，所述第二热交换器与多级氧化反应室连通，所述多级氧化反应室中充满氧气，所述多级氧化反应室与一冷凝器连通以制得硫酸，冷凝器的出口与大气连通；

所述多级氧化反应室由依次连通的反应炉构成，每个反应炉中均进行催化氧化反应，所述催化氧化反应的反应温度T＝400℃+(2-m)×10℃，其中m为当前反应级数；每个反应炉均设置有温控装置，所述温控装置受控于所述控制系统。

进一步地，在所述第一脱硫本体内自下而上依次设置有浆液池、喷淋层和除雾器；在浆液池与喷淋层之间具有烟道入口，沿所述烟道入口通向所述喷淋层的烟气通道周围设置有除尘部件以去除含有硫化物废气中的颗粒物，所述浆液池中存储有石灰石浆液；在所述第一脱硫本体顶部设置有第一烟气出口；所述第二脱硫本体底部与所述第一烟气出口连通。

进一步地，所述第一燃烧室和第二燃烧室均设置有气体出口，所述气体出口均与与第三脱硫本体的入口连通，所述第三脱硫本体的入口与第一热交换器连接。

本发明具有下述有益效果：

实现脱硫过程的全自动控制，并且实现了多种形式硫化物的脱除，从而使得排除后的气体的含硫量显著低于排放标准，有利于环境保护；

本发明的实施过程使用了太阳能这一洁净能源，从而有利于环保；

第一脱硫本体用于出去硫氧化物，第二脱硫本体和第三脱硫本体能够用于去除其它含硫化合物，并且进一步对硫进行回收利用，相比于单一的脱硫塔，第一脱硫本体、第二脱硫本体和第三脱硫本体的级联设置能够使得脱硫后的气体含硫量更低，显著优化脱硫效果。

附图说明

图1是本实施例提供的一种工业气体脱硫系统示意图；

图2是本实施例提供的第二脱硫本体示意图；

图3是本实施例提供的控制系统框图；

图4是本实施例提供的第三脱硫本体示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

实施例1：

一种工业气体脱硫系统，如图1所示，包括气体产生装置1和与所述气体产生装置1连通的第一脱硫本体2。所述气体产生装置为现有技术中产生工业废气的装置，比如化工厂、钢铁厂、制药厂以及炼焦厂和炼油厂产生工业废气的装置。

在所述第一脱硫本体2内自下而上依次设置有浆液池21、喷淋层22和除雾器23；在浆液池21与喷淋层22之间具有烟道入口，沿所述烟道入口通向所述喷淋层22的烟气通道周围设置有除尘部件202以去除含有硫化物废气中的颗粒物，所述浆液池21中存储有石灰石浆液，所述浆液池21与所述喷淋层22通过水泵连接；在所述第一脱硫本2体顶部设置有第一烟气出口；所述第二脱硫本体底部与所述第一烟气出口连通。

进一步地，还包括第二脱硫本体3，所述第二脱硫本体3底部与所述第一烟气出口连通，所述第二脱硫本体3还与第三脱硫本体4连通。所述第二脱硫本体3和第二加热器连通，所述第二加热器与设置于所述第二脱硫本体3外部的太阳能光伏板连接以便于通过太阳能发电产热。

如图2所示，所述第二脱硫本体3的预处理室301底部还设置有脱硫蒸汽入口302；所述脱硫蒸汽入口302与一脱硫剂发生装置311通过第一开关312连通，所述第一开关312受控于一控制系统100；

所述脱硫剂发生装置311包括混合腔313，以及与所述混合腔连通的第一试剂滴入口314和第二试剂滴入口315，所述第一试剂滴入口314与第一试剂存储室316通过第一阀317连通，所述第二试剂滴入口315与第二试剂存储室318通过第二阀319连通，所述第一阀和第二阀均受控于发生控制器320，所述发生控制器320与所述控制系统100通信连接。所述混合腔能够将所述第一试剂和第二试剂充分混合，并将混合后的试剂以蒸汽方式排入脱硫蒸汽入口，当然，单独的第一试剂或者第二试剂也可以被混合室以蒸汽形式排入脱硫蒸汽入口，即第一试剂和第二试剂的混合并不是在任何实施方式中都是必要的。本发明实施例提供的第一试剂可以为单乙醇胺、二异丙醇胺或甲基二乙醇胺的水溶液。第二试剂可以是的N-甲基-2-吡咯烷酮或环丁砜。

进一步地，所述第二脱硫本体3侧壁上设置有高度不同的若干通气口31，每个通气口31均通过其对应的分控阀310与一燃烧室32连通，所述燃烧室32包括第一燃烧室321和第二燃烧室322；若分控阀310打开，则所述分控阀对应的通气口31与第二燃烧室322连通；若所述分控阀310闭合，则所述分控阀对应的通气口31与一冷凝器33连通，所述冷凝器33与所述第一燃烧室321连通。

所述第一燃烧室321位于所述第二加热器37上部，所述第二燃烧室322位于所述第二加热器37下部，所述第一燃烧室321和第二燃烧室322的温度被控制在1000～1200℃。所述第一燃烧室321中设置有第一温度传感器371，所述第二燃烧室322中设置有第二温度传感器，所述第一温度传感器371和所述第二温度传感器均与一控制系统100通信连接，所述第二加热器37受控于所述控制系统100。

进入第二脱硫剂本体3中的废气与脱硫蒸汽充分混合后，通过冷凝作用能够得到冷凝物和用于进入燃烧室的酸性气体，为了提升冷凝作用，在所述第二脱硫本体3中还可以设置冷凝室，所述冷凝室必需设置于通气口的下端(废气通过冷凝室才能够由通气口进入燃烧室)。冷凝室可以为一个，也可以为在竖直方向分布的相互串联的多个。

冷凝作用程度不同，得到冷凝物的数量和酸性气体中硫氢化合物的浓度均是不同的，因此，为了更好的适应复杂的脱硫实际情况，本发明实施例中对气体的流向进行了控制。若气体的冷凝程度不够，则分控阀闭合，气体能够进一步通过冷凝器33最后进入第一燃烧室321进行后续反应；若冷凝程度足够，则分控阀开启，气体直接进入第二燃烧室322进行后续反应。判断冷凝程度的方法可以有多种，比如使用下文的污染物浓度传感器，污染物浓度越低，冷凝程度越高。

所述第二脱硫本体3侧壁上还设置有与所述通气口31数量相等的污染物浓度传感器34，所述污染物浓度传感器34与其对应的通气口31高度一致，所述污染物浓度传感器34均与控制系统100通信连接，所述控制系统100能够根据污染物浓度传感器34的检测结果控制其对应的通气口31所在分控阀310的开闭，每个分控阀在所述控制系统100中具有唯一标识；每个通气口31设置有一个流量传感器35，所述流量传感器35均与所述控制系统100通信连接。

污染物浓度传感器34的设置用于测量与其处于同一高度的通气口出的废气的污染物浓度，若污染物浓度高于预设阈值，则控制分控阀闭合，否则控制分控阀打开。所述流量传感器35用于对后续的燃烧反应进行控制，下文会详述其用途。

所述第一燃烧室321中设置有第一氧气通入口323和第一浓度传感器324，所述第一氧气入口与一氧气发生器36通过第一调节阀325连通，所述第一浓度传感器324与所述控制系统100通信连接，所述第一调节阀325受控于所述控制系统100；

所述第二燃烧室322中设置有第二氧气通入口和第二浓度传感器(图中未示出)，所述第二氧气入口与所述氧气发生器通过第二调节阀连通，所述第二浓度传感器与所述控制系统100通信连接，所述第二调节阀受控于所述控制系统。

控制系统100能够根据流量传感器35得到进入第一燃烧室中气体的流量和进入第二燃烧室中气体的流量，结合第一燃烧室中气体的浓度和第二燃烧室中气体的浓度算出维持第一燃烧室和第二燃烧室的反应所需的氧气量，从而控制第一调节阀和第二调节阀的开闭。

如图3所示，为实现上述控制，所述控制系统100至少包括：

分控阀状态记录模块101，用于获取并记录每个通气口对应的分控阀的状态以便于得到通向第一燃烧室和第二燃烧室的气体通路的数量和标识；

污染物浓度获取模块102，用于获取各个通气口高度对应的污染物浓度；

分控阀控制模块103，用于根据污染物浓度控制所述污染物浓度对应的控制阀的开闭以及打开时的开合程度；

单气道流量获取模块104，用于获取每个气体通路中的气体流量；

燃烧室气体流量获取模块105，用于根据单气道流量获取模块和分控阀状态记录模块中得到的数据计算第一燃烧室气体流量和第二燃烧室污染物气体流量。第一燃烧室气体流量为流经第一燃烧室的通道的气体流量的总和，第二燃烧室气体流量为流经第二燃烧室的通道的气体流量的总和。

燃烧室气体浓度获取模块106，用于根据获取到的第一浓度传感器的检测结果获取第一燃烧室中污染物浓度，以及根据获取到的第二浓度传感器的检测结果获取第二燃烧室中污染物浓度；

氧气量控制模块107，用于根据燃烧室气体流量获取模块和燃烧室气体浓度获取模块的结果控制第一氧气通入口和第二氧气通入口的开闭。

具体地，对于每个燃烧室，所述控制系统100根据燃烧室气体浓度获取模块得到燃烧室中的含硫废气的浓度，并且将燃烧室气体流量获取模块得到的含硫废气的流量均输入第一乘法器做相乘运算，并将相乘结果输入估算器进行估算，所述估算器根据预设的含硫废气与氧气的反应模型估算所需氧气，并将得到的估算结果输入第二乘法器，所述第二乘法器将所述估算结果乘以预设系数后得到所需氧气的值，所述预设系数通常大于1以保证燃烧反应充分进行。

进一步地，所述第一燃烧室312和第二燃烧室322均设置有气体出口，所述气体出口均与与第三脱硫本体4连通，所述第三脱硫本体4的入口与第一热交换器连接。

如图4所示，所述第三脱硫本体4中设置有第一热交换器41和与所述第一热交换器41连通的催化反应室42，所述催化反应室42用于进行克劳斯催化反应，所述催化反应室42与分离室43连通，所述分离室43用于分离气体以得到硫；

所述分离室43与第三燃烧室44连通，所述第三燃烧室44的排气口与第二热交换器45连通，所述第二热交换器45与多级氧化反应室46连通，所述多级氧化反应室46中充满氧气，所述多级氧化反应室与一冷凝器47连通以制得硫酸，冷凝器47的出口与大气连通；

所述多级氧化反应室46由依次连通的反应炉461构成，每个反应炉461中均进行催化氧化反应，所述催化氧化反应的反应温度T＝400℃+(2-m)×10℃，其中m为当前反应级数；每个反应炉461均设置有温控装置，所述温控装置受控于所述控制系统100。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (1)

1.一种工业气体脱硫系统，其特征在于，包括气体产生装置和与所述气体产生装置连通的第一脱硫本体；在所述第一脱硫本体内自下而上依次设置有浆液池、喷淋层和除雾器；在浆液池与喷淋层之间具有烟道入口，沿所述烟道入口通向所述喷淋层的烟气通道周围设置有除尘部件以去除含有硫化物废气中的颗粒物，所述浆液池中存储有石灰石浆液，所述浆液池与所述喷淋层通过水泵连接；在所述第一脱硫本体顶部设置有第一烟气出口；

还包括第二脱硫本体，所述第二脱硫本体底部与所述第一烟气出口连通，所述第二脱硫本体还与第三脱硫本体连通；所述第二脱硫本体和第二加热器连通，所述第二加热器与设置于所述第二脱硫本体外部的太阳能光伏板连接以便于通过太阳能发电产热；

所述第二脱硫本体的预处理室底部还设置有脱硫蒸汽入口；所述脱硫蒸汽入口与一脱硫剂发生装置通过第一开关连通，所述第一开关受控于一控制系统；

所述脱硫剂发生装置包括混合腔，以及与所述混合腔连通的第一试剂滴入口和第二试剂滴入口，所述第一试剂滴入口与第一试剂存储室通过第一阀连通，所述第二试剂滴入口与第二试剂存储室通过第二阀连通，所述第一阀和第二阀均受控于发生控制器，所述发生控制器与所述控制系统通信连接；所述混合腔能够将所述第一试剂和第二试剂充分混合，并将混合后的试剂以蒸汽方式排入脱硫蒸汽入口，第一试剂为单乙醇胺、二异丙醇胺或甲基二乙醇胺的水溶液；第二试剂是N-甲基-2-吡咯烷酮或环丁砜；

所述第二脱硫本体侧壁的预处理室上设置有高度不同的若干通气口，每个通气口均通过其对应的分控阀与一燃烧室连通，所述燃烧室包括第一燃烧室和第二燃烧室；若分控阀打开，则所述分控阀对应的通气口与第二燃烧室连通；若所述分控阀闭合，则所述分控阀对应的通气口与一冷凝器连通，所述冷凝器与所述第一燃烧室连通；

所述第一燃烧室位于所述第二加热器上部，所述第二燃烧室位于所述第二加热器下部；所述第一燃烧室中设置有第一温度传感器，所述第二燃烧室中设置有第二温度传感器，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器均与一控制系统通信连接，所述第二加热器受控于所述控制系统；

在所述第二脱硫本体中还设置冷凝室，所述冷凝室设置于通气口的下端；冷凝室为在竖直方向分布的相互串联的多个；若气体的冷凝程度不够，则分控阀闭合，气体通过冷凝器最后进入第一燃烧室进行后续反应；若冷凝程度足够，则分控阀开启，气体直接进入第二燃烧室进行后续反应；

所述第二脱硫本体侧壁的预处理室上还设置有与所述通气口数量相等的污染物浓度传感器，所述污染物浓度传感器与其对应的通气口高度一致，所述污染物浓度传感器均与控制系统通信连接，所述控制系统能够根据污染物浓度传感器的检测结果控制其对应的通气口所在分控阀的开闭，每个分控阀在所述控制系统中具有唯一标识；每个通气口设置有一个流量传感器，所述流量传感器均与所述控制系统通信连接；

所述第一燃烧室中设置有第一氧气通入口和第一浓度传感器，所述第一氧气入口与一氧气发生器通过第一调节阀连通，所述第一浓度传感器与所述控制系统通信连接，所述第一调节阀受控于所述控制系统；所述第二燃烧室中设置有第二氧气通入口和第二浓度传感器，所述第二氧气入口与所述氧气发生器通过第二调节阀连通，所述第二浓度传感器与所述控制系统通信连接，所述第二调节阀受控于所述控制系统；控制系统能够根据流量传感器得到进入第一燃烧室中气体的流量和进入第二燃烧室中气体的流量，结合第一燃烧室中气体的浓度和第二燃烧室中气体的浓度算出维持第一燃烧室和第二燃烧室的反应所需的氧气量，从而控制第一调节阀和第二调节阀的开闭；

所述控制系统包括：

分控阀状态记录模块，用于获取并记录每个通气口对应的分控阀的状态以便于得到通向第一燃烧室和第二燃烧室的气体通路的数量和标识；

污染物浓度获取模块，用于获取各个通气口高度对应的污染物浓度；

分控阀控制模块，用于根据污染物浓度控制所述污染物浓度对应的分控阀的开闭以及打开时的开合程度；单气道流量获取模块，用于获取每个气体通路中的气体流量；

燃烧室气体流量获取模块，用于根据单气道流量获取模块和分控阀状态记录模块中得到的数据计算第一燃烧室气体流量和第二燃烧室污染物气体流量；第一燃烧室气体流量为流经第一燃烧室的通道的气体流量的总和，第二燃烧室气体流量为流经第二燃烧室的通道的气体流量的总和；

燃烧室气体浓度获取模块，用于根据获取到的第一浓度传感器的检测结果获取第一燃烧室中污染物浓度，以及根据获取到的第二浓度传感器的检测结果获取第二燃烧室中污染物浓度；

氧气量控制模块，用于根据燃烧室气体流量获取模块和燃烧室气体浓度获取模块的结果控制第一氧气通入口和第二氧气通入口的开闭；

对于每个燃烧室，所述控制系统根据燃烧室气体浓度获取模块得到燃烧室中的含硫废气的浓度，并且将燃烧室气体流量获取模块得到的含硫废气的流量均输入第一乘法器做相乘运算，并将相乘结果输入估算器进行估算，所述估算器根据预设的含硫废气与氧气的反应模型估算所需氧气，并将得到的估算结果输入第二乘法器，所述第二乘法器将所述估算结果乘以预设系数后得到所需氧气的值，所述预设系数通常大于1以保证燃烧反应充分进行。

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