CN108706613A - 一种利用蒸汽热源循环制备硫酸镁的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种蒸汽热源循环镁法脱硫及硫酸镁制备系统，属于烟气脱硫技术领域。脱硫塔；换热器、除尘器、加热装置、冷凝器、浆液池、蒸汽热源、喷液管；所述除尘器与换热器连接，换热器与脱硫塔的下部连接；所述脱硫塔的底部与换热器连接；所述加热装置、冷凝器、浆液池依次连接，喷液管的一端与浆液池连接，另一端伸入脱硫塔的上部；所述换热器和冷凝器连接；蒸汽热源与加热装置连接。本发明采用不仅简化了脱硫副产品的制备工艺，节省了蒸发结晶处理中的能耗，而且实现了余热资源的有效利用，使烟气余热与火力发电厂中的蒸汽热源得到了高附加值利用。
Description
技术领域
本发明涉及烟气脱硫技术领域，尤其涉及一种利用火力发电厂的烟气余热和蒸汽余热，在镁法脱硫过程中循环制备硫酸镁的系统及方法。
背景技术
镁法烟气脱硫技术是利用氧化镁作为脱硫剂进行烟气脱硫的一种湿法脱硫技术，氧化镁的脱硫机理为碱性氧化物与水发生反应生成氢氧化物，氢氧化物浆液再吸收烟气中的SO2，生成含水亚硫酸镁和少量硫酸镁。镁法烟气脱硫的直接副产物是三水和六水亚硫酸镁，由于烟气中存在氧气(O2)，在一定条件下亚硫酸镁将氧化成硫酸镁。
镁法脱硫技术成熟可靠，脱硫效率高，副产品可以综合利用，显示了越来越大的优越性。有资料显示，目前美国、欧洲、日本火电厂80％的机组容量均采用镁法脱硫，中国台湾电厂的95％机组容量也是采用镁法脱硫。镁法脱硫有如下特点：(1)镁法烟气脱硫使用的镁剂脱硫剂比反应活性很强，比钙剂的反应活性高10多倍，可取的较高的脱硫效率，一般在95％以上，脱硫剂的消耗成本降低。(2)在脱硫作业稳定的同时，投资少，由于镁法脱硫副产物烟硫酸镁、硫酸镁有较高的溶解度，从而避免了其在系统中结垢、堵塞等问题的产生。
然而，现有的镁法烟气脱硫技术中，一般先用脱硫剂(如氢氧化镁溶液)将烟气中的二氧化硫脱除，得到硫酸镁溶液后再对其进行后处理得到硫酸镁产品，这种方法产生的问题是：脱硫剂中的水溶剂在脱硫塔中大量蒸发，水溶剂随烟气排出后不仅造成了水资源的大量浪费，而且由于烟气湿度过大，直接排出后会造成严重的烟羽污染，使得企业不得不额外加装烟气除湿设备，使烟气脱硫的整个工艺复杂化、高成本化。因此，有必要研究一种新的镁法脱硫系统，以期解决上述现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种蒸汽热源镁法脱硫及硫酸镁循环制备系统及方法。本发明利用镁法脱硫技术与烟气中丰富的热源，实现了镁法脱硫的循环进行以及硫酸镁的低成本、高效率制备的同时，还实现了烟气的高附加值利用。
本发明的目的之一是提供一种利用蒸汽热源循环制备硫酸镁的系统。
本发明的目的之二是提供一种利用蒸汽热源循环制备硫酸镁的方法。
本发明的目的之三是提供一种利用蒸汽热源循环制备的硫酸镁。
本发明的目的之四是提供利用蒸汽热源循环制备硫酸镁的系统、利用蒸汽热源循环制备硫酸镁的方法、利用蒸汽热源循环制备的硫酸镁的应用。
为实现上述发明目的，具体的，本发明公开了下述技术方案：
首先，本发明公开了一种利用蒸汽热源循环制备硫酸镁的系统，所述系统包括：脱硫塔、硫酸镁浆液泵、换热器、引风机、除尘器、加热装置、冷凝器、浆液池、脱硫剂浆液泵、凝结水系统、喷液管、蒸汽热源、增压泵、外部供热系统。
所述除尘器、引风机、换热器依次相连，换热器与脱硫塔的下部相连。烟气经过除尘器除尘后，由引风机送入换热器中与硫酸镁溶液进行换热，换热后，烟气温度下降，然后从脱硫塔的下部进入脱硫塔中进行脱硫。
所述加热装置、冷凝器、浆液池、脱硫剂溶液泵依次相连，喷液管的一端与脱硫剂溶液泵连接，另一端伸入脱硫塔的上部。
所述浆液池中含有脱硫剂溶液，脱硫剂溶液泵将脱硫剂溶液送入喷液管中，再由喷液管从脱硫塔的上部自上向下喷洒，而换热后的烟气从脱硫塔的下部逆流而上，与脱硫剂溶液接触，从而完成烟气的脱硫，脱硫后的烟气直接由烟囱排放，而脱硫剂溶液经过脱硫后变成了硫酸镁溶液向脱硫塔的底部聚集。
所述脱硫塔的底部、硫酸镁溶液泵、换热器依次连接，脱硫塔底部的硫酸镁溶液通过硫酸镁溶液泵被送入换热器中，换热器利用烟气中的热量与硫酸镁溶液进行换热，对硫酸镁溶液进行第一次预热，以提高硫酸镁溶液的温度(预热硫酸镁溶液)。
优选的，换热器制备的酸镁成品也可再循环至换热器的硫酸镁溶液进口，改善进入加热装置的硫酸镁浓度，进一步提高硫酸镁质量及热量回收。
优选的，所述换热器采用间壁式结构，所述间壁式结构的内部为中空结构，蒸汽从中空的间壁式结构中通过，硫酸镁溶液位于间壁式结构之间，通过间壁式结构的器壁完成烟气与硫酸镁溶液之间的热量交换，进而对硫酸镁溶液进行第一次预热，采用烟气余热对硫酸镁溶液进行预热的好处在于：不仅能够有效利用烟气中的余热，而且可以降低进入脱硫塔的烟气温度，从而降低脱硫塔内的脱硫剂溶液的蒸发水量，进一步减小排放烟气的含湿量，改善烟羽污染现象。
所述换热器和冷凝器连接，蒸汽热源和加热装置连接。所述冷凝器的作用是：(1)通过硫酸镁溶液中水溶质形成的水蒸汽对来自换热器中的硫酸镁溶液进行第二次预热，进一步提高硫酸镁溶液的温度，这样可以尽量提高对蒸汽热源的利用率。(2)通过冷凝器实对水蒸汽进行冷凝，实现水溶质的回收。
所述烟气和蒸汽热源来自火力发电厂，因为火力发电厂拥有从100℃到800℃各种温度梯度的热源，余热资源丰富，可与镁法脱硫相互配合，实现蒸汽热源与烟气余热的高附加值利用。
优选的，所述加热装置为换热器。优选的，所述加热装置采用间壁式结构，所述间壁式结构的内部为中空结构，蒸汽热源提供的蒸汽从中空的间壁式结构中通过，硫酸镁溶液位于间壁式结构之间，通过间壁式结构的器壁完成蒸汽热源与硫酸镁溶液之间的热量交换，进而对硫酸镁溶液进行加热、脱水。
所述经过预热后的硫酸镁溶液进入加热装置，来自蒸汽热源中的蒸汽对加热装置进行加热，使硫酸镁溶液中的溶质水受热蒸发，从而得到结晶的硫酸镁成品；而蒸汽热源中的蒸汽由于热量被硫酸镁溶液吸收而冷凝，形成了热源冷凝水；同时，加热装置中的受热蒸发后的溶质水形成了水蒸汽，水蒸汽通过与冷凝器中的硫酸镁溶液换热，形成了冷凝水，进入浆液池后与脱硫剂混合配制成脱硫剂溶液，再次用于烟气脱硫，实现了溶质水的循环利用。
所述外部供热系统、增压泵、加热装置依次连接，增压泵将热源冷凝水输送到外部供热系统再次利用，因为尽管热源蒸汽中的部分热量被用于加热硫酸镁溶液，但蒸汽热源提供的蒸汽形成的热源冷凝水的温度仍然可以达到40-70℃，可以与外部供热系统连接后再次被利用，如洗浴或供暖等。
其次，本发明还公开了一种蒸汽热源循环镁法脱硫制备硫酸镁的方法，包括如下步骤：
(1)先将烟气经除尘器除尘后由引风机送入换热器中，然后从脱硫塔的下部送入脱硫塔中进行脱硫；同时，脱硫剂溶液泵将浆液池中的脱硫剂溶液送入喷液管，经喷液管自上向下喷洒后，与从脱硫塔底部逆流而上的烟气接触，完成脱硫，而脱硫剂溶液转变成硫酸镁溶液向脱硫塔的底部；
(2)硫酸镁溶液泵将步骤(1)中的硫酸镁溶液送入换热器中，利用烟气中的余热对步骤(1)中的硫酸美溶液进行第一次预热，然后将预热后的硫酸镁溶液送入加热装置中，通过蒸汽热源的加热，硫酸镁溶液中的水溶剂被蒸发形成水蒸汽，得到硫酸镁成品；
(3)步骤(2)中的水蒸汽进入冷凝器中，然后对来自换热器中的第一次预热后的硫酸镁溶液进行第二次预热，预热后水蒸汽被冷凝形成冷凝水，冷凝水被重新引入浆液池中与脱硫剂配制成脱硫剂溶液进行循环利用；
(4)步骤(2)中，蒸汽热源中的蒸汽形成的热源冷凝水进入外部供热系统再次被利用。
最后，本发明还公开了利用蒸汽热源循环制备硫酸镁的系统、利用蒸汽热源循环制备硫酸镁的方法、利用蒸汽热源循环制备的硫酸镁在食品、化工、医药、农业领域中的应用。
需要说明的是：本发明的主要目的是利用烟气中余热和火力发电厂蒸汽作为热源实现硫酸镁制备的同时，还要实现镁法脱硫工艺的循环，这意味着必须要实现脱硫剂溶液和脱硫后得到的硫酸镁溶液中水溶液的循环使用，否则，无法真正实现镁法脱硫工艺的循环这一目的；分析后发现：硫酸镁溶液中水溶剂的损失主要集中在脱硫塔中的脱硫过程，因为烟气的烟温非常高，直接进入脱硫塔中与脱硫剂溶液以及脱硫后得到的硫酸镁溶液接触后，其中的水溶液会被大量蒸发，进而随烟气排出，既浪费了烟气中的余热资源，也浪费了大量的水资源，而且排出烟气的含湿量太大，在排出时会产生非常明显的烟羽现象，带来严重的视觉污染。
为了解决上述问题，本发明首先在烟气进入脱硫塔之前，就对其进行大幅度降温，将烟气的余热用于预热脱硫产物(硫酸镁水溶液)，降温后的烟气进入脱硫塔中后，其蒸发水溶液的能力大幅度降低，可以有效减小脱硫塔内水溶液的蒸发，不仅降低了水资源的浪费，还降低了排出烟气的含湿量，有效改善了烟气造成的污染，同时，由于排出烟气的含湿量大幅度下降，可以直接排空，不需再进行后续处理以避免烟羽现象；经过烟气和水蒸气的两次预热，硫酸镁溶液在进入加热装置之前就已经具有一定温度，进入加热装置后，硫酸镁溶液中的溶质水在蒸汽热源的加热下可以快速、高效地蒸发，直接得到硫酸镁成品，从而省去了硫酸镁溶液的后续处理，而被蒸发的水溶质对预热后的硫酸镁溶液进行的第二次预热可以有效提高蒸汽热源的利用率，同时，水溶质冷凝形成的冷凝水被再次引入浆液池中进行循环利用，从而实现了水资源的重复利用，避免了水资源的浪费；可以看出，本发明仅仅利用烟气中的余热、蒸汽热源以及简单的循环、冷却、换热过程有效解决了镁法脱硫过程中烟气余热资源以及水资源的大量浪费的难题，取得了非常好的协同效果。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：
(1)本发明采用与烟气预热、蒸汽热源换热的方式取代了硫酸镁溶液的后续蒸发结晶处理工艺，不仅简化了脱硫副产品的制备工艺，节省了蒸发结晶处理中的能耗，而且实现了余热资源的有效利用，使烟气和蒸汽热源得到了高附加值利用。
(2)本发明水蒸汽中的热量被换热后可用于供暖等用途，使烟气中的余热再一次得到利用，同时，冷凝后的水蒸汽被再次用于脱硫，不仅实现了循环镁法脱硫，还有效改善了烟羽现象，经过本发明的系统处理后的烟气直接排空后，烟羽现象肉眼不可见。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明实施例1中蒸汽热源循环镁法脱硫及硫酸镁制备系统的结构示意图。
图2为本发明实施例2中蒸汽热源循环镁法脱硫及硫酸镁制备系统的结构示意图。
附图中标记分别代表：1-脱硫塔、2-硫酸镁浆液泵、3-换热器、4-引风机、5-除尘器、6-加热装置、7-冷凝器、8-浆液池、9-脱硫剂浆液泵、10-喷液管、11-蒸汽热源、12-增压泵、13-外部供热系统。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有的镁法脱硫工艺仍然存在水资源的大量浪费、严重的烟羽污染以及工艺复杂、成本高等问题，因此，本发明提出了一种蒸汽热源镁法脱硫及硫酸镁循环制备系统及方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种利用蒸汽热源循环制备硫酸镁的系统，所述系统包括：1脱硫塔、硫酸镁浆液泵2、换热器3、引风机4、除尘器5、加热装置6、冷凝器7、浆液池8、脱硫剂浆液泵9、凝结水系统10、喷液管10、蒸汽热源11、增压泵12、外部供热系统13。
所述除尘器5、引风机4、换热器3依次相连，换热器3与脱硫塔1的下部相连。烟气经过除尘器5除尘后，由引风机4送入换热器3中与硫酸镁溶液进行换热，换热后，烟气温度下降，然后从脱硫塔的下部进入脱硫塔中进行脱硫。
所述加热装置6、冷凝器7、浆液池8、脱硫剂溶液泵9依次相连，喷液管10的一端与脱硫剂溶液泵9连接，另一端伸入脱硫塔1的上部。
所述浆液池8中含有脱硫剂溶液，脱硫剂溶液泵将脱硫剂溶液送入喷液管中，再由喷液管从脱硫塔的上部自上向下喷洒，而换热后的烟气从脱硫塔的下部逆流而上，与脱硫剂溶液接触，从而完成烟气的脱硫，脱硫后的烟气直接由烟囱排放，而脱硫剂溶液经过脱硫后变成了硫酸镁溶液向脱硫塔的底部聚集。
所述脱硫塔1的底部、硫酸镁溶液泵2、换热器3依次连接，脱硫塔1底部的硫酸镁溶液通过硫酸镁溶液泵被送入换热器3中，换热器3利用烟气中的热量与硫酸镁溶液进行换热，对硫酸镁溶液进行第一次预热，以提高硫酸镁溶液的温度(预热硫酸镁溶液)。
所述换热器3采用间壁式结构，所述间壁式结构的内部为中空结构，烟气从中空的间壁式结构中通过，硫酸镁溶液位于间壁式结构之间，通过间壁式结构的器壁完成烟气与硫酸镁溶液之间的热量交换，进而对硫酸镁溶液进行第一次预热。
所述换热器3和冷凝器7连接，蒸汽热源11和加热装置6连接；所述加热装置6为换热器，加热装置6采用间壁式结构，所述间壁式结构的内部为中空结构，蒸汽热源提供的蒸汽从中空的间壁式结构中通过，硫酸镁溶液位于间壁式结构之间，通过间壁式结构的器壁完成蒸汽热源与硫酸镁溶液之间的热量交换，进而对硫酸镁溶液进行加热、脱水。
所述外部供热系统13、增压泵12、加热装置6依次连接，增压泵12将热源冷凝水输送到外部供热系统13再次利用。
实施例2
如图2所示，一种利用蒸汽热源循环制备硫酸镁的系统，所述系统同实施例1，换热器制备的20％的硫酸镁成品再循环至换热器3的硫酸镁溶液进口，改善进入加热装置的硫酸镁浓度，以提高硫酸镁质量及热量回收。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种蒸汽热源循环镁法脱硫及硫酸镁制备系统，其特征在于：脱硫塔；换热器、除尘器、加热装置、冷凝器、浆液池、蒸汽热源、喷液管；所述除尘器与换热器连接，换热器与脱硫塔的下部连接；所述脱硫塔的底部与换热器连接；所述加热装置、冷凝器、浆液池依次连接，喷液管的一端与浆液池连接，另一端伸入脱硫塔的上部；所述换热器和冷凝器连接；蒸汽热源与加热装置连接。
2.如权利要求1所述的蒸汽热源循环镁法脱硫及硫酸镁制备系统，其特征在于：所述系统还包括引风机，所述除尘器、引风机、换热器依次连接；
或，所述系统还包括硫酸镁溶液泵，所述脱硫塔的底部、硫酸镁溶液泵、换热器依次连接。
3.如权利要求2所述的蒸汽热源循环镁法脱硫及硫酸镁制备系统，其特征在于：所述系统还包括脱硫剂溶液泵；所述冷凝器、浆液池、脱硫剂溶液泵依次相连，喷液管的一端与脱硫剂溶液泵连接，另一端伸入脱硫塔的上部；
或，所述系统还包括增压泵，所述增压泵与加热装置连接。
4.如权利要求3所述的蒸汽热源循环镁法脱硫及硫酸镁制备系统，其特征在于：所述系统还包括外部供热系统，所述外部供热系统、增压泵、加热装置依次连接。
5.如权利要求4所述的蒸汽热源循环镁法脱硫及硫酸镁制备系统，其特征在于：所述换热器采用间壁式结构，所述间壁式结构的内部为中空结构，烟气从中空的间壁式结构中通过，硫酸镁溶液位于间壁式结构之间，通过间壁式结构的器壁完成烟气与硫酸镁溶液之间的热量交换。
6.如权利要求1-5任一项所述的蒸汽热源循环镁法脱硫及硫酸镁制备系统，其特征在于：所述加热装置为换热器；优选的，所述加热装置采用间壁式结构，所述间壁式结构的内部为中空结构，蒸汽热源提供的蒸汽从中空的间壁式结构中通过，硫酸镁溶液位于间壁式结构之间，通过间壁式结构的器壁完成蒸汽热源与硫酸镁溶液之间的热量交换。
7.如权利要求6所述的蒸汽热源循环镁法脱硫及硫酸镁制备系统，其特征在于：所述换热器中得到的硫酸镁成品再循环至换热器的硫酸镁溶液进口；
或，所述蒸汽热源为火力发电厂中蒸汽。
8.一种蒸汽热源循环镁法脱硫制备硫酸镁的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)先将烟气经除尘器除尘后由引风机送入换热器中，然后从脱硫塔的下部送入脱硫塔中进行脱硫；同时，脱硫剂溶液泵将浆液池中的脱硫剂溶液送入喷液管，经喷液管自上向下喷洒后，与从脱硫塔底部逆流而上的烟气接触，完成脱硫，而脱硫剂溶液转变成硫酸镁溶液向脱硫塔的底部；
(2)硫酸镁溶液泵将步骤(1)中的硫酸镁溶液送入换热器中，利用烟气中的余热对步骤(1)中的硫酸美溶液进行第一次预热，然后将预热后的硫酸镁溶液送入加热装置中，通过蒸汽热源的加热，硫酸镁溶液中的水溶剂被蒸发形成水蒸汽，得到硫酸镁成品；
(3)步骤(2)中的水蒸汽进入冷凝器中，然后对来自换热器中的第一次预热后的硫酸镁溶液进行第二次预热，预热后水蒸汽被冷凝形成冷凝水，冷凝水被重新引入浆液池中与脱硫剂配制成脱硫剂溶液进行循环利用；
(4)步骤(2)中，蒸汽热源中的蒸汽形成的热源冷凝水进入外部供热系统再次被利用。
9.如权利要求8所述的方法制备的硫酸镁。
10.如权利要求1-7任一项所述的蒸汽热源循环镁法脱硫及硫酸镁制备系统和/或如权利要求8所述的方法和/或如权利要求9所述的硫酸镁在食品、化工、医药、农业领域中的应用。
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