CN1092336A - 通过水力旋流器增进烟道气脱硫效能 - Google Patents

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Abstract

一种烟道气脱硫流程，其中将得自洗涤塔的液体 底部产物在反应/氧化罐中进行强制氧化。然后，将 该经过氧化后的底部产物输送至水力旋流设备而分 成含大多是细碎物、飞尘和未使用的试剂的水性浆料 的上部溢流物流，和主要含石膏浆料的底流物流。随 后将上部溢流物流送回或再循环回至洗涤塔，而将底 流物流脱水除去其中的石膏。

Description

本发明涉及烟道气的脱硫（FGD），尤其是涉及使用水力旋流器来接收并分离得自洗涤塔的经氧化后的底部产物，以便能够有效地将飞尘、细碎物、未反应的试剂和有机酸添加物（但硫酸盐（石膏）除外），归至塔内。
在烟道气脱硫（FGD）流程中，通常使用水力旋流器来处理该流程的最终副产物残渣。它们在将此洗涤残渣送至地坑（堆场）（landfill）或以其它处理之前要将残渣进行脱水或浓缩。这种方法减小了该副产物残渣的体积，由于其中所含的水份得以去除或至少得以减少，由此降低了其处理的费用。
通常，在运行中，水力旋流器将进入的产物分成二股分离的物流。一股含有少量残渣而大部分是液体，另一股则含少量的液体而大部分是残渣。迄今为止尚未完全认识到，这种将进入的产物分离成二股分离物流的特征，与其它的特征一起，或许会对改善上流烟道气脱硫流程的效能有用。
在典型的FGD流程中，在洗涤或吸收塔中用化学试剂喷淋来自锅炉、熔炉或类似装置的燃烧烟道气进气。试剂与烟道气中的二氧化硫（或其它目标污染物）进行反应，从而使烟道气在释放入大气前得到净化。在洗涤塔的底部收集所耗用的试剂和去除下来的二氧化硫，并随后将其去除和弃去或以其它方式处置。经常就在处置前利用水力旋流器以减小该底部产物残渣的体积。
为了提高试剂的利用率，FGD系统通常直接从洗涤塔的底部将部分底部产物再循环回至喷淋头以使任何未利用的或未完全利用的试剂在离开塔并被废弃之前得到充分的使用。尽管这会导致效能的增加，但这些底部产物向喷淋头的传送增加了将此底部产物的性质保持在一定的范围这一新的问题。有时，塔底部的抽吸口的位置，变得重要因为将被传送至喷嘴的底部产物必须既不能含太多残渣也不能含太少试剂。
因此本发明的一个目的是提供一个FGD流程，由此改善回归的底部产物的组分并更确定地了解它。本发明的另一目的是利用水力旋流器来进一步控制或保持再循环产物所需的稳定性。本发明的另一个目的是增加对再循环底部产物的利用从而减少所需供给或注入FGD流程的添加剂或新鲜试剂。本发明的另一个目的是增强或促进被送往处置的底部产物残渣的纯化。本发明的再一个目的是在增大被送往处置的石膏晶体的平均大小的同时减少其中污染，而使其后的利用能得以实现。本发明的另一个目的是促进对底部产物中晶体细碎物的再利用以达到硫从烟道气中更多的去除。本发明的这些及其它目的和优点将随进一步的研究而变得十分清楚。
本文所公开的是装备有其中含有液体底部产物的洗涤塔用以改善烟道气脱硫的方法和装置。与洗涤塔成为整体并含有氧化设备的一个氧化罐接收此来自洗涤塔的液体底部产物并强制使其氧化，随后，将该经氧化后的液体底部产物输送至一水力旋流器中，在那里该液体底部产物被它分离成上部溢流物流和底流物流。上部溢流物流所含的主要是飞尘、细碎物、未使用的试剂和有机酸添加物而底流物流主要由石膏浆组成。将底流液流直接送至脱水组件脱水并浓缩以从中回收石膏，而将上部溢流物流再循环回至洗涤塔中。
图1是此文所公开的新FGD流程流程示意图，它显示了利用一个水力旋流器来使来自洗涤塔的经氧化后的底部产物在将它们再循环送入塔前令其得到纯化。
参照图1，它显示了FGD流程10，其装备有洗涤塔12，反应器/氧化罐14，水力旋流器16以及用于进一步清洁和/或浓缩在塔12中产生的底部产物的随后的贮存和澄清装置。为了简明起见，所有的控制装置、阀、监测器等类似物、以及大多数泵，在图1中均未标明。
烟道气18在塔的较低的高度上，进入洗涤塔12，并向上流经一个或较好的是多个装在盘式塔内的穿孔的塔盘20，烟道气的流向与喷淋喷嘴22的喷淋方向相对。对于一个喷淋塔，烟道气18向上流动，与喷嘴22的喷淋物逆向。然后该烟道气18在被作为清洁后的烟道气释放入大气之前流经一系列的除雾器24。
在洗涤塔12中，烟道气18中的所有二氧化硫（SO2）被由喷嘴22喷淋在烟道气18上的一种或多种化学试剂所吸收。所使用的较典型的这些化学试剂包括以钙为基础的碱性化合物如石灰（CaO）或石灰石（CaCO3）。通常，这些试剂尤其是石灰石，在将其供给流程10使用前至少要将试剂的90-95%细磨至能通过325目筛，通过试剂供给管道26将新鲜试剂浆料送入罐14。
在被喷淋并在塔12底部收集后，将该使用过的试剂和去除下来的硫，即形成那些称之为液体底部产物28，输送至反应器/氧化罐14。在罐14中，例如通过将空气30注入罐14，将该底部产物28进行强制化学氧化，在经过这样的强制氧化后，罐14中所盛的浆料生成物主要含有由碳酸钙（CaSO4·2H2O或石膏）和未反应的碳酸盐、细碎物、以及来自塔12的洗涤飞尘，所组成的固体悬浮物。然后通过管32和泵34将该生成的经氧化后的浆料输送至水力旋流器16。水力旋流器16可以串联或并联形式装备成单个单元设备或多个小型水力旋流器，以提供理想的分离效果。
通常，水力旋流器16的工作压力为10-25psi（大约），其原料（管32）含5-25%（大约）固体。当该原料在水力旋流器16中循环，它被分离成上部溢流物流36和一底流物流38。
较好地，来自水力旋流器16的上部溢流物流中含0.5-4%（约）混悬固体，而底流物流38中含20-65%（约）混悬固体。而且，由于流经水力旋流器16的结果，较重且较大的石膏颗粒将被从进料中去除且集聚在底流物流38中。该底流物流38中含有很少量的细碎物和/或飞尘。相反，这些细碎物和/或飞尘颗粒的大多数将在水力旋流器16中从较大的石膏颗粒中分离出来并集聚在上部溢流36物流中。另外，所有未反应的碳酸钙颗粒，它们与石膏颗粒相比在尺寸上更细小，将有效地在水力旋流器16中得到分离并集聚在上部溢流36物流中。然而，需指出的是在上部溢流36物流中集聚的一些细碎物是石膏晶核小颗粒。这些石膏颗粒将被用来为随后的石膏生长提供表面积，由此进一步增加石膏和/或硫的去除。
如图中所示，将上部溢流36物流收集至罐14。该物流36有助于稀释罐14中的液体底部产物28，由此有助于将罐14中内容物保持在一定的浓度范围。然后将罐14中的这些内容物通过管路40和泵42从罐14去除并再循环送回至塔42。在塔中用该溶液/浆料喷淋进入的烟道气18，以除去硫和上述的其它目标污染物。由于这些溶液/浆料通常会含有少量的石膏晶核核粒，在吸收器12和/或整个罐14中会发生石膏晶体的生长，从而使这些晶体在水力旋流器16中最终从其它细碎物分离出来并集聚在底流物流38中。
如果需要将上部溢流36物流进一步浓缩或分离，可将液流36的全部或部分传送至澄清器或精制过滤器44。典型地，该过滤器44将进一步进入的液流46分成液体流48和固体流50。将液体流48输送回罐14（直接地，或通过试剂供应管26与试剂相混合），或送去净化64，在将浓缩后的固体流50输送至其它地方作随后的利用或处理时，是用净化64来控制不需要的溶解的固体类和细碎物。
现在来看来自水力旋流器16的底流物流38，该液流38最初是如图所示被导向供浆料暂时存放的贮存罐52。然后，将物流38，例如通过泵54，送至典型的真空过滤器和/或离心机56（以及在某些情况下送至澄清池或石膏塔）进行脱水。真空过滤器56可包括带式过滤机，转鼓真空过滤机或类似设备，按需要加入洗涤用水58以助于在物流38所含的石膏固体中从中除去任何细碎物、其它小颗粒或不需要溶解的固体类。通过管路60使这些石膏固体合并或排出，而将除下来的细碎物和生成的浆料则通过管路62输送至澄清器44以供进一步加工处理。由于来自水力旋流器16的底流物流38中含有大量的固体，因此可以如上所述使用例如带状过滤机一类的设备将其脱水。随后，可使用较小且较简单的机器以脱水而无需庞大的增稠器或类似物。
有时，可能需要使用己二酸、二元酸、甲酸或其它添加剂以提高操作效能。在这些及其它情况下，也可例如通过试剂供应管路26将有机添加剂、晶体习性改性剂、螯合物等供应给FGD流程10，以改善其运行性能。如果通过上部溢流36物流使用这类物质随后再将其循环送回至塔12，那么这些有机试剂或添加剂的效力将显著地得以提高。通过在流程10配备水力旋流器16，添加剂的需要量便小得多，因为由于它们被从更大的石膏颗粒中分离出来并被再循环回至洗涤塔12而使这些添加剂得到更有效地利用。流程10也允许更少的这些添加剂用量并具有更小的降解可能性，因此在FGD流程10中消耗或需要更少的有机添加剂。
如上所述在石灰石强制氧化流程中配备水力旋流器16的一些优点包括：（a）所回收的石膏质量有显著地提高;（b）在水力旋流器16中从随后回送至塔12的底流物流38中能有效分离碳酸盐;（c）能有效分离和使用有机酸或添加剂。
这些以及其它的改进涉及对细微石膏晶体的利用，它们是新近形成的作为石膏晶体生长的晶核位点。另外，使用水力旋流器16回收了多达20%或更多的碳酸盐，将该碳酸盐返送回塔12可进一步用来作为从烟道气18中捕获硫之用。
而且，真空过滤机或离心机56的效能将会增加，因为按照此流程10，石膏晶体平均尺寸大且其中含更少的碳酸盐和污染物。因而，所回收的石膏更适合于随后的利用，如用于制造墙板而不是将其送至地坑处置。使用流程10的这些改进也涉及一种更清洁且更纯净的石膏最终产物的产生，这是由于在水力旋流器16中与比石膏更细小的飞尘的分离而完成的，并且随后将此飞尘再循环送回至塔12或另一个澄清器/过滤器中，而清洁后的石膏则可将其送往进行下一步加工。通常，从底流物流38中可得到更高浓度（约40%）的石膏浆料，而从普通的FGD流程中一般只能得到25-35%的。这就大大减少了过滤的成本因为现在只需要更少的过滤。另外，为了洗去石膏滤饼的氯化物含量所需的洗涤也同样地得以减少。
流程10的另一优点是基于在将底流物流38中的粗石膏送至或者带式过滤机、转鼓真空过滤机、离心机、或类似设备时，不会经受由于在大泵中（不象增稠器底流泵）的磨损或搅拌而引起的机械裂构这样一个事实。因此，石膏的质量得到提高，且其中含有更少的由于机械研磨而产生的细碎物。按照此强制氧化流程10，设计的试剂化学计算量为1.05或更小，与普通的氧化体系更早些设计的1.10或更大的相比，这有了很大的改进。
试验业已表明，在环形（loop）试验和单独（Stand Alone）试验中，当将上部溢流36送回至塔12用于回收细碎物、碳酸盐和有机添加剂（如二元酸）使用水力旋流器已表现出上述的改进。中等规模试验也表明在流程10中添加剂的耗用量与不用水力旋流器16的流程中的每吨SO2需8-15磅添加剂的正常范围相比显著是低的，为每吨SO2需耗用低于2磅的添加剂。
而且，由于试剂和添加剂经改进后的使用，放空气的质量得到了提高。另外，对抑制后的氧化体系和使用晶体改性剂以制得大的晶体的体系将产生相同的益处。这类氧化抑制剂包括甲酸盐离子、硫、硫代硫酸盐和某些金属离子。
该流程10也能在镁-石灰体系中从溶解的固体中分离出悬浮的固体。这时，可溶的MgSO3碱浓集并送回至塔12，而将悬浮的固体（石膏和/或脱水石膏）则将其送往进行进一步的脱水。

Claims (22)

1、一种装备有其中能盛纳液体底部产物的洗涤塔用于烟道气脱硫的装置，其特征在于：它包括下列改进：
(a)一个其中流进液体底部产物的反应/氧化罐；
(b)在所述的反应/氧化罐中用强制氧化的方法对液体底部产物进行氧化；
(c)用水力旋流器设备来接受来自所述反应/氧化罐的经过氧化后的液体底部产物，所述的水力旋流器设备将所述的液体底部产物分离成上部溢流物流和底流物流，所述的上部溢流主要含飞尘、细碎物、未使用的试剂和有机添加剂，而所述的底流物流主要含浓缩的石膏浆料；
(d)所设置的脱水设备为接收所述的底流物流脱水并浓缩所述石膏浆料；以及
(e)用于将所述上部溢流物流再循环回送至洗涤塔的再循环设备。
2、如权利要求1所述的装置，其特征在于：在将所述的上部溢流物流再循环送回洗涤塔之前先将其导入所述的反应/氧化罐。
3、如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的再循环设备将所述的反应/氧化罐中的内容物再循环送回至洗涤塔。
4、如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述的脱水设置包括用于所述的底流物流脱水的真空过滤机和/或离心机、沉降池或石膏塔。
5、如权利要求4所述的装置，其特征在于：它还包括在将全部或部分所述的上部溢流物流再循环送回至洗涤塔前要将其通入的澄清器和/或精制过滤器。
6、如权利要求5所述的装置，其特征在于：将得自所述真空过滤机和/或离心机的滤液输送至所述的澄清器和/或精制过滤器。
7、如权利要求6所述的装置，其特征在于：将得自所述澄清器和/或精制过滤器的滤液输送至所述的反应/氧化罐。
8、如权利要求7所述的装置，其特征在于：所述的水力旋流器在约10-25psi压力下工作，进料含5-25%混悬的固体。
9、如权利要求8所述的装置，其特征在于：在所述的水力旋流器中将经过氧化后的液体底部产物分离成含有约0.5-4%悬浮固体的上部溢流物流和含约20-65%悬浮固体的底流物流。
10、一种配备有其中盛纳液体底部产物的洗涤塔的烟道气脱硫方法，其特征在于包括下列改进步骤：
（a）在反应/氧化罐内氧化在洗涤塔中生成的液体底部产物;
（b）将经过氧化后的液体底部产物输送至水力旋流器装置;
（c）在所述的水力旋流器中将经过氧化后的液体底部产物分成上部溢流物流和底流物流，所述的上部溢流物流主要为含飞尘、细碎物、有机酸和未使用的试剂的水性浆料，而所述的底流物流主要含石膏浆料;
（d）将所述底流物流输送至脱水流程，并在那里回收石膏;以及
（e）将含回收的试剂和有机酸的所述上部溢流物流再循环送回至洗涤塔以供随后喷啉在进入的烟道气上。
11、如权利要求10所述的方法，其特征在于：它还包括在将所述上部溢流物流再循环送入塔之前先将其输送到所述的反应/氧化罐中的步骤。
12、如权利要求11所述的方法，其特征在于：它还包括将所述的反应/氧化罐中的内容物再循环或送回至所述的洗涤塔中的步骤。
13、如权利要求12所述的方法，其特征在于：它还包括将所述的底流物流输送至真空过滤机和或离心机、沉降池或石膏塔中进行脱水的步骤。
14、如权利要求13所述的方法，其特征在于：它还包括将全部或部分所述的上部溢流物流输送至澄清器和/或精制过滤器的步骤。
15、如权利要求14所述的方法，其特征在于：它还包括将得自所述真空过滤机和/或离心机的滤液输送至所述的澄清器和/或精制过滤器的步骤。
16、如权利要求15所述的方法，其特征在于：它还包括将得自所述的澄清器和/或精制过滤器的滤液输送至所述反应/氧化罐中的步骤。
17、如权利要求16所述的方法，其特征在于：它还包括所述的水力旋流器在约10-25psi的压力下及进料含5-25%混悬固体条件下运行的步骤。
18、如权利要求17所述的方法，其特征在于：它还包括在所述的水力旋流器中将经过氧化后的液体底部产物分成含0.5-4%混悬固体的上部溢流物流和含20-65%混悬固体的底流物流的步骤。
19、如权利要求10所述的方法，其特征在于：它还包括在所述的上部溢流物流中可得到未使用的试剂和有机酸添加剂的高回收率的步骤。
20、如权利要求10所述的方法，其特征在于：它还包括通过将在所述上部溢流物流中微细石膏再循环送入塔内来增进洗涤塔的液体底部产物结晶作用的步骤。
21、如权利要求13所述的方法，其特征在于：它还包括生产出墙板质量的石膏产品的步骤。
22、如权利要求16所述的方法，其特征在于：它还包括清洗部分得自所述澄清器的所述滤液，以除去不需要溶解的固体类。
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