CN109276995A - 一种烧结烟气和窑炉烟气铁催化脱硫装置及方法 - Google Patents

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张千峰
许超
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Abstract

本发明公开一种烧结烟气和窑炉烟气铁催化脱硫装置及方法，属于钢铁烧结烟气和窑炉烟气处理技术领域。该脱硫装置包括除尘器、一级吸收脱硫塔、二级吸收脱硫塔、三级吸收脱硫塔、稀酸池、填料塔、冷冻池、压滤机、滤液池及烟囱。本发明能够根据不同的烟气量及组分的差异配比出不同Fe3+含量的脱硫液，以达到最有效地脱硫目的与效果；本发明利用Fe3+的催化作用，使SO2易于被烟气中的氧气氧化为SO3，既达到脱除SO2的目的，又可利用产生的稀硫酸以制取FeSO4·7H2O、Fe3O4、Fe(OH)3和聚合硫酸铁等具有不同高附价值的相应下游产品，且在该过程中没有明显的废液和固废产生。本发明是一种绿色循环催化过程，有效地避免了钙法脱硫所带来的二次污染、碳排放、设备腐蚀以及造成脱硫石膏积压等问题。

Description

一种烧结烟气和窑炉烟气铁催化脱硫装置及方法
技术领域：
本发明属于钢铁烧结烟气和窑炉烟气处理技术领域，具体涉及一种烧结烟气和窑炉烟气铁催化脱硫装置及方法。
背景技术：
目前，在雾霾造成对大气环境的影响越来越严重的情况下，人们对雾霾的成因也越来越重视。科研工作者经过研究发现，SO2和NOX(主要是NO)在湿法脱硫装置中快速形成了硫酸盐和硝酸盐并溶于水雾中，随着水雾的排放，在大气中与微尘团聚而形成带电荷的高标PM2.5颗粒；也就是当空气中的灰尘、SO2及NOX等颗粒物所组成的气溶胶系统遇上湿度、水汽充足的气候条件时就会形成雾霾。而烧结烟气和窑炉烟气的排放乃是大气雾霾造成的主要原因，并且，近年来我国二氧化硫的排放量均居前列，已将连续多年超过了2000万吨，其中钢铁行业基本是继火电行业之后第二大高污染行业，钢铁的生产过程目前很少使用燃煤锅炉，但钢铁行业的烧结与球团工序会产生大量的二氧化硫、氮氧化物和粉尘。国家已出台相关政策，明确提出钢铁烧结机应配备相应环保设施，其中新建炼铁热风炉颗粒物排放量要求达到≤20mg/m3，二氧化硫达到≤100mg/m3，而烧结设备的要求相应地分别为≤50mg/m3颗粒物、≤200mg/m3(SO2)。
目前烟气脱硫技术按照脱硫方式以及脱硫产物形态可分为干法、半干法及湿法三大类，其中干法技术有循环流化床法、旋转喷雾法、活性炭吸附法、电子束辐照法等。循环流化床法和旋转喷雾法对应的脱硫效率不高，一般在70～85％，并且净化后的副产物不稳定。活性炭吸附法虽脱硫效率较高，但是活性炭价格较高，且净化系统和吸收剂再生系统复杂，导致了投资和运行费用较高，此外，活性炭在高温摩擦下，易发生火灾。日本专利JP52051846公开了一种电子束辐照法的工艺，这种工艺的脱硫效率可达80％以上，但能耗很高，且存在辐射泄露的潜在危险。半干法技术主要是碱性吸收剂以干态形式或湿态形式参与反应，但反应过后的吸收剂均为干态没有废水产生。湿法技术主要是碱性吸收剂以液态形式参与反应，反应后吸收剂还是以液态形式存在，湿法技术主要包括石灰石(石灰)–石膏法、氨法、离子液法等。中国发明专利200910153849.1公开了一种用于燃煤锅炉的石灰石-石膏湿法多种污染物同时脱除装置及方法，该专利技术实现了利用石灰石-石膏法同时脱除烟气中的SO2、NOX等污染物，但是这种方法会造成严重的二次污染、设备腐蚀以及脱硫石膏堆积等一系列问题。
为了解决这些问题，本发明提供了一种高效、运行成本低、无二次污染、绿色可循环的处理烧结烟气和窑炉烟气铁催化脱硫方法与工艺。
发明内容：
本发明针对现有技术存在的上述问题，提供一种高效、运行成本低，无二次污染的烧结烟气和窑炉烟气铁催化脱硫装置及方法。
本发明提供的一种烧结烟气和窑炉烟气铁催化脱硫装置包括除尘器、一级吸收脱硫塔1、二级吸收脱硫塔2、三级吸收脱硫塔3、稀酸池23、填料塔25、冷冻循环池29、压滤机30、滤液池31及烟囱4。
所述除尘器通过烟气管道与一级吸收脱硫塔1相连，除尘器为电除尘或布袋除尘。
所述一级吸收脱硫塔1中设有第一烟气进口管7和第一烟气出口管9，所述一级吸收脱硫塔1的顶端装有第一高压喷枪和除雾器8，所述一级吸收脱硫塔1的底部设有第一旋流板10，所述一级吸收脱硫塔1的上部与第一循环泵11连接。
所述二级吸收脱硫塔2中的第二烟气进口管12与所述一级吸收脱硫塔1中的所述第一烟气出口管9连接，所述二级吸收脱硫塔2中设有第二烟气出口管14，所述二级吸收脱硫塔2的顶端装有第二高压喷枪和除雾器13，所述二级吸收脱硫塔2的底部设有第二旋流板15，所述二级吸收脱硫塔2的底部与所述第一循环泵11连接，所述二级吸收脱硫塔2的上部与第二循环泵16连接。
所述三级吸收脱硫塔3中的第三烟气进口管17与所述二级吸收脱硫塔2中的所述第二烟气出口管14连接，所述三级吸收脱硫塔3中设有第三烟气出口管19，所述三级吸收脱硫塔3的顶端装有第三高压喷枪和除雾器18，所述三级吸收脱硫塔3的底部装有第三旋流板20，所述三级吸收脱硫塔3的底部与所述第二循环泵16连接。
所述烟囱4通过管道与所述三级吸收脱硫塔3中的第三烟气出口管19相连，所述烟囱4中设有引风机5、SO2及NO气体检测器6。
所述一级吸收脱硫塔1底部的所述第一旋流板10依次通过第一过滤器21及控制阀22与所述稀酸池23连接。
所述稀酸池23通过第一耐酸泵24与所述填料塔25连接；所述填料塔25的底部装有旋流板26，所述填料塔25的顶部装有铁催化剂溶液高压喷枪，所述填料塔25底部通过第二过滤器28与用于冷冻析出硫酸亚铁晶体的所述冷冻循环池29连接，所述冷冻循环池29通过所述压滤机30与盛放含Fe2+离子和Fe3+离子的所述滤液池31连接。
所述滤液池31通过管道及第三循环泵33与所述一级吸收脱硫塔1、所述二级吸收脱硫塔2及所述三级吸收脱硫塔3连接，所述滤液池31通过管道与空气压缩机32连接；被压缩空气充分氧化过的滤液输送到各级吸收脱硫塔中，且通过空气压缩机进行补加空气中相应的氧气比例，并在使用过程中不断补加一定量的水。
本发明同时提供一种烧结烟气和窑炉烟气铁催化脱硫方法，该方法具体步骤如下：
(1)含有SO2的烟气从所述第一烟气进口管7直接进入到所述一级吸收脱硫塔1中，高压喷枪将通过所述第三循环泵33从所述滤液池31中抽取含有Fe3+离子的滤液进行除雾，喷淋到所述一级吸收脱硫塔1中作为催化剂，SO2被烟气中的氧气在Fe3+离子的催化作用下氧化成SO3，SO3易于被水吸收而形成稀硫酸。
(2)在所述一级吸收脱硫塔1中反应后的烟气通过烟气出口管继续进入到所述二级吸收脱硫塔2中，所述二级吸收脱硫塔2中的高压喷枪将从所述滤液池31中抽取含有Fe3+离子的滤液进行除雾，喷淋到所述二级吸收脱硫塔2中作为催化剂，继续让烟气中剩余的SO2被烟气中的氧气氧化成SO3，之后再被水吸收形成稀硫酸，形成吸收不饱和滤液被循环泵输送到所述一级吸收脱硫塔1中。
(3)在所述二级吸收脱硫塔2中反应过后的烟气会继续通过烟气出口管进入到所述三级吸收脱硫塔3中，所述三级吸收脱硫塔3中的高压喷枪将从所述滤液池31中抽取含有Fe3+离子的滤液进行除雾，喷淋到所述三级吸收脱硫塔3中作为催化剂，继续让烟气中剩余的SO2被烟气中的氧气氧化成SO3，之后再进一步地被水吸收形成稀硫酸，形成的吸收不饱和滤液会被循环泵输送到所述二级吸收脱硫塔2中。
(4)所有汇集到所述一级吸收脱硫塔1中的滤液残渣经过所述第一过滤器21过滤掉固体残渣，过滤后的主要成份稀硫酸滤液被输送到所述稀酸池23中，再通过所述第一耐酸泵24将稀硫酸喷入到所述填料塔25中。
(5)所述填料塔25中填装有大量的铁屑和铁渣，所述稀硫酸与铁屑、铁渣充分反应，得到相应的FeSO4溶液，反应后的固体残渣被所述第二过滤器28进行处理，而含有Fe2+离子和Fe3+离子的滤液被继续输送到所述冷冻循环池29中，含Fe2+离子和Fe3+离子的滤液一部分经过冷冻得到的FeSO4·7H2O绿色晶体产品通过所述压滤机30压滤直接变成FeSO4·7H2O成品，再通过离心后包装入库，另一部分含Fe2+离子和Fe3+离子的不饱和滤液被输送到所述滤液池31里进行循环使用。
(6)含Fe2+离子和Fe3+离子的滤液被输送到所述滤液池31之后，通过所述空气压缩机32将压缩空气直接输送到所述滤液池31中，使空气与滤液池里的滤液充分接触反应，让滤液里的Fe2+离子被氧化为Fe3+离子，被空气氧化过后的深褐色滤液通过所述第三循环泵33直接输送到各级吸收脱硫塔中。
本发明具有以下技术特点：
(1)本发明可以根据不同的烟气量及其组分的差异，可配比出不同Fe3+离子含量的脱硫液以达到最有效地脱硫目的与效果。
(2)本发明利用Fe3+的催化作用，使SO2易于被烟气中的氧气氧化为SO3，既达到脱除SO2的目的，又可利用产生的稀硫酸以制取FeSO4·7H2O、Fe3O4、Fe(OH)3和聚合硫酸铁等具有不同高附价值的相应下游产品，且在该过程中没有明显的废液和固废产生。
(3)本发明利用该工艺流程可实现含铁离子催化剂的循环利用，从而实现了催化氧化脱硫的绿色循环工艺过程。
(4)本发明是一种绿色循环催化过程，有效地避免了钙法脱硫所带来的二次污染、碳排放、设备腐蚀以及造成脱硫石膏积压等问题。
(5)本发明利用三级吸收脱硫塔可以有效地将烟气中的SO2进行脱除，且该三级吸收脱硫塔可以建成立式脱硫塔，从而缩小脱硫工程的占地面积，以达到节约资源的目的。
附图说明：
图1为本发明的工艺流程示意图。
图中：1：一级吸收脱硫塔；2：二级吸收脱硫塔，3：三级吸收脱硫塔，4：烟囱，5：引风机，6：SO2及NO气体检测器，7：第一烟气进口管，8：第一高压喷枪和除雾器，9：第一烟气出口管，10：第一旋流板，11：第一循环泵，12：第二烟气进口管，13：第二高压喷枪和除雾器，14：第二烟气出口管，15：第二旋流板，16：第二循环泵，17：第三烟气进口管，18：第三高压喷枪和除雾器，19：第三烟气出口管，20：第三旋流板，21：第一过滤器，22：控制阀，23：稀酸池，24：第一耐酸泵，25：填料塔，26：旋流板，27：第二耐酸泵，28：第二过滤器，29：冷冻循环池，30：压滤机，31：滤液池，32：空气压缩机，33：第三循环泵。
具体实施方式：
下面通过最优实施例的描述，对本发明作进一步详细说明。
实施例1：当烟气量为15～20万Nm3，温度为130～150℃的烟气通过除尘器除尘后经过第一烟气进口管7进入一级吸收脱硫塔1，烟气温度降为110～120℃，通过高压喷枪将含有Fe3+离子滤液喷入到一级吸收脱硫塔1中，使滤液与烟气接触3～4s，利用烟气中的氧气将SO2有效地氧化成SO3，与溶液直接接触生成稀硫酸，经过一级吸收脱硫塔1反应的烟气继续通过第一烟气出口管9进入到二级吸收脱硫塔2中，烟气温度会降为90～110℃，同样是利用高压喷枪将含有Fe3+离子的滤液喷入到二级吸收脱硫塔2中，让滤液与烟气接触4～5s，继续催化烟气中的SO2被氧气氧化成SO3，之后再与溶液接触生成稀硫酸通过第一循环泵11输送到一级吸收脱硫塔1中，经过二级吸收脱硫塔2反应后的烟气继续通过第二烟气出口管14进入到三级吸收脱硫塔3中，让滤液与剩余的烟气接触3～6s，进一步地让烟气中剩余SO2被有效地脱除，生成的稀硫酸通过第二循环泵16输送到二级吸收脱硫塔2中。将二级吸收脱硫塔2中的稀硫酸全部输送到一级吸收脱硫塔1中，一级吸收脱硫塔1中的稀酸经过第一过滤器21会将残渣过滤，稀酸会被收集到稀酸池23中，通过第一耐酸泵24输送到填料塔25中，填料塔25中添加的原料是铁屑，让铁屑与稀酸反应，反应过后再经过第二过滤器28将得到含有Fe2+离子的85％滤液输送到冷冻循环池29里经过结晶得到淡绿色FeSO4·7H2O晶体产品，可包装入库；在填料塔25中过量的稀酸与铁屑反应，未反应完的稀酸会经过第二耐酸泵27再被输送到填料塔25中与铁屑继续反应；15％滤液输送到滤液池31内，利用空气压缩机32输送压缩空气到滤液池31内，让空气中的氧气将Fe2+离子氧化成Fe3+离子，之后再用第三循环泵33将滤液输送到各级吸收脱硫塔中，形成一个良性的循环体系。
实施例2：当烟气量为40～45万Nm3，温度为130～150℃的烟气通过除尘器除尘后经过烟气进口管7进入一级吸收脱硫塔1之后，烟气温度降为115～123℃，通过高压喷枪将含有Fe3+离子的滤液喷入到一级吸收脱硫塔1中，使滤液与烟气接触3～5s，利用烟气中的氧气将SO2有效地氧化成SO3，与水溶液直接接触生成稀硫酸，经过一级吸收脱硫塔1反应的烟气继续通过第一烟气出口管9进入到二级吸收脱硫塔2中，烟气温度会降为92～115℃。同样是利用高压喷枪将含有Fe3+离子的滤液喷入到二级吸收脱硫塔2中，让滤液与烟气接触4～6s，继续催化烟气中的SO2被烟气中氧气氧化成SO3，之后再与溶液接触生成稀硫酸通过第一循环泵11输送到一级吸收脱硫塔1中，经过二级吸收脱硫塔反应的烟气或继续通过第二烟气出口管14进入到三级吸收脱硫塔中，让滤液与剩余的烟气接触5～7s，进一步地让烟气中剩余SO2被有效地脱除，生成的稀硫酸通过第二循环泵16输送到二级吸收脱硫塔2中。将二级吸收脱硫塔2中的稀硫酸全部输送到一级吸收脱硫塔1中，一级吸收脱硫塔1中的稀酸经过第一过滤器21会将残渣过滤，稀酸会被收集到稀酸池23中，通过第一耐酸泵24输送到填料塔25中，填料塔25中添加的原料是铁屑，让铁屑与稀酸反应，反应过后再经过第二过滤器28将得到含有Fe2+离子85％的滤液输送到冷冻循环池29里经过结晶得到淡绿色FeSO4·7H2O晶体产品，可包装入库；在填料塔25中过量的稀酸与铁屑反应，未反应完的稀酸会经过第二耐酸泵27再被输送到填料塔25中与铁屑继续反应；15％滤液再输送到滤液池31内，利用空气压缩机32输送压缩空气到滤液池31内，让空气将Fe2+离子氧化成Fe3+离子，之后再用第三循环泵33将滤液输送到各级吸收脱硫塔中，形成一个良性的循环体系。
实施例3：当烟气量为100～110万Nm3，温度为130～150℃的烟气通过除尘器除尘后经过第一烟气进口管7进入一级吸收脱硫塔1之后，烟气温度降为105～125℃，通过高压喷枪将含有Fe3+离子的滤液喷入到一级吸收脱硫塔1中，使滤液与烟气接触4～5s，利用烟气中的氧气将SO2有效地氧化成SO3，与溶液直接接触生成稀硫酸，经过一级吸收脱硫塔1反应的烟气继续通过第一烟气出口管9进入到二级吸收脱硫塔2中，烟气温度会降为90～110℃。同样是利用高压喷枪将含有Fe3+离子的滤液喷入到二级吸收脱硫塔2中，使滤液与烟气接触5～6s，继续催化烟气中的SO2被烟气中的氧气氧化成SO3，之后再与溶液接触生成稀硫酸通过第一循环泵11输送到一级吸收脱硫塔1中，经过二级吸收脱硫塔2反应后的烟气继续通过第二烟气出口管14进入到三级吸收脱硫塔3中，让滤液与剩余的烟气接触4～7s，进一步地让烟气中剩余SO2被有效地脱除，生成的稀硫酸通过第二循环泵16输送到二级吸收脱硫塔2中。将二级吸收脱硫塔2中的稀硫酸全部输送到一级吸收脱硫塔1中，一级吸收脱硫塔1中的稀酸经过第一过滤器21会将残渣过滤，稀酸会被收集到稀酸池23中，通过第一耐酸泵24输送到填料塔25中，填料塔25中添加的原料是铁屑，让铁屑与稀酸反应，反应过后再经过过滤器将得到的含有Fe2+离子的85％滤液输送到冷冻循环池29里经过结晶得到淡绿色FeSO4·7H2O晶体产品，可包装入库；在填料塔25中过量的稀酸与铁屑反应，未反应完的稀酸会经过第二耐酸泵27再被输送到填料塔25中与铁屑继续反应；15％液输送到滤液池31内，利用空气压缩机32输送压缩空气到滤液池31内，让空气将Fe2+离子氧化成Fe3+离子，之后再用第三循环泵33将滤液输送到各级吸收脱硫塔中，形成一个良性的循环体系。

Claims (2)

1.一种烧结烟气和窑炉烟气铁催化脱硫装置，其特征在于该脱硫装置包括除尘器、一级吸收脱硫塔(1)、二级吸收脱硫塔(2)、三级吸收脱硫塔(3)、稀酸池(23)、填料塔(25)、冷冻循环池(29)、压滤机(30)、滤液池(31)及烟囱(4)；所述除尘器通过烟气管道与所述一级吸收脱硫塔(1)相连；所述一级吸收脱硫塔(1)中设有第一烟气进口管(7)和第一烟气出口管(9)，所述一级吸收脱硫塔(1)的顶端装有第一高压喷枪和除雾器(8)，所述一级吸收脱硫塔(1)的底部设有第一旋流板(10)，所述一级吸收脱硫塔(1)的上部与第一循环泵(11)连接；所述二级吸收脱硫塔(2)中的第二烟气进口管(12)与所述一级吸收脱硫塔(1)中的所述第一烟气出口管(9)连接，所述二级吸收脱硫塔(2)中设有第二烟气出口管(14)，所述二级吸收脱硫塔(2)的顶端装有第二高压喷枪和除雾器(13)，所述二级吸收脱硫塔(2)的底部设有第二旋流板(15)，所述二级吸收脱硫塔(2)的底部与所述第一循环泵(11)连接，所述二级吸收脱硫塔(2)的上部与第二循环泵(16)连接；所述三级吸收脱硫塔(3)中的第三烟气进口管(17)与所述二级吸收脱硫塔(2)中的所述第二烟气出口管(14)连接，所述三级吸收脱硫塔(3)中设有第三烟气出口管(19)，所述三级吸收脱硫塔(3)的顶端装有第三高压喷枪和除雾器(18)，所述三级吸收脱硫塔(3)的底部装有第三旋流板(20)，所述三级吸收脱硫塔(3)的底部与所述第二循环泵(16)连接；所述烟囱(4)通过管道与所述三级吸收脱硫塔(3)中的所述第三烟气出口管(19)相连，所述烟囱(4)中设有引风机(5)、SO2及NO气体检测器(6)；所述一级吸收脱硫塔(1)底部的所述第一旋流板(10)依次通过第一过滤器(21)及控制阀(22)与所述稀酸池(23)连接，所述稀酸池(23)通过第一耐酸泵(24)与所述填料塔(25)连接；所述填料塔(25)的底部装有旋流板(26)，所述填料塔(25)的顶部装有铁催化剂溶液高压喷枪；所述填料塔(25)底部通过第二过滤器(28)与用于冷冻析出硫酸亚铁晶体的所述冷冻循环池(29)连接，所述冷冻循环池(29)通过所述压滤机(30)与盛放含Fe2+离子和Fe3+离子的所述滤液池(31)连接；所述滤液池(31)通过管道及第三循环泵(33)与所述一级吸收脱硫塔(1)、所述二级吸收脱硫塔(2)及所述三级吸收脱硫塔(3)连接，所述滤液池(31)通过管道与空气压缩机(32)连接。
2.根据权利要求1所述的一种烧结烟气和窑炉烟气铁催化脱硫装置的脱硫方法，其特征在于该脱硫方法的具体步骤如下：
(1)含有SO2的烟气从所述第一烟气进口管(7)直接进入到所述一级吸收脱硫塔(1)中，高压喷枪将通过所述第三循环泵(33)从所述滤液池(31)中抽取含有Fe3+离子的滤液进行除雾，喷淋到所述一级吸收脱硫塔(1)中作为催化剂，SO2被烟气中的氧气在Fe3+离子的催化作用下氧化成SO3，SO3易于被水吸收而形成稀硫酸；
(2)在所述一级吸收脱硫塔(1)中反应后的烟气通过烟气出口管继续进入到所述二级吸收脱硫塔(2)中，所述二级吸收脱硫塔(2)中的高压喷枪将从所述滤液池(31)中抽取含有Fe3+离子的滤液进行除雾，喷淋到所述二级吸收脱硫塔(2)中作为催化剂，继续让烟气中剩余的SO2被烟气中的氧气氧化成SO3，之后再被水吸收形成稀硫酸，形成吸收不饱和滤液被循环泵输送到所述一级吸收脱硫塔(1)中；
(3)在所述二级吸收脱硫塔(2)中反应过后的烟气会继续通过烟气出口管进入到所述三级吸收脱硫塔(3)中，所述三级吸收脱硫塔(3)中的高压喷枪将从所述滤液池(31)中抽取含有Fe3+离子的滤液进行除雾，喷淋到所述三级吸收脱硫塔(3)中作为催化剂，继续让烟气中剩余的SO2被烟气中的氧气氧化成SO3，之后再进一步地被水吸收形成稀硫酸，形成的吸收不饱和滤液会被循环泵输送到所述二级吸收脱硫塔(2)中；
(4)所有汇集到所述一级吸收脱硫塔(1)中的滤液残渣经过所述第一过滤器(21)过滤掉固体残渣，过滤后的主要成份稀硫酸滤液被输送到所述稀酸池(23)中，再通过所述第一耐酸泵(24)将稀硫酸喷入到所述填料塔(25)中；
(5)所述填料塔(25)中填装有大量的铁屑和铁渣，所述稀硫酸与铁屑、铁渣充分反应，得到相应的FeSO4溶液，反应后的固体残渣被所述第二过滤器(28)进行处理，而含有Fe2+离子和Fe3+离子的滤液被继续输送到所述冷冻循环池(29)中，含Fe2+离子和Fe3+离子的滤液一部分经过冷冻得到的FeSO4·7H2O绿色晶体产品通过所述压滤机(30)压滤直接变成FeSO4·7H2O成品，再通过离心后包装入库，另一部分含Fe2+离子和Fe3+离子的不饱和滤液被输送到所述滤液池(31)里进行循环使用；
(6)含Fe2+离子和Fe3+离子的滤液被输送到所述滤液池(31)之后，通过所述空气压缩机(32)将压缩空气直接输送到所述滤液池(31)中，使空气与滤液池里的滤液充分接触反应，让滤液里的Fe2+离子被氧化为Fe3+离子，被空气氧化过后的深褐色滤液通过所述第三循环泵(33)直接输送到各级吸收脱硫塔中。
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