CN111013363A - 一种工业烟气钠法除尘脱硫零排放改造系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业烟气钠法除尘脱硫零排放改造系统。包括除尘器（1）、脱硫塔（3）、硫酸钠回收系统；所述除尘器（1）通过升压风机（2）与脱硫塔（3）连接；所述脱硫塔（3）包括喷淋层（4）、除雾器（5）、烟囱（6）、循环泵（7）、浆液排出泵（8）；硫酸钠回收系统包括中和氧化罐（9）、浓缩模块（10）、冷却结晶器（11）、稠厚器（12）、固液分离模块（13）、熔融结晶器（14），依次通过管道连接。本工艺采用高效除尘配合湿法脱硫，除尘脱硫效率高，能满足最新的环保要求；生产出的硫酸钠产品纯度高，具有一定的经济效益，降低运行成本。
Description
技术领域
本发明属于工业烟气污染防治技术领域，具体涉及一种工业烟气钠法除尘脱硫零排放改造系统及方法。
背景技术
二氧化硫是主要的工业污染物之一，其排放量是衡量大气是否遭到污染的重要指标。工业烟气如工业炉窑烟气、火力发电锅炉烟气、金属冶炼烟气、化工炼油烟气等均为大气中二氧化硫的主要排放源。在国家的大力治理下，目前几乎所有的工业烟气排放装置均配套设置了脱硫除尘装置。钠碱法作为一种吸收效率高、吸收剂容易获得的脱硫工艺，在各个行业的工业烟气脱硫，尤其是石油化工行业有着非常广泛的应用。
近年来，国家大力倡导环保治理要做到零排放，而传统的钠法除尘脱硫工艺，如美国Belco公司的EDV湿法脱硫工艺以及美国Exxon公司的WGS湿法洗涤工艺，其脱硫浆液中固含量高，高盐废水处理难度大，无法达到近年来提倡的零排放要求。基于以上原因，近年来越来越多的研究与开发都集中在运行稳定不造成新的环境问题、能够回收脱硫副产物、且不产生二次污染的脱硫除尘工艺上。也因此诞生了如回收硫酸铵副产品的氨法脱硫工艺，回收亚硫酸钠的亚硫酸钠回收工艺及回收焦亚硫酸钠产品的焦亚硫酸钠回收工艺等，主要有如下技术和专利文献公开。
中国专利公开号CN200710078250的专利文献公开了一种节能型亚硫酸钠循环脱硫装置及方法。以Na2CO3为吸收剂，设置三回路塔对烟气中的SO2进行吸收，通过控制三级回路中的温度及pH值，使得浆液中的硫以亚硫酸氢钠的形式存在。将生成的亚硫酸氢钠溶液与入口原烟气进行换热，使亚硫酸氢钠分解生成SO2与Na2SO3。SO2可回收液化作为化工原料，Na2SO3可返塔再利用。此工艺采用三回路塔，对于已建环保装置，脱硫塔基础及塔高已定，将其改造为三回路塔较困难，只能拆除重建，成本大幅度增加。
中国专利公开号CN103961995A的专利文献公开了一种燃煤烟气碱法脱硫生产高纯亚硫酸钠和硫酸钠的方法，此工艺为两段脱硫工艺，第一段生成硫酸钠，消耗烟气中的氧并吸收少部分SO2，避免第二段中的产物亚硫酸钠被氧化；第二段吸收剩下的SO2生成亚硫酸钠副产品。由于硫酸钠与亚硫酸钠性质的不同，此工艺需要两套后处理系统，增大投资、运行成本，且后处理系统复杂，故障点多，一定程度上增加了运行成本。
发明内容
针对目前工业烟气钠法脱硫除尘工艺存在的传统工艺无法满足国家提倡的零排放要求，而新工艺系统复杂，已建装置不易改造等一系列问题，本发明提出了一种工业烟气钠法除尘脱硫零排放改造系统及方法，此系统及方法对传统钠法工艺已建装置改动较少，同时能满足国家倡导的零排放要求，符合绿色循环经济，改造投资低，环保效益、经济效益显著。
为实现本发明的目的，本发明的一个方面，提供一种工业烟气钠法除尘脱硫零排放改造系统，包括除尘器、脱硫塔、硫酸钠回收系统；所述除尘器通过升压风机与脱硫塔连接；所述脱硫塔包括喷淋层、除雾器、烟囱、循环泵、浆液排出泵；硫酸钠回收系统包括中和氧化罐、浓缩模块、冷却结晶器、稠厚器、固液分离模块、熔融结晶器，依次通过管道连接；
所述浆液排出泵连接中和氧化罐；
所述中和氧化罐用于加入NaOH溶液中和，使浆液中部分NaHSO4中和为Na2SO4，同时通入氧化风，使浆液充分氧化，使浆液中部分Na2SO3氧化为Na2SO4；
所述浓缩模块用于将浆液浓度由8~15%浓缩至35~45%，浓相输送至冷却结晶器中，稀相返回脱硫塔循环利用；
冷却结晶器用于浆液与冷却介质换热，降温析出硫酸钠结晶；
所述稠厚器用于固液预分离过程；预分离出的固相进入固液分离模块，进行固液相分离，分离出的液相返回脱硫塔循环利用，分离出的固相进入熔融结晶器；
所述熔融结晶器用于熔融脱水，脱除产品游离水、脱除晶体所携带的结合水。
根据本发明实施例，所述除尘器是袋式除尘器、电除尘器、电袋复合除尘器。
根据本发明实施例，所述浓缩模块是膜分离系统、反渗透系统或减压蒸发系统。
根据本发明实施例，所述固液分离模块是离心机、板框压滤机。
本发明的一个方面，提供一种工业烟气钠法除尘脱硫零排放改造方法，包括如下步骤：
S1：工业烟气先进入除尘器，除去烟气中的粉尘后进入脱硫塔；
S2：除尘后的烟气经升压风机进入脱硫塔，与经吸收喷淋层雾化成液滴的吸收浆液逆向接触，脱去烟气中的SO2，然后经除雾器除雾后由烟囱排放；
S3：吸收浆液存于脱硫塔塔底，经循环泵输送至脱硫塔吸收喷淋层，吸收烟气中的SO2，吸收浆液达到一定密度后通过浆液排出泵输送至硫酸钠回收系统中的中和氧化罐中；
S4在中和氧化罐中加入NaOH溶液中和，使浆液中部分NaHSO4中和为Na2SO4，同时通入氧化风，使浆液充分氧化，使浆液中部分Na2SO3氧化为Na2SO4；
S5：中和氧化后的浆液通入浓缩模块，在浓缩模块将浆液浓度由8~15%浓缩至35~45%，浓相输送至冷却结晶器中，稀相返回脱硫塔3循环利用；
S6：浆液在冷却结晶器中通过与冷却介质换热，降温析出硫酸钠结晶。在达到结晶温度并析出一定量晶体后输送至稠厚器中进行固液预分离；
S7：在稠厚器中预分离出的固相进入固液分离模块，进行固液相分离，分离出的液相返回脱硫塔循环利用，分离出的固相进入熔融结晶器，熔融脱水，脱除产品游离水的同时也脱除晶体所携带的结合水，制得工业无水硫酸钠产品，然后包装成品出售。
根据本发明实施例，所述步骤S3，吸收段浆液温度控制在50~60℃之间，在此温度下硫酸钠溶解度最高。
根据本发明实施例，所述步骤S3，脱硫塔中的脱硫剂为NaOH或Na2CO3溶液，经泵打入脱硫塔底部浆液中，吸收段浆液pH值控制在5.5~6.5之间，在保证SO2被完全吸收达到排放标准的同时，保证浆液中主要成分为Na2SO3和NaHSO3混合物。
根据本发明实施例，所述步骤S4，中和氧化罐中需充分搅拌，必要时添加一定氧化剂，使得浆液中Na2SO3全部被氧化，以保证产品纯度。
根据本发明实施例，所述步骤S6，主要通过硫酸钠在水中的溶解度随温度变化趋势极大的原理实现。在冷却结晶器中将浆液温度降至5~10℃，通常为5℃，使硫酸钠溶解度降低80%以上，从而析出大量高纯度硫酸钠结晶。
采用本发明的技术方案，除尘器出口烟气中粉尘浓度小于10mg/Nm3，稠厚器下层浓浆固含量大于为30%；经脱水后的硫酸钠，其含水量约为3%~10%，一般是5%。
本发明的有益效果是：（1）本工艺采用高效除尘配合湿法脱硫，除尘脱硫效率高，能满足最新的环保要求；（2）通过脱硫前的除尘，将进入脱硫系统的粉尘含量控制在10mg/Nm3以下，大大降低了硫酸钠回收悬浮液中的粉尘含量，有效提高的硫酸钠的纯度；（3）本工艺对传统钠法脱硫工艺装置主体改动少，非常适用于改造项目，在降低投资的前提下满足零排放的国家要求；（4）实现废水零排放，工艺简单，运行成本低；（5）采用降温结晶工艺代替常用的蒸发结晶工艺，节约能源，降低运行成本；（6）生产出的硫酸钠产品纯度高，具有一定的经济效益，降低运行成本。
附图说明
图1是一种工业烟气除尘脱硫回收硫酸钠系统流程图。
图中：1—除尘器；2—升压风机；3—脱硫塔；4—喷淋层；5—除雾器；6—烟囱；7—循环泵；8—浆液排出泵；9—中和氧化罐；10—浓缩模块；11—冷却结晶器；12—稠厚器；13—固液分离模块；14—熔融结晶器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
一种工业烟气钠法除尘脱硫零排放改造系统，包括除尘器1、脱硫塔3、硫酸钠回收系统；所述除尘器1通过升压风机2与脱硫塔3连接；所述脱硫塔3包括喷淋层4、除雾器5、烟囱6、循环泵7、浆液排出泵8；硫酸钠回收系统包括中和氧化罐9、浓缩模块10、冷却结晶器11、稠厚器12、固液分离模块13、熔融结晶器14，依次通过管道连接；
所述浆液排出泵8连接中和氧化罐9；
所述中和氧化罐9用于加入NaOH溶液中和，使浆液中部分NaHSO4中和为Na2SO4，同时通入氧化风，使浆液充分氧化，使浆液中部分Na2SO3氧化为Na2SO4；
所述浓缩模块10用于将浆液浓度由8~15%浓缩至35~45%，浓相输送至冷却结晶器11中，稀相返回脱硫塔3循环利用；
冷却结晶器11用于浆液与冷却介质换热，降温析出硫酸钠结晶；
所述稠厚器12用于固液预分离过程；预分离出的固相进入固液分离模块13，进行固液相分离，分离出的液相返回脱硫塔3循环利用，分离出的固相进入熔融结晶器14；
所述熔融结晶器14用于熔融脱水，脱除产品游离水、脱除晶体所携带的结合水。
所述除尘器1是袋式除尘器、电除尘器、电袋复合除尘器。
所述浓缩模块10是膜分离系统、反渗透系统或减压蒸发系统。
所述固液分离模块13是离心机、板框压滤机。
一种工业烟气钠法除尘脱硫零排放改造方法，包括如下步骤：
S1：工业烟气先进入除尘器1，除去烟气中的粉尘后进入脱硫塔3；
S2：除尘后的烟气经升压风机2进入脱硫塔3，与经吸收喷淋层4雾化成液滴的吸收浆液逆向接触，脱去烟气中的SO2，然后经除雾器5除雾后由烟囱6排放；
S3：吸收浆液存于脱硫塔3塔底，经循环泵7输送至脱硫塔3吸收喷淋层4，吸收烟气中的SO2，吸收浆液达到一定密度后通过浆液排出泵8输送至硫酸钠回收系统中的中和氧化罐9中；
S4在中和氧化罐9中加入NaOH溶液中和，使浆液中部分NaHSO4中和为Na2SO4，同时通入氧化风，使浆液充分氧化，使浆液中部分Na2SO3氧化为Na2SO4；
S5：中和氧化后的浆液通入浓缩模块10，在浓缩模块将浆液浓度由8~15%浓缩至35~45%，浓相输送至冷却结晶器11中，稀相返回脱硫塔3循环利用；
S6：浆液在冷却结晶器11中通过与冷却介质换热，降温析出硫酸钠结晶。在达到结晶温度并析出一定量晶体后输送至稠厚器12中进行固液预分离；
S7：在稠厚器12中预分离出的固相进入固液分离模块13，进行固液相分离，分离出的液相返回脱硫塔3循环利用，分离出的固相进入熔融结晶器14，熔融脱水，脱除产品游离水的同时也脱除晶体所携带的结合水，制得工业无水硫酸钠产品，然后包装成品出售。
所述步骤S3，吸收段浆液温度控制在50~60℃之间，在此温度下硫酸钠溶解度最高。
所述步骤S3，脱硫塔3中的脱硫剂为NaOH或Na2CO3溶液，经泵打入脱硫塔3底部浆液中，吸收段浆液pH值控制在5.5~6.5之间，在保证SO2被完全吸收达到排放标准的同时，保证浆液中主要成分为Na2SO3和NaHSO3混合物。
所述步骤S4，中和氧化罐9中需充分搅拌，必要时添加一定氧化剂，使得浆液中Na2SO3全部被氧化，以保证产品纯度。
所述步骤S6，主要通过硫酸钠在水中的溶解度随温度变化趋势极大的原理实现。在冷却结晶器中将浆液温度降至5~10℃，通常为5℃，使硫酸钠溶解度降低80%以上，从而析出大量高纯度硫酸钠结晶。
本发明所涉及的系统及方法，在满足当前环保新标准的同时，对硫酸钠的回收率高，所得产品纯度高，经济效益显著，同时几乎无废水排放，工艺简单，具有运行成本低，经济及环境效益明显等特点。且本工艺与传统工艺相比对脱硫塔等主要装置改动较小，适用于已建各类Na法脱硫系统的改造，以顺应国家的废水零排放要求。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种工业烟气钠法除尘脱硫零排放改造系统，其特征在于包括除尘器（1）、脱硫塔（3）、硫酸钠回收系统；所述除尘器（1）通过升压风机（2）与脱硫塔（3）连接；所述脱硫塔（3）包括喷淋层（4）、除雾器（5）、烟囱（6）、循环泵（7）、浆液排出泵（8）；硫酸钠回收系统包括中和氧化罐（9）、浓缩模块（10）、冷却结晶器（11）、稠厚器（12）、固液分离模块（13）、熔融结晶器（14），依次通过管道连接；
所述浆液排出泵（8）连接中和氧化罐（9）；
所述中和氧化罐（9）用于加入NaOH溶液中和，使浆液中部分NaHSO4中和为Na2SO4，同时通入氧化风，使浆液充分氧化，使浆液中部分Na2SO3氧化为Na2SO4；
所述浓缩模块（10）用于将浆液浓度由8~15%浓缩至35~45%，浓相输送至冷却结晶器中，稀相返回脱硫塔（3）循环利用；
冷却结晶器（11）用于浆液与冷却介质换热，降温析出硫酸钠结晶；
所述稠厚器（12）用于固液预分离过程；预分离出的固相进入固液分离模块（13），进行固液相分离，分离出的液相返回脱硫塔（3）循环利用，分离出的固相进入熔融结晶器（14）；
所述熔融结晶器（14）用于熔融脱水，脱除产品游离水、脱除晶体所携带的结合水。
2.根据权利要求1所述的一种工业烟气钠法除尘脱硫零排放改造系统，其特征在于所述除尘器（1）是袋式除尘器、电除尘器、电袋复合除尘器。
3.根据权利要求1所述的一种工业烟气钠法除尘脱硫零排放改造系统，其特征在于所述浓缩模块（10）是膜分离系统、反渗透系统或减压蒸发系统。
4.根据权利要求1所述的一种工业烟气钠法除尘脱硫零排放改造系统，其特征在于所述固液分离模块（13）是离心机、板框压滤机。
5.采用权利要求1-4任一项所述系统的一种工业烟气钠法除尘脱硫零排放改造方法，其特征在于包括如下步骤：
S1：工业烟气先进入除尘器（1），除去烟气中的粉尘后进入脱硫塔（3）；
S2：除尘后的烟气经升压风机（2）进入脱硫塔（3），与经吸收喷淋层（4）雾化成液滴的吸收浆液逆向接触，脱去烟气中的SO2，然后经除雾器（5）除雾后由烟囱（6）排放；
S3：吸收浆液存于脱硫塔（3）塔底，经循环泵（7）输送至脱硫塔（3）吸收喷淋层（4），吸收烟气中的SO2，吸收浆液达到一定密度后通过浆液排出泵输送至硫酸钠回收系统中的中和氧化罐（9）中；
S4在中和氧化罐（9）中加入NaOH溶液中和，使浆液中部分NaHSO4中和为Na2SO4，同时通入氧化风，使浆液充分氧化，使浆液中部分Na2SO3氧化为Na2SO4；
S5：中和氧化后的浆液通入浓缩模块（10），在浓缩模块（10）将浆液浓度由8~15%浓缩至35~45%，浓相输送至冷却结晶器中，稀相返回脱硫塔（4）循环利用；
S6：浆液在冷却结晶器（11）中通过与冷却介质换热，降温析出硫酸钠结晶；
在达到结晶温度并析出一定量晶体后输送至稠厚器（12）中进行固液预分离；
S7：在稠厚器（12）中预分离出的固相进入固液分离模块（13），进行固液相分离，分离出的液相返回脱硫塔（3）循环利用，分离出的固相进入熔融结晶器（14），熔融脱水，脱除产品游离水的同时也脱除晶体所携带的结合水，制得工业无水硫酸钠产品，然后包装成品出售。
6.根据权利要求5所述的一种工业烟气钠法除尘脱硫零排放改造方法，其特征在于所述步骤S3，吸收段浆液温度控制在50~60℃之间。
7.根据权利要求5所述的一种工业烟气钠法除尘脱硫零排放改造方法，其特征在于所述步骤S3，脱硫塔（3）中的脱硫剂为NaOH或Na2CO3溶液，经泵打入脱硫塔（3）底部浆液中，吸收段浆液pH值控制在5.5~6.5之间。
8.根据权利要求5所述的一种工业烟气钠法除尘脱硫零排放改造方法，其特征在于所述步骤S4，中和氧化罐（9）中添加氧化剂。
9.根据权利要求5所述的一种工业烟气钠法除尘脱硫零排放改造方法，其特征在于所述步骤S6，在冷却结晶器（11）中将浆液温度降至5~10℃，优选为5℃。
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