CN112717671B - 一种氨法脱硫强制氧化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氨法脱硫强制氧化方法。它包括如下步骤：步骤一：首先氧化风机将空气通过第一吸入管送入气液混合腔中；和/或通过臭氧发生器将臭氧送入气液混合腔中；和/或空气通过第二吸入管和第一吸入管进入气液混合腔中；步骤二：循环泵将亚硫酸铵浆液从氧化槽底部吸出打入射流曝气器的进液管口；步骤三：亚硫酸铵浆液与空气在射流曝气器的气液混合腔内充分混合，然后由射流喷嘴射出，形成高速射流；气液混合浆液射流以一定速度进入浆液罐后，通过射流剪切作用对浆液罐内的亚硫酸铵浆液进行混合搅拌；氧气随细微气泡溶解至浆液中，完成氧的全部转移过程。本发明具有氧化效率大于99％，扰动效果较好，能耗节省达20％以上的优点。

Description

一种氨法脱硫强制氧化方法

技术领域

本发明涉及一种氨法脱硫强制氧化方法。

背景技术

环境保护作为生态文明建设的重要组成部分，对生态文明建设、建设美丽中国起着至关重要的作用，在这一背景下，近年来我国有关环保标准更新迅速，对污染物的排放要求越来越严格，对锅炉烟气更是提出了超低排放的要求。为了应对愈加严格的环保政策，缓解环境压力，持续改进现有脱硫环保技术以及发展新的环保技术势在必行。

氨法脱硫技术成熟，运行可靠性高，不会因脱硫设备而影响锅炉的正常运行；该脱硫技术以氨水作为吸收剂，副产品为硫酸铵化肥，有很高的利用价值；脱硫塔吸收反应速度快，脱硫效率高；脱硫系统可以采用较小液气比，能耗低；原材料来源广泛：可采用液氨、氨水、废氨水等。因此氨法脱硫在烟气脱硫领域始终占据一定市场，但是氨法脱硫仍然存在一些问题，如气溶胶、氨逃逸、氧化效率等。在氨法脱硫工艺中，副产物亚酸盐氧化一直是该领域研究的热点问题。强制氧化具有改善亚硫酸铵浆液的处理性能、防止设备结垢、生产优质副产物等优点。根据空气导入和分散方式不同有多种强制氧化如：多孔板式、搅拌器和空气喷枪组合式、固定式空气喷射器、喷气混合器/曝气器式、氧化空气管式、射流曝气氧化式等。

目前，一般脱硫厂家往往采用较为落后的管式曝气方式。管式曝气是一种低效的落后的氧化方式，在很多行业管式氧化曝气已经逐渐被淘汰。在氨/硫铵法脱硫的工艺运行中采用管式曝气也带来了很多的问题：1)简单的增强曝气量和曝气压力，造成能耗大，维修大。强制氧化系统大都依赖鼓风机或空气压缩作为动力源，在氧化槽内通过空气分配管路，最后经由喷射器鼓入压缩空气。但是这种方式对风机有较高的技术要求，氧的利用率低，需要另外安装搅拌置来提高亚硫酸铵浆液氧化率；2)氧化曝气管网易损坏、氧化曝气量不够、曝气不均匀、管网堵塞、管网被铵盐结晶掩埋。

因此，开发一种氧化效率高、且能耗低的氨法脱硫氧化方法很有必要。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种氨法脱硫强制氧化方法，具有较高的氧化效率(氧化效率大于99％)和较好的扰动效果，能耗节省达20％以上，具有灵活的空间布置，可以减小设备尺寸，简化系统结构、降低脱硫成本；解决现有氨法脱硫氧化过程中的能耗高、氧化率低的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种氨法脱硫强制氧化方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：首先氧化风机将空气通过第一吸入管送入气液混合腔中；和/或通过臭氧发生器将臭氧送入气液混合腔中；和/或空气通过第二吸入管和第一吸入管进入气液混合腔中；

步骤二：循环泵将亚硫酸铵浆液从氧化槽底部吸出打入射流曝气器的进液管口；

步骤三：由循环泵打出的循环浆液进入射流曝气器并从射流喷嘴喷出，利用高速水流在射流曝气器的喉部产生负压；造成气液混合腔内的真空状态，空气在压力差的作用下从第一吸入管自动吸入射流曝气器，在射流曝气器的喉部与水流形成气水混合物并经剧烈的混合搅动，空气被粉碎成极微小的气泡，成为雾状的气水乳浊液；

经过射流曝气器的扩散段时气水乳浊液由速头转变成压头，微细气泡进一步被压缩，增大空气在亚硫酸铵浆液中的溶解度，形成溶气浆液；最后溶气浆液从射流喷嘴喷出，在氧化槽中产生强烈的涡流搅拌作用，大量的氧气随细微气泡溶解至浆液中，从而完成氧的全部转移过程。

在上述技术方案中，氨法脱硫强制氧化方法采用的氨法脱硫强制氧化装置由氧化槽、射流曝气器、循环泵、氧化风机、臭氧发生器和第二吸入管组成；

氧化槽内设置亚硫酸铵溶液；

射流曝气器位于氧化槽内、且布置在氧化槽底部；

循环泵一端与氧化槽底部连接、另一端与射流曝气器下端连接；

射流曝气器上端通过第一吸入管分别与氧化风机、臭氧发生器和第二吸入管连接；

氧化风机、臭氧发生器和第二吸入管并联连接；

扰流板设置在气液混合腔内。

在上述技术方案中，射流曝气器包括射流喷嘴、气液混合腔、进气管口、进液管口；

射流喷嘴设置在气液混合腔外周、且与气液混合腔连通；

气液混合腔上端设置进气管口、下端设置进液管口；

第二吸入管、臭氧发生器和第二吸入管均通过第一吸入管与进气管口连接；循环泵与进液管口连接。

在上述技术方案中，氧化风机、臭氧发生器和第二吸入管上均设置启闭控制开关。

在上述技术方案中，射流喷嘴呈锥形结构；

射流喷嘴有八个；八个射流喷嘴对称布置在气液混合腔外周。

在上述技术方案中，扰流板有多块；多块扰流板安装在气液混合腔内；

扰流板的自由端与气液混合腔的内壁接触。

本发明具有如下优点：

(1)本发明根据实际项目工况，采取三种供气方式：1)对于氧化没有特殊要求的情况下，采用增加射流器吸入管高度，进行直接吸入空气的方式，对于氧化时间没有限制或者氧化率要求不太严格的项目中，可以采用直接吸入空气方式即可以满足氧化要求；2)采用曝气风机，增加供气量；采用氧化风机供气可以增加进气量，会导致气液接触面积增大，加快氧气向浆液扩散，从而提高SO₃ ^2-氧化率；3)在高氧化率的要求时，采用臭氧协同空气射流曝气的方式由于臭氧的强氧化性，可以加速SO₃ ²的氧化，提高氧化效果；但是单纯使用臭氧发生器，能耗较高；综合来看，一般使用臭氧与空气协同供气或者臭氧与氧化风机协同供气的方式，SO₃ ^2-氧化率较高，脱硫效果快速达标，能耗低；

(2)本发明中的射流曝气器的充氧和混合可以单独进行控制；操作人员可以根据溶解氧的需求调节射流曝气器中空气量的大小，而射流曝气器中的混合则是通过循环泵来实现；本发明结合手动控制和DO仪自动控制，可以在低负荷时关小射流曝气器的空气供应从而在维持系统满足负荷的前提下有效地降低能耗；

(3)本发明中的射流曝气器的氧利用率高并且安装于水底，射流曝气系统不需要布满整个池底就能够充分地混合，可以显著节省安装时间和安装费用；气体在本发明中的射流曝气器中被高速流体冲击切割成极细小的气泡，这是氧利用率高的原因之一；本发明中的射流曝气器产生的紊流使得气/液接触面不断更新，也利于氧气的传递；

(4)完全不同于微孔曝气等传统曝气方式的工作原理和结构特点，本发明中的射流曝气系统中的高强度射流主管道和强耐磨的喷嘴使得其终生免维护，以及所用PP材料的优异抗腐蚀性，可以有效的避免断裂、脱落、腐蚀、磨损，另外池内无运转部件，使得其可以做到终生免维护；

(5)本发明中的射流曝气系统附属设备是指循环泵和风机，所有转动部件都设在氧化槽外，维修保养非常方便，无需清空氧化槽；

(6)本发明中的充氧能力大，曝气与搅拌集于一体，加强氧化效果。

附图说明

图1为本发明的剖视结构示意图。

图2为图1的G处放大图。

图3为本发明中的射流曝气器的剖视图。

图1中，A表示第二吸入管直接吸入的空气；B表示臭氧发生器吸入的空气；C表示去吸收塔吸收段；D表示硫铵副线去吸收塔浓缩段；E表示去吸收塔的气体；F表示从吸收塔集液槽返回的循环浆液。

图中1-氧化槽，2-射流曝气器，2.1-射流喷嘴，2.2-气液混合腔，2.21-扰流板，2.3-进气管口，2.4-进液管口，3-循环泵，4-氧化风机，5-臭氧发生器，6-第二吸入管，7-第一吸入管，8-启闭控制开关，9-吸收浆液循环泵。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：一种氨法脱硫强制氧化方法，包括如下步骤，

步骤一：首先氧化风机4将空气通过第一吸入管7(即进气管路)送入气液混合腔2.2中；和/或通过臭氧发生器5将臭氧送入气液混合腔2.2中；和/或空气通过第二吸入管6和第一吸入管7进入气液混合腔2.2中；根据实际项目工况，采取三种供气方式：1)对于氧化没有特殊要求的情况下，采用增加射流器吸入管高度，进行直接吸入空气的方式；2)采用曝气风机，增加供气量；3)在高氧化率的要求时，采用臭氧协同空气射流曝气的方式，臭氧具有更强的氧化效果，可以明显缩小反应时间；

步骤二：循环泵3将亚硫酸铵浆液从氧化槽1底部吸出打入射流曝气器2的进液管口2.4(即进液管道)；

步骤三：亚硫酸铵浆液与空气在射流曝气器2的气液混合腔2.2内充分混合，然后由射流曝气器2的射流喷嘴2.1射出，形成高速射流；高速射流在吸气室内形成负压，不断吸入更多的空气，并与亚硫酸铵浆液在气液混合腔2.2内充分混合，实现亚硫酸铵浆液的初步氧化；

气液混合浆液射流以一定速度进入浆液罐后，通过射流剪切作用对浆液罐内的亚硫酸铵浆液进行混合搅拌，不仅实现浆液的进一步氧化，提高氧化率，还能防止固体沉积结垢；

由循环泵3打出的循环浆液进入射流曝气器2并从射流喷嘴2.1喷出，利用高速水流形成的这一动能在射流曝气器2的喉部产生负压；造成气液混合腔2.2内的真空状态，空气在压力差的作用下从第一吸入管7自动吸入射流曝气器2，在射流曝气器2的喉部与水流形成气水混合物并经剧烈的混合搅动，空气被粉碎成极微小的气泡(气泡的尺寸为10-1000微米)，成为雾状的气水乳浊液；

经过射流曝气器2的扩散段时气水乳浊液(气水乳浊液指气体和亚硫酸铵浆液的乳浊液)由速头转变成压头，微细气泡进一步被压缩，增大空气在亚硫酸铵浆液中的溶解度，形成溶气浆液；最后溶气浆液从射流喷嘴2.1喷出，在氧化槽1中产生强烈的涡流搅拌作用，大量的氧气随细微气泡溶解至浆液中，从而完成氧的全部转移过程，溶氧效率高。

进一步地，氨法脱硫强制氧化方法采用的氨法脱硫强制氧化装置由氧化槽1、射流曝气器2、循环泵3、氧化风机4、臭氧发生器5和第二吸入管6组成；

氧化槽1内设置亚硫酸铵溶液(其中的亚硫酸铵溶液是用于氨法脱硫循环浆液吸收二氧化硫后产生的亚硫酸铵浆液；本发明方法也可以用于海水脱硫曝气池内的强制氧化)；

射流曝气器2位于氧化槽1内、且布置在氧化槽1底部；射流曝气器2的安装高度是指射流曝气器2的射流喷嘴2.1断面中心距氧化槽1溶液的垂直距离；在氧化槽1内的安装一般为浸没式安装：射流曝气器2的射流喷嘴2.1置于氧化槽1液面下一定深度处；

循环泵3一端与氧化槽1底部连接、另一端与射流曝气器2下端连接；本申请通过减少循环泵3进口管道、降低氧化槽低液位的使用频率、保持较高的装置汽蚀余量与循环泵3的汽蚀余量的差值等措施避免汽蚀；

射流曝气器2上端通过第一吸入管7分别与氧化风机4、臭氧发生器5和第二吸入管6连接；射流曝气器2可根据项目实际情况设置多个，并联布置于氧化槽1内；

氧化风机4、臭氧发生器5和第二吸入管6并联连接；氧化风机4将空气送入臭氧发生器5的进气管；本发明采用氧化风机4可以增加臭氧发生器5的吸风量，对于氧化风机4没有特殊要求，持续鼓入即可；本发明氧利用率高，不需要高耗能风机；循环泵将氧化槽内硫铵液体送入射流曝气器进水管；

扰流板2.21设置在气液混合腔2.2内；本发明射流曝气器2(气液混合腔)又称水射器，它包括射流喷嘴、气液混合腔2.2，是利用射流负压原理发展起来的一种多用途曝气方式，本方明通过优化气液混合腔，设置扰流板，可以产生更大的浆液紊流，强劲的浆液流与空气混合喷射，使搅拌均匀、完全，产生的气泡多而细腻，溶氧效率更高。

进一步地，射流曝气器2包括射流喷嘴2.1、气液混合腔2.2、进气管口2.3、进液管口2.4；射流曝气器2呈竖直布置，竖直的负荷都比较小，使水、硫铵溶液混合均匀，同时也便于检修；

射流喷嘴2.1设置在气液混合腔2.2外周、且与气液混合腔2.2连通；射流喷嘴2.1的内径超过20mm，并且在高速喷射时，强烈冲刷作用使得结垢和结晶无法形成，同时完成氧的全部转移；

气液混合腔2.2上端设置进气管口2.3、下端设置进液管口2.4；

第二吸入管6、臭氧发生器5和第二吸入管6均通过第一吸入管7与进气管口2.3连接；循环泵3与进液管口2.4连接；硫铵液体与空气在射流曝气器2的气液混合腔2.2内充分进行气液传质，混合均匀后由射流喷嘴2.1高速喷出；射流的剪切力带动了周围的液体，同时起到搅拌和提高氧利用效率的作用。

进一步地，连接氧化风机4、臭氧发生器5和第二吸入管6的管路上均设置启闭控制开关8，根据使用需要控制启闭控制开关8的启闭。

进一步地，射流喷嘴2.1呈锥形结构；射流喷嘴设置为锥形结构，浆液(是指亚硫酸铵浆液)直接喷出，射流速度不受影响，可以避免浆液(是指亚硫酸铵浆液)的磨损。

射流喷嘴2.1有八个；八个射流喷嘴2.1对称布置在气液混合腔2.2外周，提高溶氧效率。

进一步地，扰流板2.21有多块；多块扰流板2.21沿轴心安装在气液混合腔2.2内；

扰流板2.21的自由端与气液混合腔2.2的内壁接触；增加扰流板2.21，起到适当的阻挡作用，浆液(是指亚硫酸铵浆液)从进液管口进入后与扰流板接触，改变浆液流动方向，最大程度增加紊流作用，增加传质接触面积，增加气液混合效果。

吸收浆液循环泵9连接在氧化槽1下部、且位于射流曝气器2侧方；吸收浆液循环泵9连接去吸收塔吸收段C和硫铵副线去吸收塔浓缩段D；

去吸收塔气体E和从吸收塔集液槽返回循环浆液F分别连接在氧化槽1上端。

为了能够更加清楚的说明本发明所述的氨法脱硫强制氧化方法与现有技术相比所具有的优点，工作人员将这两种技术方案进行了对比，其对比结果如下表1所示：

表1对比结果

由表1可知：本发明所述的氨法脱硫强制氧化方法与现有技术相比，氧化效率高(大于>99％)，无需高能耗风机、无结垢和结晶形成，能耗节省达20％以上，曝气均匀性好。

验证例：

现通过亚硫酸铵浆液的氧化试验验证(试验条件设定为：氧化槽直径30cm高度60cm，液面高度50cm，亚硫酸铵浓度1.2mmol/L)，来说明采用不同供气方式在不同反应时间内的脱硫效果，其效果比较如表2所示：

表2脱硫效果对比

供气方式

1min

2min

3min

4min

5min

6min

直接吸入空气方式

43％

57％

64％

69％

78％

83％

氧化风机

59％

65％

74％

83％

93％

98％

臭氧供气方式

62％

73％

84％

89％

95％

99％

直接吸入空气+臭氧供气方式

60％

71％

82％

85％

93％

98％

氧化风机+臭氧供气方式

64％

76％

88％

93％

98％

99％

由表2可知：使用臭氧与空气协同供气或者臭氧与氧化风机协同供气的方式的脱硫效果明显优于直接吸入空气、氧化风机及臭氧供气的单独使用的脱硫效果，臭氧与供气组合使用能实现快速脱硫。

其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (5)

1.一种氨法脱硫强制氧化方法，其特征在于：采用的氨法脱硫强制氧化装置由氧化槽(1)、射流曝气器(2)、循环泵(3)、氧化风机(4)、臭氧发生器(5)和第二吸入管(6)组成；

氧化槽(1)内设置亚硫酸铵溶液；

射流曝气器(2)位于氧化槽(1)内、且布置在氧化槽(1)底部；

循环泵(3)一端与氧化槽(1)底部连接、另一端与射流曝气器(2)下端连接；

射流曝气器(2)上端通过第一吸入管(7)分别与氧化风机(4)、臭氧发生器(5)和第二吸入管(6)连接；

氧化风机(4)、臭氧发生器(5)和第二吸入管(6)并联连接；

扰流板(2.21)设置在气液混合腔(2.2)内；

具体方法，包括如下步骤，

步骤一：首先使用臭氧与氧化风机协同供气的方式将臭氧与氧化气体的混合气体送入气液混合腔(2.2)中，SO₃ ^2-氧化率较高，脱硫效果快速达标，能耗低；

步骤二：循环泵(3)将亚硫酸铵浆液从氧化槽(1)底部吸出打入射流曝气器(2)的进液管口(2.4)；

步骤三：由循环泵(3)打出的循环浆液进入射流曝气器(2)并从射流喷嘴(2.1)喷出，利用高速水流在射流曝气器(2)的喉部产生负压,造成气液混合腔(2.2)内的真空状态，空气在压力差的作用下从第一吸入管(7)自动吸入射流曝气器(2)，在射流曝气器(2)的喉部与水流形成气水混合物并经剧烈的混合搅动，空气被粉碎成极微小的气泡，成为雾状的气水乳浊液；

经过射流曝气器(2)的扩散段时气水乳浊液由速头转变成压头，微细气泡进一步被压缩，增大空气在亚硫酸铵浆液中的溶解度，形成溶气浆液；最后溶气浆液从射流喷嘴(2.1)喷出，在氧化槽(1)中产生强烈的涡流搅拌作用，大量的氧气随细微气泡溶解至浆液中，从而完成氧的全部转移过程。

2.根据权利要求1所述的氨法脱硫强制氧化方法，其特征在于：射流曝气器(2)包括射流喷嘴(2.1)、气液混合腔(2.2)、进气管口(2.3)、进液管口(2.4)；

射流喷嘴(2.1)设置在气液混合腔(2.2)外周、且与气液混合腔(2.2)连通；

气液混合腔(2.2)上端设置进气管口(2.3)、下端设置进液管口(2.4)；

第二吸入管(6)、臭氧发生器(5)和第二吸入管(6)均通过第一吸入管(7)与进气管口(2.3)连接；循环泵(3)与进液管口(2.4)连接。

3.根据权利要求2所述的氨法脱硫强制氧化方法，其特征在于：氧化风机(4)、臭氧发生器(5)和第二吸入管(6)上均设置启闭控制开关(8)。

4.根据权利要求3所述的氨法脱硫强制氧化方法，其特征在于：射流喷嘴(2.1)呈锥形结构；

射流喷嘴(2.1)有八个；八个射流喷嘴(2.1)对称布置在气液混合腔(2.2)外周。

5.根据权利要求4所述的氨法脱硫强制氧化方法，其特征在于：扰流板(2.21)有多块；多块扰流板(2.21)安装在气液混合腔(2.2)内；

扰流板(2.21)的自由端与气液混合腔(2.2)的内壁接触。

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