CN112811454A - 一种锅炉含硫烟气和飞灰综合利用的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种锅炉含硫烟气和飞灰综合利用的系统和方法，锅炉烟道出口接至本生反应装置，本生反应装置接供水装置、反应器排气装置、硫酸收集装置的入口、碘化氢分解装置，碘化氢分解装置接碘回收装置、氢气收集装置、本生反应装置的第四入口，碘回收装置接碘供应装置，碘回收装置出口接在本生反应装置；硫酸收集装置接硫酸铝制备装置，硫酸铝制备装置接锅炉飞灰系统的出口，接硫酸铝处理装置入口，硫酸铝处理装置出口接硫酸铝储存装置、二氧化硅处理与存储装置的入口；本发明基于上述系统，利用制氢过程中产生的硫酸吸收飞灰中的三氧化二硫，同时可以产生纯度较高的二氧化硅，形成附加值较高的硫酸铝和二氧化硅，将废弃的物质资源化利用。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护与废弃物质资源化利用技术领域，具体涉及一种锅炉含硫烟气和飞灰综合利用的系统和方法。
背景技术
一般锅炉烟气的主要成分是氮气、二氧化碳、二氧化硫、水蒸气，锅炉烟气中的二氧化硫是大气主要污染源之一，二氧化碳是主要温室气体。这两种气体的减量排放是电力生产面临的主要问题。
目前锅炉烟气脱硫大多数采用的是将烟气通入碳酸钙溶液中，利用碳酸钙与二氧化硫反应生成硫酸钙和二氧化碳，这种脱硫方法脱除了锅炉烟气中的二氧化硫，但增加了温室气体二氧化碳的排放。
一般锅炉飞灰的主要成分是二氧化硅和三氧化二铝，目前锅炉飞灰主要是用来作为水泥添加料，甚至废弃填埋，其利用价值比较低。
采用硫碘循环高温水解制氢需要在850℃以上高温，将硫酸热解为二氧化硫，水、二氧化硫和碘，在常温下产生碘化氢，碘化氢在300℃以上温度分解为碘和氢气。该工艺实现的难点在于：
(1)将硫酸热解所需要的850℃的高温难以满足。
(2)硫酸是腐蚀性极强的物质，能够耐高温腐蚀的材料价格非常昂贵。
(3)热解硫酸制氢的经济性较差。
发明内容
针对目前高温水解制氢和含硫煤燃烧所存在的问题，本发明的目的在于提供了一种锅炉含硫烟气和飞灰综合利用的系统和方法，利用制氢过程中产生的硫酸吸收飞灰中的三氧化二硫，同时产生纯度较高的二氧化硅，形成附加值较高的硫酸铝和二氧化硅，将废弃的物质资源化利用。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种锅炉含硫烟气和飞灰综合利用的系统，包括锅炉脱销、除尘后的锅炉烟道1，其出口接至本生反应装置3的第一入口，本生反应装置3的第二入口接供水装置2的出口，本生反应装置3的第三出口接反应器排气装置6的入口，本生反应装置3的第一出口接硫酸收集装置4的入口，本生反应装置3的第二出口接在碘化氢分解装置5的入口，碘化氢分解装置5的第一出口接在碘回收装置8的第一入口，碘化氢分解装置5的第二出口接在氢气收集装置9的入口，碘化氢分解装置5的第三出口接在本生反应装置3的第四入口，碘回收装置8的第二入口接碘供应装置10的出口，碘回收装置8的出口接在本生反应装置3的第三入口；
硫酸收集装置4的出口接在硫酸铝制备装置11的第一入口，硫酸铝制备装置11的第二入口接锅炉飞灰系统7的出口，硫酸铝制备装置11的出口接在硫酸铝处理装置12的入口，硫酸铝处理装置12的第一出口接在硫酸铝储存装置13的入口，硫酸铝处理装置12的第二出口接在二氧化硅处理与存储装置14的入口。
所述的本生反应装置3配备有加热和冷却装置，其内部温度调整在0℃和130℃之间；其内部预装有二氧化硫、碘、水形成的溶液。
所述的碘化氢分解装置5内装有加热和冷却装置，碘化氢分解装置5内的介质的温度在250℃至600℃之间。
所述的反应器排气装置6收集经过本生反应装置3脱除二氧化硫气体的其它不溶于水的气体。
所述的碘化氢分解装置5内装有催化剂，碘化氢在该装置内部分分解为氢气和碘，氢气进入氢气收集装置9，碘进入碘回收装置8，没有分解的碘化氢返回本生反应装置3。
所述的碘供应装置10是在系统启动初期和系统缺碘后补充碘缺失的装置。
所述的硫酸铝制备装置11内装有加热和冷却装置，调节硫酸铝制备装置11内的介质的温度在80℃至130℃之间。
所述的硫酸铝处理装置12是一种过滤分离装置，通过过滤，将硫酸铝溶液收集进入硫酸铝储存装置13，将过滤的固体杂质收集进入二氧化硅处理与存储装置14中。
基于上述系统的综合利用的方法，包括以下步骤：
(1)、由供水装置2向本生反应装置3中加入水；
(2)、由碘供应装置10通过碘回收装置8向本生反应装置3中预先装入碘；
(3)、将从锅炉烟道1来的经过脱销和除尘后的烟气通入本生反应装置3中，烟气的成分包括：氮气、二氧化碳、氧气、二氧化硫；
(4)、二氧化硫、水、碘在本生反应装置3中部分发生化学反应，生成碘化氢和硫酸，硫酸进入硫酸收集装置4，碘化氢进入碘化氢分离器5；
(5)、进入碘化氢分离器5中的碘化氢，在300℃以上温度，在催化剂作用下，部分分解为氢气和碘，碘进入碘回收装置8，氢气进入氢气收集装置9，未分解的碘化氢返回到本生反应装置3中参与下一轮反应；
(6)、从本生反应装置3中排出的气体进入到反应器排气收集装置6中，其成分包括氮气、二氧化碳、氧气；
(7)、从锅炉飞灰系统7来的飞灰成分包括二氧化硅和三氧化二铝，其与从硫酸收集装置4中来的硫酸在硫酸铝制备装置11中发生反应生成硫酸铝溶液，二氧化硅与硫酸不发生反应，形成固体杂质；
(8)、从硫酸铝制备装置11中排出的混合物在硫酸铝处理装置12中过滤分离，形成的固体杂质包括二氧化硅，形成的液体包括硫酸铝溶液；
(9)、硫酸铝溶液进入到硫酸铝储存装置13中，二氧化硅进入到二氧化硅处理与存储装置14。
本发明提供的一种锅炉含硫烟气和飞灰综合利用的系统和方法，至少具有以下几方面明显的优点和技术效果：
(1)、不需要通过高温热解硫酸而获得二氧化硫，解决了高温热解制氢的难点；
(2)、制氢过程耗能较少，锅炉烟气排放温度适合于碘化氢产生温度，不需要采取额外措施，碘化氢分解所需温度，在电厂很容易得到(利用蒸汽加热)。
(3)、制氢所需原料来源于锅炉排放的带污染的废气，制氢成本少；
(4)、通过制氢脱除了烟气中的二氧化硫，而没有增加温室气体二氧化碳的排放，社会效益比较好；
(5)、利用制氢过程中产生的硫酸吸收飞灰中的三氧化二硫，同时可以产生纯度较高的二氧化硅，形成附加值较高的硫酸铝和二氧化硅，将废弃的物质资源化利用。
附图说明
图1为本发明一种锅炉含硫烟气和飞灰综合利用的系统的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做出进一步的详细说明。
参照图1，一种锅炉含硫烟气和飞灰综合利用的系统，包括锅炉脱销、除尘后的锅炉烟道1，其出口接至本生反应装置3的第一入口，本生反应装置3的第二入口接供水装置2的出口，本生反应装置3的第三出口接反应器排气装置6的入口，本生反应装置3的第一出口接硫酸收集装置4的入口，本生反应装置3的第二出口接在碘化氢分解装置5的入口，碘化氢分解装置5的第一出口接在碘回收装置8的第一入口，碘化氢分解装置5的第二出口接在氢气收集装置9的入口，碘化氢分解装置5的第三出口接在本生反应装置3的第四入口，碘回收装置8的第二入口接碘供应装置10的出口，碘回收装置8的出口接在本生反应装置3的第三入口；
硫酸收集装置4的出口接在硫酸铝制备装置11的第一入口，硫酸铝制备装置11的第二入口接锅炉飞灰系统7的出口，硫酸铝制备装置11的出口接在硫酸铝处理装置12的入口，硫酸铝处理装置12的第一出口接在硫酸铝储存装置13的入口，硫酸铝处理装置12的第二出口接在二氧化硅处理与存储装置14的入口。
所述的本生反应装置3配备有加热和冷却装置，其内部温度调整在0℃和130℃之间；其内部预装有二氧化硫、碘、水形成的溶液，二氧化硫、碘、水部分发生化学反应，生成硫酸和碘化氢，硫酸进入硫酸收集装置4，碘化氢进入碘化氢分解装置5。
所述的碘化氢分解装置5内装有加热和冷却装置，通过加热和冷却装置的工作，可以调节碘化氢分解装置5内的介质的温度在250℃至600℃之间。
所述的反应器排气装置6收集经过本生反应装置3脱除二氧化硫气体的其它不溶于水的气体，其主要成分是氮气、二氧化碳和氧气，可以另行考虑对这些气体的综合利用。
所述的碘化氢分解装置5内装有催化剂，碘化氢在该装置内部分分解为氢气和碘，氢气进入氢气收集装置9，碘进入碘回收装置8，没有分解的碘化氢返回本生反应装置3。
所述的碘供应装置10是在系统启动初期和系统缺碘后补充碘缺失的装置。
所述的硫酸铝制备装置11内装有加热和冷却装置，通过加热和冷却装置的工作，可以调节硫酸铝制备装置11内的介质的温度在80℃至130℃之间。
所述的硫酸铝处理装置12是一种过滤分离装置，通过过滤，将硫酸铝溶液收集进入硫酸铝储存装置13，将过滤的固体杂质收集进入二氧化硅处理与存储装置14中。
基于上述系统的综合利用的方法，包括以下步骤：
(1)、由供水装置2向本生反应装置3中加入水；
(2)、由碘供应装置10通过碘回收装置8向本生反应装置3中预先装入碘；
(3)、将从锅炉烟道1来的经过脱销和除尘后的烟气通入本生反应装置3中，烟气的成分包括：氮气、二氧化碳、氧气、二氧化硫；
(4)、二氧化硫、水、碘在本生反应装置3中部分发生化学反应，生成碘化氢和硫酸，硫酸进入硫酸收集装置4，碘化氢进入碘化氢分离器5；
(5)、进入碘化氢分离器5中的碘化氢，在300℃以上温度，在催化剂作用下，部分分解为氢气和碘，碘进入碘回收装置8，氢气进入氢气收集装置9，未分解的碘化氢返回到本生反应装置3中参与下一轮反应；
(6)、从本生反应装置3中排出的气体进入到反应器排气收集装置6中，其成分包括氮气、二氧化碳、氧气；
(7)、从锅炉飞灰系统7来的飞灰成分包括二氧化硅和三氧化二铝，其与从硫酸收集装置4中来的硫酸在硫酸铝制备装置11中发生反应生成硫酸铝溶液，二氧化硅与硫酸不发生反应，形成固体杂质；
(8)、从硫酸铝制备装置11中排出的混合物在硫酸铝处理装置12中过滤分离，形成的固体杂质包括二氧化硅，形成的液体包括硫酸铝溶液；
(9)、硫酸铝溶液进入到硫酸铝储存装置13中，二氧化硅进入到二氧化硅处理与存储装置14。
实施例：
某600MW锅炉烟气的体积主要占比为：氮气80.4％，二氧化碳13.1％，氧气6.3％，二氧化硫0.16％。锅炉飞灰中含有二氧化硅51％，含有三氧化二铝26％。
利用锅炉烟气中的二氧化硫制氢，可以产生12万立方米氢气，价值约120万元；可产生600吨硫酸铝，价值约60万元；可产生800多吨二氧化硅价值约400万元。经济价值可观。同时可以减少脱硫系统因消耗石灰石所产生的二氧化碳排放12万立方米，社会效益可观。
Claims (9)
1.一种锅炉含硫烟气和飞灰综合利用的系统，其特征在于，包括锅炉脱销、除尘后的锅炉烟道(1)，其出口接至本生反应装置(3)的第一入口，本生反应装置(3)的第二入口接供水装置(2)的出口，本生反应装置(3)的第三出口接反应器排气装置(6)的入口，本生反应装置(3)的第一出口接硫酸收集装置(4)的入口，本生反应装置(3)的第二出口接在碘化氢分解装置(5)的入口，碘化氢分解装置(5)的第一出口接在碘回收装置(8)的第一入口，碘化氢分解装置(5)的第二出口接在氢气收集装置(9)的入口，碘化氢分解装置(5)的第三出口接在本生反应装置(3)的第四入口，碘回收装置(8)的第二入口接碘供应装置(10)的出口，碘回收装置(8)的出口接在本生反应装置(3)的第三入口；
硫酸收集装置(4)的出口接在硫酸铝制备装置(11)的第一入口，硫酸铝制备装置(11)的第二入口接锅炉飞灰系统(7)的出口，硫酸铝制备装置(11)的出口接在硫酸铝处理装置(12)的入口，硫酸铝处理装置(12)的第一出口接在硫酸铝储存装置(13)的入口，硫酸铝处理装置(12)的第二出口接在硫酸铝储存装置(13)的入口。
2.根据权利要求1所述的一种锅炉含硫烟气和飞灰综合利用的系统，其特征在于，所述的本生反应装置(3)配备有加热和冷却装置，其内部温度调整在0℃和130℃之间；其内部预装有二氧化硫、碘、水形成的溶液。
3.根据权利要求1所述的一种锅炉含硫烟气和飞灰综合利用的系统，其特征在于，所述的碘化氢分解装置(5)内装有加热和冷却装置，碘化氢分解装置(5)内的介质的温度在250℃至600℃之间。
4.根据权利要求1所述的一种锅炉含硫烟气和飞灰综合利用的系统，其特征在于，所述的反应器排气装置(6)收集经过本生反应装置(3)脱除二氧化硫气体的其它不溶于水的气体。
5.根据权利要求1所述的一种锅炉含硫烟气和飞灰综合利用的系统，其特征在于，所述的碘化氢分解装置(5)内装有催化剂，碘化氢在该装置内部分分解为氢气和碘，氢气进入氢气收集装置(9)，碘进入碘回收装置(8)，没有分解的碘化氢返回本生反应装置(3)。
6.根据权利要求1所述的一种锅炉含硫烟气和飞灰综合利用的系统，其特征在于，所述的碘供应装置(10)是在系统启动初期和系统缺碘后补充碘缺失的装置。
7.根据权利要求1所述的一种锅炉含硫烟气和飞灰综合利用的系统，其特征在于，所述的硫酸铝制备装置(11)内装有加热和冷却装置，调节硫酸铝制备装置(11)内的介质的温度在80℃至130℃之间。
8.根据权利要求1所述的一种锅炉含硫烟气和飞灰综合利用的系统，其特征在于，所述的硫酸铝处理装置(12)是一种过滤分离装置，通过过滤，将硫酸铝溶液收集进入硫酸铝储存装置(13)，将过滤的固体杂质收集进入二氧化硅处理与存储装置(14)中。
9.根据权利要求1-8所述的一种锅炉含硫烟气和飞灰综合利用的系统的综合利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、由供水装置(2)向本生反应装置(3)中加入水；
(2)、由碘供应装置(10)通过碘回收装置(8)向本生反应装置(3)中预先装入碘；
(3)、将从锅炉烟道(1)来的经过脱销和除尘后的烟气通入本生反应装置(3)中，烟气的成分包括：氮气、二氧化碳、氧气、二氧化硫；
(4)、二氧化硫、水、碘在本生反应装置(3)中部分发生化学反应，生成碘化氢和硫酸，硫酸进入硫酸收集装置(4)，碘化氢进入碘化氢分离器(5)；
(5)、进入碘化氢分离器(5)中的碘化氢，在300℃以上温度，在催化剂作用下，部分分解为氢气和碘，碘进入碘回收装置(8)，氢气进入氢气收集装置(9)，未分解的碘化氢返回到本生反应装置(3)中参与下一轮反应；
(6)、从本生反应装置(3)中排出的气体进入到反应器排气收集装置(6)中，其成分包括氮气、二氧化碳、氧气；
(7)、从锅炉飞灰系统(7)来的飞灰成分包括二氧化硅和三氧化二铝，其与从硫酸收集装置(4)中来的硫酸在硫酸铝制备装置(11)中发生反应生成硫酸铝溶液，二氧化硅与硫酸不发生反应，形成固体杂质；
(8)、从硫酸铝制备装置(11)中排出的混合物在硫酸铝处理装置(12)中过滤分离，形成的固体杂质包括二氧化硅，形成的液体包括硫酸铝溶液；
(9)、硫酸铝溶液进入到硫酸铝储存装置(13)中，二氧化硅进入到二氧化硅处理与存储装置(14)。
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