CN201135851Y - 氨法脱除电站烟气中二氧化碳的系统 - Google Patents

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Abstract

一种氨法脱除电站烟气中二氧化碳的系统。该系统包括自下而上设有一级喷淋装置、二级喷淋装置和除雾装置的二氧化碳吸收塔,一、二级喷淋装置分别通过一、二级浆液循环泵与沉淀池上部和中部相连,且一级喷淋装置进口处设有氨水补给装置,沉淀池底部则通过稠厚液循环泵与旋流分离器、离心器和干燥器串联。该系统特别适于处理流量大、二氧化碳浓度低的电站烟气,并可获得碳酸氢铵化肥。

Description

氨法脱除电站烟气中二氧化碳的系统 技术领域
本实用新型涉及对燃煤电站锅炉尾部烟气的净化处理技术,具体地指 一种氨法脱除电站烟气中二氧化碳的系统。
背景技术
大气温室效应是人类所面临的最主要环境问题之一。二氧化碳是主要 的温室气体,火电厂是二氧化碳的集中排放源,其二氧化碳排放量约占人
类活动引起的二氧化碳总排放量的30%。 一个600MW的火电厂每小时排 放的二氧化碳量可达500吨。因此,为了减少大气中的二氧化碳含量,首 要的是减少电站锅炉尾部烟气向大气排放的二氧化碳量。
目前,针对二氧化碳治理的方法大致可以分为物理方法和化学方法两 大类。物理方法主要包括溶剂吸收法、吸附分离法、薄膜渗透法以及低温 蒸馏法等。化学方法主要指化学吸收法,其原理是使二氧化碳气体与化学 溶剂发生化学反应而被吸收。科技人员研究发现,利用氮水作为二氧化碳 气体的吸收剂具有独特的优越性,氨水与二氧化碳发生化学反应生成碳酸 氢铵,这样可以将脱除二氧化碳与生产碳酸氢铵化肥有机地结合起来。但 目前有关氨水吸收脱除烟气中二氧化碳的研究工作仍然处于小规模、实验 性阶段,据相关报导:台湾国立交通大学的BaiH.教授采用半连续法氨水鼓 泡吸收二氧化碳模拟烟气,美国能源部的Yeh J.T.教授等也研究了烟道气中 其它成份对氨水鼓泡吸收二氧化碳的影响。由于采用鼓泡法吸收烟气中二 氧化碳时氨水是不流动的,造成氨水与烟气的有效接触面积较小,同时由 于烟气中二氧化碳的浓度较低,常压下二氧化碳不易溶解等原因,该方法 反应时间很长、吸收效率太低,只能适应于二氧化碳浓度较高、烟气流量 不大的场合,离实际应用还有很大的差距。英国爱丁堡大学ScottS.教授等 采用氨水喷洒填料塔吸收二氧化碳并生成碳酸氢铵,该方法虽然可使氨水 与二氧化碳的有效接触面积增大,但其反应所生成的碳酸氢铵溶液在浓度
较大时常有结晶颗粒出现,很容易造成吸收塔内的填料层堵塞,导致吸收 塔无法正常工作,因而仍然不适合于在实际中应用。
电站锅炉尾部烟气有其特殊性, 一是其二氧化碳浓度偏低,二是其烟气流量巨大。经检测各种类型的电站锅炉尾部烟气,其二氧化碳浓度约为
10~15%。以一个600MW的发电厂为例,其锅炉尾部烟气排放量约 2000000Nm3/h。由于上述氨水鼓泡和填料吸收方式的固有缺点和电站锅炉 尾部烟气的特殊性,使其很难达到有效脱除烟气中二氧化碳的目的。
发明内容
本实用新型的目的就是要提供一种氨法脱除电站烟气中二氧化碳的系 统。采用该系统能够完全适应电站锅炉尾部烟气流量巨大、二氧化碳浓度 低的特点,有效提高烟气中二氧化碳脱除率,并且其工艺流程简单、系统 结构简化、投资及运行成本低廉,还可以获得副产品碳酸氢铵化肥。
为实现上述目的,本实用新型所设计的氨法脱除电站烟气中二氧化碳 的系统,包括通过管道相连的二氧化碳吸收塔、旋流分离器、离心机和干 燥器,所述二氧化碳吸收塔为无填料的空塔结构,其下部烟气进口和顶部 烟气出口之间自下而上依次设置有一级喷淋装置、二级喷淋装置和除雾装 置,以采用空塔喷淋的形式完成氨水与二氧化碳的反应过程,其底部设置 有沉淀池。所述沉淀池的上部通过外置的一级浆液循环泵与一级喷淋装置 相连, 一级喷淋装置的进口处还设置有氨水补给装置,此处是整个系统补 充氨水的唯一地点。所述沉淀池的中部通过外置的二级浆液循环泵与二级 喷淋装置相连。所述沉淀池的底部通过外置的稠厚液循环泵与旋流分离器 的进口相连,旋流分离器的沉淀物出口与离心器的进口相连,离心器的固 态物出口与干燥器相连。由此,在脱除烟气中二氧化碳的同时,还可实现 对其副产品的连续加工处理,将其分离、脱水、干燥后,直接变成可库存 的碳酸氢铵化肥。
上述一级喷淋装置和二级喷淋装置最好设计有3〜5个喷淋层。这样, 一方面可以通过一级喷淋装置保证烟气中的二氧化碳与喷淋状态下的氨水 吸收剂浆液具有最大的接触面积,能够充分完全地发生化学反应而被吸收, 另一方面可以通过二级喷淋装置使反应生成的碳酸氢铵溶液自上而下穿过 整个喷淋吸收区,通过烟气的蒸发作用使部分碳酸氢铵结晶后回到沉淀池 中,便于后续工艺处理成碳酸氢铵化肥。
上述除雾装置最好采用组合除雾装置,由上、下层除雾滤网和位于上、 下层除雾滤网之间的清洗喷淋机构构成。这样可使除雾装置的叶片始终保 持清洁,确保除雾装置高效运行,最大程度地除去烟气中携带酸雾液滴, 使排放的烟气更加洁净。上述旋流分离器的母液出口和离心器的母液出口均与二氧化碳吸收塔 上的回液口相连,这样可以将分离出来的母液重新返回到二氧化碳吸收塔 底部的沉淀池中进行循环,实现脱碳产物的无害化和资源化利用。
本实用新型与现有技术相比具有以下突出效果:
其一,采用空塔结构的二氧化碳吸收塔,通过氨水吸收剂不间断循环 喷淋的方式处理烟气中的二氧化碳,可以使氨水与二氧化碳在无任何障碍 的有限空间内产生强烈的气液逆向湍流,既能大幅增加氨水与二氧化碳的 接触面积,又可避免因设置填料层而产生的堵塞现象,从而可以有效克服 现有氨水鼓泡和填料吸收方式的固有缺陷,其二氧化碳脱除效率可达95% 以上,特别适合于处理二氧化碳浓度低、烟气流量大的燃煤电站锅炉尾部 烟气。
其二,在空塔结构的二氧化碳吸收塔中设置两级循环喷淋装置,每级
循环喷淋装置釆用3~5个喷淋层组合而成,其中一级循环喷淋装置的主要 作用是吸收烟气中的二氧化碳气体,二级循环喷淋装置除具有一级循环喷 淋装置的功效外,还可以通过烟气的蒸发作用使饱和的碳酸氢铵溶液生成 部分碳酸氢铵结晶体。这样,所设计的吸收塔不仅具有较高的二氧化碳吸 收效率,而且可以使副产品碳酸氢铵在吸收塔内直接结晶,使吸收塔融多 种功能于一体。同时,通过稠厚液循环泵将二氧化碳吸收塔和碳酸氢铵的 分离、脱水、干燥装置有机地组合成一个完整的工艺体系,既简化了工艺 流程和系统结构,又大幅降低了设备的投资和运行费用。
其三,利用电站锅炉尾部烟气变废为宝,在有效减少二氧化碳温室气 体排放的同时获得副产品碳酸氢铵化肥,既有利于大气环境污染的综合治 理,又有利于循环经济的良性发展,可实现电站锅炉尾部烟气的无害化和 资源化利用,特别符合我国作为农业大国的国情。
附图说明
附图为与传统烟气脱硫系统相结合的氨法脱除电站烟气中二氧化碳的 系统的结构原理示意图。
具体实施方式
以下针对一台电站锅炉机组所排放的烟气,结合附图对本实用新型作
进一步的详细描述:
图中所示传统烟气脱硫系统采用石灰石吸收剂脱硫,它包括电除尘器
1,电除尘器l的出烟口依次通过增压风机2、烟气换热器3与脱硫反应塔4的进烟口相连,脱硫反应塔4的出烟口分为两路, 一路直接通过烟气换热 器3与烟囱21相连,另一路依次通过烟气旁路挡板20、加压风机19、冷 却器18与二氧化碳吸收塔7的下部烟气进口相连。
图中所示本实用新型氨法脱除电站烟气中二氧化碳的系统,它包括通 过管道相连的二氧化碳吸收塔7、旋流分离器15、离心机14和干燥器13。 二氧化碳吸收塔7为无填料的空塔结构,其下部烟气进口和顶部烟气出口 之间自下而上依次设置有一级喷淋装置5、 二级喷淋装置6和除雾装置17, 其底部设置有沉淀池8。 一级喷淋装置5和二级喷淋装置6均具有3~5个喷 淋层,以确保氨水吸收剂浆液与烟气中的二氧化碳充分接触。除雾装置17 可选用组合除雾装置,由上、下层除雾滤网和位于上、下层除雾滤网之间 的清洗喷淋机构16构成,以完全清除烟气中的酸雾。沉淀池8的上部通过 一级衆液循环泵9与一级喷淋装置5相连, 一级喷淋装置5的进口处设置 有氨水补给装置12。沉淀池8的中部通过二级浆液循环泵11与二级喷淋装 置6相连。沉淀池8的底部通过稠厚液循环泵10与旋流分离器15的进口 相连,旋流分离器15的沉淀物出口与离心器14的进口相连,离心器14的 固态物出口与干燥器13相连。旋流分离器15的母液出口和离心器14的母 液出口均与二氧化碳吸收塔7上的回液口相连,使分离出来的母液重新返 回到二氧化碳吸收塔7中进行循环。
本实用新型的工作过程如下:电站锅炉尾部烟气经电除尘器1除尘后, 由增压风机2升压至4000Pa左右,再通过烟气换热器3进入脱硫反应塔4 中进行烟气脱硫,从脱硫反应塔4出来的烟气温度约为5(TC、压力约为 900Pa,烟气中的SO2含量小于160mg/m3、 S03含量小于70mg/m3。脱硫后 的烟气约70%经过烟气换热器3去烟囱21排出,其余部分烟气经过烟气旁 路挡板20进入加压风机19,升压至2200〜2500Pa,再经过冷却器18冷却 至25~35°C,从二氧化碳吸收塔7的下部烟气进口进入塔中。
在二氧化碳吸收塔7内部的循环中, 一级浆液循环泵9从沉淀池8的 上部抽吸碳酸氢铵浆液混合物,输送到一级喷淋装置5中,氨水吸收剂也 通过氨水补给装置12同步输送到一级喷淋装置5中,保持氨水与烟气中二 氧化碳的摩尔比为1.1~1.3,从一级喷淋装置5喷射出的混合浆液与烟气中 的二氧化碳气液两相逆向接触,发生充分的化学反应生成碳酸氢铵,最后 回落到沉淀池8中。二级浆液循环泵11从沉淀池8的中部抽吸碳酸氢铵浆 液混合物,输送到二级喷淋装置6中,从二级喷淋装置6喷射出的混合浆液经过整个吸收喷淋段,不仅与二氧化碳发生化学反应,还通过烟气的蒸
发作用使其中的部分碳酸氢铵变成结晶体,最后也回落到沉淀池8中。
被氨水吸收了二氧化碳的烟气继续向上流动,经过二氧化碳吸收塔7 顶部的除雾装置17脱除酸雾,除雾装置17配置有清洗喷淋机构16,可使 除雾装置的叶片清洁,保证除雾效果良好。脱除酸雾的清洁烟气可直接排 入大气。
累积到沉淀池8底部的浓稠碳酸氢铵桨液则被稠厚液循环泵10抽吸出 来,输送到旋流分离器15中,旋流分离器15所分离出来固含量20〜40%的 碳酸氢铵浆液进入离心机14中,离心机14进一步分离该碳酸氢铵浆液, 得到固体碳酸氢铵,旋流分离器15与离心机14所分离出来的母液则返回 到沉淀池8中进行再循环,固体碳酸氢铵被送入干燥器13中,经干燥处理 成为可库存的碳酸氢铵化肥。

Claims (5)

1、一种氨法脱除电站烟气中二氧化碳的系统,包括通过管道相连的二氧化碳吸收塔(7)、旋流分离器(15)、离心机(14)和干燥器(13),其特征在于:所述二氧化碳吸收塔(7)为无填料的空塔结构,其下部烟气进口和顶部烟气出口之间自下而上依次设置有一级喷淋装置(5)、二级喷淋装置(6)和除雾装置(17),其底部设置有沉淀池(8);所述沉淀池(8)的上部通过外置的一级浆液循环泵(9)与一级喷淋装置(5)相连,一级喷淋装置(5)的进口处还设置有氨水补给装置(12);所述沉淀池(8)的中部通过外置的二级浆液循环泵(11)与二级喷淋装置(6)相连;所述沉淀池(8)的底部通过外置的稠厚液循环泵(10)与旋流分离器(15)的进口相连,旋流分离器(15)的沉淀物出口与离心器(14)的进口相连,离心器(14)的固态物出口与干燥器(13)相连。
2、 根据权利要求l所述的氨法脱除电站烟气中二氧化碳的系统,其特 征在于:所说的一级喷淋装置(5)和二级喷淋装置(6)均具有3〜5个喷 淋层。
3、 根据权利要求1或2所述的氨法脱除电站烟气中二氧化碳的系统, 其特征在于:所说的旋流分离器(15)的母液出口和离心器(14)的母液 出口均与二氧化碳吸收塔(7)上的回液口相连。
4、 根据权利要求1或2所述的氨法脱除电站烟气中二氧化碳的系统, 其特征在于:所说的除雾装置(17)采用组合除雾装置,由上、下层除雾 滤网和位于上、下层除雾滤网之间的清洗喷淋机构(16)构成。
5、 根据权利要求3所述的氨法脱除电站烟气中二氧化碳的系统,其特 征在于:所说的除雾装置(17)采用组合除雾装置,由上、下层除雾滤网 和位于上、下层除雾滤网之间的清洗喷淋机构(16)构成。
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