CN201930705U - 一种双塔氨法脱硫装置 - Google Patents

Abstract

本专利公开了一种双塔氨法脱硫装置，包括一个脱硫吸收塔、设置在所述脱硫吸收塔底部的浓缩泵和结晶泵，所述脱硫吸收塔内由上至下分为用来喷淋含氨吸收液的喷淋吸收段和用来冷却硫酸铵溶液的冷却浓缩段，所述脱硫装置还包括用于将亚硫酸铵溶液氧化浓缩成硫酸铵溶液的氧化塔，所述氧化塔通过管路与所述脱硫吸收塔连接，所述脱硫吸收塔内在所述喷淋吸收段内设有喷淋层，所述氧化塔通过一级循环泵和二级循环泵与所述脱硫吸收塔的喷淋层相连接。该脱硫装置中的脱硫吸收塔和氧化塔为核心装置，具有多功能复合，吸收效率高，氧化与浓缩结晶联合高效运行的优点。

Description

一种双塔氨法脱硫装置

技术领域

本实用新型属于环保设备技术领域，涉及燃煤火电、燃煤锅炉、钢铁烧结机、有色冶金和化工建材领域的烟气脱硫技术领域，尤其涉及一种用于对烟气中的二氧化硫进行脱除和回收处理的双塔氨法脱硫装置。

背景技术

我国的工业化和经济建设快速发展，随之带来的工业烟气中SO₂的污染问题日益严重，造成严重的酸雨危害。虽然经过“十一五”期间大规模的烟气脱硫工程建设，我国的烟气脱硫能力和装机容量已跃居世界第一位，但是，截止2010年，我国每年向大气中排放的SO₂依然超过2000万吨，并且随着我国经济发展对能源和资源的需求，排放源继续增加，排放到大气中的SO₂仍然超出了大气自净的能力。因此，在“十二五”和之后更长的时间里，我国控制SO₂排放和节能减排的任务仍然很重，有着较大的脱硫市场。在“十一五”期间，我国是工程减排为主，到“十二五”期间，将逐步转变到结构减排发力，但是工程减排依然是重要的不可或缺的减排方式。

我国的一次能源以煤为主，燃煤火电、燃煤锅炉向大气中排放了大量的SO₂，其他行业如化工、钢铁、有色冶金、建材等行业也向大气中排放了较多的SO₂，造成大气硫污染严重。同时，我国贫硫，每年花费巨资从国外进口大量硫磺；即使新建成的回收和生产的硫磺的企业在近几年投产，但是依然不能满足国内硫磺的用量。我国是农业大国，每年需要大量化肥，其中，硫酸铵是一种有价值的肥料。建设资源节约型、环境友好型的社会，大力发展绿色经济、循环经济，是我国现阶段发展必须面对的问题。坚持推动科学发展，加快转变经济发展方式，积极调整经济和产业结构，大力提高自主创新能力，大力发展战略性新兴产业，是我国经济社会发展到现阶段提高综合国力，实现可持续发展的必然选择。因此，进一步审视我国烟气脱硫行业的发展，积极开发新技术，优化技术种类和工程投运比例，是我国烟气脱硫行业面对的新课题。

我国目前的烟气脱硫脱采用石灰/石灰石-石膏湿法技术，该技术虽然实现了大型化，但是具有结垢堵塞、副产物石膏难以处理、排放CO₂等问题，并且我国是天然石膏生产大国，堆放的脱硫石膏造成二次污染。氨法脱硫是一种可以回收硫资源的资源化烟气脱硫技术，以其脱硫高效、副产硫酸铵化肥、占地面积小、投资相对小等优点，适合我国国情，得到了关注和广泛的应用，正在国内实现技术进步和加快推广应用。

传统氨法脱硫装置中，常用的方案有脱硫吸收塔由吸收段、浓缩段和氧化结晶段一体化的单塔设计模式；脱硫吸收塔由氧化段和吸收段一体化，而浓缩段单独成塔的双塔设计模式。在单塔设计模式下，浓缩段与氧化段之间有一块隔板，浓缩段浆液浓度大，隔板处浆液流速低，容易造成固体堵塞现象，浓缩段的硫酸铵浆液通常靠重力及设备高差自流回循环槽，也往往会形成管道内的固体堵塞现象，影响装置正常运行。在采用吸收段、氧化段一体化（吸收塔）与浓缩段（浓缩塔）分离的双塔设计模式虽然解决了堵塞问题，但是由于增加了吸收塔与浓缩塔之间的连接烟道，使烟道系统更加复杂，造成了投资及系统阻力的增大。

申请号200910068756.9，公开号CN 10159600A，名称为利用高位势能的氨法脱硫工艺及装置的中国实用新型专利中，硫酸铵浆液直接进入脱硫吸收塔底部的浆液池，避免了固体堵塞，位于脱硫吸收塔外部的氧化连通器内设有氧化分布器和氧化气导流板，延长了氧化时间，提高了吸收液的氧化效果，但其反应液完全依靠势能，速度慢，且氧气浓度不均，氧化效率低。

发明内容

针对现有氨法脱硫装置中，氧化连通器中氧化反应速度慢，且氧气浓度不均，氧化效率低的不足，本实用新型的目的是提供一种双塔氨法脱硫装置，该工艺具有流程简单，脱硫率高，运行稳定，检修方便，投资少的特点，该脱硫装置中的脱硫吸收塔和氧化塔为核心装置，具有多功能复合，

吸收效率高，氧化与浓缩结晶联合高效运行的优点。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种双塔氨法脱硫装置，包括一个脱硫吸收塔、设置在所述脱硫吸收塔底部的浓缩泵和结晶泵，所述脱硫吸收塔内由上至下分为用来喷淋含氨吸收液的喷淋吸收段和用来冷却硫酸铵溶液的冷却浓缩段，所述脱硫装置还包括用于将亚硫酸铵溶液氧化浓缩成硫酸铵溶液的氧化塔，所述氧化塔通过管路与所述脱硫吸收塔连接，所述脱硫吸收塔内在所述喷淋吸收段内设有喷淋层，所述氧化塔通过一级循环泵和二级循环泵与所述脱硫吸收塔的喷淋层相连接。

进一步地，它还包括一搅拌器，所述搅拌器设置于所述脱硫吸收塔的冷却浓缩段的下部。

进一步地，所述脱硫吸收塔在所述喷淋吸收段内设置有位于所述喷淋层上方的填料层。

进一步地，所述脱硫吸收塔在所述喷淋吸收段内设置有位于所述填料层上方的除雾区，所述除雾区包括一除雾器。

进一步地，所述喷淋层分为一级喷淋层和二级喷淋层，所述一级喷淋层由1至4层喷淋装置组成，所述二级喷淋层由1至3层喷淋装置组成，所述一级喷淋层与一级循环泵连接，所述二级喷淋层和二级循环泵连接。

进一步地，所述氧化塔内设有曝气管，所述曝气管与向所述氧化塔内输送氧气的风机连接。

进一步地，所述氧化塔内还设有用于将从所述脱硫吸收塔内回流的亚硫酸氢铵均匀分布的回流液分布器以及设置在所述回流液分布器下方用于强化氧化的气液混合器。

进一步地，所述脱硫吸收塔的冷却浓缩段的上部还设有一液氨注入管，所述氧化塔上部也设有一液氨注入管。

本专利中，烟气运行路线如下：烟气经过烟气系统后，在脱硫吸收塔的冷却浓缩段的中上部进入脱硫吸收塔，与塔内的氨水溶液和亚硫酸铵溶液发生反应；其中，与氨水溶液反应生成亚硫酸铵，与亚硫酸铵溶液反应生成亚硫酸氢铵；烟气中的SO₂被脱除后，烟气中的SO₂浓度减少，烟气进一步向上流动，通过冷却浓缩段与喷淋吸收段间的气帽进入脱硫吸收塔的上段，即喷淋吸收段，进一步与溶液中的氨水和亚硫酸氨反应，生成亚硫酸氢铵，烟气得到进一步净化；在喷淋吸收段，烟气依次经过一级喷淋层和二级喷淋层，SO₂被除去，然后继续向上经过填料层和除雾区，除去烟气中的氨雾、亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的雾气，从吸收塔上端的烟气出口区排出，经过引风机，排入大气。

吸收液循环路线如下：脱硫吸收塔上段喷淋吸收段的吸收液，经过吸收SO₂并反应，生成了大量的亚硫酸氢铵，经过管路送入氧化塔进行氧化，在氧化塔内经过氨还原后，更易氧化；氧化塔氧化后，一部分溶液经过一级循环泵进入喷淋吸收段的一级喷淋层，主要为亚硫酸铵溶液；另一部分溶液经过二级循环泵进入喷淋吸收段的二级喷淋层，主要为硫酸铵溶液。

硫酸铵溶液和硫酸铵成品路线如下：脱硫吸收塔中的溶液经过与烟气中的SO₂反应，在氧化塔中积累了高浓度的硫酸铵溶液，依靠自重，经过管路，把氧化塔内含硫酸铵浓度较高的溶液回流入脱硫吸收塔下段的冷却浓缩段，经浓缩泵送入脱硫吸收塔的冷却浓缩段上部进行浓缩结晶；脱硫吸收塔下段的冷却浓缩段底部的硫酸铵浆液经过结晶泵送入硫酸铵生产系统生产硫酸铵成品。

本实用新型专利的主要工艺特点及流程如下：

本专利为双塔设计的氨法脱硫工艺，整个脱硫系统分为脱硫吸收塔和氧化塔。脱硫吸收塔分为两段，上部为脱硫吸收塔喷淋吸收段，下部为脱硫吸收塔冷却浓缩段。脱硫吸收塔冷却浓缩段的主要功能是将进入脱硫吸收塔内的高温烟气绝热蒸发降温，同时将稀硫酸铵提浓形成一定固含率的硫酸铵浆液。脱硫吸收塔喷淋吸收段的主要功能是利用吸收液中的亚硫酸铵吸收烟气中的二氧化硫，达到脱硫效果，同时除去吸收后烟气中的水雾。

从原烟道来的原烟气，进入脱硫吸收塔冷却浓缩段，经与由脱硫吸收塔冷却浓缩段底部设置的浓缩泵来的硫酸铵浆液降温后进入脱硫吸收塔喷淋吸收段。原烟气与由一级循环泵带来的主要成分为亚硫酸铵溶液从脱硫吸收塔内一级喷淋层内进行吸收净化反应，二级循环泵带来的主要成分为硫酸铵溶液从二级喷淋层喷入，起到减少氨逃逸现象的发生。净化后的烟气流经设置在脱硫吸收塔内的一段填料层，减少了氨的逃逸，最后经除雾区除雾由烟囱排入大气。

与烟气中SO₂反应后的浆液含有大量的亚硫酸氢铵，依靠自身重力从氧化塔内部的回流液分布器均匀的回流入氧化塔中，用氧化风机送入的空气经曝气管进行强制氧化，氧化塔内设计的气液混合器起到强化氧化效率的功能，氧化后的大部分吸收液经补氨后继续参加吸收反应，另一部分回流至脱硫吸收塔冷却浓缩段底部，经浓缩泵送入脱硫吸收塔冷却浓缩段上部进行浓缩结晶。脱硫吸收塔底部的硫酸铵浆液经结晶泵送入硫酸铵生产系统。为了防止脱硫吸收塔冷却浓缩段底部浆液的沉降积聚，在脱硫吸收塔侧壁设计有一套侧进式搅拌器，防止脱硫吸收塔底部出现浆泥沉积的现象。

本专利的效果在于：

1）本装置浓缩后的硫酸铵浆液直接进入脱硫吸收塔底部的浆液池，取消了硫酸铵浆液自流管，避免了固体堵塞的问题，保证了装置正常运行。

2）本装置延长了浓缩后的硫酸铵浆液在脱硫吸收塔内的停留时间，增加了硫酸铵颗粒长大的机会。

3）本装置采用双塔结构，单独设置氧化塔将亚硫酸铵溶液氧化浓缩成硫酸铵溶液，由于不在脱硫吸收塔内进行氧化，因此采用的脱硫吸收塔高度较低，降低了循环泵的扬程和能耗。

4）本装置氧化塔中设计有气液混合器，补充的NH₃随着氧气与氧化塔内溶液中的亚硫酸氢铵反应接触更加均匀，不易产生局部浓度偏大现象，使吸收液中亚硫酸氢铵浓度大幅降低，亚硫酸铵浓度增加，提高了脱硫效率，同时由于亚硫酸氢铵稳定性比硫酸铵稳定性差，也减少了吸收塔内亚硫酸氢铵的分解，减少氨逃逸现象。

5）本装置在工程应用中进出口烟道连接都在脱硫吸收塔上，减小了系统阻力且简单可靠。

采用本工艺流程和装置，能够高效吸收烟气中的SO₂，生产得到高品质的硫酸铵产品，出口烟气中逸出氨少，硫酸铵及亚硫酸铵气溶胶含量低，节省设备投资与运行费用，具有较大的工程应用和产业化价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明；

图1为本实用新型的装置结构及工艺流程示意图；

图中标号说明：

1-脱硫吸收塔     2-冷却浓缩段      3-喷淋吸收段      4- 氧化塔

5-结晶泵    6-风机    7-一级循环泵    8-二级循环泵    9-浓缩泵

21-原烟气入口    22-搅拌器     31-净烟气出口    32-一级喷淋层

33-二级喷淋层    34-填料层       35-除雾区

41-曝气管        42-气液混合器   43-回流液分布器

具体实施方式

结合图1说明本实用新型的双塔氨法脱硫装置，脱硫装置分为脱硫吸收塔1和氧化塔4，脱硫吸收塔1从下至上依次为冷却浓缩段2和喷淋吸收段3，两者之间通过内构件分隔开，并通过气帽进行连接。冷却浓缩段2上部设置原烟气入口21，喷淋吸收段3上部设置净烟气出口31。冷却浓缩段2的主要功能是将进入脱硫吸收塔1内的高温烟气绝热蒸发降温，同时将稀硫酸铵提浓形成一定固含率的硫酸铵浆液。喷淋吸收段3的主要功能是利用吸收液中的亚硫酸铵吸收烟气中的SO₂，达到脱硫效果，同时除去吸收后烟气中的水雾。

冷却浓缩段2为一个区。喷淋吸收段3分为五个区，从下至上依次为吸收区、一级喷淋层32、二级喷淋层33、填料层34和除雾区35，各区之间仅有供烟气通过的气帽。一级喷淋层32由1～4层喷淋装置组成，烟气与液氨、亚硫酸铵反应，进行脱硫吸收，一级喷淋层32内主要为一级循环泵7带来的亚硫酸铵溶液，是除去SO₂的主要反应空间，生成亚硫酸氢铵。二级喷淋层33由1～3层喷淋装置组成，吸收液中以亚硫酸铵与烟气中残余的SO₂反应为主，继续脱硫，二级喷淋层33内主要是二级循环泵8带来的硫酸铵溶液，在继续反应脱硫的同时，主要起到减少氨逃逸的作用。一级喷淋层32和二级喷淋层33的接口与除雾区35中的上层除雾器冲洗水管和下层除雾器冲洗水管相连，大幅降低逸氨率。各区分别完成烟气中SO₂的初次吸收、二次吸收和吸收液雾滴的去除。装置中吸收液和硫酸铵液的循环与输送通过一级循环泵7、二级循环泵8、浓缩泵9和结晶泵5完成。脱硫吸收塔1还包括注氨管，将液氨从一级喷淋层32的下部和冷却浓缩段2的上部注入。

冷却浓缩段2下部的侧壁设有一套侧进式搅拌器22，防止脱硫吸收塔1底部出现浆泥沉积的现象。冷却浓缩段2中，液氨注入后与亚硫酸氢铵反应，还原亚硫酸氢铵为亚硫酸铵。同时，在氧化塔4内氧化生成的硫酸铵溶液通过管路流入脱硫吸收塔1下段的冷却浓缩段2，经过降温冷却和浓缩沉淀，在底部沉积为高浓度硫酸铵溶液，并有部分硫酸铵结晶析出。冷却浓缩段的溶液，经过浓缩段进行循环，实现溶液进一步浓缩，硫酸铵溶液通过排出管和循环泵排出，一部分进入循环，另一部分进入硫酸铵生产工序，生产硫酸铵产品。从而在一个吸收复合塔内完成烟气中SO₂的吸收、亚硫酸铵和亚硫酸氢铵溶液的转化与再生、硫酸铵溶液冷却浓缩和除去吸收液雾滴的多个功能。

氧化塔4为气液接触反应器，内部设置曝气管41、气液混合器42和回流液分布器43，通过风机6将氧化空气通入氧化塔4，在催化作用下，亚硫酸铵溶液被氧化成硫酸铵溶液。氧化塔4设置注氨管，注入液氨或氨水，将亚硫酸铵溶液还原，促进氧化和抑制亚硫酸钠氢铵的分解和氨逃逸；氧化塔4与多个管路接口连接，实现物料流动和交换的功能。在底部连接有氧化空气管、溶液排出管，通入氧化空气和排出溶液循环进入脱硫吸收塔1，在中部连接有脱硫吸收塔1的溶液进入管和溶液排出管，主要将浓硫酸铵溶液进入和排出脱硫吸收塔1，在氧化塔4顶部连接有溶液入口管，从脱硫吸收塔1流出的溶液进入氧化塔4。

再结合图1说明本实用新型的双塔氨法脱硫工艺流程，从原烟气入口21进入的烟气，进入脱硫吸收塔1的冷却浓缩段2，与由底部设置的浓缩泵9引入的硫酸铵浆液共同降温后进入喷淋吸收段3的吸收区。烟气与由一级循环泵7带来的主要成分为亚硫酸铵的溶液在一级喷淋层32内进行吸收净化反应，二级循环泵8带来的主要成分为硫酸铵的溶液从二级喷淋层33喷入，起到减少氨逃逸现象的发生。净化后的烟气流经填料层34，进一步减少了氨的逃逸，最后经除雾区35除雾后由净烟气出口31排入大气。与烟气中SO₂反应后的浆液含有大量的亚硫酸氢铵，依靠自身重力从氧化塔4内部的回流液分布器43均匀回流入氧化塔4中，由风机6送入的空气经曝气管41进行强制氧化，气液混合器42起到强化氧化效率的功能，氧化后的大部分吸收液经补氨后继续参加吸收反应，另一部分回流至脱硫吸收塔1冷却浓缩段2的底部，经浓缩泵9送入冷却浓缩段2上部进行浓缩结晶。冷却浓缩段2底部的硫酸铵浆液经结晶泵5送入硫酸铵生产系统。

实施例如下：将来自锅炉温度为120℃的烟气100×10⁴Nm³/h，烟气中SO₂浓度为2000ppm，烟气进入脱硫吸收塔后，与吸收液接触，开始降温，并发生一部分反应；烟气进一步上升，从冷却浓缩段进入上段的喷淋吸收段，在喷淋吸收段烟气温度降至60℃～70℃左右，与吸收液中的亚硫酸铵反应，生成亚硫酸氢铵；烟气进一步上升经过一级喷淋层，继续反应，烟气中的SO₂进一步脱除；到经过第二喷淋层时，烟气中的SO₂脱除率已基本达到设计要求；烟气继续经过填料层和除雾区，通过烟气出口。

脱硫吸收塔喷淋吸收段的吸收液，与烟气中的SO₂反应后，经过管路流入氧化塔。在与烟气中SO₂反应后的浆液含有大量的亚硫酸氢铵，依靠自身重力从氧化塔内部的回流液分布器均匀的回流入氧化塔中，用氧化风机送入的空气经曝气管进行强制氧化，氧化塔内设置的气液混合器起到强化氧化效率的功能，氧化后的大部分吸收液经补氨后继续参加吸收反应，另一部分回流至脱硫塔冷却浓缩段底部，经浓缩泵送入脱硫塔冷却浓缩段上部进行浓缩结晶。脱硫塔底部的硫酸铵浆液经结晶泵送入硫酸铵生产系统。

本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了使本领域技术人员能够更好的理解本专利内容，不应理解为是对本专利保护范围的限制，只要是根据本专利所揭示精神所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利保护范围。

Claims (8)

1. 一种双塔氨法脱硫装置，包括一个脱硫吸收塔（1）、设置在所述脱硫吸收塔（1）底部的浓缩泵（9）和结晶泵（5），所述脱硫吸收塔（1）内由上至下分为用来喷淋含氨吸收液的喷淋吸收段（3）和用来冷却硫酸铵溶液的冷却浓缩段（2），其特征在于：所述脱硫装置还包括用于将亚硫酸铵溶液氧化浓缩成硫酸铵溶液的氧化塔（4），所述氧化塔（4）通过管路与所述脱硫吸收塔（1）连接，所述脱硫吸收塔（1）内在所述喷淋吸收段（3）内设有喷淋层，所述氧化塔（4）通过一级循环泵（7）和二级循环泵（8）与所述脱硫吸收塔（1）的喷淋层相连接。

2.根据权利要求1所述的双塔氨法脱硫装置，其特征在于：它还包括一搅拌器（22），所述搅拌器（22）设置于所述脱硫吸收塔（1）的冷却浓缩段（2）的下部。

3.根据权利要求1所述的双塔氨法脱硫装置，其特征在于：所述脱硫吸收塔（1）在所述喷淋吸收段（3）内设置有位于所述喷淋层上方的填料层（34）。

4.根据权利要求1所述的双塔氨法脱硫装置，其特征在于：所述脱硫吸收塔（1）在所述喷淋吸收段（3）内设置有位于所述填料层（34）上方的除雾区（35），所述除雾区（35）包括一除雾器。

5.根据权利要求1所述的双塔氨法脱硫装置，其特征在于：所述喷淋层分为一级喷淋层（32）和二级喷淋层（33），所述一级喷淋层（32）由1至4层喷淋装置组成，所述二级喷淋层（33）由1至3层喷淋装置组成，所述一级喷淋层（32）与一级循环泵（7）连接，所述二级喷淋层（33）和二级循环泵（8）连接。

6.根据权利要求1至5任一权项所述的双塔氨法脱硫装置，其特征在于：所述氧化塔（4）内设有曝气管（41），所述曝气管（41）与向所述氧化塔（4）内输送氧气的风机（6）连接。

7.根据权利要求6所述的双塔氨法脱硫装置，其特征在于：所述氧化塔（4）内还设有用于将从所述脱硫吸收塔（1）内回流的亚硫酸氢铵均匀分布的回流液分布器（43）以及设置在所述回流液分布器（43）下方用于强化氧化的气液混合器。

8.根据权利要求7所述的双塔氨法脱硫装置，其特征在于：所述脱硫吸收塔（1）的冷却浓缩段（2）的上部还设有一液氨注入管，所述氧化塔（4）上部也设有一液氨注入管。

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