CN207951080U - 一种温度分级式氨法烟气脱硫除雾系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种温度分级式氨法烟气脱硫除雾系统，包括脱硫塔，脱硫塔从下至上依次设置有氧化结晶段、激冷降温段、SO₂吸收段、填料层、相变凝聚段以及除雾器，氧化结晶段与激冷降温段之间设置有烟气进口，除雾器上部设置有烟气出口。本实用新型的脱硫除雾工艺极大提高了气溶胶脱除效率及SO₂吸收效率，最终除雾后脱硫塔出口烟气含尘量低于5mg/Nm³，达到超低排放要求。

Description

一种温度分级式氨法烟气脱硫除雾系统

技术领域

本实用新型涉及氨法烟气脱硫技术领域，特别涉及一种温度分级式高效除雾氨法脱硫系统。

背景技术

工业用锅炉通常采用化石燃料，诸如煤和油。由于这些化石燃料一般含有硫的成分，因此，在燃烧过程中会产生二氧化硫等有害物质。氨法脱硫是一种新型的脱硫技术，使用氨(液氨、氨水)作为吸收剂，由于氨的活性高，可以保证很高的脱硫效率；氨法脱硫的副产品是硫酸铵(化肥)，具有较高的经济效益，是符合循环经济、可持续发展要求的一种工艺。

现有氨法脱硫时，原烟气直接进入脱硫塔内反应，并将反应后的硫铵溶液直接排入旋流器、离心机等设备中脱除水分、析出晶体。现有的装置原烟气仅经过空塔多层喷淋、除雾两道工序脱除二氧化硫，排出的净烟气中SO₂排放超标，气溶胶及氨逃逸指标难以满足要求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提出一种温度分级式氨法烟气脱硫除雾系统，解决现有氨法脱硫技术烟气净化效果不好，尤其是气溶胶排放指标超标问题。

本实用新型采取的技术方案是：

一种温度分级式氨法烟气脱硫除雾工艺，烟气先经激冷降温，经激冷降温后的烟气经单级或多级喷淋除去SO₂，除去SO₂的烟气经填料和冷水喷淋产生相变，烟气中大于1μm的颗粒碰撞团聚被捕集，烟气中0.01～1μm的颗粒热泳团聚被捕集。

尤其是，烟气经激冷降温后温度需降至60℃以内。

基于上述工艺，本实用新型提出一种温度分级式氨法烟气脱硫除雾系统，包括脱硫塔，脱硫塔从下至上依次设置有氧化结晶段、激冷降温段、SO₂吸收段、填料层、相变凝聚段以及除雾器，氧化结晶段与激冷降温段之间设置有烟气进口，除雾器上部设置有烟气出口；

优选的，激冷降温段采用屋脊除雾器及塔盘结构，循环喷淋氨水溶液和亚硫酸铵溶液；

SO₂吸收段采用单级或多级喷淋循环系统；

相变凝聚段采用屋脊除雾器及塔盘结构，循环喷淋冷水；

氧化结晶段、激冷降温段、SO₂吸收段产生的循环液均通过浓缩循环槽进行循环。

经烟气进口的烟气依次通过激冷降温段、SO₂吸收段、填料层、相变凝聚段、除雾器后经烟气出口收集。

相变凝聚段循环喷淋冷水通过喷淋洗涤槽和换热器实现。

氧化结晶段包括亚硫酸氨的氧化，采用在脱硫塔底部氧化及浓缩循环槽底部带压氧化相结合的多级氧化方式。

此外，本系统还包括脱硫产物的再利用，即浓缩循环槽底部的硫酸铵浆液送入硫酸铵生产系统生产硫酸铵。

具体的，硫酸铵生产系统包括与浓缩循环槽依次连接的进料泵、旋流器组、离心机、干燥剂及包装机。

本实用新型具有如下技术效果：

本实用新型的脱硫除雾工艺包括激冷降温、单级或多级喷淋、填料和冷水喷淋相变凝聚的过程，极大提高了气溶胶脱除效率及SO₂吸收效率，从根源上抑制了气溶胶的生成，促进了细微颗粒凝聚变大，最终除雾后脱硫塔出口烟气含尘量低于5mg/Nm³，达到超低排放要求，具有高效除雾效果。

(1)由于脱硫吸收塔采用温度分级，微尘凝聚的方式，极大提高了气溶胶脱除效率及SO₂吸收效率，脱硫吸收塔由下至上分为激冷控制气溶胶生成段，SO₂吸收段，气溶胶相变凝聚段以及高效除雾段，从根源上抑制了气溶胶的生成，促进了细微颗粒凝聚变大，再通过合理的除雾器布置，使得烟气气溶胶排放达到超低排放标准；

(2)脱硫吸收塔的各段采用合理设置的由多个半管组成的屋脊式气液分布器及塔盘，合理进行硫酸铵浆液的温度及浓度分区，有效保证了最佳的抑制气溶胶生成，促进气溶胶凝聚及SO₂的吸收环境；

(3)本系统的亚硫酸氨的氧化采用在脱硫吸收塔底部氧化及浓缩循环槽底部带压氧化相结合的多级氧化方式，保证了亚硫酸氨的充分氧化；

(4)本系统中通过设置的填料与喷淋洗涤塔，使烟气温度降低，由于水蒸气分压力大于该温度下饱和压力，水蒸气过饱和相变凝结而产生大量冷雾，极大强化了气溶胶凝聚碰撞概率，有效提高细颗粒物间的团聚长大。

附图说明

图1为本实用新型的工艺系统示意图。

图中各标号的含义为：

1为脱硫塔，2为搅拌循环泵，3、4为循环泵，5为浓缩循环，6进料泵，7包装机，8干燥机，9离心机，10旋流器组，11循环喷淋洗涤泵，12喷淋洗涤槽，13间壁式换热器；

101氧化结晶段，102激冷降温段，103SO₂吸收段，104填料层，105相变凝聚段，106除雾器，107烟气进口，108烟气出口。

具体实施方式

本实用新型的除雾脱硫工艺，烟气经烟气入口进入脱硫吸收塔的激冷降温段，此阶段主要抑制气溶胶生成，烟气经过单级或多级喷淋层激冷降温，使得烟气温度骤降至60℃以内，有效抑制NH₄HSO₃及(NH₄)₂SO₃的分解，进而减少气溶胶的生成，这是本实用新型高效除雾的第一层保障。

烟气继续在脱硫塔内向上流动，进入SO₂吸收段，此阶段经过单级或多级喷淋层除去SO₂，较为常规。

接着烟气继续向上流动经过填料层及冷水喷淋段，烟气温度再次降低，由于水蒸气分压力大于该温度下饱和压力，水蒸气过饱和相变凝结而产生大量微小雾滴的冷雾，其具有较高的比表面积，有效增加了微细粉尘的撞击概率，发明人的研究表明，对于>1μm的颗粒，碰撞机理对雾滴与气溶胶颗粒的碰撞效率作用明显，因此可以造成更多微细颗粒被雾滴或填料表面捕集，强化了气溶胶凝聚碰撞概率，有效提高细颗粒物间的团聚长大，更利于被除雾器捕集，这是本实用新型高效除雾的第二层保障。对于0.01～1μm的细微颗粒，布朗扩散与惯性较小，雾滴拦截作用不明显，因此，对于0.01～1μm的细微颗粒，碰撞机理对雾滴与气溶胶颗粒的碰撞效率作用较为微弱。而通过烟气喷雾冷却降温，冷雾及填料表面温度低于气溶胶颗粒温度，有利于气溶胶颗粒(亚微米级)在热泳力作用下进行团聚，并向冷雾和填料表面移动。对于0.01～1μm范围粒径的颗粒，热泳力对其扩散作用十分显著，热泳扩散速度较高。在热泳力的作用下，0.01～1μm颗粒凝聚变大，可增大至1～4μm，部分附着在填料的颗粒可被清洗，而其他凝聚增大的细微颗粒通过除雾器脱除排出，除去烟气中的氨雾、亚硫酸铵和亚硫酸氢铵烟雾，这是本实用新型高效除雾的第三层保障。

烟气在填料层及冷水喷淋段借助碰撞机理和热泳现象发生的相变凝聚，是本实用新型高效除雾的关键所在，上述三层作用共同保障解决了目前行业普遍烟气除雾效率不高的瓶颈问题。

激冷降温，常出现在工业汽化中，指高温合成气与激冷水直接接触，使得气流中夹带的熔渣固化后沉降在激冷室的底部，同时高温的合成气也得到冷却。

气溶胶也是属于烟尘的一种，为固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种温度分级式高效除雾氨法脱硫系统，由脱硫吸收系统及硫铵脱水包装系统组成。脱硫系统主要包括脱硫塔1，脱硫塔1下部设置氧化结晶段101，中部设置脱硫塔激冷降温段102抑制气溶胶生成及SO₂吸收段103，上部设置气溶胶凝聚增长的填料层104及相变凝聚段105及脱硫塔除雾器106。氧化结晶段101与激冷降温段102之间设置有烟气进口107，除雾器106上部设置有烟气出口108。

激冷降温段102的喷淋浆液由循环泵3供应，SO₂吸收段103的喷淋浆液由循环泵4从浓缩循环槽5中供应，与烟气逆向接触后返回到上级SO₂吸收段的集液槽后自流回浓缩循环槽5。在激冷降温段102，烟气中的部分SO₂与喷淋的氨水溶液和亚硫酸铵溶液发生反应，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，生成的亚硫酸氢铵溶液在脱硫塔1底部进行氧化曝气，即进入氧化结晶段101，激冷降温段102的喷淋浆液再由循环泵3从氧化结晶段101供应，氧化结晶段101的氧化力来自环境空气的加氧氧化以及浓缩循环槽5底部带压氧化多级氧化方式，保证氧化彻底以及硫酸铵成品的质量。

相变凝聚段的冷水喷淋洗涤液由循环喷淋洗涤泵11从喷淋洗涤槽12中供应，通过间壁式换热器13，使得喷淋液温度保持在50℃左右，然后与烟气逆向接触后返回104的集液槽后自流回喷淋洗涤槽12。

在激冷降温段102、SO₂吸收段103及相变凝聚段105所采用的均是屋脊除雾器及塔盘结构，具体的，可采用两级屋脊式气液分布器的形式，所属塔盘采用中空的环形槽的形式。两级屋脊式气液分布器保证了气液有效接触的同时浆液均匀分配至塔盘的环形槽中；中空的环形槽结构有效降低脱硫塔的阻力。屋脊除雾器及塔盘结构均为现有产品，可直接购买，来源方便。

硫铵脱水包装系统由旋流器进料泵6、旋流器组10、离心机9、干燥机8及包装机7构成，浓缩循环槽5与旋流器进料泵6的入口连接，旋流器进料泵6的出口与旋流器组10的进料口连接，旋流器组10的出料口再与离心机9、干燥机8及包装机7顺次连接。氧化生成的硫酸铵溶液由旋流器进料泵6将硫胺浆液送至硫胺旋流器10处理，将硫胺旋流器底流用离心机9分离硫胺晶体，硫胺晶体最终落入干燥床8内，干燥得到含水率低于1％的成品硫胺，成品硫胺进一步落入包装机7中包装成袋进行外运。

本实用新型的工作过程及原理如下：

烟气经烟气入口107进入脱硫吸收塔1的下级吸收段，烟气依次经过三级喷淋层除去SO₂，与氨水溶液和亚硫酸铵溶液发生反应，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；烟气继续向脱硫吸收塔1上方流动，进入上级吸收段，烟气依次经过二级喷淋层除去SO₂，循环完成的浆液通过塔盘返回到浓缩循环槽5中；烟气继续向上流动经过喷淋洗涤段和除雾段，除去烟气中的氨雾、亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的雾气，从脱硫吸收塔1上端的净烟气出口排入大气；生成的亚硫酸氢铵溶液在脱硫塔1底部进行氧化曝气，氧化完成的硫酸铵浆液通过搅拌循环泵2进入浓缩循环槽5，同时在浓缩循环槽5底部通入氧化空气，对浓缩循环槽5中未完成氧化的亚硫酸铵溶液进一步进行氧化，氧化生成的硫酸铵溶液由旋流器进料泵将硫胺浆液送至硫胺旋流器处理，将硫胺旋流器底流用离心机9分离硫胺晶体，硫胺晶体最终落入干燥床内，干燥得到含水率低于1％的成品硫胺，成品硫胺进一步落入包装机7中包装成袋进行外运。

对本实施例的温度分级式高效除雾氨法脱硫系统进行效果验证：在50000Nm³/h烟气量的实验系统验证中，当进口烟气含尘量为50mg/Nm³以内，烟气温度经过预处理控制在60℃以内，相变凝聚区喷淋冷却循环水温度控制在进口40-45度以内，出口循环水温度在45-50摄氏度以内，烟气经过填料整流以及喷淋冷却水降温，可以使得通过高效除雾装置的烟气含尘量低于5mg/Nm³；对于含尘量在50mg/Nm³以上的烟气，可以通过在脱硫塔下部控制喷淋及塔盘、屋脊式除雾器合理布置，再通过相变凝聚区与高效除雾区，使得烟气最终排放含尘量达到超低排放标准。烟气通过相变凝聚区，烟气含湿量可从100-120g/m³降低至65-90g/m³，烟气含水量大幅降低，有效缓解“白烟”，同时回收烟气水分，降低脱硫塔补水耗量。如果需要更进一步的脱除烟气含尘以及烟气水分，可以通过进一步降低喷淋冷却循环水温度以及调整冷却水量即可达到一定效果。

对比例1：

本对比例提供一种常规的氨法脱硫系统，不同于实施例1，本对比例的系统不含有激冷降温段，即烟气进口的烟气直接经普通水单级或多级喷淋，经检测：使用普通水喷淋主要是将较大粉尘微粒(2-5μm以上)进行捕捉冲洗，对于进口粉尘浓度在20-50mg/Nm³以上的烟气，仅通过普通水喷淋与除雾器除尘，除尘效率一般在50％以内，对于高于50mg/Nm³的烟气，经过普通水喷淋与除雾器除尘后，出口排放难以控制在20mg/Nm³以内，均难以达到超低排放要求。

对比例2:

本对比例提供一种常规的氨法脱硫系统，不同于实施例1，本对比例的系统不含有相变凝聚段，即烟气进口的烟气直接经普通水多级喷淋、SO₂吸收段后直接除雾器去除，经检测：由于常规喷淋循环水温度较高，无法使得烟气降温，水蒸气冷凝相变，也就是基本没有烟气“脱白”节水效果，而使用相变凝聚段后，可以将烟气中20-40％的水蒸气冷凝脱除，既能使得烟气消除白烟，水蒸气相变凝聚后产生的水可以在脱硫塔内参与循环，减少脱硫塔补水量。

对比例3:

本对比例提供一种常规的氨法脱硫系统，不同于实施例1，本对比例的系统不含有相变凝聚段，即烟气进口的烟气直接经普通水多级喷淋、SO2吸收段后直接除雾器去除，经检测：由于使用相变凝聚段后，可以将烟气中20-40％的水蒸气冷凝脱除，而烟气中的SO₂、微尘颗粒物、重金属等物质溶于或与水蒸气混合，难以分离，而通过烟气“脱水”，可以将这部分与水蒸气混合的污染物收集，从而进一步降低了烟气中的污染物排放，使得烟气深度净化排放。

Claims (7)

1.一种温度分级式氨法烟气脱硫除雾系统，包括脱硫塔(1)，其特征在于：所述脱硫塔(1)从下至上依次设置有氧化结晶段(101)、激冷降温段(102)、SO₂吸收段(103)、填料层(104)、相变凝聚段(105)以及除雾器(106)，氧化结晶段(101)与激冷降温段(102)之间设置有烟气进口(107)，除雾器(106)上部设置有烟气出口(108)；

所述激冷降温段(102)循环喷淋氨水溶液和亚硫酸铵溶液；

所述SO₂吸收段(103)采用单级或多级喷淋循环系统；

所述相变凝聚段(105)喷淋循环水；

经烟气进口(107)的烟气依次通过激冷降温段(102)、SO₂吸收段(103)、填料层(104)、相变凝聚段(105)、除雾器(106)后经烟气出口(108)收集。

2.如权利要求1所述温度分级式氨法烟气脱硫除雾系统，其特征在于：所述氧化结晶段(101)、激冷降温段(102)、SO₂吸收段(103)产生的循环液均通过浓缩循环槽(5)进行循环。

3.如权利要求1所述温度分级式氨法烟气脱硫除雾系统，其特征在于：所述相变凝聚段(105)循环喷淋冷水通过喷淋洗涤槽(12)和换热器(13)实现。

4.如权利要求2所述温度分级式氨法烟气脱硫除雾系统，其特征在于：所述氧化结晶段(101)包括亚硫酸氨的氧化，采用在脱硫塔(1)底部氧化及浓缩循环槽(5)底部带压氧化相结合的多级氧化方式。

5.如权利要求1所述温度分级式氨法烟气脱硫除雾系统，其特征在于：所述激冷降温段(102)、相变凝聚段(105)均采用屋脊除雾器及塔盘结构。

6.如权利要求2所述温度分级式氨法烟气脱硫除雾系统，其特征在于：所述浓缩循环槽(5)底部的硫酸铵浆液送入硫酸铵生产系统生产硫酸铵。

7.如权利要求6所述温度分级式氨法烟气脱硫除雾系统，其特征在于：所述硫酸铵生产系统包括与浓缩循环槽(5)依次连接的进料泵(6)、旋流器组(10)、离心机(9)、干燥机(8)及包装机(7)。