CN218530926U - 一种煤气锅炉钠基干法脱硫副产物资源化处理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种煤气锅炉钠基干法脱硫副产物资源化处理系统。该系统包括：恒温澄清池、过滤单元、空气冷却塔、冷却结晶单元、蒸发结晶单元和热熔干燥单元；所述恒温澄清池设置有上料称重单元、pH监测单元、上层清液分析单元、稀硫酸加入单元和小苏打加入单元。钠基干法脱硫副产物在恒温澄清池中热溶解于水中，并加入稀硫酸使溶液为弱碱性；静置后通过上层清液分析单元分析上层清液中硫酸钠和氯化钠的质量比，通过小苏打加入单元和稀硫酸加入单元加加料调节该比例不低于95:5；之后过滤除杂、预冷至室温；然后进行冷却结晶并分离出芒硝和母液；母液继续进行蒸发结晶得到氯化钠；芒硝熔融去结晶水、干燥得到无水硫酸钠。
Description
技术领域
本实用新型涉及煤气锅炉钠基干法脱硫副产物处理领域，具体涉及一种煤气锅炉钠基干法脱硫副产物资源化处理系统。
背景技术
煤气锅炉烟气与燃煤锅炉烟气相比具有烟气含硫低、粉尘浓度低的特点，常采用钠基干法脱硫工艺进行烟气脱硫达到超低排放的目标。钠基干法脱硫工艺以小苏打作脱硫剂，经研磨成粉后送入烟道，在烟道内与高温烟气充分接触，小苏打被加热激活，与烟气中的SO2及其他酸性介质发生化学反应，使烟气净化。与其他半干法、湿法脱硫工艺比，该工艺脱硫副产物较少、工艺简单、脱硫效率高，但是存在副产物难处理的问题，甚至该副产物被视为危废，因此其资源化利用的问题亟待解决。
近年来，煤气锅炉在钢铁冶金行业应用较多，正常工况下以燃烧高炉煤气为主，偶尔会掺烧少量的转炉煤气或焦炉煤气。通过控制脱硫剂的过喷率，目前干法脱硫副产物的主要成分为硫酸钠(75％以上)，此外还包括由小苏打分解产生的碳酸钠，部分未发生反应的碳酸氢钠、氯化钠，以及少量烟气携带的灰尘等，相当于一种以硫酸钠为主的混合盐。
本实用新型通过对脱硫副产物进行溶解前处理后，基于不同温度下不同钠盐的溶解度差异，采用结晶分盐技术，来实现脱硫副产物的综合利用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种煤气锅炉钠基干法脱硫副产物资源化处理系统。本实用新型的处理系统利用结晶分盐技术，通过前期调控两种盐的比例，采用冷却结晶析硝和蒸发结晶析盐联合工艺，获得高纯度的无水硫酸钠和氯化钠，实现脱硫副产物的综合利用。
为了实现以上目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型提供一种煤气锅炉钠基干法脱硫副产物资源化处理系统，该系统包括：恒温澄清池、过滤单元、空气冷却塔、冷却结晶单元、蒸发结晶单元和热熔干燥单元；
所述恒温澄清池设置有上料称重单元、pH监测单元、上层清液分析单元、稀硫酸加入单元、小苏打加入单元；
所述恒温澄清池的出口连接所述过滤单元的入口；所述过滤单元的出口连接所述空气冷却塔的入口；所述空气冷却塔的出口连接所述冷却结晶单元的入口；所述冷却结晶单元包括母液出口和固体出口；所述冷却结晶单元的母液出口与所述蒸发结晶单元的入口连接；所述冷却结晶单元的固体出口与所述热熔干燥单元的入口连接。
所述上料称重单元用以向所述恒温澄清池计量加入钠基干法脱硫副产物；所述恒温澄清池用以将所述钠基干法脱硫副产物热溶解于水中，并通过所述稀硫酸加入单元加入稀硫酸使溶液为弱碱性；静置后通过所述上层清液分析单元分析上层清液中硫酸钠和氯化钠的质量比，若该质量比低于95:5，则通过所述小苏打加入单元和稀硫酸加入单元加入小苏打和稀硫酸调节硫酸钠和氯化钠的质量比不低于95:5。调节完成后的溶液进入过滤单元进行过滤除杂。所述空气冷却塔用以对完成活性炭过滤的溶液进行预冷至室温；之后进入所述冷却结晶单元进行冷却结晶并分离出芒硝和母液；所述母液通过母液出口进入所述蒸发结晶进行蒸发结晶，并分离得到氯化钠和蒸发冷凝水；所述冷却结晶单元进行冷却结晶得到的芒硝在所述热熔干燥单元中熔融去结晶水、干燥，得到无水硫酸钠。
根据本实用新型的系统，优选地，所述恒温澄清池的温度为40±5℃，于此温度下完成所述钠基干法脱硫副产物的热溶解。热溶解时水与钠基干法脱硫副产物的质量比可以为3:1～5:1，例如3:1。
根据本实用新型的系统，所述pH监测单元中还设置有提示装置，当所监测到的pH范围为7<pH<7.1时发出提示信号。具体的提示信号可以是声音、灯光等，该提示信号与所述稀硫酸加入单元自动联锁，当所述稀硫酸加入单元收到提示信号后，即表示调节溶液为弱碱性完成，关闭所述稀硫酸加入单元，停止加入稀硫酸。
具体的提示信号可以是与稀硫酸加入单元的阀门(如电磁阀)进行自动联锁，当收到提示信号后，阀门关闭，停止稀硫酸加入单元加入稀硫酸。
示例性的，所述稀硫酸可以使用质量浓度30％～50％。
根据本实用新型的系统，所述恒温澄清池中设置有搅拌装置，以便在热溶解和加入稀硫酸和/或小苏打时进行搅拌。
根据本实用新型的系统，所述上层清液分析单元通过化学成分及含量分析完成对上层清液中硫酸钠和氯化钠的质量比的分析；例如所述上层清液分析单元为溶液滴定单元，采用溶液滴定法分别测量溶液中的SO4 2-和Cl-的含量，然后折算成硫酸钠和氯化钠的质量比。
根据本实用新型的系统，优选地，所述过滤单元包括依次连接的初级过滤单元和活性炭吸附塔；
所述恒温澄清池的出口连接所述初级过滤单元的入口；所述初级过滤单元的出口连接所述活性炭吸附塔的入口；所述活性炭吸附塔的出口连接所述空气冷却塔的入口。
所述初级过滤单元用以对调节完成后的溶液进行初级过滤，除去粒度较大的不溶性杂质。所述活性炭吸附塔用以对初级过滤后的溶液进行活性炭过滤，提升后期所得无水硫酸钠的白度，同时除去可能存在的重金属杂质(对于煤气锅炉，其重金属含量为微量级)。
根据本实用新型的系统，优选地，所述初级过滤单元为烛式过滤器；更优选地，所述烛式过滤器的过滤精度≤3μm。
根据本实用新型的系统，优选地，所述冷却结晶单元为冷冻结晶器。
根据本实用新型的系统，优选地，所述冷冻结晶器的温度为0-10℃。
根据本实用新型的系统，优选地，所述蒸发结晶单元为蒸发结晶器。
根据本实用新型的系统，优选地，所述热熔干燥单元的温度为70～95℃，即所述芒硝熔融在此温度下去结晶水。更优选地，所述热熔干燥单元包括熔融池和干燥装置；所述干燥装置具体可以为推料离心机、热空气干燥器或蒸汽干燥器，用以完成最后的干燥得到无水硫酸钠。
本实用新型的技术方案针对的是煤气锅炉钠基干法脱硫副产物，所述钠基干法脱硫副产物的主要成分为硫酸钠(75％以上)，此外还包括由小苏打分解产生的碳酸钠，部分未发生反应的碳酸氢钠、氯化钠，以及少量烟气携带的灰尘等，相当于一种以硫酸钠为主的混合盐。加入稀硫酸的目的是将其中的碳酸钠和碳酸氢钠两种盐转化成硫酸钠，将溶液变成一种硫酸钠和氯化钠的混合盐液。硫酸钠和氯化钠两种盐在固态混合物(脱硫副产物)时的比例含量悬殊比较大，固态中硫酸钠含量不低于75％，因此本实用新型以提取硫酸钠盐为主。本实用新型的技术方案在前期调控两种盐的比例，使得硫酸钠和氯化钠的质量比不低于95：5(即硫酸钠的含量不低于两种盐总含量的95％)；以实现在冷却结晶过程中，随着溶液温度降低，硫酸钠溶液度逐渐降低，而氯化钠溶液保持不变，硫酸钠逐渐过饱和至析出。在该比例要求下，相平衡时将分为两相，一相为固态芒硝(十水合硫酸钠)，另一相为液态(对硫酸钠饱和的硫酸钠及氯化钠水溶液)。分离出的固态芒硝经脱除结晶水并干燥可得纯度很高且白度很高的无水硫酸钠(不低于国标II类一等品纯度要求，纯度Na2SO4含量≥98％，白度(R457)≥82)。冷却结晶后的母液进行蒸发结晶得到少量工业盐(氯化钠)。完成废液无害化处理，蒸发冷凝水可直接排放或回收再利用。本实用新型的整个方法实现了脱硫副产物的资源化提取，且无废水外排。
首先在进行使用本实用新型的系统进行处理之前，对待处理的脱硫副产物会有成分分析，可以知晓其中可溶性成分硫酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠及氯化钠各成分的含量；因此可预先计算出调节上清液中硫酸钠和氯化钠质量比所需要加入的小苏打和稀硫酸的量；为进一步保证硫酸钠和氯化钠的质量比，还需要取上清液进行成分分析。
本实用新型的有益效果包括：
1)本实用新型可以实现煤气锅炉钠基干法脱硫副产物同时提取工业无水硫酸钠和氯化钠，实现固废的资源化利用；
2)本实用新型中的冷却结晶单元提取的无水硫酸钠纯度高，可操作性强；且脱硫副产物热溶解后依次经过静止沉淀、初级过滤和活性炭吸附过滤三个步骤进行除杂、提升产品白度；
3)本实用新型对热溶解后的上层清液的成分分析及调质，控制硫酸钠和氯化钠的质量比处在特定的分离范围内。本实用新型中调质过程选用小苏打，为烟气脱硫剂，原料易得，占地面积小，与脱硫设施合建，可就地消纳，变废为宝；
4)在冷却结晶单元前设置空气冷却塔进行预冷，节省冷却结晶过程的能耗。
附图说明
图1本实用新型一优选实施例中的煤气锅炉钠基干法脱硫副产物资源化处理系统示意图。
图2为采用图1系统进行的煤气锅炉钠基干法脱硫副产物资源化处理方法流程示意图。
附图标记说明：
1-恒温澄清池；
21-上层清液分析单元、22-稀硫酸加入单元、23-小苏打加入单元、24-pH监测单元、25-搅拌装置、26-上料称重单元；
3-初级过滤单元；
4-活性炭吸附塔；
5-空气冷却塔；
6-冷却结晶单元；
7-蒸发结晶单元；
8-热熔干燥单元；
81-熔融池；
82-离心干燥装置。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例对本实用新型做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。
本实用新型通过对脱硫副产物进行溶解前处理后，基于不同温度下不同钠盐的溶解度差异，采用结晶分盐技术，来实现脱硫副产物的综合利用。
本实用新型在此提供一优选实施例，如图1和图2所示，一种煤气锅炉钠基干法脱硫副产物资源化处理系统，包括恒温澄清池1、过滤单元(优选包括初级过滤单元3和活性炭吸附塔4)、空气冷却塔5、冷却结晶单元6、蒸发结晶单元7和热熔干燥单元8。其中，恒温澄清池1、初级过滤单元3、活性炭吸附塔4、空气冷却塔5、冷却结晶单元6、蒸发结晶单元7通过管线依次连接，各连接管线上包括所需的泵、阀门等。
恒温澄清池1设置有pH监测单元24、上层清液分析单元21、稀硫酸加入单元22、小苏打加入单元23、搅拌装置25以及上料称重单元26。在恒温澄清池1中加入一定量的纯水，使温度基本恒定在40±5℃；由上料称重单元26计量倒入脱硫副产物(水料比重为3:1)，通过稀硫酸加入单元22加入稀硫酸(质量浓度30％-50％)使溶液为弱碱性(pH略大于7，7<pH<7.1)；通过搅拌装置25充分搅拌后静置不小于一小时。在加入稀硫酸调节溶液pH过程中，pH监测单元24实时监测。pH监测单元24还可以设置有提示装置，当pH调至7<pH<7.1范围发出提示信号，例如声音或灯光等；该提示信号与所述稀硫酸加入单元22自动联锁，当所述稀硫酸加入单元22收到提示信号后，即表示调节溶液为弱碱性完成，关闭所述稀硫酸加入单元22停止加入稀硫酸。具体的提示信号可以是与稀硫酸加入单元22的阀门(如电磁阀)进行自动联锁，当收到提示信号后，阀门关闭。
取上层清液通过上层清液分析单元21进行化学成分及含量分析，获得其中硫酸钠和氯化钠的质量比；例如设置溶液滴定单元采用溶液滴定法分别测量溶液中的SO4 2-和Cl-的含量，折算成硫酸钠和氯化钠的质量比。若该质量比低于95:5(指硫酸钠在该比例中低于95:5)，则通过所述小苏打加入单元23和稀硫酸加入单元22加入小苏打和稀硫酸调节其质量比不低于95:5；若该质量比不低于95:5，或调节满足后，进入初级过滤单元3(如烛式过滤器等过滤装置，过滤精度≤3μm)进行初级过滤，除去粒度较大的不溶性杂质；之后进入活性炭吸附塔4进行活性炭过滤，提升后期所得无水硫酸钠的白度，同时除去可能存在的重金属杂质(对于煤气锅炉，其重金属含量为微量级)。
之后通过空气冷却塔5采用自然对流的方式进行预冷至室温；再进入冷却结晶单元6(冷却结晶单元6内温度不高于5℃)进行冷却结晶，在冷却结晶单元6(可以为冷冻结晶器)内硫酸钠随着溶液温度的降低，以芒硝的形式析出。分离出芒硝在热熔干燥单元8熔融去结晶水、干燥后得到无水硫酸钠。分离出芒硝后的母液进入蒸发结晶单元7(可以为蒸发结晶器)进行蒸发结晶得到氯化钠；蒸发冷凝水可直接排放或回收再利用。
其中，热熔干燥单元8具体可以包括熔融池81和离心干燥装置82；芒硝在熔融池81熔融去结晶水，然后通过离心干燥装置82进行离心干燥，最终获得无水硫酸钠。
应用例：
某以高炉煤气为主燃料的煤气锅炉采用钠基干法脱硫，所产生的脱硫副产物中硫酸钠质量含量为80％、氯化钠为3％，其余成分为碳酸钠、碳酸氢钠等可溶性成分及不溶性成分。采用图1和图2的系统和流程进行处理，过程如下：
(1)在恒温澄清池1中加入一定量的纯水，使温度基本恒定在40℃。由上料称重单元26计量加入脱硫副产物(水料比重为3:1)，通过稀硫酸加入单元22加入稀硫酸(质量浓度35％，加入量由碳酸钠、碳酸氢钠的含量估算，目的是使其转化为硫酸钠，调至溶液呈弱碱性，pH监测单元24实时监测pH略大于7，7<pH<7.1)，通过搅拌装置25充分搅拌后静置不小于一小时。
(2)取上层清液通过上层清液分析单元21进行化学成分分析和含量分析，获得其中硫酸钠和氯化钠的质量比。结合脱硫副产物原料的成分分析，上层清液中硫酸钠和氯化钠的质量比会略低于95:5。通过所述小苏打加入单元23和稀硫酸加入单元22向恒温澄清池1中投入小苏打和稀硫酸，充分搅拌后，再加稀硫酸调节pH值至弱碱性(pH略大于7)。直至检测到其中硫酸钠与氯化钠的比例不低于95:5。
(3)将恒温澄清池1中的溶液泵入初级过滤单元3(如烛式过滤器等过滤装置，过滤精度≤3μm)，进行粗除杂。
(4)经初级过滤单元3后，进入活性炭吸附塔4，利用活性炭吸附提升后期所得无水硫酸钠的白度，同时吸附锅炉烟气潜在的重金属杂质。
(5)过滤后的溶液通过空气冷却塔5，采用自然对流的方式进行预冷至室温。
(6)预冷后的溶液进入冷却结晶单元6(内部温度不高于5℃)，在冷却结晶单元6内硫酸钠随着溶液温度的降低，以芒硝的形式析出，将芒硝分离出来在热熔干燥单元8的熔融池81再次加热熔融脱结晶水后，由底部出料口进入离心干燥装置82中进行离心干燥，获得高纯度的无水硫酸钠(满足国标II类一等品指标，Na2SO4含量≥98％，白度(R457)≥82)。
(7)冷却结晶单元6所得母液进入蒸发结晶单元7，析出氯化钠，蒸发冷凝过程中的水收集后可外排，也可回收再利用。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种煤气锅炉钠基干法脱硫副产物资源化处理系统，其特征在于，该系统包括：恒温澄清池、过滤单元、空气冷却塔、冷却结晶单元、蒸发结晶单元和热熔干燥单元；
所述恒温澄清池设置有上料称重单元、pH监测单元、上层清液分析单元、稀硫酸加入单元和小苏打加入单元；
所述恒温澄清池的出口连接所述过滤单元的入口；所述过滤单元的出口连接所述空气冷却塔的入口；所述空气冷却塔的出口连接所述冷却结晶单元的入口；所述冷却结晶单元包括母液出口和固体出口；所述冷却结晶单元的母液出口与所述蒸发结晶单元的入口连接；所述冷却结晶单元的固体出口与所述热熔干燥单元的入口连接。
2.根据权利要求1所述煤气锅炉钠基干法脱硫副产物资源化处理系统，其特征在于，所述恒温澄清池的温度为40±5℃。
3.根据权利要求1所述煤气锅炉钠基干法脱硫副产物资源化处理系统，其特征在于，所述pH监测单元中还设置有提示装置，当所述pH监测单元监测到的pH范围为7<pH<7.1时发出提示信号，该提示信号与所述稀硫酸加入单元自动联锁，当所述稀硫酸加入单元收到所述提示信号后，关闭所述稀硫酸加入单元。
4.根据权利要求1所述煤气锅炉钠基干法脱硫副产物资源化处理系统，其特征在于，所述恒温澄清池中设置有搅拌装置。
5.根据权利要求1所述煤气锅炉钠基干法脱硫副产物资源化处理系统，其特征在于，所述过滤单元包括依次连接的初级过滤单元和活性炭吸附塔；
所述恒温澄清池的出口连接所述初级过滤单元的入口；所述初级过滤单元的出口连接所述活性炭吸附塔的入口；所述活性炭吸附塔的出口连接所述空气冷却塔的入口。
6.根据权利要求5所述煤气锅炉钠基干法脱硫副产物资源化处理系统，其特征在于，所述初级过滤单元为烛式过滤器。
7.根据权利要求6所述煤气锅炉钠基干法脱硫副产物资源化处理系统，其特征在于，所述烛式过滤器的过滤精度≤3μm。
8.根据权利要求1所述煤气锅炉钠基干法脱硫副产物资源化处理系统，其特征在于，所述冷却结晶单元为冷冻结晶器。
9.根据权利要求1所述煤气锅炉钠基干法脱硫副产物资源化处理系统，其特征在于，所述蒸发结晶单元为蒸发结晶器。
10.根据权利要求1所述煤气锅炉钠基干法脱硫副产物资源化处理系统，其特征在于，所述热熔干燥单元包括熔融池和干燥装置；所述干燥装置为推料离心机、热空气干燥器或蒸汽干燥器。
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