CN219701563U - 一种氨-亚硫铵联合脱硫脱硝系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种氨‑亚硫铵联合脱硫脱硝系统，包括反应塔、固体颗粒补集装置、冷凝除尘器、烟气后处理装置、调节池、亚硫酸铵析出系统和亚硫酸铵处理系统，反应塔连接有加氨装置，反应塔的烟气出口连接固体颗粒补集装置的烟气进口，固体颗粒补集装置的烟气出口连接冷凝除尘器的进口，冷凝除尘器的出口连接烟气后处理装置的烟气进口，冷凝除尘器凝结水出口连接调节池，调节池连接亚硫酸铵析出系统。优点：采用亚硫酸铵和氨为原料，实现脱硫脱硝目的，反应物料的再生循环以及脱硫生成的亚硫酸铵对反应原料的补充，使得系统的物料运行成本大幅降低，不需要催化剂，无需高温的反应温度窗口，不需要处理脱硫废水，没有低价值副产物的处置等问题。

Description

一种氨-亚硫铵联合脱硫脱硝系统

技术领域

本实用新型涉及烟气处理设备技术领域，特别涉及一种氨-亚硫铵联合脱硫脱硝系统。

背景技术

在工业生产过程中，很多行业需要燃烧煤炭来提供热能，而这个过程所产生的烟气中含有大量的SO₂和NOx，若不加处置，则会对环境造成非常严重的污染。目前，大气方面的排放标准均对SO₂和NOx的排放浓度做了严格要求。

脱硫方面的工艺种类比较多，种类达几十种，按脱硫过程是否加水和脱硫产物的干湿形态，烟气脱硫分为：湿法、半干法、干法三大类脱硫工艺。湿法脱硫技术较为成熟，效率高，操作简单。传统的石灰石/石灰—石膏法烟气脱硫工艺采用钙基脱硫剂吸收二氧化硫后生成的亚硫酸钙、硫酸钙，由于其溶解度较小，极易在脱硫塔内及管道内形成结垢、堵塞现象。脱硝方面，主流的主要由SCR和SNCR两种，前者需要催化剂才能进行，后者无需催化剂，但反应的温度窗口较为苛刻，往往容易受炉膛结构制约。

因此，有必要研发一种新的脱硫脱硝系统来解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种氨-亚硫铵联合脱硫脱硝系统，有效的克服了现有技术的缺陷。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种氨-亚硫铵联合脱硫脱硝系统，包括反应塔、固体颗粒补集装置、冷凝除尘器、烟气后处理装置、调节池、亚硫酸铵析出系统和亚硫酸铵处理系统，上述反应塔连接有加氨装置，上述反应塔的烟气出口连接上述固体颗粒补集装置的烟气进口，上述固体颗粒补集装置的烟气出口连接上述冷凝除尘器的进口，上述冷凝除尘器的出口连接上述烟气后处理装置的烟气进口，上述冷凝除尘器凝结水出口连接上述调节池，上述调节池连接上述亚硫酸铵析出系统，上述亚硫酸铵析出系统用于析出亚硫酸晶体，上述亚硫酸铵处理系统用于将上述亚硫酸铵析出系统析出的亚硫酸铵晶体处理成干燥且松散的粉末，上述反应塔的底部设有亚硫酸铵粉末入口。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，上述固体颗粒补集装置为布袋除尘器。

进一步，上述烟气后处理装置为水洗塔，该水洗塔的液体出口连接上述调节池。

进一步，上述调节池底部连接有带阀门的加氨管道，该加氨管道连接氨源。

进一步，上述亚硫酸铵析出系统包括液体浓缩装置、冷却结晶器和液体过滤装置，上述液体浓缩装置的进口连接上述调节池，其出口连接上述冷却结晶器的进口，上述冷却结晶器的晶浆出口连接上述液体过滤装置的进口，上述液体过滤装置的过滤液排放口连接上述液体浓缩装置的进口。

进一步，上述液体浓缩装置为闪蒸罐。

进一步，上述液体过滤装置为真空皮带或板框压滤机。

进一步，上述亚硫酸铵处理系统包括无氧干燥装置和研磨装置，上述无氧干燥装置的出料端通过物料送装置连接上述研磨装置的进料端，上述研磨装置的出料端连接亚硫酸铵储仓，上述亚硫酸铵储仓上设有出料口，上述亚硫酸铵储仓的出料口通过上料机连接上述亚硫酸铵粉末入口。

进一步，上述无氧干燥装置为无氧干燥机，上述上料机为吸风上料机。

进一步，上述加氨装置为液态氨罐。

本实用新型的有益效果是：采用亚硫酸铵和氨为原料，实现脱硫脱硝目的，反应物料的再生循环以及脱硫生成的亚硫酸铵对反应原料的补充，使得系统的物料运行成本大幅降低，不需要催化剂，无需高温的反应温度窗口，不需要处理脱硫废水，没有低价值副产物的处置等问题。

附图说明

图1为本实用新型的氨-亚硫铵联合脱硫脱硝系统的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、反应塔；2、固体颗粒补集装置；3、冷凝除尘器；4、烟气后处理装置；5、调节池；6、加氨装置；71、液体浓缩装置；72、冷却结晶器；73、液体过滤装置；81、无氧干燥装置；82、研磨装置；83、亚硫酸铵储仓；84、上料机。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例：如图1所示，本实施例的氨-亚硫铵联合脱硫脱硝系统包括反应塔1、固体颗粒补集装置2、冷凝除尘器3、烟气后处理装置4、调节池5、亚硫酸铵析出系统和亚硫酸铵处理系统，上述反应塔1连接有加氨装置6，上述反应塔1的烟气出口连接上述固体颗粒补集装置2的烟气进口，上述固体颗粒补集装置2的烟气出口连接上述冷凝除尘器3的进口，上述冷凝除尘器3的出口连接上述烟气后处理装置4的烟气进口，上述冷凝除尘器3凝结水出口连接上述调节池5，上述调节池5连接上述亚硫酸铵析出系统，上述亚硫酸铵析出系统用于析出亚硫酸晶体，上述亚硫酸铵处理系统用于将上述亚硫酸铵析出系统析出的亚硫酸铵晶体处理成干燥且松散的粉末，上述反应塔1的底部设有亚硫酸铵粉末入口。

本实施例的氨-亚硫铵联合脱硫脱硝系统适用于存在燃煤的锅炉、炼钢、炼铝、船舶及其他化工和非电工厂的烟气排放出，具体处理过程如下：

通过加氨装置6向反应塔1中定量加入氨气，在使用过程中，原烟气从反应塔1下部进入，烟气中的SO₂和NOx首先与亚硫酸铵处理系统处理得到并送入反应塔1内的细颗粒亚硫铵和加氨装置6通入反应塔1中的NH₃反应，分别生成亚硫酸铵、亚硫酸氢铵、硫酸铵。在该过程中，由于亚硫酸铵粉末原料颗粒很小，因此与进入反应塔1捏的烟气接触的比表面积很大，因而有较高的脱硝效率。但另一方面，细颗粒的亚硫酸铵对温度更加敏感，温度过高则迅速分解成了SO₂和NH₃，因此反应塔1内温度一般控制在60～90℃即可。反应塔1出口烟气中，既混有反应生成的硫酸铵、硫酸氢铵固体粉状料，也含有亚硫酸铵分解所产生的SO₂和NH₃，以及原烟气所携带的SO₂和加氨装置6加入的NH₃，前者固体颗粒物为脱氮副产物之一，已经无法再生利用，因此需要通过后面的固体颗粒补集装置2收集下来。而后者成分主要为SO₂和NH₃这两类气态物质在温度低于70℃后，开始反应生成亚硫酸铵。因此，在反应塔1排出的烟气穿过固体颗粒补集装置2后，进入冷凝除尘器3，冷凝除尘器3内盘管内部通的是低温循环水或者其他低温冷媒，在与烟气接触后，该制冷量应该能够使得烟气温度降低到60℃以下，以便亚硫铵微粒大量生成，同时由于水汽过饱和，会有凝结水在整个冷凝除尘器3的内壁面析出，形成液膜，而亚硫酸铵的溶解度极大，一旦接触液膜便溶解入液膜中，而烟气在冷凝除尘器3中的旋转运动，也使得颗粒物可水汽雾滴因离心而贴近壁面，加速了亚硫酸铵颗粒的捕集。从冷凝除尘器3底部流出的冷凝液中，含有大量的亚硫酸铵成分，以及部分亚硫酸氢铵，这两部分组分都是可以再生利用的，因此将其汇流到后面的调节池5中。经过冷凝除尘器3的烟气中，可能还会存在少量逃逸的亚硫酸铵颗粒和过量的NH₃，这部分成分也是不能直接排放的，因而经过后续的烟气后处理装置4处理掉，之后正常排放即可。其中，调节池5作为亚硫铵水溶液的收集、存储和成分调节单元，在池内亚硫酸氢铵组分含量过多时，通过向调节池5内补充氨气，使得亚硫酸氢铵再生为亚硫酸铵。在调节池5液位达到最高液位时，开始亚硫铵成分的提取，具体的：首先，调节池5内相对较稀的溶液进入亚硫酸铵析出系统处理析出晶体(亚硫酸铵)，然后经过亚硫酸铵处理系统干燥并处理成松散的细颗粒粉末，然后作为亚硫酸铵原料送入反应塔1中继续反应，至此，亚硫酸铵得到回收和再生。需要说明的是：在原烟气SO₂浓度偏低时，氨气与SO₂反应生成的亚硫酸铵量比较少，而亚硫酸铵脱硝产物为硫酸铵，这部分成分失去了重新再生的能力，因此在系统运行过程中需要额外向反应塔1中补充少量的亚硫酸铵，以维持脱硝反应的进行。但在原烟气SO₂浓度很高时，NH₃与烟气中的SO₂反应生成大量的亚硫酸铵，这部分亚硫酸铵不仅可以满足脱硝所需的亚硫酸铵的量，甚至能够有所剩余，此时可以定时的从储仓内移出部分亚硫酸铵。这部分亚硫酸铵可以作为高价值副产物，用作其他工业用途。

需要补充的是：本实施例中，反应塔1内的反应过程涉及的方程式如下：

反应方程式如下：

1)SO₂与NH₃反应生成(NH₄)₂SO₄,反应方程式如下：

SO₂+2NH₃+H₂O＝(NH4)₂SO₃

2)(NH4)₂SO₃与SO₂进一步反应：

(NH₄)₂SO₃+SO₂+H₂O＝2(NH₄)HSO₃

3)部分(NH4)₂SO₃被烟气中的O₂氧化：

2(NH₄)2SO₃+O₂＝2(NH₄)₂SO₄

4)部分(NH₄)HSO₃被烟气中的O₂氧化：

2NH₄HSO₃+O₂＝2NH₄HSO₄

脱硝部分采用亚硫酸铵与NOx反应，生成N₂，该反应设计如下几个反应阶段：

1)NO被烟气中的O₂氧化成NO₂

2NO+O₂＝2NO₂

2)(NH4)2SO3与NO在催化剂作用下反应生成N₂

2(NH₄)₂SO₃+2NO＝(NH₄)₂SO₄+N₂

3)(NH4)₂SO₃与NO₂在催化剂作用下反应生成N₂

4(NH₄)₂SO₃+2NO₂＝4(NH₄)₂SO₄+N₂

4)(NH₄)₂SO₃高温分解

(NH₄)₂SO₃.H₂O＝2NH₃+SO₂+H₂O

因此，反应塔1的烟气出口中，既混有反应生成的硫酸铵、硫酸氢铵固体粉状料，也含有亚硫酸铵分解所产生的NH₃和SO₂，以及原烟气所携带的SO₂和加氨装置加入的NH₃。

本实施例中，为了确保反应塔1内的气固混合均匀，防止物料和烟气偏流短流现象，可以在塔内增加孔板、风帽等有利于气固混合的塔内构件。

本实施例中，上述固体颗粒补集装置2为布袋除尘器，具体型号根据实际使用需求，灵活合理的选择即可。该布袋除尘器用于脱除反应塔1内脱硝生成的硫酸铵，需要确保内部温度高于60℃，一方面避免因水汽凝结而造成糊袋，另一方面，布袋除尘器的巨大比表面积可以作为脱硫脱硝反应的第二场所。

本实施例中，冷凝除尘器3采用普通旋风除尘优化而成，兼备冷却换热器和旋风除尘的功能。一方面通过输入冷媒，降低烟气温度，使得烟气中的SO₂和NH₃反应并生成微粒亚硫酸铵，另一方面烟气通过该装置时产生旋转离心，使得生成的亚硫铵颗粒富集到冷凝除尘器3的外壁面上，并融入冷凝除尘器3降温所形成的冷凝水液膜内，汇集后流入后续的调节池5。

本实施例中，上述烟气后处理装置4为水洗塔，该水洗塔的液体出口连接上述调节池5。其中，经冷凝除尘器3出来的烟气(可能含有少量逃逸的亚硫酸铵颗粒和过量的NH₃)进入水洗塔，烟气经过水洗塔的喷淋或填料层的气液接触洗涤，实现最终净化，达到排放要求。水洗塔的循环液在控制一定的排出流量和补充水量时，能够维持在一定的浓度。这部分循环液也最终被导入调节池5中。

需要说明的是：水洗塔属于现有技术的设备，具体型号根据实际使用需求灵活、合理的选择即可，在此不做赘述。

本实施例中，调节池5用于收集冷凝除尘器3的冷凝液和水洗塔而来的亚硫铵溶液，一般要求可以连续收集4h以上的收集液的容积，以免后续处理单元连续的低负荷运行或者频繁的间断启停。

本实施例中，上述调节池5底部连接有带阀门的加氨管道，该加氨管道连接氨源。当分析化验其中亚硫酸氢铵在调节池5内的溶液离子中所占的比例超过10％(可自行设定)时，可以加氨管道向调节池5内通入氨气，补充氨气将使调节池5内溶液中的亚硫酸氢铵反应生成亚硫酸铵。

作为一种优选的实施方式，上述亚硫酸铵析出系统包括液体浓缩装置71、冷却结晶器72和液体过滤装置73，上述液体浓缩装置71的进口连接上述调节池5，其出口连接上述冷却结晶器72的进口，上述冷却结晶器72的晶浆出口连接上述液体过滤装置73的进口，上述液体过滤装置73的过滤液排放口连接上述液体浓缩装置71的进口。

上述实施方案中，液体浓缩装置71出来的浓缩液进入冷却结晶器72中，在冷却结晶器72降温结晶，具体地，在冷却结晶器72中使得亚硫铵过饱和而以晶体状析出，该冷却结晶器72可以将低温蒸发段而来的50℃以上的饱和液或过饱和混合液降低到室温或更低的温度，以使得过饱和的亚硫酸铵晶体充分析出，再将晶浆送入液体过滤装置73，将亚硫铵晶体从晶浆中过滤出来，过滤过程中产生的滤液需要返回到液体浓缩装置71进行重新浓缩。整个系统设计简单、合理，能够有效、快捷的将调节池5过来的液体中的亚硫酸铵析出再利用。

本实施例中，上述液体浓缩装置71为闪蒸罐。调节池5中的液体进入闪蒸罐后，通过控制闪蒸罐的真空度，将调节池5内收集的富含亚硫酸铵的浆液进行蒸发浓缩，浓缩过程保证闪蒸罐内浓缩液的温度在50～70℃之间。当浓液达到饱和或过饱和后，排入冷却结晶器72结晶，浓液温度由50℃以上逐步降温到室温或者采用强制冷却到比室温更低的温度，在此过程中，浓液中会有大量的亚硫酸铵晶体析出。然后进入液体过滤装置73过滤，滤液返回闪蒸罐，滤渣则进入后续的亚硫酸铵处理系统进行处理。

本实施例中，上述液体过滤装置73为真空皮带或板框压滤机，具体型号根据实际使用需求，灵活合理的选择即可。得到的滤液通过管路送回液体浓缩装置71，而过滤后的滤饼则进入后续的干燥系统。

作为一种优选的实施方式，上述亚硫酸铵处理系统包括无氧干燥装置81和研磨装置82，上述无氧干燥装置81的出料端通过物料送装置连接上述研磨装置82的进料端，上述研磨装置82的出料端连接亚硫酸铵储仓83，上述亚硫酸铵储仓83上设有出料口，上述亚硫酸铵储仓83的出料口通过上料机84连接上述亚硫酸铵粉末入口。

上述实施方案中，亚硫酸铵结晶体送入无氧干燥装置81中干燥，无氧干燥装置81应该严格控制内部氧含量，防止亚硫铵被氧化。干燥后送入研磨装置82内研磨成松散粉末并进入亚硫酸铵储仓83储存，并在需要时通过上料机84将亚硫酸铵储仓83内的亚硫酸铵粉末经亚硫酸铵粉末入口送入反应塔1中，从而实现结晶体的干燥、研磨、上料的完整工序。

需要强调的是：在烟气中SO₂含量较高的场合，投入氨气生成的亚硫酸铵就足以支撑脱硝所需的亚硫酸铵的量，甚至还有结余，因而需要根据烟气条件的不同，定时向亚硫酸铵储仓83内补充部分亚硫酸铵物料，或者向外输出部分亚硫酸铵高价值副产物。

本实施例中，上述无氧干燥装置81为无氧干燥机，具体型号根据实际使用需求，灵活合理的选择即可。采用无氧干燥机对过滤出来的亚硫酸铵晶体进行干燥，在无氧、60℃以下的环境下进行干燥，既避免了亚硫酸铵的分解，也避免了亚硫酸铵被空气中的氧气氧化。其中，无氧干燥机无需将物料干燥到完全无水的状态，只需确保物料的附水低于5％，物料松散不成团的状态即可。上述研磨装置82可以采用雷蒙磨机或或市面上现有的适合亚硫酸铵性质的其他磨粉设备，具体型号根据实际使用需求灵活、合理的选择即可。上料机84可以采用吸风上料机，将亚硫酸铵储仓83内的亚硫酸铵粉末随气流抽送至反应塔1中。

本实施例中，上述加氨装置6采用带有阀门的液态氨罐。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种氨-亚硫铵联合脱硫脱硝系统，其特征在于：包括反应塔(1)、固体颗粒补集装置(2)、冷凝除尘器(3)、烟气后处理装置(4)、调节池(5)、亚硫酸铵析出系统和亚硫酸铵处理系统，所述反应塔(1)连接有加氨装置(6)，所述反应塔(1)的烟气出口连接所述固体颗粒补集装置(2)的烟气进口，所述固体颗粒补集装置(2)的烟气出口连接所述冷凝除尘器(3)的进口，所述冷凝除尘器(3)的出口连接所述烟气后处理装置(4)的烟气进口，所述冷凝除尘器(3)凝结水出口连接所述调节池(5)，所述调节池(5)连接所述亚硫酸铵析出系统，所述亚硫酸铵析出系统用于析出亚硫酸晶体，所述亚硫酸铵处理系统用于将所述亚硫酸铵析出系统析出的亚硫酸铵晶体处理成干燥且松散的粉末，所述反应塔(1)的底部设有亚硫酸铵粉末入口。

2.根据权利要求1所述的一种氨-亚硫铵联合脱硫脱硝系统，其特征在于：所述固体颗粒补集装置(2)为布袋除尘器。

3.根据权利要求1所述的一种氨-亚硫铵联合脱硫脱硝系统，其特征在于：所述烟气后处理装置(4)为水洗塔，该水洗塔的液体出口连接所述调节池(5)。

4.根据权利要求1所述的一种氨-亚硫铵联合脱硫脱硝系统，其特征在于：所述调节池(5)底部连接有带阀门的加氨管道，该加氨管道连接氨源。

5.根据权利要求1所述的一种氨-亚硫铵联合脱硫脱硝系统，其特征在于：所述亚硫酸铵析出系统包括液体浓缩装置(71)、冷却结晶器(72)和液体过滤装置(73)，所述液体浓缩装置(71)的进口连接所述调节池(5)，其出口连接所述冷却结晶器(72)的进口，所述冷却结晶器(72)的晶浆出口连接所述液体过滤装置(73)的进口，所述液体过滤装置(73)的过滤液排放口连接所述液体浓缩装置(71)的进口。

6.根据权利要求5所述的一种氨-亚硫铵联合脱硫脱硝系统，其特征在于：所述液体浓缩装置(71)为闪蒸罐。

7.根据权利要求5所述的一种氨-亚硫铵联合脱硫脱硝系统，其特征在于：所述液体过滤装置(73)为真空皮带或板框压滤机。

8.根据权利要求1所述的一种氨-亚硫铵联合脱硫脱硝系统，其特征在于：所述亚硫酸铵处理系统包括无氧干燥装置(81)和研磨装置(82)，所述无氧干燥装置(81)的出料端通过物料送装置连接所述研磨装置(82)的进料端，所述研磨装置(82)的出料端连接亚硫酸铵储仓(83)，所述亚硫酸铵储仓(83)上设有出料口，所述亚硫酸铵储仓(83)的出料口通过上料机(84)连接所述亚硫酸铵粉末入口。

9.根据权利要求8所述的一种氨-亚硫铵联合脱硫脱硝系统，其特征在于：所述无氧干燥装置(81)为无氧干燥机，所述上料机(84)为吸风上料机。

10.根据权利要求1所述的一种氨-亚硫铵联合脱硫脱硝系统，其特征在于：所述加氨装置(6)为液态氨罐。