CN102847422B - 一种氨法烟气脱硫装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氨法烟气脱硫装置，包括脱硫塔和塔外循环结晶槽，脱硫塔内由上至下设有除雾段、吸收段、浓缩结晶段和氧化段，浓缩段喷淋层下方0.5-3m内设有环形挂壁板，环形挂壁板厚度5-50mm；循环结晶槽上设有搅拌器和倒空心圆台状的液固混合器，循环结晶槽内壁与液固混合器外壁之间自上而下设有3-5层导流板，导流板法线方向与搅拌时浆液流动方向的夹角为0-45°。采用氨法烟气脱硫装置，硫铵副产品质量好，设备故障率低，具有高度净化烟气、有效提高氨吸收剂等特点，除尘率可达到：SO₂≥95％；SO₃≥97％；NOx≥35％；HX(X:F，Cl)≥90％；烟尘≥70％；氨逃逸≤8mg/Nm³。

Description

一种氨法烟气脱硫装置

技术领域

本发明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，尤其涉及一种氨法烟气脱硫装置。

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。

目前，国内采用石灰/石灰石-石膏湿法烟气脱硫脱技术差不多占到整个行业的90％，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。而氨法脱硫是一种可以回收硫资源烟气脱硫技术，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：(1)脱硫塔由除雾段、吸收段、和氧化段一体化的设计模式；(2)脱硫塔由除雾段、吸收段、浓缩段和氧化段一体化，同时在塔外设置循环结晶槽的设计模式。在第一种设计模式下，主要用在塔外蒸发结晶工艺方面，由于在塔内的硫铵母液未达到过饱和状态，为了得到合格的硫铵产品，需要蒸发大量的水分，以使硫酸铵形成大小合适的结晶体，从而需要耗费大量的能量。在第二种设计模式下，主要用于塔内饱和结晶工艺，主要靠有效利用原烟气的热量对硫铵母液进行蒸发浓缩，达到过饱和，直至有结晶体形成。虽然此种设计模式能够有效地利用原烟气的热能，但存在着循环结晶器中硫酸铵结晶颗粒粒度较小，而且分布范围较窄，造成了后续离心分离的难度，不容易得到合格的硫酸铵产品，而且产量很低，同时造成设备的故障率很高。同时，在浓缩段中的硫铵母液经液体分布器喷射后，由于硫铵母液本身的腐蚀性质以及含有一定的固体颗粒，极易对靠近分布器的塔壁造成冲涮腐蚀，严重时直接导致塔壁被完全腐蚀，形成塔漏，带来严重的安全隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有的氨法烟气脱硫装置脱硫塔的腐蚀严重以及同时产生的硫铵产品质量差、不利于后续的离心分离、设备故障率高等问题，提供了一种氨法烟气脱硫装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种氨法烟气脱硫装置，包括脱硫塔和塔外循环结晶槽，脱硫塔内由上至下依次设有除雾段、吸收段、浓缩结晶段和氧化段，除雾段设有喷淋层，除雾段顶部设有烟气出口，吸收段设有2-4级吸收段喷淋层，浓缩结晶段设有烟气进口和浓缩段喷淋层，氧化段设有压缩空气进口和液氨注入管，吸收段回流液出口通过管路与氧化段连接，氧化段通过浆液循环泵与吸收段喷淋层相连，氧化段和浓缩结晶段之间设有挡板，其特征在于：浓缩段喷淋层下方0.5-3m的距离内设有防止塔壁冲刷腐蚀的环形挂壁板，环形挂壁板厚度为5-50mm；循环结晶槽顶部设有搅拌器，内部设有倒空心圆台状的液固混合器，循环结晶槽内壁与液固混合器外壁之间自上而下设有3-5层导流板，导流板法线方向与搅拌时浆液流动方向的夹角为0-45°；氧化段下部出口管通过母液排出泵与循环结晶槽顶部相连，循环结晶槽浆液出口管道通过浓缩结晶泵与浓缩段喷淋层相连，循环结晶槽通过管路与浓缩结晶段的下端相连。

所述的除雾段设有二级折流板式除雾器，二级折流板式除雾器的间距为1.5-3mm。

所述的吸收段喷淋层设有10-50个使喷淋吸收液雾化的喷嘴，喷嘴为锥形。

所述的吸收段内设有位于吸收段喷淋层上方的填料层。

所述的挡板由烟气进口向右下方倾斜，倾斜方向与水平夹角为5-15°。

所述的搅拌器的桨叶采用斜桨形式。

所述的脱硫塔氧化段距离其底部1-2m距离内设有3-6台侧壁搅拌器，以使溶液混合均匀，提高氧化率。

所述的液固混合器半锥角角度为15-75°，高度为槽高的1/3-1/4，厚度为1-20mm，由来自脱硫塔氧化段泵入的稀溶液与来自硫铵车间含一定固含量的硫铵溶液在液固混合器内混合，对滤液进行稀释，使之尽可能的减少所含有的固体颗粒晶核，为循环结晶槽底部硫铵颗粒的长大创造条件。

所述的浓缩结晶段循环浆液出口距离循环结晶槽顶部为0-1/2槽高。

所述的循环结晶槽内的导流板采用碳钢衬胶材质，厚度为1-10mm。

本发明的有益效果是：可以有效利用原烟气的热量，大大降低后续硫铵后处理部分的能耗，对脱硫塔浓缩段进行了特殊化处理，大大降低了浆液对塔壁的冲刷腐蚀，同时装置中采用了新型的循环结晶槽，从而使小粒径的硫酸铵晶体更容易长大，而且降低了离心分离设备的故障率，最终得到的硫铵产品的品质也较好，达到了国家商品级硫铵的要求，实现了由烟气中的硫到硫铵化肥中的硫的资源化转变；同时参与浓缩结晶段循环的浆液中仅含有较少量的固体，从而降低了对浓缩泵叶轮的磨损，大大增强了其耐用性，间接地节省了设备投资；

经本氨法脱硫装置的脱硫处理，烟气中主要酸、碱性污染物和烟尘的脱除率可达到：SO₂：≥95％；SO₃：≥97％；NOx≥35％；HX(X:F，Cl)≥90％；烟尘：≥70％；氨逃逸≤8mg/Nm³；因此本脱硫装置具有高度净化烟气、高效脱除SO2及其它有害酸性气体、有效提高氨吸收剂利用率等特点，同时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

图1是本发明结构示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，待脱硫烟气经位于脱硫塔1浓缩结晶段5的烟气进口101进入到塔内，在浓缩结晶段5，循环结晶槽2内的母液经浓缩结晶泵33打到浓缩结晶段5内的浓缩段喷淋层14，母液经浓缩段喷淋层上的液体分布器均布后与烟气充分接触进行初步脱硫及热量交换，母液经过水分蒸发后，使其中的溶质硫酸铵处于过饱和状态，而从母液中得以结晶析出，同时根据目前国内氨法脱硫塔实际的运行状况，脱硫塔喷淋层下方1-2m范围内往往是塔壁腐蚀最严重，最容易形成塔漏的地方，因此本装置对此重点进行了创新，在浓缩段喷淋层14的下方0.5-3m的范围内设置了专门防止塔壁冲刷腐蚀的环形挂壁板15，其环形挂壁板厚度为5-50mm，材质为FRP。

如图1所示，浓缩结晶段5上方为吸收段4，两者之间通过内构件分隔开，并通过气帽进行连接。初步脱硫后的烟气经气帽进入吸收段4，与来自氧化段6的循环浆液经母液排出泵32打入位于吸收段4的吸收段喷淋层13，经喷淋层上的液体分布器均布后，逆流进行充分接触脱硫，同时脱硫吸收液通过位于与氧化段6上部相连的吸收段4底部的自流管道回流到氧化段6，回流液主要以亚硫酸氢铵为主，而通过试验研究发现，脱硫液中真正参与吸收反应的主要为亚硫酸铵，因此，通过向氧化段加入液氨的方式将亚硫酸氢铵中和为亚硫酸铵，同时考虑到亚硫酸铵的不稳定性以及产品的用途，决定通过采用向吸收液中通氧化空气的方式将亚硫酸铵氧化为硫酸铵，在氧化段6设有专门的氧化空气气体分布器17，氧化空气分布器的塔进口处与压缩空气风机相连的氧化空气管道相连接，并且在氧化空气管路的相应位置设有专门的液氨注入管，具体加氨量根据塔内母液的PH值进行调节，一般母液的PH值控制在5.5-6.0，因为在此PH值范围内吸收液具有相对较高的二氧化硫吸收速率。同时为了使脱硫母液混合均匀，提高氧化空气的利用率，在氧化段距离其底部1-2m范围内，均布了3-6台侧壁搅拌器18，使生成的亚硫酸铵溶液能够快速的氧化为硫酸铵溶液，确保了氧化速率达到98％以上，同时整个母液的密度保持在1.05g/cm³到1.20g/cm³之间，浓度控制在35％以内。

如图1所示，通过吸收段喷淋层13的烟气会携带一定量逃逸的氨，为了能搞尽量除降低氨损耗，在吸收段喷淋层13的上部设置了专门的填料层12，在填料层12的上方设有水雾喷射器，通过填料层12使烟气分布更加均匀，而且利用水雾把未被吸收的氨进一步脱除，降低氨损。

如图1所示，除雾段3处于吸收段4的上部，通过吸收段4上部填料层的烟气基本上处于饱和阶段，并且烟气的带水量比较大，为了能够使烟气中所含的水分除去，在除雾段3设置了二级折流板式除雾器11，并且二级折流板式除雾器带有自动冲洗水装置，最终烟气经二级折流板式除雾器拦截后，其中水分含量小于75mg/Nm³，经过二级折流板式除雾后的烟气通过烟气出口102经烟囱排放。

氧化段6内母液经浆液循环泵31打到吸收段同烟气进行逆流接触，不断地循环吸收烟气中的二氧化硫，因此生成的亚硫酸铵越来越多，母液的密度也会越来越大，当密度达到1.05g/cm³到1.20g/cm³之间时，开启母液排出泵32，由循环结晶槽2的顶部泵入液固混合器22，同来自硫铵生产车间的硫铵滤液混合，使滤液中的固体溶解，以此减少小颗粒晶核的数量，从而为大颗粒的硫铵晶体进一步长大创造条件，同时，较小的晶粒易形成“晶簇”，使表面积增大，很容易将母液藏在晶粒间，吸附较多地溶液，而腐蚀管道和设备，特别是离心分离及洗涤产品时，颗粒较小的硫铵结晶会使晶浆粘度增大，导致放料困难，筛网磨损也较大。循环结晶槽顶部设有搅拌器21，搅拌器桨叶采用斜浆结构，材质为双相钢2205，通过搅拌使母液混合均匀，克服晶核表面的液膜阻力，使硫铵分子能够快速扩散到晶核表面，同时使硫铵结晶体在母液中呈悬浮状态，延长颗粒在母液中的停留时间，对硫铵晶核的长大起着积极的重要作用。

同时循环结晶槽2槽壁与液固混合器22外壁空间范围内自上之下设置3-5层导流板23，导流板23的方向布置由所述的循环结晶槽顶部搅拌器的浆液搅拌时所产生的液流方向确定，具体为液流方向与挡板法线方向的夹角为0-45°，从而确保在搅拌器21搅拌时，向上运动的硫铵大颗粒经挡板碰撞后改变运动方向，主要集中于循环结晶槽2的中下部，不参与由浓缩结晶泵33再次打回脱硫塔浓缩结晶段的浆液循环，使颗粒具有足够的时间而长大，为后续的离心分离提供了条件，降低了设备的故障率，同时由于参与循环的浆液固体含量减少而对浓缩结晶泵以及脱硫塔浓缩段的喷嘴的磨损大为降低，从而对设备的性能要求也可降低，节省的设备的投资，而且更加实用。

浓缩循环浆液自循环结晶槽2上部侧壁出口经浓缩结晶泵33打到脱硫塔浓缩结晶段的喷淋层，经喷淋层上液体分布器将循环液均布后，与烟气逆流进行接触反应、传热，烟气在此处将被冷却到60-80℃，同时烟气中含有的20-60％的二氧化硫将被脱除，由于反应生成硫酸铵和水分的蒸发，循环浆液得到进一步浓缩，生成大量的结晶体，含有结晶体的浆液通过与浓缩段底部开口相连接的自流管道进入到循环结晶槽2的底部，进入循环结晶槽2的管口位于离循环结晶槽2底部0-1/3槽高的范围内。为了便于循环液自浓缩段回流到循环结晶槽2，脱硫塔1浓缩结晶段5与氧化段6之间设置挡板，由烟气进口向右下方侧倾斜，倾斜方向与水平夹角为5-15°。

通过浓缩结晶泵33不断地将结晶浆液进行循环，循环结晶槽2中的结晶颗粒不断增多，当循环结晶槽2底部的浆液的含固量达到10-15％时，通过硫铵浆液排出泵将含固硫铵浆液打入硫铵车间进行后续处理，最终经离心、干燥、包装得到合格的硫铵产品，实现可资源化生产。

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所揭示的内容所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利保护范围。

Claims (10)

1.一种氨法烟气脱硫装置，包括脱硫塔和塔外循环结晶槽，脱硫塔内由上至下依次设有除雾段、吸收段、浓缩结晶段和氧化段，除雾段设有喷淋层，除雾段顶部设有烟气出口，吸收段设有2-4级吸收段喷淋层，浓缩结晶段设有烟气进口和浓缩段喷淋层，氧化段设有压缩空气进口和液氨注入管，吸收段回流液出口通过管路与氧化段连接，氧化段通过浆液循环泵与吸收段喷淋层相连，氧化段和浓缩结晶段之间设有挡板，其特征在于：浓缩段喷淋层下方0.5-3m的距离内设有防止塔壁冲刷腐蚀的环形挂壁板，环形挂壁板厚度为5-50mm；塔外循环结晶槽顶部设有搅拌器，内部设有倒空心圆台状的液固混合器，塔外循环结晶槽内壁与液固混合器外壁之间自上而下设有3-5层导流板，导流板法线方向与搅拌时浆液流动方向的夹角为0-45°；氧化段下部出口管通过母液排出泵与塔外循环结晶槽顶部相连，塔外循环结晶槽浆液出口管道通过浓缩结晶泵与浓缩段喷淋层相连，塔外循环结晶槽通过管路与浓缩结晶段的下端相连。

2.根据权利要求1所述的一种氨法烟气脱硫装置，其特征在于：所述的除雾段设有二级折流板式除雾器，二级折流板式除雾器的间距为1.5-3mm。

3.根据权利要求1所述的一种氨法烟气脱硫装置，其特征在于：所述的吸收段喷淋层设有10-50个使喷淋吸收液雾化的喷嘴，喷嘴为锥形。

4.根据权利要求1所述的一种氨法烟气脱硫装置，其特征在于：所述的吸收段内设有位于吸收段喷淋层上方的填料层。

5.根据权利要求1所述的一种氨法烟气脱硫装置，其特征在于：所述的挡板由烟气进口向右下方倾斜，倾斜方向与水平夹角为5-15°。

6.根据权利要求1所述的一种氨法烟气脱硫装置，其特征在于：所述的搅拌器的桨叶采用斜桨形式。

7.根据权利要求1所述的一种氨法烟气脱硫装置，其特征在于：所述的脱硫塔氧化段距离其底部1-2m距离内设有3-6台侧壁搅拌器。

8.根据权利要求1所述的一种氨法烟气脱硫装置，其特征在于：所述的液固混合器半锥角角度为15-75°，高度为槽高的1/3-1/4，厚度为1-20mm。

9.根据权利要求1所述的一种氨法烟气脱硫装置，其特征在于：所述的浓缩结晶段循环浆液出口距离塔外循环结晶槽顶部为0-1/2槽高。

10.根据权利要求1所述的一种氨法烟气脱硫装置，其特征在于：所述的塔外循环结晶槽内的导流板采用碳钢衬胶材质，厚度为1-10mm。