CN103768902A - 湿法烟气脱硫工艺中亚硫酸盐浆液氧化方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿法烟气脱硫工艺中亚硫酸盐浆液氧化方法及其设备，该方法包括如下步骤：1）将脱硫塔上段碱液吸收生成的亚硫酸盐浆液收集在同一脱硫塔下段的浆液池中；2）将含氧气体送入脱硫塔外的沿面放电反应器中，使其转化为含氧活性物质的活性气体；3）以所述活性气体作为氧化剂，将其注入所述亚硫酸盐浆液中，迫使亚硫酸盐浆液被氧化成硫酸盐浆液；该设备将沿面放电反应器放在浆液池外，提高了氧化速率，减少了含氧气体的用量，同时也避免了电极被腐蚀及浆液倒灌现象，并使得湿法脱硫的吸收与氧化工艺一体化，在同一脱硫塔完成，省去了额外的氧化反应器，简化了工艺，降低了成本。

Description

湿法烟气脱硫工艺中亚硫酸盐浆液氧化方法及其设备

技术领域

本发明涉及烟气脱硫技术，具体地指一种湿法烟气脱硫工艺中亚硫酸盐浆液氧化方法及其设备。

背景技术

湿法燃煤烟气脱硫方法，主要有石灰石/石灰-石膏法、氨法、镁法及钠法等处理方法，其脱硫过程是首先利用碱吸收液中的碱性物质与烟气中的SO₂反应，生成亚硫酸盐，再将亚硫酸盐氧化成硫酸盐回收利用，即：包括吸收过程、氧化过程和副产物处置过程，其中，亚硫酸盐浆液的氧化过程关系到脱硫副产物质量、浆液池体积和氧化空气注入量。在湿法烟气脱硫工艺中，亚硫酸盐的氧化方法主要是强制氧化法，传统工艺是采用鼓风机或空气压缩机将空气鼓入亚硫酸盐浆液中，利用空气中氧气氧化亚硫酸盐，但由于氧气氧化能力较低，需要鼓入数倍于理论当量的氧气氧化亚硫酸盐，由此导致鼓入空气量增加，进而需要配备大功率风机，最终导致亚硫酸盐氧化运行成本增加；再者，因为氧气氧化亚硫酸盐速率低，需要增加亚硫酸盐氧化时间，因此脱硫塔中氧化区（浆液池）的体积也随之增大，从而导致脱硫塔体积增加，设备成本加大。

为提高对亚硫酸盐浆液的氧化效率，近年来，研究人员进行了一系列的研究，公开号为CN102188882A的中国发明专利公开了烟气脱硫脱硝脱重金属一体化方法及专用设备，公开号为CN102188883A的中国发明专利公开了新型脱硫脱硝重金属一体化烟气净化工艺及装置，公开号为CN102350190A的中国发明专利公开了脱硫脱硝烟气集成净化工艺及装置，公开号为CN101485957B的中国发明专利公开了臭氧氧化结合双塔洗涤对烟气同时脱硫脱硝的装置及方法，公开号为CN101602537B的中国发明专利公开了臭氧强化氧化亚硫酸盐水溶液的处理方法，公开号为CN102358621A的中国发明专利公开了一种臭氧氧化亚硫酸铵或亚硝酸铵的方法，这些方法基本过程是先利用臭氧发生器制备臭氧，再将臭氧直接注入到脱硫塔的亚硫酸盐浆池，或者与氧化空气混合后再一起注入到脱硫塔亚硫酸盐浆池，氧化亚硫酸盐，这些方法存在的问题一是臭氧发生器产生高浓度臭氧经过管道输送到吸收塔的浆池，在输送过程中臭氧分解导致臭氧损失；问题二是臭氧发生器处理气量有限，进而导致臭氧产生量有限，难以满足大烟气量脱硫浆液的氧化需求；问题三是臭氧发生器需要配备空分设备和大功率高频电源，从而导致设备成本和运行成本增加。

另外，公开号为CN102500212A的中国发明专利公开了一种沿面放电活性物质注入氧化亚硫酸铵或亚硝酸铵的方法，将气相沿面放电***直接放置于亚硫酸盐的浆池中，含氧气体经过沿面放电***转变成为含有臭氧和原子氧等活性物质的活性气体后，注入浆池氧化亚硫酸盐，这种方法因活性物质产生后直接利用，活性物质利用效率高，且沿面放电其它物理化学效应得到利用，具有较高的氧化效率。但是，实际应用表明该方法具有以下不足之处：1）气相沿面放电***直接放入浆液池中，使得电极***容易被腐蚀；2）当浆液压力大于电极***内部的气体压力时，浆液易倒灌进入放电电极***，导致放电电极***损坏；3）对亚硫酸盐浆液的氧化速率及氧化率仍有待提高。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种湿法烟气脱硫工艺中亚硫酸盐浆液氧化方法及其设备，以提高含氧气体对亚硫酸盐浆液的氧化速率及氧化率，并保证设备不易被浆液腐蚀。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种湿法烟气脱硫工艺中亚硫酸盐浆液氧化方法，包括如下步骤：

1）将经过脱硫塔上段碱液吸收生成的亚硫酸盐浆液收集在同一脱硫塔下段的浆液池中；

2）将含氧气体送入设置在所述脱硫塔外的沿面放电反应器中，使其转化为含氧活性物质的活性气体；

3）以所述活性气体作为氧化剂，将其注入所述脱硫塔下段的亚硫酸盐浆液中，迫使两者发生充分的气液两相接触，使亚硫酸盐浆液被氧化成硫酸盐浆液。

进一步地，所述步骤2）中，交流高压电源为工频高压交流电源、低频高压交流电源、高频高压交流电源，或双极性脉冲高压电源中的一种，其交流频率控制在10Hz～100kHz，输出电压峰值控制在10～16kV，处理时间控制在10～18min。

进一步地，所述步骤2）中，交流高压电源的交流频率控制在60Hz～90kHz，输出电压峰值控制在12～14kV，处理时间控制在15～18min。在此工艺参数条件下处理含氧气体，能够尽可能多地获得含氧活性物质，且能量消耗较少，性价比较高。

进一步地，所述步骤2）中，含氧活性物质为O、O₃、·O₂、·O中的一种或一种以上的组合。

更进一步地，所述步骤2）中，将含氧气体以12～16m/s的气速送入沿面放电反应器中。含氧气体在放电***中流速较高，有利于减少浆液池体积，降低设备成本。

一种为实现上述方法而专门设计的湿法烟气脱硫工艺中亚硫酸盐浆液氧化设备，包括送气风机、沿面放电反应器、交流高压电源及反应池，所述沿面放电反应器与所述交流高压电源电连接，所述送气风机的出气端与所述沿面放电反应器的进气端连通，所述反应池为脱硫塔下段的亚硫酸盐浆液池，所述亚硫酸盐浆液池的底端设有布气器，所述沿面放电反应器的出气端与出气管的一端相连，所述出气管的另一端伸入所述亚硫酸盐浆液池中与所述布气器连接。

进一步地，所述沿面放电反应器包括圆筒状的母管，所述母管两端分别设有均流孔板，所述母管内设有若干导电管，所述导电管的两端分别固定在与其对应的均流孔板上，所述导电管内设有沿面放电管，所述沿面放电管包括外部的绝缘管和内部的沿面放电电极，各根所述沿面放电电极通过高压绝缘导线与所述交流高压电源的高压输出端相连，各根所述导电管通过导线与所述交流高压电源的低压输出端相连。在同一母管内设置多根沿面放电电极，互相通过绝缘管隔开，相当于设置了多个放电体，从而提高了对含氧气体的处理效率。

进一步地，所述绝缘管外壁与其对应的导电管内壁整体紧密贴合，所述沿面放电电极由金属丝或金属带绕制而成，呈同轴螺线管状，且与其对应的绝缘管内壁紧密贴合。沿面放电管与导电管、沿面放电电极与绝缘管之间整体密切接触，有利于含氧气体从沿面放电管内部流过且沿面放电电极整体均匀放电，从而确保含氧气体的转化效果。

进一步地，所述母管一端顶部设有冷却剂进口，所述母管另一端底部设有冷却剂出口。冷却剂通过冷却剂进口进入，流经导电管之间空隙后从冷却剂出口流出，可有效控制沿面放电管的温度。

更进一步地，所述沿面放电电极的金属丝直径为0.5～10mm、螺距为1～50mm；所述沿面放电电极的金属带宽度为0.5～10mm、螺距为1～50mm。通过优化沿面放电电极的结构形状及尺寸比例，提升了沿面放电反应器的放电功能，放电更均匀可靠。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

其一，本发明将沿面放电反应器布置在送气风机与脱硫塔之间的进气气道上，避免了将其直接放入亚硫酸盐浆液中所导致的气相沿面放电***容易被腐蚀的现象，提高了沿面放电反应器的使用寿命。

其二，本发明将沿面放电反应器布置在进气气道上，当浆液压力大于沿面放电反应器内部的气体压力时，避免了浆液倒灌进入沿面放电反应器而导致放电电极***损坏。

其三，本发明设备通过导电管、绝缘管、及沿面放电电极的妥善配合，使得含氧气体从沿面放电管内部流过，与沿面放电电极充分接触，且沿面放电电极整体均匀放电，从而提高了含氧气体转化成活性气体的转化率，进而提高了含氧气体对亚硫酸盐浆液的氧化效率和氧化速率，也减少了含氧气体的用量。

其四，本发明将沿面放电反应器设置在脱硫塔外，有效避免了脱硫塔上段向下喷散液体时造成沿面放电反应器内绝缘部件丧失绝缘功能、不能发生放电、甚至损坏高压电源***的隐患。因此，本发明使得湿法脱硫的吸收与氧化工艺一体化，能在同一脱硫塔内完成，省去了现有技术中需额外再配备的氧化反应池，简化了工艺，降低了成本。

附图说明

图1为一种湿法烟气脱硫工艺中亚硫酸盐浆液氧化设备的结构示意图。

图2为图1中沿面放电反应器的结构示意图。

图3为图2中导电管与沿面放电管的位置关系示意图。

图4为图3中沿面放电管的结构示意图。

图5为亚硫酸盐浆液强制氧化与用本发明方法氧化处理效果对比曲线图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但是本发明并不限于下述实施例。

图1所示的湿法烟气脱硫工艺中亚硫酸盐浆液氧化设备，包括送气风机1、沿面放电反应器2，交流高压电源3及反应池，反应池为脱硫塔下段的亚硫酸盐浆液池4，浆液池4的底端设有布气器6，沿面放电反应器2与交流高压电源3电连接，送气风机1的出气端与沿面放电反应器2的进气端连通，沿面放电反应器2的出气端与出气管5的一端连接，出气管5的另一端伸入脱硫塔下段的亚硫酸盐浆液池4中，并且与布气器6连接，沿面放电反应器2的两端各安装一套连接法兰。其中，本设备还可配备附属监控设备13，用于控制和监测沿面沿面放电反应器2的运行状态与参数。

图2所示的沿面放电反应器2包括圆筒状的母管7，母管7两端分别设有均流孔板8，母管7内均匀布置多根金属导电管9，导电管9的两端分别固定在与其位置相应的均流孔板8上，即导电管9通过均流孔板8均匀安装于母管7内部。导电管9内设有沿面放电管10（如图3所示），沿面放电管10包括外部的绝缘管10-a和内部的沿面放电电极10-b（如图4所示），该绝缘管10-a可为玻璃管，云母管，或陶瓷管，绝缘管10-a外壁与导电管9内壁整体紧密贴合。该沿面放电电极10-b由金属丝或金属带绕制而成，呈同轴螺线管状，与绝缘管10-a内壁紧密贴合，即在安装过程中，沿面放电管10与导电管9、沿面放电电极10-b与绝缘管10-a内壁之间整体密切接触，以确保含氧气体从沿面放电管10内部流过且沿面放电电极10-b整体均匀放电。将每根沿面放电管10内部的沿面放电电极10-b通过高压绝缘导线连接在一起，作为沿面放电反应器2的高压电极，与交流高压电源3的高压输出端连接，将母管7上所有导电管9通过导线连接在一起，作为沿面放电反应器2的低压电极，与交流高压电源3的低压输出端连接，连接后再与接地线连接。另外，在母管7一端顶部设有冷却剂进口11，另一端底部设有冷却剂出口12，冷却剂通过冷却剂进口11进入，流经导电管9之间空隙后从冷却剂出口12流出，可控制沿面放电管10的温度。通过调整导电管9和沿面放电管10的套数及长度，即可调整含氧气体的进气流量。导电管9壁厚优选0.1～10mm，内径优选10～100mm，长度优选100～3000mm；绝缘管10-a壁厚优选0.5～50mm，内径优选5～500mm，长度优选100～3000mm；沿面放电电极10-b的金属丝或金属带的直径或宽度优选0.5～10mm，螺距优选1～50mm。

上述设备的工艺流程如下：风机1将含氧气体从沿面放电反应器2的进气端鼓入沿面放电反应器2中，用交流高压电源3给沿面放电反应器2供电，该交流高压电源3为工频高压交流电源、低频高压交流电源、高频高压交流电源，或双极性脉冲高压电源中的一种，其交流频率控制在10Hz～100kHz，优选60Hz～90kHz，输出电压峰值控制在10～16kV，优选12～14kV，含氧气体从沿面放电管10内部以12～16m/s的气速流过，沿面放电电极10-b整体均匀放电，含氧气体转化成含氧活性物质（含氧活性物质为O、O₃、·O₂、·O中的一种或一种以上的组合）的活性气体，处理时间控制在10～18min，优选15～18min，该活性气体从沿面放电反应器2的出气端出来后通过出气管5进入脱硫塔下段的亚硫酸盐浆液池4中；经过脱硫塔上段碱液吸收生成的亚硫酸盐浆液被收集在同一脱硫塔下段的浆液池中，活性气体通过脱硫塔底部的布气器6均匀注入亚硫酸盐浆液中，发生充分的气液两相接触，活性气体中的活性物质与亚硫酸盐浆液反应，将亚硫酸盐氧化成硫酸盐。本发明方法及其设备可用于氧化石灰石/石膏吸收法的亚硫酸钙、氨吸收法的亚硫酸铵、氧化镁吸收法的亚硫酸镁，及钠碱吸收法的亚硫酸钠等烟气脱硫工艺中。

本实施例中的具体结构设计参数如下：沿面放电反应器2的绝缘管10-a长度为200mm、内径为5mm、管壁厚度为1mm；制作沿面放电电极10-b的不锈钢线直径为0.5mm，绕成螺距为2mm的螺线管式结构，母管7采用厚度0.5mm的铜箔制成，将沿面放电反应器2的一端通过长度1m的硅橡胶管连接到转子流量计后再与送气风机1相连接，而沿面放电反应器2的另一端通过长度2m的硅橡胶出气管5与亚硫酸盐浆液池4中的石英砂头布气器6连接，硅橡胶出气管5的外径为8mm。采用工频50Hz交流高压电源供电。用上述设备对初始浓度0.2mol/L，溶液体积600mL的亚硫酸铵浆液分别用传统强制氧化方法（沿面放电反应器不加电，也称为空白氧化处理），和本发明方法（给沿面放电反应器施加电压峰值为14kV）进行氧化处理，在空气量1.0m³/h，气速15m/s条件下，强制氧化速率为2.6×10^-3mol/min，本发明方法氧化速率为8.0×10^-3mol/min，本发明方法明显提高了空气氧化亚硫酸盐速率，使氧化速率提高了约2倍；另外，亚硫酸盐浆液池4中的亚硫酸盐氧化效率随处理时间变化情况如图5所示，结果显示：当处理时间为15min时，强制氧化的亚硫酸盐氧化率小于40%，而发明方法氧化亚硫酸铵盐的氧化率接近100%，明显提高了亚硫酸盐的氧化率。

本发明采用气道式沿面放电氧化工艺与设备，将氧化空气转变成含氧活性气体，提高了氧化速率和氧利用效率，减少了氧化空气量，从而减小了脱硫塔下段浆液池的体积，降低了脱硫设备***建设成本和运行成本；沿面放电反应器的沿面放电管直径较大，气体阻力小，适于对大流量空气或氧气进行放电活化处理；本发明设备结构简单，便于安装，适用于新建湿法脱硫***，也适用于已建湿法脱硫***升级改造。

Claims (10)

1.一种湿法烟气脱硫工艺中亚硫酸盐浆液氧化方法，包括如下步骤：

1）将经过脱硫塔上段碱液吸收生成的亚硫酸盐浆液收集在同一脱硫塔下段的浆液池中；

2）将含氧气体送入设置在所述脱硫塔外的沿面放电反应器中，使其转化为含氧活性物质的活性气体；

3）以所述活性气体作为氧化剂，将其注入所述脱硫塔下段的亚硫酸盐浆液中，迫使两者发生充分的气液两相接触，使亚硫酸盐浆液被氧化成硫酸盐浆液。

2.根据权利要求1所述的湿法烟气脱硫工艺中亚硫酸盐浆液氧化方法，其特征在于：所述步骤2）中，交流高压电源为工频高压交流电源、低频高压交流电源、高频高压交流电源，或双极性脉冲高压电源中的一种，其交流频率控制在10Hz～100kHz，输出电压峰值控制在10～16kV，处理时间控制在10～18min。

3.根据权利要求2所述的湿法烟气脱硫工艺中亚硫酸盐浆液氧化方法，其特征在于：所述步骤2）中，交流高压电源的交流频率控制在60Hz～90kHz，输出电压峰值控制在12～14kV，处理时间控制在15～18min。

4.根据权利要求1或2或3所述的湿法烟气脱硫工艺中亚硫酸盐浆液氧化方法，其特征在于：所述步骤2）中，含氧活性物质为O、O₃、·O₂、·O中的一种或一种以上的组合。

5.根据权利要求1或2或3所述的湿法烟气脱硫工艺中亚硫酸盐浆液氧化方法，其特征在于：所述步骤2）中，将含氧气体以12～16m/s的气速送入沿面放电反应器中。

6.一种为实现权利要求1所述方法而专门设计的湿法烟气脱硫工艺中亚硫酸盐浆液氧化设备，包括送气风机（1）、沿面放电反应器（2）、交流高压电源（3）及反应池，所述沿面放电反应器（2）与所述交流高压电源（3）电连接，所述送气风机（1）的出气端与所述沿面放电反应器（2）的进气端连通，其特征在于：所述反应池为脱硫塔下段的亚硫酸盐浆液池（4），所述亚硫酸盐浆液池（4）的底端设有布气器（6），所述沿面放电反应器（2）的出气端与出气管（5）的一端相连，所述出气管（5）的另一端伸入所述亚硫酸盐浆液池（4）中与所述布气器（6）连接。

7.根据权利要求6所述的湿法烟气脱硫工艺中亚硫酸盐浆液氧化设备，其特征在于：所述沿面放电反应器（2）包括圆筒状的母管（7），所述母管（7）两端分别设有均流孔板（8），所述母管（7）内设有若干导电管（9），所述导电管（9）的两端分别固定在与其对应的均流孔板（8）上，所述导电管（9）内设有沿面放电管（10），所述沿面放电管（10）包括外部的绝缘管（10-a）和内部的沿面放电电极（10-b），各根所述沿面放电电极（10-b）通过高压绝缘导线与所述交流高压电源（3）的高压输出端相连，各根所述导电管（9）通过导线与所述交流高压电源（3）的低压输出端相连。

8.根据权利要求7所述的湿法烟气脱硫工艺中亚硫酸盐浆液氧化设备，其特征在于：所述绝缘管（10-a）外壁与其对应的导电管（9）内壁整体紧密贴合，所述沿面放电电极（10-b）由金属丝或金属带绕制而成，呈同轴螺线管状，且与其对应的绝缘管（10-a）内壁紧密贴合。

9.根据权利要求7或8所述的湿法烟气脱硫工艺中亚硫酸盐浆液氧化设备，其特征在于：所述母管（7）一端顶部设有冷却剂进口（11），所述母管（7）另一端底部设有冷却剂出口（12）。

10.根据权利要求8所述的湿法烟气脱硫工艺中亚硫酸盐浆液氧化设备，其特征在于：所述沿面放电电极（10-b）的金属丝直径为0.5～10mm、螺距为1～50mm；所述沿面放电电极（10-b）的金属带宽度为0.5～10mm、螺距为1～50mm。

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