CN111589283A - 一种高效脱除尾气中二氧化硫的方法 - Google Patents

一种高效脱除尾气中二氧化硫的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高效脱除尾气中二氧化硫的方法，包括以下步骤：(1)进口尾气换热降温后送入泡沫洗涤管，并与洗涤喷头喷出的吸收液逆流接触反应，然后，气液两相顺流流动进入混合元件内，继续接触反应，接着，气液分离得到净化气体和洗涤液；(2)净化气体送入吸收液储罐，再经安装在吸收液储罐上部的除雾器除沫后，进入烟气换热器升温后排空，洗涤液则循环返回吸收液储罐底部；(3)吸收液储罐的底部通入氧化空气，吸收液储罐底部的吸收液一部分作为循环液返回送至洗涤喷头循环使用，另一部分则排出。与现有技术相比，本发明对SO2脱除效率高，工艺流程简单，操作弹性大，占地面积小，投资低，安装维护方便，能满足日益严格的环保排放要求。

Description

一种高效脱除尾气中二氧化硫的方法
技术领域
本发明属于尾气净化处理技术领域，涉及一种高效脱除尾气中二氧化硫的方法。
背景技术
工业的快速发展往往会带来严峻的环境问题，国家环保总局发布《2014年中国环境状况公告》指出：“我国大气环境污染仍然以煤烟型为主，主要污染物是二氧化硫和烟尘，酸雨问题依然严重”。SO2是造成酸雨、雾霾的主要原因，对人体健康造成巨大伤害。2015年中国SO2排放量达到2157万吨，2020年全国SO2排放量将达到3900万吨，而我国对二氧化硫的环境容量大约为1200万吨/年，环境不堪重负，这使得烟气脱硫成为关注的焦点。针对SO2污染严重的现象，我国相继出台了许多有关SO2排放控制的法规政策及标准。2011年《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)颁布，标准规定新建燃煤锅炉以及以油为燃料的锅炉SO2的排放限值为100mg/m3，重点地区SO2的特别排放限值为50mg/m3。2015年《石油炼制工业污染物排放标准》(GB 31570—2015)颁布。标准中SO2排放指标由原来的960mg/m3提标至400mg/m3，特别排放区提高至100mg/m3。目前甚至有部分电厂开始执行“超低排放”指标(即SO2的排放浓度不高于35mg/m3)，这就要求脱硫装置具有非常高的脱硫效率。
目前，国内外烟气脱硫方法可分为干式、半干式、湿式3种型式，干法和半干法脱硫虽然流程简单，投资低，但有固废产生，脱硫效率低，无法满足现行的排放指标，而湿法脱硫以其较高的效率在工业上得到广泛应用，湿法脱硫又有多种工艺，如石灰石-石膏法、镁法、氨法、钠碱法、海水法和双碱法等。但石灰石-石膏法、双碱法和镁法工艺流程复杂、易堵塞、运行成本高；氨法容易产生氨逃逸，出现烟羽问题；海水法仅适用于沿海少数地区。目前所用脱硫塔主要有喷淋塔、填料塔和鼓泡塔等，但喷淋塔占地面积大，气液两相的接触方式为液滴接触型，接触不是很充分，脱硫效率较低，为满足今后越来越严格的排放标准，需要采用多层喷淋，这势必要增加脱硫塔的造价；填料塔的气液两相的接触方式为液膜接触型，需要安装填料等塔内件，往往有堵塞的风险，而且管路设计复杂，造价高，体积大，运行、维护较为复杂。鼓泡塔阻力大，操作弹性小。尽管湿法脱硫技术及装置种类繁多，但随着排放法规要求越来越严格，迫切需要研究高效率、低成本的脱硫工艺，以解决现有湿法脱硫技术存在的设备占地面积大、易堵塞、成本高等问题，这将有利于SO2末端治理技术的发展。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种高效脱除尾气中二氧化硫的方法，其对SO2脱除效率高，工艺流程简单，操作弹性大，占地面积小，投资低，安装维护方便，能满足日益严格的环保排放要求。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高效脱除尾气中二氧化硫的方法，包括以下步骤：
(1)含SO2的进口尾气换热降温后送入泡沫洗涤管，并与经设置在泡沫洗涤管内的洗涤喷头喷出的吸收液逆流接触反应，然后，气液两相顺流流动进入混合元件内，继续接触反应，接着，气液分离得到净化气体和洗涤液；
(2)净化气体送入吸收液储罐，再经安装在吸收液储罐上部的除雾器除沫后，进入烟气换热器升温后排空，洗涤液则循环返回吸收液储罐底部；
(3)吸收液储罐的底部通入氧化空气，吸收液储罐底部的吸收液一部分作为循环液返回送至洗涤喷头循环使用，另一部分则排出。
进一步的，步骤(1)中，所述的洗涤喷头设有一级或独立控制的多级，且当洗涤喷头设有多级时，其沿进口尾气流动方向间隔布置。
进一步的，所述的吸收液为碱液。
更进一步的，洗涤喷头还通过碱液输送管线连接碱液储罐，在碱液储罐内盛装有质量浓度20％～30％的氢氧化钠溶液。
进一步的，泡沫洗涤管内的操作气速5～20m/s，液气比3～30L/Nm3。
进一步的，净化尾气与进口尾气在烟气换热器换热，且净化尾气在进出烟气换热器的温度分别为50～70℃和150～180℃，进口尾气在进出烟气换热器的温度分别为260～350℃和150～200℃。
进一步的，所述的吸收液储罐内还设有位于除雾器下方的清洗喷头，所述清洗喷头还通过清洗管线连接外部的工业水。
进一步的，所述的吸收液储罐分为位于上部的分离区和下部的集液区，所述的清洗喷头与除雾器布置在分离区内，且所述净化气体从分离区与集液区之间进入吸收液储罐，洗涤液则直接送回集液区。
进一步的，循环液的pH值控制为6-8；
吸收液储罐底部的液体密度控制为1070～1100kg/m3。
进一步的，进口尾气中含SO2的浓度为400～30000mg/Nm3，优选的浓度可以为500～20000mg/Nm3，更优选的浓度为1000～10000mg/Nm3等。
进一步的，净化尾气中的SO2浓度35～100mg/Nm3，雾沫夹带浓度为30～50mg/Nm3。
进一步的，进口尾气与净化气体在烟气换热器处进行换热。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)采用氢氧化钠溶液与SO2反应，工艺流程简单，脱硫效率高，不易堵塞，避免了石灰石-石膏法、双碱法和镁法等工艺流程复杂、易堵塞、运行成本高；氨法容易产生氨逃逸，出现烟羽等问题；
(2)采用撞击式泡沫洗涤器作为脱硫反应器，在反应器内气液逆向对撞产生泡沫区，在泡沫区内气液湍流接触，接触表面积大，而且这些接触表面不断地得到迅速更新，进而强化了传质效果，因而脱硫效率更高，能耗更低，同时造价低、占地面积小，安装维护方便；
(3)操作弹性大，可以适应非正常工况下引起的较大SO2浓度和尾气量的波动；
(4)自动化程度高，管理和维护工作量小。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为混合元件的结构示意图；
图3为图2的A-A剖视示意图；
图中标记说明：
1为碱液储罐，2为碱液输送泵，3为碱液输送管线，4为碱液调节阀，5为pH计，6为循环泵，7为循环液输送总管线，8为吸收液输送支管线一，9为吸收液输送支管线二，10为含SO2高温尾气管线，11为净化气放空管，12为烟气换热器，13为泡沫洗涤管，14为第一级喷头，15为第二级喷头，16为混合元件，17为洗涤液返回管线，18为连通管线，19为吸收液储罐，20为除雾器，21为工业水管线，22为清洗喷头一，23为清洗喷头二，24为工业水调节阀，25为液位计，26为氧化空气管线，27为密度计，28为废水调节阀，29为排污管线；
1601为导流叶片，1602为气相出口，1603为液相出口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下各实施方式或实施例中，如无特别说明的吸收液等原料试剂或功能部件，则表明其为本领域的常规市售原料或为实现对应功能的常规部件。
本发明提出了一种高效脱除尾气中二氧化硫的方法，其工艺流程参见图1所示，包括以下步骤：
(1)含SO2的进口尾气换热降温后送入泡沫洗涤管13，并与经设置在泡沫洗涤管13内的洗涤喷头喷出的吸收液逆流接触反应，然后，气液两相顺流流动进入混合元件16内，继续接触反应，接着，气液分离得到净化气体和洗涤液；
(2)净化气体送入吸收液储罐19，再经安装在吸收液储罐19上部的除雾器20除沫后，进入烟气换热器12升温后排空，洗涤液则循环返回吸收液储罐19底部；
(3)吸收液储罐19的底部通入氧化空气，以将吸收SO2后反应生成的亚硫酸盐氧化成硫酸盐(如将亚硫酸钠氧化成硫酸钠)，吸收液储罐19底部的吸收液一部分作为循环液返回送至洗涤喷头循环使用，另一部分则排出。
在本发明的一种具体的实施方式中，混合元件的结构示意见图2和图3，气液两相顺流流动进入混合元件16内，继续接触反应，接着穿过可旋转的导流叶片1601间隙，气相在导流叶片1604作用下发生旋转，然后从气相出口1602排出；液相在离心力和重力作用下与气相分离，然后从液相出口1603排出。
在本发明的一种具体的实施方式中，步骤(1)中，所述的洗涤喷头设有一级或独立控制的多级，且当洗涤喷头设有多级时，其沿进口尾气流动方向间隔布置。根据进口尾气中的浓度可以选择开启一级或同时开启多级，同时，由于多级的洗涤喷头是间隔设置的，当只开启一级喷头时，根据洗涤喷头所开启的位置，还可以调节后续为其与吸收液的顺流接触时间。
在本发明的一种具体的实施方式中，所述的吸收液为碱液。
在本发明的一种具体的实施方式中，洗涤喷头还通过碱液输送管线3连接碱液储罐1，在碱液储罐1内盛装有质量浓度为20％～30％的氢氧化钠溶液。
在本发明的一种具体的实施方式中，泡沫洗涤管13内的操作气速5～20m/s，液气比3～30L/Nm3。
在本发明的一种具体的实施方式中，净化尾气与进口尾气在烟气换热器换热，且净化尾气在进出烟气换热器的温度分别为50～70℃和150～180℃，进口尾气在进出烟气换热器的温度分别为260～350℃和150～200℃。
在本发明的一种具体的实施方式中，所述的吸收液储罐19内还设有位于除雾器20下方的清洗喷头，所述清洗喷头还通过清洗管线连接外部的工业水。
在本发明的一种具体的实施方式中，所述的吸收液储罐19分为位于上部的分离区和下部的集液区，所述的清洗喷头与除雾器20布置在分离区内，且所述净化气体从分离区与集液区之间进入吸收液储罐19，洗涤液则直接送回集液区。
在本发明的一种具体的实施方式中，循环液的pH值控制为6-8，其通过从碱液储罐1新增补入的碱液来调节。
在本发明的一种具体的实施方式中，吸收液储罐19底部的液体密度控制为1070～1100kg/m3。
在本发明的一种具体的实施方式中，进口尾气(即进口尾气)含SO2的浓度为400～30000mg/Nm3，优选的浓度可以为500～20000mg/Nm3，更优选的浓度为1000～10000mg/Nm3等。
在本发明的一种具体的实施方式中，净化尾气中的SO2浓度35～100mg/Nm3，雾沫夹带浓度为30～50mg/Nm3。
在本发明的一种具体的实施方式中，吸收液储罐19底部排出的污水的COD≤60mg/L。
以上各实施方式可以任意单独实施，也可以任意两两组合或更多组合实施。
以下结合具体实施例对上述实施方式进行更详细的说明。
实施例1：
来自炼厂硫磺回收装置的含SO2高温(260～300℃)尾气经含SO2高温尾气管线10进入烟气换热器12，与脱硫净化后的低温尾气(50～60℃)进行热量交换，原烟气温度降至150～180℃之后自上而下进入泡沫洗涤管13，与第一级喷头14喷出的吸收液和/或第二级喷头15喷出的吸收液接触反应，然后气液两相顺流流动，一起进入混合元件16，再一次顺流接触反应，反应后进行气液分离，低温净化气被加热到140～160℃之后经净化气放空管11排放。
新吸收液采用的是质量浓度为30％的NaOH溶液，由碱液输送泵2经碱液输送管线3、以及吸收液输送支管线一8和吸收液输送支管线二9分别送至第一级喷头14和/或第二级喷头15进口，吸收液储罐19底部的循环液则由循环泵6并经循环液输送总管线7、吸收液输送支管线一8和吸收液输送支管线二9输送至第一级喷头14和/或第二级喷头15内，然后，与进口尾气进行逆向对撞，在泡沫洗涤管13内产生泡沫区，泡沫区内气液两相呈高速湍流接触，接触表面积大，而且迅速更新，强化了传质效果，以达到较高的脱硫效果。然后气液两相顺流流动，经混合元件16进行顺流接触反应后，进行气液分离，分离所得气相经连接混合元件16气相出口的连通管线18进入吸收液储罐19内，所得液相则经洗涤液返回管线17返回吸收液储罐19底部。吸收液储罐19上部为设置有除雾器20的分离区，下部为集液区，分离下来的液体则继续进行循环利用，气体则经除雾器20除去水雾及泡沫后，进入烟气换热器12升温后由净化气放空管11排空。除雾器20的下方设置有清洗喷头，本实施例中的除雾器20设有两级，则清洗喷头分为分别位于两级除雾器20的下方并与外部的工业水管线21连接的清洗喷头一22和清洗喷头二23，除雾器20需要定时冲洗，防止可溶性和悬浮的固体在叶片上产生结垢，每级冲洗时间和频率可根据实际情况调整。
本实施例中，混合元件16的结构参见图2和图3所示，气液两相顺流流动进入混合元件16内，继续接触反应，接着穿过可旋转的导流叶片1601间隙，气相在导流叶片1604作用下发生旋转，然后从气相出口1602排出；液相在离心力和重力作用下与气相分离，然后从液相出口1603排出。
进口尾气(即初始进入的进口尾气)含SO2浓度为500～20000mg/Nm3，经处理后SO2浓度为35～50mg/Nm3。当尾气浓度较低时，开启第一级喷头14或第二级喷头15即可，当尾气浓度较高时，二者同时开启。
***运行过程中需要保持吸收液储罐19内的液位稳定，通过液位计25和工业水调节阀24的信号连锁来控制液位(即通过液位计25检测吸收液储罐19内的液位，当其在最低液位警戒线以下时，即控制工业水调节阀24开启以补充工业水，当其超过最高液位警戒线时，则控制工业水调节阀24关闭)，最高液位不超过正常液位的700mm，最低液位不低于正常液位的500mm。为保持脱硫效率，***运行中需要保持吸收液pH值的稳定，通过pH计5和碱液调节阀4信号连锁来控制pH值(同上，即当检测pH值较低时，即补充碱液)，使pH保持在6～7范围内。通过密度计27和废水调节阀28信号连锁来控制吸收液密度，使密度保持在1070～1100kg/m3范围内(即当循环液的密度达到设定值时经排污管线29排出一部分循环液去污水处理***)。***中需要通过经伸入吸收液储罐19底部的集液区内的氧化空气管线26来通入氧化空气，以强制氧化亚硫酸钠，使排放废水的COD≤50mg/L。
应用以上实施例的基于钠碱法的一种高效脱除尾气中二氧化硫的方法，脱硫效率达98％以上，出口液沫夹带浓度小于50mg/m3，排放废水的COD≤60mg/L，***利用效率高，可高效、稳定、连续运行，满足脱硫效率和废水排放指标的要求。
同时，当所采用的进口尾气中含SO2浓度替换为400～30000mg/Nm3(即可以选择如400、500、1000、5000、10000、20000、30000等任意点值范围内的浓度)时，经过上述实施例1的处理后，对应的净化尾气中的SO2浓度仍可以处理至35～100mg/Nm3内。这表明，采用本实施例的工艺可以适应非常大范围的SO2浓度的波动。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效脱除尾气中二氧化硫的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)含SO2的进口尾气换热降温后送入泡沫洗涤管，并与经设置在泡沫洗涤管内的洗涤喷头喷出的吸收液逆流接触反应，然后，气液两相顺流流动进入混合元件内，继续接触反应，接着，气液分离得到净化气体和洗涤液；
(2)净化气体送入吸收液储罐，再经安装在吸收液储罐上部的除雾器除沫后，进入烟气换热器升温后排空，洗涤液则循环返回吸收液储罐底部；
(3)吸收液储罐的底部通入氧化空气，吸收液储罐底部的吸收液一部分作为循环液返回送至洗涤喷头循环使用，另一部分则排出。
2.根据权利要求1所述的一种高效脱除尾气中二氧化硫的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的洗涤喷头设有一级或独立控制的多级，且当洗涤喷头设有多级时，其沿进口尾气流动方向间隔布置。
3.根据权利要求1所述的一种高效脱除尾气中二氧化硫的方法，其特征在于，所述的吸收液为碱液。
4.根据权利要求1或3所述的一种高效脱除尾气中二氧化硫的方法，其特征在于，洗涤喷头还通过碱液输送管线连接碱液储罐，在碱液储罐内盛装有质量浓度为10％～30％氢氧化钠溶液。
5.根据权利要求1所述的一种高效脱除尾气中二氧化硫的方法，其特征在于，泡沫洗涤管内的操作气速5～20m/s，液气比3～30L/Nm3。
6.根据权利要求1所述的一种高效脱除尾气中二氧化硫的方法，其特征在于，净化尾气与进口尾气在烟气换热器换热，且净化尾气在进出烟气换热器的温度分别为50～70℃和150～180℃，进口尾气在进出烟气换热器的温度分别为260～350℃和150～200℃。
7.根据权利要求1所述的一种高效脱除尾气中二氧化硫的方法，其特征在于，所述的吸收液储罐内还设有位于除雾器下方的清洗喷头，所述清洗喷头还通过清洗管线连接外部的工业水。
8.根据权利要求1所述的一种高效脱除尾气中二氧化硫的方法，其特征在于，所述的吸收液储罐分为位于上部的分离区和下部的集液区，所述的清洗喷头与除雾器布置在分离区内，且所述净化气体从分离区与集液区之间进入吸收液储罐，洗涤液则直接送回集液区。
9.根据权利要求1所述的一种高效脱除尾气中二氧化硫的方法，其特征在于，循环液的pH值控制为6-8；吸收液储罐底部的液体密度控制为1070～1100kg/m3。
10.根据权利要求1所述的一种高效脱除尾气中二氧化硫的方法，其特征在于，进口尾气含SO2的浓度为400～30000mg/Nm3；净化尾气中的SO2浓度35～100mg/Nm3，雾沫夹带浓度为30～50mg/Nm3。
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