CN108910921A - 一种利用烟气热源循环制备硫酸镁的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用烟气热源循环制备硫酸镁的系统及方法，属于烟气脱硫技术领域。所述系统包括：脱硫塔、加热装置、除尘器、换热器、浆液池、喷液管；所述除尘器与加热装置连接，加热装置与脱硫塔的下部连接；所述脱硫塔的底部与换热器连接，换热器与加热装置连接；所述加热装置与换热器连接，换热器、浆液池、喷液管依次连接，喷液管的一端伸入脱硫塔的上部。本发明采用与烟气换热的方式取代了硫酸镁溶液的后续蒸发结晶处理工艺，不仅简化了脱硫副产品的制备工艺，节省了蒸发结晶处理中的能耗，而且实现了余热资源的有效利用，使烟气得到了高附加值利用。
Description
技术领域
本发明涉及烟气脱硫技术领域，尤其涉及一种利用火力发电厂的烟气余热，在镁法脱硫过程中循环制备硫酸镁的系统及方法。
背景技术
镁法烟气脱硫技术是利用氧化镁作为脱硫剂进行烟气脱硫的一种湿法脱硫技术，氧化镁的脱硫机理为碱性氧化物与水发生反应生成氢氧化物，氢氧化物浆液再吸收烟气中的SO2，生成含水亚硫酸镁和少量硫酸镁。镁法烟气脱硫的直接副产物是三水和六水亚硫酸镁，由于烟气中存在氧气(O2)，在一定条件下亚硫酸镁将氧化成硫酸镁。
镁法脱硫技术成熟可靠，脱硫效率高，副产品可以综合利用，显示了越来越大的优越性。有资料显示，目前美国、欧洲、日本火电厂80％的机组容量均采用镁法脱硫，中国台湾电厂的95％机组容量也是采用镁法脱硫。镁法脱硫有如下特点：(1)镁法烟气脱硫使用的镁剂脱硫剂比反应活性很强，比钙剂的反应活性高10多倍，可取的较高的脱硫效率，一般在95％以上，脱硫剂的消耗成本降低。(2)在脱硫作业稳定的同时，投资少，由于镁法脱硫副产物烟硫酸镁、硫酸镁有较高的溶解度，从而避免了其在系统中结垢、堵塞等问题的产生。
然而，现有的镁法烟气脱硫技术中，一般先用脱硫剂(如氢氧化镁溶液)将烟气中的二氧化硫脱除，得到硫酸镁溶液后再对其进行后处理得到硫酸镁产品，这种方法产生的问题是：脱硫剂中的水溶剂在脱硫塔中大量蒸发，水溶剂随烟气排出后不仅造成了水资源的大量浪费，而且由于烟气湿度过大，直接排出后会造成严重的烟羽污染，使得企业不得不额外加装烟气除湿设备，使烟气脱硫的整个工艺复杂化、高成本化。因此，有必要研究一种新的镁法脱硫系统，以期解决上述现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种利用烟气热源循环制备硫酸镁的系统及方法。本发明利用镁法脱硫技术与烟气中丰富的热源，实现了镁法脱硫的循环进行以及硫酸镁的低成本、高效率制备的同时，还实现了烟气的高附加值利用。
本发明的目的之一是提供一种利用烟气热源循环制备硫酸镁的系统。
本发明的目的之二是提供一种利用烟气热源循环制备硫酸镁的方法。
本发明的目的之三是提供一种利用烟气热源循环制备的硫酸镁。
本发明的目的之四是提供利用烟气热源循环制备硫酸镁的系统、方法以及利用烟气热源循环制备的硫酸镁的应用。
为实现上述发明目的，具体的，本发明公开了下述技术方案：
首先，本发明公开了一种利用烟气热源循环制备硫酸镁的系统，所述系统包括：脱硫塔、硫酸镁溶液泵、加热装置、引风机、除尘器、换热器、浆液池、脱硫剂溶液泵、喷液管。
所述除尘器、引风机、加热装置依次相连，加热装置与脱硫塔的下部相连。烟气经过除尘器除尘后，由引风机送入加热装置中，与其中的硫酸镁溶液进行换热，换热后的烟气温度大幅度降低，然后从脱硫塔的下部进入脱硫塔中进行脱硫。
所述烟气来自火力发电厂，因为火力发电厂拥有从100℃到800℃各种温度梯度的热源，余热资源丰富，可与镁法脱硫相互配合，实现烟气的高附加值利用。
所述浆液池与脱硫剂溶液泵连接，喷液管的一端与脱硫剂溶液泵连接，另一端伸入脱硫塔的上部。所述浆液池中含有脱硫剂溶液，脱硫剂溶液泵将脱硫剂溶液送入喷液管中，再由喷液管从脱硫塔的上部自上向下喷洒，而换热后的烟气从脱硫塔的下部逆流而上，与脱硫剂溶液接触，从而完成烟气的脱硫，脱硫后的烟气直接由烟囱排放，而脱硫剂溶液经过脱硫后变成了硫酸镁溶液向脱硫塔的底部聚集。
所述脱硫塔的底部、硫酸镁溶液泵、换热器、加热装置依次连接；脱硫塔底部的硫酸镁溶液通过硫酸镁溶液泵被送入换热器中，与其中的水蒸汽进行换热，从而对硫酸镁溶液预热，预热后的硫酸镁溶液进入加热装置，利用通过加热装置的烟气(热源)对硫酸镁溶液进行加热，硫酸镁溶液中的溶剂水受热蒸发，从而得到结晶的硫酸镁成品。
优选的，所述换热器采用间壁式结构，所述间壁式结构的内部为中空结构，水蒸气从中空的间壁式结构中通过，硫酸镁溶液位于间壁式结构之间，通过间壁式结构的器壁完成水蒸气与硫酸镁溶液之间的热量交换，进而对硫酸镁溶液进行预热。
优选的，加热装置制备的酸镁成品也可再循环至加热装置的硫酸镁溶液进口，改善进入加热装置的硫酸镁浓度，进一步提高硫酸镁质量及热量回收。
所述加热装置、换热器、浆液池依次连接。硫酸镁溶液中的溶剂水受热蒸发后的形成的水蒸汽从加热装置中进入换热器，从而对硫酸镁溶液进行预热，预热后，水蒸汽凝结成冷凝水，然后重新引入到浆液池中，与脱硫剂配制成脱硫剂溶液进行循环利用。
优选的，所述加热装置采用间壁式结构，所述间壁式结构的内部为中空结构，烟气从中空的间壁式结构中通过，硫酸镁溶液位于间壁式结构之间，通过间壁式结构的器壁完成烟气与硫酸镁溶液之间的热量交换，进而对硫酸镁溶液进行脱水，采用烟气余热对硫酸镁溶液进行脱水的好处在于：不仅能够有效利用烟气中的余热，而且可以降低进入脱硫塔的烟气温度，从而降低脱硫塔内水分(脱硫剂溶液、硫酸镁溶液)的蒸发量，进一步减小排放烟气的含湿量，降低烟羽污染。
其次，本发明还公开了一种利用烟气热源循环制备硫酸镁的方法，包括如下步骤：
(1)先将烟气经除尘器除尘后由引风机送入加热装置中，然后送入脱硫塔中进行脱硫；同时，脱硫剂溶液泵将浆液池中的脱硫剂溶液送入喷液管，经喷液管自上向下喷洒后，与从脱硫塔底部逆流而上的烟气接触，完成脱硫，而脱硫剂溶液转变成硫酸镁溶液向脱硫塔的底部汇集；
(2)硫酸镁溶液泵将步骤(1)中的硫酸镁溶液送入换热器中进行预热，预热后再送入加热装置中，用烟气余热对硫酸镁溶液进行加热，硫酸镁溶液中的水溶剂受热蒸发，形成水蒸汽，得到硫酸镁成品；
(3)步骤(2)中的水蒸汽进入换热器中，对来自脱硫塔中的硫酸镁溶液进行预热，预热后水蒸汽凝结成冷凝水，然后重新引入到浆液池中，与脱硫剂配制成脱硫剂溶液进行循环利用。
最后，本发明还公开了利用烟气热源循环制备硫酸镁的系统、利用烟气热源循环制备硫酸镁的方法、烟气热源循环镁法脱硫制备的硫酸镁在食品、化工、医药、农业领域中的应用。
需要说明的是：本发明的主要目的是利用烟气中余热实现硫酸镁制备的同时，还要实现镁法脱硫工艺的循环，这意味着必须要实现脱硫剂溶液和脱硫后得到的硫酸镁溶液中水溶液的循环使用，否则，无法真正实现循环镁法脱硫这一目的；分析后发现：脱硫剂溶液和硫酸镁溶液中水溶剂的损失主要集中在脱硫塔中的脱硫过程，因为烟气的烟温非常高，直接进入脱硫塔中与脱硫剂溶液以及脱硫后得到的硫酸镁溶液接触后，其中的水溶液会被大量蒸发，进而随烟气排出，既浪费了烟气中的余热资源，也浪费了大量的水资源，而且排出烟气的含湿量太大，在排出时会产生非常明显的烟羽现象，带来严重的视觉污染。
为了解决上述问题，本发明首先在烟气进入脱硫塔之前，就对其进行大幅度降温，将烟气的余热用于加热脱硫产物(硫酸镁水溶液)来制备硫酸镁，从而省去了硫酸镁溶液的后续处理，直接得到硫酸镁成品，降温后的烟气进入脱硫塔后，其蒸发水溶剂的能力大幅度降低，可以有效减小脱硫塔内水溶剂的蒸发，不仅降低了水资源的浪费，还降低了排出烟气的含湿量，有效改善了烟气造成的污染，同时，由于排出烟气的含湿量大幅度下降，可以直接排空，不需再进行后续处理以避免烟羽现象。而硫酸镁水溶液经过换热器预热后，在进入加热装置之前就已经具有一定温度，进入加热装置后，硫酸镁溶液中的溶质水在蒸汽热源的加热下可以快速、高效地蒸发，直接得到硫酸镁成品，从而省去了硫酸镁溶液的后续处理，而硫酸镁溶液中的水溶质被蒸发、换热后再次引入浆液池中进行循环利用，从而实现了水资源的重复利用，避免了水资源的浪费；可以看出，本发明仅仅利用烟气中的余热以及简单的循环、冷却、换热过程有效解决了镁法脱硫过程中烟气余热资源以及水资源的大量浪费的难题，取得了非常好的协同效果。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：
(1)本发明采用与烟气换热的方式取代了硫酸镁溶液的后续蒸发结晶处理工艺，不仅简化了脱硫副产品的制备工艺，节省了蒸发结晶处理中的能耗，而且实现了余热资源的有效利用，使烟气得到了高附加值利用。
(2)本发明水蒸汽中的热量被换热后可用于供暖等用途，使烟气中的余热再一次得到利用，同时，冷凝后的水蒸汽被再次用于脱硫，不仅实现了循环镁法脱硫，还有效改善了烟羽现象，经过本发明的系统处理后的烟气直接排空后，烟羽现象肉眼不可见。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明实施例1中利用烟气热源循环制备硫酸镁系统的结构示意图。
图2为本发明实施例2中利用烟气热源循环制备硫酸镁系统的结构示意图。
附图中标记分别代表：1-脱硫塔、2-硫酸镁溶液泵、3-加热装置、4-引风机、5-除尘器、6-换热器、7-浆液池、8-脱硫剂溶液泵、9-喷液管。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有的镁法脱硫工艺仍然存在水资源的大量浪费、严重的烟羽污染以及工艺复杂、成本高等问题，因此，本发明提出了一种利用烟气热源循环制备硫酸镁的系统及方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种利用烟气热源循环制备硫酸镁的系统，所述系统包括：脱硫塔1、硫酸镁溶液泵2、加热装置3、引风机4、除尘器5、换热器6、浆液池7、脱硫剂溶液泵8、喷液管9。
所述除尘器5、引风机4、加热装置3依次相连，加热装置3与脱硫塔1的下部相连。烟气经过除尘器除尘后，由引风机送入加热装置3中，与其中的硫酸镁溶液进行换热，换热后的烟气温度降低，然后从脱硫塔1的下部进入脱硫塔1中进行脱硫。
所述浆液池7与脱硫剂溶液泵8连接，喷液管9的一端与脱硫剂溶液泵8连接，另一端伸入脱硫塔1的上部。所述浆液池7中含有脱硫剂溶液，脱硫剂溶液泵将脱硫剂溶液送入喷液管9中，再由喷液管9从脱硫塔的上部自上向下喷洒，而换热后的烟气从脱硫塔1的下部逆流而上，与脱硫剂溶液接触，从而完成烟气的脱硫，脱硫后的烟气直接由烟囱排放，而脱硫剂溶液经过脱硫后变成了硫酸镁溶液向脱硫塔1的底部聚集。
所述脱硫塔1的底部、硫酸镁溶液泵2、换热器6、加热装置3依次连接；脱硫塔1底部的硫酸镁溶液通过硫酸镁溶液泵2被送入换热器6中，与其中的水蒸汽进行换热，从而对硫酸镁溶液预热，预热后的硫酸镁溶液进入加热装置3，利用通过加热装置3的烟气(热源)对硫酸镁溶液进行加热，硫酸镁溶液中的溶剂水受热蒸发，从而得到结晶的硫酸镁成品。
所述加热装置3、换热器6、浆液池7依次连接。硫酸镁溶液中的溶剂水受热蒸发后的形成的水蒸汽从加热装置3中进入换热器6，从而对硫酸镁溶液进行预热，预热后，水蒸汽凝结冷凝水，然后重新引入到浆液池7中，与脱硫剂配制成脱硫剂溶液进行循环利用。
所述加热装置3采用间壁式结构，所述间壁式结构的内部为中空结构，烟气从中空的间壁式结构中通过，硫酸镁溶液位于间壁式结构之间，通过间壁式结构的器壁完成烟气与硫酸镁溶液之间的热量交换。
所述换热器6采用间壁式结构，所述间壁式结构的内部为中空结构，水蒸气从中空的间壁式结构中通过，硫酸镁溶液位于间壁式结构之间，通过间壁式结构的器壁完成水蒸气与硫酸镁溶液之间的热量交换，进而对硫酸镁溶液进行预热。
实施例2
如图2所示，一种烟气热源循环镁法脱硫及硫酸镁制备系统，所述系统同实施例1，加热装置制备的20％的硫酸镁成品再循环至加热装置3的硫酸镁溶液进口，以提高造粒质量及热量回收。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用烟气热源循环制备硫酸镁的系统，其特征在于：所述系统包括：脱硫塔、加热装置、除尘器、换热器、浆液池、喷液管；所述除尘器与加热装置连接，加热装置与脱硫塔的下部连接；所述脱硫塔的底部与换热器连接，换热器与加热装置连接；所述加热装置与换热器连接，换热器、浆液池、喷液管依次连接，喷液管的一端伸入脱硫塔的上部。
2.如权利要求1所述的利用烟气热源循环制备硫酸镁的系统，其特征在于：所述系统还包括引风机，所述除尘器、引风机、加热装置依次连接。
3.如权利要求2所述的利用烟气热源循环制备硫酸镁的系统，其特征在于：所述系统还包括硫酸镁溶液泵，所述脱硫塔的底部、硫酸镁溶液泵、换热器依次连接。
4.如权利要求3所述的利用烟气热源循环制备硫酸镁的系统，其特征在于：所述系统还包括脱硫剂溶液泵；所述换热器、浆液池、脱硫剂溶液泵依次相连，喷液管的一端与脱硫剂溶液泵连接，另一端伸入脱硫塔的上部。
5.如权利要求1-4任一项所述的利用烟气热源循环制备硫酸镁的系统，其特征在于：所述加热装置采用间壁式结构，所述间壁式结构的内部为中空结构，烟气从中空的间壁式结构中通过，硫酸镁溶液位于间壁式结构之间，通过间壁式结构的器壁完成烟气与硫酸镁溶液之间的热量交换。
6.如权利要求1-4任一项所述的利用烟气热源循环制备硫酸镁的系统，其特征在于：所述换热器采用间壁式结构，所述间壁式结构的内部为中空结构，水蒸气从中空的间壁式结构中通过，硫酸镁溶液位于间壁式结构之间，通过间壁式结构的器壁完成水蒸气与硫酸镁溶液之间的热量交换。
7.如权利要求1-4任一项所述的利用烟气热源循环制备硫酸镁的系统，其特征在于：所述加热装置中得到的硫酸镁成品再循环至加热装置的硫酸镁溶液进口。
8.一种利用烟气热源循环制备硫酸镁的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)先将烟气经除尘器除尘后由引风机送入加热装置中，然后送入脱硫塔中进行脱硫；同时，脱硫剂溶液泵将浆液池中的脱硫剂溶液送入喷液管，经喷液管自上向下喷洒后，与从脱硫塔底部逆流而上的烟气接触，完成脱硫，而脱硫剂溶液转变成硫酸镁溶液向脱硫塔的底部汇集；
(2)硫酸镁溶液泵将步骤(1)中的硫酸镁溶液送入换热器中进行预热，预热后再送入加热装置中，用烟气余热对硫酸镁溶液进行加热，硫酸镁溶液中的水溶剂受热蒸发，形成水蒸汽，得到硫酸镁成品；
(3)步骤(2)中的水蒸汽进入换热器中，对来自脱硫塔中的硫酸镁溶液进行预热，预热后水蒸汽凝结成冷凝水，然后重新引入到浆液池中，与脱硫剂配制成脱硫剂溶液进行循环利用。
9.如权利要求8所述的方法制备的硫酸镁。
10.如权利要求1-7任一项所述的利用烟气热源循环制备硫酸镁的系统和/或如权利要求8所述的方法和/或如权利要求9所述的硫酸镁在食品、化工、医药、农业领域中的应用。
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