CN102935328A - 一种回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的方法，包括以下步骤：将煤炭与脱硫剂混合制成脱硫煤投入锅炉燃烧；对尾气进行余热回收处理；对尾气进行除尘处理；对尾气进行聚集压缩；将压缩后的尾气通入反应罐进行化学反应；制得纯碱。该方法不仅能够对燃煤锅炉尾气进行处理，减少对环境的污染，而且能够以尾气中的二氧化碳为原料制备纯碱，具有较好的推广应用价值和商业价值。本发明的装置包括依次连接的余热回收装置、除尘装置、压缩机、反应罐、纯碱回收系统，所述余热回收装置与燃煤锅炉的排气口连接，在锅炉的进气口设置有膜过滤装置，其结构简单、燃料燃烧效率高，环境污染少，有利于环境的保护，实用性强。
Description
技术领域
技术领域
本发明属于烟道废气回收再利用技术领域，尤其涉及一种回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的方法及装置。
背景技术
随着全球工业的迅速发展，人类对煤炭资源的过度开发利用，煤炭在燃烧的过程中产生的大量粉尘、硫化物、二氧化碳等对环境造成了极大的污染，对人类的生存环境及身体健康产生了严重的影响。我国85%的煤炭是通过燃煤锅炉直接燃烧使用的，主要包括火力发电、工业锅（窑）炉、民用取暖和家庭炉灶等，这种高耗低效的煤炭燃烧方式向空气中排放出大量的二氧化硫、和烟尘对环境造成的污染尤其严重，大量的二氧化碳排放成为了全球温室效应的主要因素，燃煤锅炉的尾气排放已经成为我国大气污染的最主要因素。
为了保护人类赖以生存的环境，我国投入了大量的人力物力对燃煤锅炉的尾气进行整治，但是现有的控制和减少二氧化硫、二氧化碳和粉尘的主要方法是通过干法或湿法脱硫技术对尾气中的二氧化硫进行处理，通过改进锅炉的燃烧方式、提高锅炉的燃烧效率等方式减少二氧化碳排放，但是上述方式仍然会产生大量的二氧化碳，无法从根本上解决二氧化碳的大量排放以及对环境的污染的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种能够有效减少二氧化碳的排放的回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的方法。
本发明的另一目的是针对现有技术的不足而提供一种回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的装置，其结构简单、燃烧效率高。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的方法，包括以下方法步骤：
步骤（一）：将燃煤锅炉使用的煤块粉碎之后添加脱硫剂，制得脱硫煤并投入锅炉进行燃烧。
步骤（二）：将燃煤锅炉燃烧之后的尾气引入余热回收装置，使得尾气降温并对尾气中的热能进行回收。
其中，所述步骤（二）中，经过降温后的尾气的温度为80～100℃。
步骤（三）：将进行余热回收之后的尾气引入除尘装置，对尾气中的粉尘进行回收；粉尘也是锅炉尾气中的一种严重的空气污染物，其中颗粒直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物对人体的危害极大，PM2.5指数已经成为对空气污染程度进行衡量的重要指标，对锅炉尾气中的粉尘进行除尘处理，能够有效避免尾气粉尘直接排向大气，减少粉尘对环境的污染。优选的，除尘装置可采用布袋除尘器，布袋除尘器也称为过滤式除尘器，是一种干式高效除尘器，能够利用纤维编织物制作的袋式过滤元件来捕集含尘气体中的固体颗粒物，将锅炉尾气中的颗粒状污染物截留下来，进行回收从而避免将尾气粉尘直接排向大气，能够有效减少锅炉尾气中的粉尘对环境的污染，减少直径低于PM2.5的微细颗粒的排放。
步骤（四）：将进行余热回收之后的尾气引入压缩机，对尾气进行聚集并压缩。
步骤（五）：将经压缩后的尾气通入盛放有氨盐水的反应罐。
步骤（六）：将反应罐中的纯碱浆液送入纯碱回收系统，制得纯碱。
其中，所述步骤（一）中，在锅炉的进气口设置有膜过滤装置，所述膜过滤装置为富氧膜过滤装置，所述富氧膜过滤装置的膜分离层能够使得氧气通过，阻止氮气通过，因此，能够提高进入锅炉内的氧气的浓度，进而有效的提高煤炭的燃烧效率，提高原料利用率。
其中，所述步骤（一）中，脱硫剂由以下重量份的原料混合而成：
碱式碳酸盐 50～90份
二氧化硅 5～20份
助剂 5～30份,
其中，所述碱式碳酸盐为碱式碳酸铜或碱式碳酸锌中的至少一种，所述助剂为氧化铝或凹凸棒粘土粉中的至少一种。
其中，所述脱硫剂由以下重量份的原料混合而成：
碱式碳酸盐 60～80份
二氧化硅 10～15份
助剂 10～20份。
其中，所述脱硫剂由以下重量份的原料混合而成：
碱式碳酸盐 70份
二氧化硅 12份
助剂 18份。
本发明的化学反应原理为：
1.通过在反应罐中添加生石灰与水反应制备氨盐水溶液，具体反应如下：
1.将尾气中的二氧化碳与通入氨盐水中，具体反应如下：
NH3+CO2+H20+NaCl=NH4Cl+NaHCO3 （1）
2.利用小苏打不稳定的特性，受热分解制得纯碱，具体反应如下：
2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O （2）
其中，所述步骤（四）中，经压缩后的尾气的压力值为1～2个标准大气压。对收集的锅炉尾气进行加压之后，提高单位体积内的空气浓度，在通入反应罐之后有利于提高反应速度，提高尾气处理的效率。
为了实现上述另一目的，本发明采用如下技术方案。
一种回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的装置，包括依次连接的余热回收装置、除尘装置、压缩机、反应罐、纯碱回收系统，所述余热回收装置与燃煤锅炉的排气口连接。
其中，所述反应罐包括两个间歇运转的第一反应罐、第二反应罐，所述第一反应罐、第二反应罐并列设置。第一反应罐、第二反应罐并列设置，在工作过程中，两个反应罐交替轮流开启，第一反应罐内的氨盐水吸收饱和二氧化碳之后通过纯碱回收系统进行后续的操作的同时，开启第二反应罐对尾气中的二氧化碳进行吸收处理，两个反应罐交替轮流反应，能够保证对锅炉尾气的不间断连续进行，提高效率。
其中，在所述反应罐中设置有搅拌器。在吸收二氧化碳的过程中，不断进行搅拌，能够提高反应速度，提高效率。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明的回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的方法，在煤炭燃烧之前利用脱硫剂进行处理，代替普通煤炭进行燃烧，使得煤炭中含有的硫沉淀在燃烧后的煤渣中，减少锅炉尾气中二氧化硫等有害气体的含量，有效减少酸雨等的产生，降低了对环境的危害。
（2）本发明的回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的方法，余热回收装置能够将燃煤锅炉尾气中大量的余热回收利用，有效避免尾气中余热的浪费，减少对煤炭等燃料资源的消耗。
（3）本发明的回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的方法，利用先进的膜法富氧技术在锅炉的燃烧过程中通入富氧空气，能够显著改善燃料的燃烧条件，提高煤炭等燃料的燃烧效率，确保煤炭等燃料的完全燃烧，减少二氧化碳、粉尘等的产生量，大大降低废气排放量和空气污染，节能效果显著。
（4）本发明的回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的方法，利用膜过滤装置可将氧气富集并供给锅炉使用，能够提高煤炭的燃烧效率，降低煤炭的消耗量，降低生产成本低，具有较好的推广应用价值和巨大的商业价值。
（5）本发明的回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的装置，结构简单，操作简便，生产成本低，经济效益明显，煤炭的燃烧效率高，废气排放少，环境污染少，有利于环境的保护。
（6）本发明在减少废气排放的基础上，能够对废气中的二氧化碳进行回收再利用，并制得具有可观经济效益的副产物纯碱，变废为宝，具有较好的经济效益和社会效益，实用性强。
（7）本发明的回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的装置，体积小、占地面积小、安装简便、施工周期短、投资省、运行费用成本低。
附图说明：
图1为本发明的回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的装置的结构示意图。
附图标记包括：
1—锅炉；11—排气口；12—进气口；2—余热回收装置；3—除尘装置；4—压缩机；5—反应罐；51—第一反应罐；52—第二反应罐；
6—纯碱回收系统；7—膜过滤装置；8—搅拌器。
具体实施方式：
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1。
如图1所示，本发明的回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的方法，包括以下步骤：
步骤（一）：将燃煤锅炉1使用的煤块粉碎之后添加脱硫剂，制得脱硫煤并投入锅炉1进行燃烧；在燃烧之前对煤炭进行处理，使得经锅炉1燃烧之后的含硫物质滞留在灰渣中，能够有效的减少锅炉1排放的尾气中的二氧化硫的含量，降低对环境的污染。
进一步的，在锅炉1的进气口12设置有膜过滤装置7，所述膜过滤装置7为富氧膜过滤装置7，所述富氧膜过滤装置7的膜分离层能够使得氧气通过，阻止氮气通过，因此，能够提高进入锅炉1内的氧气的浓度，进而有效的提高煤炭的燃烧效率，提高原料利用率。
本实施例的脱硫剂由以下重量百分比的原料混合而成：
碱式碳酸铜 50份
二氧化硅 20份
氧化铝 30份。
步骤（二）：将燃煤锅炉1燃烧之后的尾气引入余热回收装置2，使得尾气降温并对尾气中的热能进行回收；锅炉1燃烧之后的尾气的温度仍然处于较高的水平，排入大气中会造成能源的大量浪费，利用余热回收装置2对锅炉1尾气中的热量进行回收，使得热量回收后的尾气的温度降低为100℃，能够提高煤炭的利用效率，降低对能源的消耗，降低生产成本。
步骤（三）：将进行余热回收之后的尾气引入除尘装置3，对尾气中的粉尘进行回收。优选的，除尘装置3可采用布袋除尘器，布袋除尘器也称为过滤式除尘器，是一种干式高效除尘器，能够利用纤维编织物制作的袋式过滤元件来捕集含尘气体中的固体颗粒物，将锅炉尾气中的颗粒状污染物截留下来，进行回收从而避免将尾气粉尘直接排向大气，能够有效减少锅炉尾气中的粉尘对环境的污染，减少直径低于PM2.5的微细颗粒的排放。
步骤（四）：将进行余热回收之后的尾气引入压缩机4，对尾气进行聚集并压缩；压缩机4起到两方面的作用，一是能够将大量的锅炉1尾气聚集起来，提高单位体积内的气体浓度，为后续的再利用提供条件；二是对收集后的尾气进行压缩，便于后续将尾气通入反应罐5，完成向纯碱的转化。进一步的，经压缩后的尾气的压力值为1个标准大气压，对收集的锅炉1的尾气进行加压之后，提高单位体积内的空气浓度，在通入反应罐5之后有利于提高反应速度，提高尾气处理的效率。
步骤（五）：将经压缩后的尾气通入盛放有氨盐水的反应罐5；所述反应罐5中盛放有氨盐水溶液，具体的，利用生石灰与水反应而成，利用二氧化碳易与氨盐水溶液反应制得纯碱的原理，对锅炉1的尾气中的二氧化碳气体进行吸附，在减少二氧化碳气体排放的同时，制得无二次污染的副产物纯碱，具有显著的经济效益。
步骤（六）：将反应罐5中的纯碱浆液送入纯碱回收系统6，制得纯碱。利用纯碱回收系统6将反应罐5中制得的纯碱浆液进行脱水回收，制得成品纯碱。
一种回收利用燃煤锅炉1尾气制备纯碱的装置，包括依次连接的余热回收装置2、压缩机4、反应罐5、纯碱回收系统6，所述余热回收装置2与燃煤锅炉1的排气口11连接。
其中，所述反应罐5包括两个间歇运转的第一反应罐51、第二反应罐52，所述第一反应罐51、第二反应罐52并列设置。第一反应罐51、第二反应罐52并列设置，在工作过程中，两个反应罐5交替轮流开启，第一反应罐51内的氨盐水吸收饱和二氧化碳之后通过纯碱回收系统6进行后续的操作的同时，开启第二反应罐52继续对尾气中的二氧化碳进行吸收处理，两个反应罐5交替轮流反应，能够保证对锅炉1的尾气的不间断连续进行，提高效率。
实施例2。
本发明的回收利用燃煤锅炉1尾气制备纯碱的方法，包括以下步骤：
步骤（一）：将燃煤锅炉1使用的煤块粉碎之后添加脱硫剂，制得脱硫煤并投入锅炉1进行燃烧；在燃烧之前对煤炭进行处理，使得经锅炉1燃烧之后的含硫物质滞留在灰渣中，能够有效的减少锅炉1排放的尾气中的二氧化硫的含量，降低对环境的污染。
进一步的，在锅炉1的进气口设置有膜过滤装置7，所述膜过滤装置7为富氧膜过滤装置7，所述富氧膜过滤装置7的膜分离层能够使得氧气通过，阻止氮气通过，因此，能够提高进入锅炉1内的氧气的浓度，进而有效的提高煤炭的燃烧效率，提高原料利用率。
本实施例的脱硫剂由以下重量百分比的原料混合而成：
碱式碳酸锌 90份
二氧化硅 5份
凹凸棒粘土粉 5份。
步骤（二）：将燃煤锅炉1燃烧之后的尾气引入余热回收装置2，使得尾气降温并对尾气中的热能进行回收；锅炉1燃烧之后的尾气的温度仍然处于较高的水平，排入大气中会造成能源的大量浪费，利用余热回收装置2对锅炉1尾气中的热量进行回收，使得热量回收后的尾气的温度降低为80℃，能够提高煤炭的利用效率，降低对能源的消耗，降低生产成本。
步骤（三）将进行余热回收之后的尾气引入除尘装置3，对尾气中的粉尘进行回收。优选的，除尘装置3可采用布袋除尘器，布袋除尘器也称为过滤式除尘器，是一种干式高效除尘器，能够利用纤维编织物制作的袋式过滤元件来捕集含尘气体中的固体颗粒物，将锅炉尾气中的颗粒状污染物截留下来，进行回收从而避免将尾气粉尘直接排向大气，能够有效减少锅炉尾气中的粉尘对环境的污染，减少直径低于PM2.5的微细颗粒的排放。
步骤（四）：将进行余热回收之后的尾气引入压缩机4，对尾气进行聚集并压缩；压缩机4起到两方面的作用，一是能够将大量的锅炉1尾气聚集起来，提高单位体积内的气体浓度，为后续的再利用提供条件；二是对收集后的尾气进行压缩，便于后续将尾气通入反应罐5，完成向纯碱的转化。进一步的，经压缩后的尾气的压力值为2个标准大气压，对收集的锅炉1尾气进行加压之后，提高单位体积内的空气浓度，在通入反应罐5之后有利于提高反应速度，提高尾气处理的效率。
步骤（五）：将经压缩后的尾气通入盛放有氨盐水的反应罐5；所述反应罐5中盛放有氨盐水溶液，具体的，利用生石灰与水反应而成，利用二氧化碳易与氨盐水溶液反应制得纯碱的原理，对锅炉1尾气中的二氧化碳气体进行吸附，在减少二氧化碳气体排放的同时，制得无二次污染的副产物纯碱，具有显著的经济效益。
步骤（六）：将反应罐5中的纯碱浆液送入纯碱回收系统6，制得纯碱。利用纯碱回收系统6将反应罐5中制得的纯碱浆液进行脱水回收，制得成品纯碱。
一种回收利用燃煤锅炉1尾气制备纯碱的装置，包括依次连接的余热回收装置2、除尘装置3、压缩机4、反应罐5、纯碱回收系统6，所述余热回收装置2与燃煤锅炉1的排气口11连接。
其中，所述反应罐5包括两个间歇运转的第一反应罐51、第二反应罐52，所述第一反应罐51、第二反应罐52并列设置。第一反应罐51、第二反应罐52并列设置，在工作过程中，两个反应罐5交替轮流开启，第一反应罐51内的氨盐水吸收饱和二氧化碳之后通过纯碱回收系统6进行后续的操作的同时，开启第二反应罐52对尾气中的二氧化碳继续进行吸收处理，两个反应罐5交替轮流反应，能够保证对锅炉1尾气的不间断连续进行，提高效率。
进一步的，在所述反应罐5中设置有搅拌器8。在吸收二氧化碳的过程中，不断进行搅拌，能够提高反应速度，提高效率。
本实施例中未解释的技术特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的方法，其特征在于，包括以下方法步骤：
步骤（一）：将燃煤锅炉使用的煤块粉碎之后添加脱硫剂，制得脱硫煤并投入锅炉进行燃烧；
步骤（二）：将燃煤锅炉燃烧之后的尾气引入余热回收装置，使得尾气降温并对尾气中的热能进行回收；
步骤（三）：将尾气引入除尘装置，对尾气中的粉尘进行回收；
步骤（四）：将尾气引入压缩机，对尾气进行聚集并压缩；
步骤（五）：将经压缩后的尾气通入盛放有氨盐水的反应罐；
步骤（六）：将反应罐中的纯碱浆液送入纯碱回收系统，制得纯碱。
2.根据权利要求1所述的回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的方法，其特征在于，所述步骤（一）中，在锅炉的进气口设置有膜过滤装置。
3.根据权利要求2所述的回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的方法，其特征在于，所述膜过滤装置为富氧膜过滤装置。
4.根据权利要求1所述的回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的方法，其特征在于，所述步骤（一）中，脱硫剂由以下重量份的原料混合而成：
碱式碳酸盐 50～90份
二氧化硅 5～20份
助剂 5～30份,
其中，所述碱式碳酸盐为碱式碳酸铜或碱式碳酸锌中的至少一种，所述助剂为氧化铝或凹凸棒粘土粉中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的方法，其特征在于，所述脱硫剂由以下重量份的原料混合而成：
碱式碳酸盐 60～80份
二氧化硅 10～15份
助剂 10～20份。
6.根据权利要求5所述的回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的方法，其特征在于，所述脱硫剂由以下重量份的原料混合而成：
碱式碳酸盐 70份
二氧化硅 12份
助剂 18份。
7.根据权利要求1所述的回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的方法，其特征在于，所述步骤（二）中，经过降温后的尾气的温度为80～100℃。
8.一种用于实现权利要求1所述的方法的回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的装置，其特征在于，包括依次连接的余热回收装置、除尘装置、压缩机、反应罐、纯碱回收系统，所述余热回收装置与燃煤锅炉的排气口连接。
9.根据权利要求8所述的回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的装置，其特征在于，所述反应罐包括第一反应罐、第二反应罐，所述第一反应罐、第二反应罐并列设置。
10.根据权利要求8或9所述的回收利用燃煤锅炉尾气制备纯碱的装置，其特征在于，在所述反应罐中设置有搅拌器。
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