CN201124078Y

CN201124078Y - 一种逆流氨法脱硫装置

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Publication number: CN201124078Y
Application number: CNU2007201553089U
Authority: CN
Inventors: 娄爱娟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-07-16
Filing date: 2007-07-16
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2017-07-16

Abstract

本实用新型涉及锅炉烟气氨法脱硫装置，公开了一种新的塔器设备，主要分三个功能区：脱氨区、脱硫区和氧化结晶区。它在脱硫塔塔顶设置净化烟气出口；在塔体内上部设置了包括冲洗水分布器的气、液分离构件；在冲洗水分布器下方设置与脱氨循环吸收液进口相连接的脱氨循环吸收液分布器；在脱氨循环吸收液分布器下方设置脱氨区；在脱氨区下方设置与脱硫循环吸收液进口相连接的脱硫循环吸收液分布器；在脱硫循环吸收液分布器下方设置脱硫区；在脱硫区下方塔体上设置烟气进口；在烟气进口下方设置氧化结晶区。该设备的特点是投资低，能耗小，且烟气处理能力大，效率高，适合大规模工业化应用。

Description

一种逆流氨法脱硫装置

技术领域

该实用新型属于清洁能源技术和洁净煤技术领域，主要应用于火力发电站、工业燃煤或燃油锅炉，以及冶金矿物烧结机烟气的SO₂废气回收净化，也可用于化工和环保领域。

背景技术

以煤或石油为燃料的锅炉或火力发电厂排放大量烟气。这些烟气含有SOx、NOx、HCl和HF等有害物质，其中SOx是形成酸雨的主要物质。随燃烧煤种的不同，SO₂含量通常在300～5000ppmv(1000～15000mg/Nm³)之间。但是，烟气量十分巨大，以燃煤锅炉而论，蒸汽规模从35T/h到2500T/h，发电机组容量6MW到1000MW，烟气量由5万Nm³/h到250万Nm³，SO₂排放量1000吨/年到100,000吨/年。由于SO₂是酸性气体，采用碱性水溶液脱吸烟气中的SOx，即烟气脱硫(FGD)是有效的方法，具有广泛的应用价值。

然而，现有的烟气脱硫技术中，广泛采用的仍然还是以石灰石为原料的石灰石～石膏法(也称为钙法)，其脱硫副产品是石膏。由于石膏的用途很有限，脱硫副产的石膏以抛弃为主。因此，这类方法称为抛弃法。抛弃法具有明显的缺点：消耗新的自然资源；废气变废渣，带来新的污染；同时排放CO₂，为温室气体，而且投资大，能耗高。

合成氨是碱性物质，作为脱硫剂，可以生产高肥效的硫酸铵化肥。这种方法称为氨法脱硫技术。

中国是一个人口、粮食和化肥大国，化肥的产量折合为合成氨，相当于3500万吨/年。以FGD技术可以解决2000万吨SO₂/年计算，需要提供合成氨1000万吨/年，占全国合成氨总需求量不到30％，同时可生产4000万吨硫酸铵，产值近300亿元。另外，碳铵或尿素仅含氮营养，而硫铵中同时含氮和硫营养。因此，硫铵是比碳铵和尿素更好的化肥，在中国具有巨大的市场前景。但是，我国，乃至世界范围内，硫酸铵的产量都很低，基本上都是副产品，几乎没有专门生产硫酸铵化肥的工厂。因此，发展以烟气脱硫为基础的硫铵化肥产业，对于促进我国农业的发展具有重要意义。

氨法脱硫技术对应的三个步骤如下：

(1)SO₂吸收，表现为水溶液中的酸碱反应，首先生成亚硫酸铵，反应如下：

SO₂+H₂O+2NH₃＝(NH₄)₂SO₃(亚硫酸铵)

(2)亚硫酸铵氧化为硫酸铵，化学反应也在水溶液中发生，反应如下：

(NH₄)₂SO₃+1/2O₂＝(NH₄)₂SO₄(硫酸铵)

(3)硫酸铵结晶，水溶液中的硫酸铵浓度超过溶解度后，会结晶析出固体硫酸铵颗粒。结晶通常也被看作为一个化学反应，即：

(NH₄)₂SO₄(L，液体硫酸铵)＝(NH₄)₂SO₄(S，固体硫酸铵)。

但是，与其他碱性物质不同的是，氨易挥发。传统的逆流接触式吸收塔，不论是喷淋塔、填料塔还是板式塔，在位于塔顶部的接触点，吸收液中氨浓度最高，而气体相中SO₂浓度最低。因此，氨在气相中的浓度将最高。这意味着氨随尾气溢出脱硫装置的量将很大。这既会造成氨的浪费损失，又会造成新的污染。这个难题正是导致氨法脱硫技术在过去长期未能很好发展的一个重要原因。

发明内容

为克服现有技术存在的上述缺陷和不足，本实用新型从降低氨的挥发损失的角度，提出了一种新的氨法烟气脱硫方法和装置，分别如附图1至2所示。

本实用新型依据的新方法为一种逆流氨法烟气净化设备的脱硫方法，该方法包括三个步骤，原烟气的一阶氨法脱硫净化；半净化烟气的二阶脱氨脱硫净化；对所述一阶、二阶净化产生的亚硫酸铵溶液实施氧化结晶。

实现该方法的装置可以是一种圆柱形或方形的塔式设备；

它主要分为三个功能区：脱氨区、脱硫区和氧化结晶区。

(1)脱氨区主要完成氨回收的任务，从脱硫区上来的已经脱出大部分二氧化硫的烟气含有的氨气在这个区域被吸收，同时在脱硫区剩余的二氧化硫在这个区域进一步被吸收。该区域的高度为H1，直径为D1。脱氨区位于脱氨吸收液分布器和脱硫吸收液分布器之间。

(2)脱硫区主要完成脱硫任务，烟气中的二氧化硫主要是在脱硫区被吸收液吸收变为亚硫酸铵。该区域位于的高度为H2，直径为D2，位于脱硫吸收液分布器和溢流出口之间。

(3)从脱硫区和脱氨区下来的含有亚硫酸铵的吸收液体直接落入氧化结晶区。在这个区域，亚硫酸铵被鼓入的空气氧化为硫酸铵，并使吸收液中的硫酸铵浓度增加，超过硫酸铵的饱和溶解度，结晶析出固体硫酸铵。该区域的高度为H3，直径为D3，位于溢流出口和塔底板之间。

具体包括：

设置在塔顶中心的净化烟气出口，该出口可以是圆形，也可以是其它形状。

设置在塔体内上部的气、液分离构件；

设置在气、液分离构件下方的与水进口相连接的冲洗水分布器；

设置在冲洗水分布器下方的与脱氨循环吸收液进口相连接的脱氨循环吸收液分布器；

设置在脱氨循环吸收液分布器下方的脱氨区；

设置在脱氨区下方的与脱硫循环吸收液进口相连接的脱硫循环吸收液分布器；

设置在脱硫循环吸收液分布器下方的脱硫区；

设置在脱硫区的烟气入口；

设置在塔体上的吸收液溢流出口；

设置在溢流出口下方的氧化结晶区；

设置在氧化结晶区下部的循环吸收液出口，以及与吸收液出口相连接，并同塔体上部的脱硫循环吸收液进口相连脱硫循环泵，和脱氨循环吸收液进口相连脱氨循环泵；

设置在氧化结晶区下部的母液回流入口；

设置在氧化结晶区下方的与空气入口相连接的空气分布器；

设置在空气分布器上部的搅拌器；

设置在空气分布器下部的搅拌器；

设置在空气分布器下部的硫铵料浆出口；

还包括：

连接塔体循环吸收液出口，脱硫循环泵和脱硫吸收液分布器的脱硫循环管；

连接塔体循环吸收液出口，脱氨循环泵和脱氨吸收液分布器的脱氨循环管；

以及设置在脱硫循环管上的进氨混合器。

本实用新型的一个特征是，脱硫剂氨的加入接口设置在脱硫循环管线上，不设置在塔体上，也不设置在脱氨循环管路上，目的是让将脱氨循环吸收液中的游离氨含量降低到最低程度，使脱氨区成为以氨的吸收和二氧化硫的吸收同时存在的区域，甚至以氨吸收为主的区域，最大限度减少尾气中的氨挥发损失。

本实用新型的第二个特征是，脱氨区高度H1为1～10m，更好地在2～6m之间，烟气通过脱氨区的空塔速度在1～5m/s之间，最好在2.0～3.5m/s之间，据此确定脱氨区的直径。

脱硫区的高度为5～20m，更好在8～15m之间，其直径与脱氨区相同。

氧化结晶区的高度在5～20m之间，最好在8～15m之间，其直径是脱氨区直径的1～2倍。

本实用新型的第三个特征是，脱氨以及脱硫吸收液分布器包括一根总管，以及与总管相连的若干根支管，和与支管相连接的喷嘴。总管和支观的内径大小按照吸收液在管内的流动速度为1～5m/s而确定，更好按照1.5～2.5m/s确定。

本实用新型的第四个特征是，所要求的喷嘴为螺旋喷嘴，螺旋的旋转匝数为2～5匝。螺旋喷嘴的喷口内径在5～150mm之间，更好在20～80mm之间。喷嘴喷出的液体喷洒的角度在50～160度之间，更好在80～130度之间。喷嘴个数的分布密度以对应区域的横截面积为基础为0.3～5.0个喷嘴/m²，更好地为1～3个喷嘴/m²。

本实用新型的第五个特征是，所要求的脱氨区，或者脱硫区的吸收液的喷淋密度，以对应的横截面积为基础，为5～300m³/m²/h，更好为10～200m³/m²/h，最好为20～100m³/m²/h。对应的循环泵流量的大小以此为依据确定。

本实用新型的第六个特征是，设置在脱氨吸收液分布器上方的气、液分离器，用以分离尾气中夹带的液滴。而且该分离器是采用玻璃纤维增强的塑料薄板为材料制备成的波纹板片组合而成的。薄板的厚度在0.5～5mm之间，更好在0.8～2.5mm之间；相邻两片波纹板片的间距为10～100mm，更好在20～50mm之间。波纹的峰谷高度为50～500mm，更好为100～300mm；波纹的单个波的宽度为50～500mm，更好在100～300mm。

本实用新型的第七个特征是，设置在气、液分离器上下的两组冲洗水分布器，它由冲洗水总管、支管和喷嘴组成。

本实用新型的第八个特征是，烟气入口为矩形口，矩形口的高度和长度的比例为0.2～0.8，目的是尽量降低塔体的总高度，降低造价。

本实用新型的第九个特征是，设置在脱硫区的烟气分布器。

烟气分布器为筛板，其开孔率(开孔的总面积/塔体的横截面积)为20～50％，开孔的孔直径为10～100mm；

烟气分布器为栅板，其开孔率(开孔的总面积/塔体的横截面积)为20～50％，栅条缝隙的宽度为10～100mm，长度为0.5～5.0m。

本实用新型的第十个特征是，设置在脱氨区内和脱硫区内的强化气、液接触效率，即提高脱氨效率和脱硫效率的降低壁流效应和防止烟气短路的挡圈，挡圈与塔壁的角度在10～80度之间。挡圈的长度在0.1～3.0m之间。挡圈不一定要是一个整体，可以分段，分段的段数在2～20之间。

附图说明

图1为脱硫装置。

图2为工艺流程简图。

具体实施方式

实施例1

脱硫装置塔顶中心位置设置圆形净化烟气出口，该出口设有两个，都包含栅格防护物，防止异物坠入；在塔体内上部设置气、液分离构件；在气、液分离构件下方设置与水进口相连接的冲洗水分布器；在冲洗水分布器下方设置与脱氨循环吸收液进口相连接的脱氨循环吸收液分布器；在脱氨循环吸收液分布器下方设置脱氨区；在脱氨区下方设置与脱硫循环吸收液进口相连接的脱硫循环吸收液分布器；在脱硫循环吸收液分布器下方设置脱硫区；在脱硫区设置烟气入口；在塔体上设置吸收液溢流出口；在溢流出口下方设置氧化结晶区；在氧化结晶区下部设置循环吸收液出口，以及连接吸收液出口，并连接塔体上部的脱硫循环吸收液进口的脱硫循环泵，和连接脱氨循环吸收液进口的脱氨循环泵；在氧化结晶区下部设置母液回流入口；在氧化结晶区下方设置与空气入口相连接的空气分布器；在空气分布器上部设置搅拌器；在空气分布器下部设置搅拌器；在空气分布器下部设置硫铵料浆出口；在相关位置设置连接塔体循环吸收液出口，脱硫循环泵和脱硫吸收液分布器的脱硫循环管；在相关位置设置连接塔体循环吸收液出口，脱氨循环泵和脱氨吸收液分布器的脱氨循环管；在脱硫循环管上设置进氨混合器。

此外，脱硫剂氨的加入接口设置在脱硫循环管线上，不设置在塔体上，也不设置在脱氨循环管路上；脱氨区高度H1为5m，烟气通过脱氨区的空塔速度为3m/s，据此确定脱氨区的直径；脱硫区的高度为12m，其直径与脱氨区相同；氧化结晶区的高度为9m，其直径是脱氨区直径的1.6倍；脱氨以及脱硫吸收液分布器包括一根总管，以及与总管相连的若干根支管，和与支管相连接的喷嘴。总管和支管的内径大小按照吸收液在管内的流动速度为1～5m/s而确定，更好按照2m/s确定。

喷嘴为螺旋喷嘴，螺旋的旋转匝数为4匝。螺旋喷嘴的喷口内径为30mm。喷嘴喷出的液体喷洒的角度为90度。喷嘴个数的分布密度以对应区域的横截面积为基础，本实施例优选2个喷嘴/m²。

脱氨区，或者脱硫区的吸收液的喷淋密度，以对应的横截面积为基础，本实施例优选30m³/m²/h。对应的循环泵流量的大小以此为依据确定。

设置在脱氨吸收液分布器上方的气、液分离器用于分离尾气中夹带的液滴。该分离器采用玻璃纤维增强的塑料薄板为材料制备成的波纹板片组合而成，薄板的厚度为2mm；相邻两片波纹板片的间距为30mm。波纹的峰谷高度为200mm；波纹的单个波的宽度为200mm。

设置在气、液分离器上下的两组冲洗水分布器由冲洗水总管、支管和喷嘴组成。

烟气入口为矩形口，矩形口的高度和长度的比例为0.6。设置在脱硫区的烟气分布器为筛板，其开孔率(开孔的总面积/塔体的横截面积)为30％，开孔的孔直径为20mm；烟气分布器为栅板，则其开孔率(开孔的总面积/塔体的横截面积)为40％，栅条缝隙的宽度为30mm，长度为1m。此外，设置在脱氨区内和脱硫区内的挡圈与塔壁的角度为30度。挡圈的长度为2m。挡圈分为5段。

实施例2

脱硫装置塔顶中心位置设置方形净化烟气出口，该出口设有一个，包含隆起的顶盖防护物，防止异物坠入；在塔体内上部设置气、液分离构件；在气、液分离构件下方设置与水进口相连接的冲洗水分布器；在冲洗水分布器下方设置与脱氨循环吸收液进口相连接的脱氨循环吸收液分布器；在脱氨循环吸收液分布器下方设置脱氨区；在脱氨区下方设置与脱硫循环吸收液进口相连接的脱硫循环吸收液分布器；在脱硫循环吸收液分布器下方设置脱硫区；在脱硫区设置烟气入口；在塔体上设置吸收液溢流出口；在溢流出口下方设置氧化结晶区；在氧化结晶区下部设置循环吸收液出口，以及连接吸收液出口，并连接塔体上部的脱硫循环吸收液进口的脱硫循环泵，和连接脱氨循环吸收液进口的脱氨循环泵；在氧化结晶区下部设置母液回流入口；在氧化结晶区下方设置与空气入口相连接的空气分布器；在空气分布器上部设置搅拌器；在空气分布器下部设置搅拌器；在空气分布器下部设置硫铵料浆出口；在相关位置设置连接塔体循环吸收液出口，脱硫循环泵和脱硫吸收液分布器的脱硫循环管；在相关位置设置连接塔体循环吸收液出口，脱氨循环泵和脱氨吸收液分布器的脱氨循环管；在脱硫循环管上设置进氨混合器。

此外，脱硫剂氨的加入接口设置在脱硫循环管线上，不设置在塔体上，也不设置在脱氨循环管路上；脱氨区高度H1为4.5m，烟气通过脱氨区的空塔速度为2.5m/s，据此确定脱氨区的直径；脱硫区的高度为11.5m，其直径与脱氨区相同；氧化结晶区的高度为8.5m，其直径是脱氨区直径的1.5倍；脱氨以及脱硫吸收液分布器包括一根总管，以及与总管相连的若干根支管，和与支管相连接的喷嘴。总管和支管的内径大小按照吸收液在管内的流动速度为1～5m/s而确定，更好按照3m/s确定。

喷嘴为螺旋喷嘴，螺旋的旋转匝数选定为5匝。螺旋喷嘴的喷口内径为28mm。喷嘴喷出的液体喷洒的角度为80度。喷嘴个数的分布密度以对应区域的横截面积为基础，本实施例优选2.5个喷嘴/m²。

脱氨区，或者脱硫区的吸收液的喷淋密度，以对应的横截面积为基础，本实施例优选28m³/m²/h。对应的循环泵流量的大小以此为依据确定。

设置在脱氨吸收液分布器上方的气、液分离器用于分离尾气中夹带的液滴。该分离器采用玻璃纤维增强的塑料薄板为材料制备成的波纹板片组合而成。薄板的厚度为2mm；相邻两片波纹板片的间距为28mm。波纹的峰谷高度为190mm；波纹的单个波的宽度为190mm。

烟气入口为矩形口，矩形口的高度和长度的比例为0.5。设置在脱硫区的烟气分布器为筛板，其开孔率(开孔的总面积/塔体的横截面积)为25％，开孔的孔直径为18mm；烟气分布器为栅板，则其开孔率(开孔的总面积/塔体的横截面积)为30％，栅条缝隙的宽度为28mm，长度为0.8m。此外，设置在脱氨区内和脱硫区内的挡圈与塔壁的角度为28度。挡圈的长度为2.8m。挡圈分为7段。

Claims

1. 一种逆流氨法脱硫装置，其特征在于，

所说的脱硫装置包括三个构件，即原烟气脱硫区的脱硫构件、初步净化烟气脱氨区的脱氨和补充脱硫构件、脱硫溶液氧化结晶区的氧化结晶构件；

所说的脱硫区设有烟气入口，优选为设置在脱硫区外壁上的一个矩形或近似矩形的入口，矩形入口的高度、长度比例为0.2～0.8；

最后净化后的烟气出口设置在离开脱氨区的一个上方位置，可以是烟气离开脱氨区以后方便继续上浮散逸的任意位置，优选为脱硫装置顶部的中央。

2. 根据权利要求1所述的逆流氨法脱硫装置，其特征在于，

所说的脱氨区位于脱氨吸收液分布器和脱硫吸收液分布器之间，该工作区包含用于吸收从脱硫区上来的已经脱出大部分二氧化硫的烟气含有的氨气的组件，以及用于进一步吸收在脱硫区剩余的二氧化硫的组件，如脱氨吸收液分布器；

所说的脱硫区位于脱硫吸收液分布器和溢流出口之间，该工作区包含用于吸收烟气中的二氧化硫以生成亚硫酸铵的组件，如脱硫吸收液分布器；

所说的氧化结晶区位于吸收处理液溢流出口和所说的逆流氨法脱硫装置的底板之间，并设置加快氧化结晶速度的空气分布器和搅拌器。

3. 根据权利要求2所述的逆流氨法脱硫装置，其特征在于，

所说的脱硫区还设有烟气分布器，烟气分布器可以为筛板，其开孔率，即开孔的总面积占脱硫装置横截面积的百分比为20～50％，开孔的孔直径为10～100mm，或者所说的烟气分布器为栅板，其开孔率为20～50％，栅条缝隙的宽度为10～100mm，长度为0.5～5.0m。

4. 根据权利要求2所述的逆流氨法脱硫装置，其特征在于，

所说的脱氨区内、脱硫区内都各自设有挡圈，挡圈与脱氨区、脱硫区外壁的角度在10～80度之间，挡圈的长度在0.1～3.0m之间，挡圈可为整体或者分段，如分段，则段数在2～20之间。

5. 根据权利要求2所述的逆流氨法脱硫装置，其特征在于，所说的脱氨吸收液分布器、脱硫吸收液分布器包括一根总管，与总管相连的若干根支管，以及与支管相连的喷嘴，喷嘴为螺旋喷嘴，螺旋的旋转匝数为2～4匝，螺旋喷嘴的喷口内径在在20～100mm之间，喷嘴个数的分布密度以对应区域的横截面积为基础确定，为0.5～2个喷嘴/m²。

6. 根据权利要求2所述的逆流氨法脱硫装置，其特征在于，

所说的逆流氨法脱硫装置还设置有两级气、液分离器，在级间设置有与水进口相连接的冲洗水分布器，在气、液分离器下方设置与脱氨循环吸收液进口相连接的脱氨循环吸收液分布器；

所说的逆流氨法脱硫装置在氧化结晶区下部设有循环吸收液出口，以及与吸收液出口相连接，并同脱硫循环吸收液进口相连的脱硫循环泵，以及和脱氨循环吸收液进口相连的脱氨循环泵；

所说的逆流氨法脱硫装置在氧化结晶区下部设有母液回流入口、与空气入口相连接的空气分布器，在空气分布器上部或者下部设有搅拌器，在空气分布器下部设有硫铵料浆出口；

所说的逆流氨法脱硫装置还包括连接循环吸收液出口、脱硫循环泵和脱硫吸收液分布器的脱硫循环管，连接循环吸收液出口、脱氨循环泵和脱氨吸收液分布器的脱氨循环管。

7. 根据权利要求2所述的逆流氨法脱硫装置，其特征在于，所说的脱硫装置还包括与硫铵料浆出口和母液回流入口相连接的从吸收液中提取硫酸铵固体的分离器，优选的分离器至少包括水力旋流分级，离心脱水和干燥脱水的三种设备中的一种。

8. 根据权利要求6所述的逆流氨法脱硫装置，其特征在于，所说的脱硫循环管上设有脱硫剂氨的加入接口。

9. 根据权利要求2至8的任一项所述的逆流氨法脱硫装置，其特征在于，所说的逆流氨法脱硫装置的主体是一个圆柱形或方形的塔体，而且脱氨区、脱硫区、氧化结晶区都位于所说的塔体内部；脱氨区构件组、脱硫区构件组、氧化结晶区构件组的主体部分，如冲洗水分布器、气液分离器、脱氨吸收液分布器、脱硫吸收液分布器等也位于所说的塔体内部；附属部分，如进氨器、脱硫循环泵、脱氨循环泵、硫铵分离器等位于所说的塔体外部；原烟气入口、最终净化烟气出口、内外部组件的接口位于塔身上。

10. 根据权利要求9所述的逆流氨法脱硫装置，其特征在于，

所说的脱氨区占塔体高度为2～6m之间，烟气通过脱氨区的速度在1～5m/s之间；

所说的脱硫区占塔体高度为5～20m之间，烟气通过脱硫区的速度在1～5m/s之间，其直径与脱氨区相同；

所说的氧化结晶区占塔体高度为5～20m之间，其直径是脱氨区直径的1～2倍。