專利名稱：一種氨水噴霧煙氣脫硫及二氧化硫回收工藝及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適合于鍋爐煙氣、鋼鐵廠燒結(jié)煙氣的脫硫及回收部分二氧化硫的
工藝，屬于煙氣凈化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
煙氣脫硫是目前控制大氣二氧化硫污染的主要方法，二氧化硫排放量最大的行業(yè)之一是火力發(fā)電，其廣泛采用的是石灰石石膏法脫硫工藝。其他行業(yè)如鋼鐵行業(yè)因燒結(jié)煙氣風(fēng)量大，二氧化硫濃度低，尚缺乏有效地脫硫措施。 目前煙氣脫硫主要采用石灰石石膏法、氨法等脫硫方法。石灰石石膏法脫硫有較大缺陷，脫硫裝置易結(jié)垢堵塞，操作費(fèi)用高，產(chǎn)生的石膏堆存費(fèi)用高，因此其應(yīng)用受到了一定的限制。氨法脫硫是公認(rèn)的一種易操作的脫硫方法，中國(guó)專利文獻(xiàn)CN101549246曾針對(duì)煉鋼廠燒結(jié)煙氣的脫硫公開了一種《燒結(jié)煙氣脫硫聯(lián)合焦?fàn)t煤氣脫氨循環(huán)工藝及循環(huán)系統(tǒng)》，包括如下步驟(l)以亞硫酸銨溶液作為脫硫劑來脫除燒結(jié)煙氣中的二氧化硫，生成亞硫酸氫銨溶液；(2)以步驟(1)得到的亞硫酸氫銨溶液作為脫氨劑脫除焦?fàn)t煤氣中的氨，得到亞硫酸銨溶液，部分亞硫酸銨溶液用于步驟(1)中的脫硫劑，其余亞硫酸銨溶液氧化為硫酸銨溶液；(3)硫酸銨溶液經(jīng)蒸發(fā)、結(jié)晶、分離、干燥后得到硫酸銨產(chǎn)品。然而，現(xiàn)有的濕法吸收脫硫系統(tǒng)均基于傳統(tǒng)的氣液反應(yīng)和氣體吸收理論和相關(guān)的設(shè)備設(shè)計(jì)，脫硫塔均需采用較大的液氣比和較低的氣速，設(shè)備龐大且效率較低，不適應(yīng)大流量、低濃度的環(huán)境工程的需要。以鋼鐵廠燒結(jié)尾氣中約400mg/m3的二氧化硫濃度為例，按18%質(zhì)量濃度的氨水為吸收劑，每立方米煙氣所需氨水量?jī)H為1. 18ml，但設(shè)計(jì)規(guī)范或者實(shí)際采用液氣比為21/m 擴(kuò)大了近1700倍，石灰石石膏脫硫更是增加到8-251/m3，大大增加了系統(tǒng)的能耗和操作費(fèi)用。
按照傳質(zhì)理論，以氣膜傳質(zhì)阻力為主的吸收過程總二氧化硫去除量為 W = J = J J N :脫硫量Ky :氣相傳質(zhì)總系數(shù)A :傳質(zhì)面積y :煙氣中二氧化硫的摩爾分率
yi :吸收液對(duì)應(yīng)的氣相中飽和二氧化硫的摩爾分率，化學(xué)吸收時(shí)為0 Zfe& :氣相中
二氧化硫的分子擴(kuò)散系數(shù)S :傳質(zhì)邊界層厚度^ = ^(132:霧滴平均直徑。 可以看出，改變液滴直徑可以極大地改變傳質(zhì)面積，提高傳質(zhì)效率。 由于氣液固多相流相對(duì)速度等條件限制，石灰石石膏脫硫中液滴直徑約為
1. 3-3mm，按251/i^的液氣比，可以估算出總氣液傳質(zhì)面積約為75m7i^煙氣，以1. 5X105m3/
h煙氣量計(jì)，石灰石乳液循環(huán)量高達(dá)3750mVh。氨脫硫過程中，相同條件下，若將噴嘴噴出液
滴降為2 ii m，按降低1000倍的25ml/m3的液氣比，其總氣液傳質(zhì)面積同樣為75m2/m3煙氣，
同樣以1. 5X 1()SmVh煙氣量計(jì)，氨水量?jī)H為3. 75mVh。因此降低液氣比，降低噴霧霧滴的直
徑，可以極大地增加煙氣中二氧化硫的去除率，減少設(shè)備尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有煙氣中二氧化硫去除技術(shù)存在的傳統(tǒng)分離設(shè)備傳質(zhì)效率低、操作
費(fèi)用高、二次污染嚴(yán)重和資源消耗等問題，提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低、操作方便、處理效率高的氨水噴霧煙氣脫硫及二氧化硫回收工藝。同時(shí)提供一種實(shí)現(xiàn)該工藝的氨水噴霧煙氣脫硫及二氧化硫回收系統(tǒng)。本發(fā)明的氨水噴霧煙氣脫硫及二氧化硫回收工藝，主要包括以下步驟 (1)煙氣經(jīng)除塵降溫后，與霧化的氨水混合進(jìn)行脫硫，霧化氨水與煙氣中的二氧化
硫反應(yīng)后形成霧滴；霧滴中的主要成份為硫酸銨、亞硫酸銨和亞硫酸氫銨。 煙氣的除塵降溫是指向煙道中噴射水霧降低除塵煙氣的溫度，防止后續(xù)噴入的氨
水水霧直接蒸發(fā)影響脫硫，也可以加大氨水噴射量達(dá)到同樣目的。該過程可直接在煙氣通
道內(nèi)發(fā)生，也可在煙氣通道內(nèi)設(shè)置靜態(tài)混合器以強(qiáng)化氣相傳質(zhì)過程，增加霧滴與煙氣的湍
流混合程度。 煙氣降溫也可采用步驟(2)除霧后得到的母液循環(huán)霧化降溫。
(2)對(duì)脫硫后的煙氣進(jìn)行除霧處理，脫除霧滴，將脫硫過程的氣液相反應(yīng)過程轉(zhuǎn)化
為快速的脫硫過程和除霧過程；這是本發(fā)明的關(guān)鍵所在，省略了獨(dú)立的脫硫塔設(shè)備，僅依靠
氨水霧化并經(jīng)過傳輸煙道即可達(dá)到脫硫的目的，氨水和循環(huán)母液的噴霧量由脫硫效率和煙
氣降溫幅度確定。
(3)除霧過程中得到含硫酸銨、亞硫酸銨和亞硫酸氫銨的溶液，該溶液不再直接進(jìn)
行氧化處理，而是經(jīng)50°C -1301:的蒸發(fā)分解，得到含有濃縮硫酸銨的母液以及氨氣和二氧
化硫的混合氣；母液進(jìn)一步蒸發(fā)得到固體硫酸銨結(jié)晶，該固體為混合物，含有一定量亞硫酸銨和煙塵中的顆粒物。
(4)氨氣和二氧化硫的混合氣經(jīng)吸收液吸收二氧化硫后，氨氣再回?zé)煔馔ǖ肋M(jìn)行
霧化脫硫，經(jīng)過吸收液吸收二氧化硫后的富液進(jìn)行解吸得到二氧化硫產(chǎn)品，解吸后的再生
后的貧液進(jìn)入吸收塔重新利用。吸收液為含亞硫酸鈉或亞硫酸鎂的溶液。 實(shí)現(xiàn)上述工藝的氨水噴霧煙氣脫硫及二氧化硫回收系統(tǒng)采用以下技術(shù)方案 氨水噴霧煙氣脫硫及二氧化硫回收系統(tǒng)包括煙氣通道、氨水噴霧器、除霧器、蒸發(fā)
器、吸收塔和解吸塔；氨水噴霧器安裝在煙氣通道內(nèi)并與氨水供給管道相連，煙氣通道與除
霧器連接；除霧器的出口為煙氣排空口，除霧器通過管路與蒸發(fā)器連接；蒸發(fā)器的上端通
過管路與吸收塔連接；吸收塔的上端通過管路與氨水供給管道連接，底部通過管路與解吸
塔的上端連接；解吸塔的底部通過管路與吸收塔的上端連接。 蒸發(fā)器的底部與煙氣通道之間設(shè)有母液循環(huán)管路，母液循環(huán)管路與煙氣通道內(nèi)的母液噴霧器連接；以實(shí)現(xiàn)通過母液循環(huán)霧化對(duì)煙氣降溫。 可在煙氣通道內(nèi)設(shè)置靜態(tài)混合器，以增加霧滴與煙氣的湍流混合程度。 除霧器采用絲網(wǎng)塔或高壓靜電除霧器等不同結(jié)構(gòu)形式的除霧器。優(yōu)選高壓靜電除霧器。 除霧器和蒸發(fā)器之間設(shè)有沉淀槽，以沉淀吸收液中的煙塵顆粒。 蒸發(fā)器和解吸塔的頂部均可安裝有真空泵，使之真空條件下操作，提高系統(tǒng)的生
產(chǎn)能力。 蒸發(fā)器用于將除霧器得到的脫硫液蒸發(fā)，脫硫液含有硫酸銨、亞硫酸銨和亞硫酸氫銨等，溶液在蒸發(fā)器中經(jīng)50°C 13(TC蒸發(fā)，得到含硫酸銨的母液，母液進(jìn)一步蒸發(fā)可得到 固體硫酸銨結(jié)晶，該固體為混合物，含有煙塵中被脫除的顆粒物。蒸發(fā)器溢出的混合氣體經(jīng) 吸收塔吸收，溢出的氨、水蒸汽冷凝后進(jìn)入氨水噴霧器。吸收塔中的吸收液為含亞硫酸鈉或 亞硫酸鎂的溶液，吸收二氧化硫后的富液進(jìn)入解吸塔得到二氧化硫產(chǎn)品，解吸塔中再生后 的貧液進(jìn)入吸收塔重新利用。 本發(fā)明的脫硫原理如下
S02+2NH3+H20 = (NH4) 2S03 氨水噴霧后接的煙氣管道長(zhǎng)度可參照吸收塔高度計(jì)算公式
<formula>formula see original document page 5</formula> h:管道長(zhǎng)度q:液氣比V :煙氣流速^2霧化氨水的平均粒徑Ky:以單位傳質(zhì)面
積為基準(zhǔn)的氣相傳質(zhì)總系數(shù)yi y2 :分別為煙氣中脫硫前后的二氧化硫濃度。
本發(fā)明的蒸發(fā)及二氧化硫回收原理如下 在蒸發(fā)器中，將亞硫酸銨熱分解 (NH4) 2S03 — S02+2NH3+H20 二氧化硫吸收塔中的反應(yīng)為 Na2S03+S02+H20 — 2NaHS03 二氧化硫解吸塔中的反應(yīng)為 2NaHS03 — Na2S03+S02+H20 本發(fā)明可以靈活調(diào)節(jié)液氣比，取消了脫硫塔，僅依靠氨水霧化并經(jīng)過傳輸煙道即 可達(dá)到脫硫的目的，工藝簡(jiǎn)單、成本低，方便了操作，提高了處理效率。同時(shí)本發(fā)明取消了系 統(tǒng)的氧化設(shè)備，所得母液直接進(jìn)行蒸發(fā)，母液回收制取硫酸銨，揮發(fā)的氨和未被氧化的二氧 化硫可冷卻得到亞硫酸銨產(chǎn)品，或者氣體直接進(jìn)入二氧化硫吸收塔，溢出的氨氣回脫硫系 統(tǒng)重復(fù)利用，吸收塔母液解吸后得到氣體二氧化硫，進(jìn)一步凈化后壓縮得到液體二氧化硫 產(chǎn)品，節(jié)約硫資源，避免了二次污染。本發(fā)明適用于煙氣量大，二氧化硫濃度低的鋼鐵行業(yè) 燒結(jié)煙氣脫硫，也可用于發(fā)電廠脫硫過程。


圖1是本發(fā)明的氨水噴霧煙氣脫硫及二氧化硫回收工藝的流程圖。
圖2是本發(fā)明的氨水噴霧煙氣脫硫及二氧化硫回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施例方式
圖1給出了本發(fā)明氨水噴霧煙氣脫硫及二氧化硫回收工藝的流程，以下以用于鋼 鐵行業(yè)燒結(jié)機(jī)尾氣的脫硫過程對(duì)本發(fā)明氨水噴霧煙氣脫硫及二氧化硫回收工藝進(jìn)行詳細(xì) 說明。 由除塵器除塵后的燒結(jié)尾氣(煙氣)溫度約為13(TC，煙氣管道內(nèi)的風(fēng)速約為 15m/s。由高壓泵(霧化霧化器)將循環(huán)母液霧化后與煙氣管道內(nèi)的尾氣混合，并將煙氣溫 度急劇降至45t:左右，煙氣變成飽和濕煙氣，霧化母液直徑為10iim-30iim。由另一高壓泵 (氨水噴霧器)將氨水霧化，霧化液滴直徑為1 y m-3 ii m，霧化液滴與煙氣中的二氧化硫快速反應(yīng)，進(jìn)行煙氣脫硫，生成的亞硫酸氨鹽保留在液滴內(nèi)。含有霧化液滴的飽和煙氣經(jīng)靜電 除霧器除霧，除霧效率大于99%，總脫硫效率由霧化脫硫后煙氣中的游離二氧化硫和除霧 后的液滴含硫量決定，出口煙氣含二氧化硫的濃度小于50mg/m3。 經(jīng)靜電除霧收集吸收二氧化硫的氨水和循環(huán)母液變?yōu)槊摿蛞?，該脫硫液含有硫?銨、亞硫酸銨鹽和少量煙塵顆粒，進(jìn)入沉淀槽，分離脫硫過程除去的顆粒物，清夜進(jìn)入蒸發(fā) 器，蒸發(fā)器溫度為50-13(TC，優(yōu)選12(TC，部分母液冷卻后循環(huán)使用，部分母液排出蒸發(fā)器 后用于提取硫酸銨。 蒸發(fā)器溢出的混合氣主要由二氧化硫、氨和水蒸氣組成，直接進(jìn)入二氧化硫吸 收塔，與吸收塔內(nèi)的亞硫酸鈉溶液逆流接觸，吸收混合氣體中的二氧化硫，吸收塔內(nèi)溫度 70-12(TC，優(yōu)選7(TC，吸收塔排出的氣體主要是氨、水蒸氣，該氣體經(jīng)冷卻直接返回氨水噴 霧系統(tǒng)。 吸收塔底的富液進(jìn)入解吸塔，解吸塔頂?shù)玫蕉趸驓怏w和水蒸氣，解吸塔底得 到亞硫酸鈉吸收貧液，返回吸收塔循環(huán)。解吸塔操作溫度120-18(TC，優(yōu)選150°C。
圖2給出了本發(fā)明的氨水噴霧煙氣脫硫及二氧化硫回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)主要 包括煙氣通道、氨水噴霧器、除霧器、蒸發(fā)器、吸收塔和解吸塔。氨水噴霧器安裝在煙氣通道 內(nèi)?？稍跓煔馔ǖ纼?nèi)設(shè)置靜態(tài)混合器，以增加霧滴與煙氣的湍流混合程度。煙氣通道與除 霧器通過管路連接，部分液滴凝聚成脫硫液進(jìn)入蒸發(fā)器。除霧器采用絲網(wǎng)塔或高壓靜電除 霧器等不同結(jié)構(gòu)形式的除霧器，本實(shí)施例優(yōu)選高壓靜電除霧器。除霧器和蒸發(fā)器之間設(shè)有 沉淀槽，以沉淀吸收液中的煙塵顆粒。除霧器的出口通過管路與蒸發(fā)器連接。蒸發(fā)器的上 端通過管路與吸收塔連接，底部與煙氣通道之間設(shè)有母液循環(huán)管路，母液循環(huán)管路與煙氣 通道內(nèi)的母液噴霧器連接，以實(shí)現(xiàn)通過母液循環(huán)霧化對(duì)煙氣降溫。吸收塔的上端通過管路 與氨水供給管道連接，底部通過管路與解吸塔的上端連接；解吸塔的底部通過管路與吸收 塔的上端連接。蒸發(fā)器和解吸塔的頂部均可安裝真空泵，使之真空條件下操作，提高系統(tǒng)的 生產(chǎn)能力。氨水噴霧器和母液噴霧器均采用高壓泵。 本發(fā)明的氨水噴霧煙氣脫硫及二氧化硫回收系統(tǒng)的工作過程與圖1所示的工藝 流程是一致的，具體如下 除塵后的煙氣與由母液霧化器霧化后的循環(huán)母液在煙氣管道內(nèi)混合，并將煙氣溫 度急劇降溫，另一方面由氨水噴霧器霧化后的氨水與煙氣中的二氧化硫快速反應(yīng)，進(jìn)行煙 氣脫硫。含有霧化液滴的飽和煙氣通過管路進(jìn)入靜電除霧器除霧。除霧器的出口為煙氣排 空口 ，脫硫后的潔凈煙氣通過除霧塔的出口放空。含有霧滴的煙氣進(jìn)入除霧器，凝并的液滴 成為脫硫液，通過管道進(jìn)入蒸發(fā)器。 經(jīng)靜電除霧收集的吸收有二氧化硫的氨水和循環(huán)母液變?yōu)槊摿蛞海撁摿蛞汉?硫酸銨、亞硫酸銨鹽和少量煙塵顆粒，進(jìn)入沉淀槽進(jìn)行沉淀處理，分離脫硫過程除去的顆粒 物，清夜進(jìn)入蒸發(fā)器，蒸發(fā)器用于將蒸發(fā)霧滴凝聚后得到含有硫酸銨、亞硫酸銨和亞硫酸氫 銨的溶液在蒸發(fā)器中經(jīng)5(TC-13(TC蒸發(fā)，得到含硫酸銨的母液，母液進(jìn)一步蒸發(fā)可得到固 體硫酸銨結(jié)晶，該固體為混合物，含有煙塵中被脫除的顆粒物。部分母液冷卻后通過管路由 母液霧化器霧化后進(jìn)入煙氣通道循環(huán)使用，另 一部分母液排出蒸發(fā)器后用于提取硫酸銨。
由蒸發(fā)器溢出的混合氣體經(jīng)過管路進(jìn)入吸收塔吸收，由吸收塔溢出的氨氣和水蒸 汽冷凝后進(jìn)入氨水供給管道，由氨水噴霧器霧化后進(jìn)入煙氣通道再利用。吸收塔中的吸收
6液為含亞硫酸鈉或亞硫酸鎂的溶液，吸收二氧化硫后的富液進(jìn)入解吸塔得到二氧化硫產(chǎn) 品，在解吸塔內(nèi)再生后的貧液進(jìn)入吸收塔重新利用。
權(quán)利要求
一種氨水噴霧煙氣脫硫及二氧化硫回收工藝，包括以下步驟(1)煙氣經(jīng)除塵降溫后，與霧化的氨水混合進(jìn)行脫硫，霧化氨水與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)后形成霧滴；(2)對(duì)脫硫后的煙氣進(jìn)行除霧處理，脫除霧滴，將脫硫過程的氣液相反應(yīng)過程轉(zhuǎn)化為快速的脫硫過程和除霧過程；(3)除霧過程中得到含硫酸銨、亞硫酸銨和亞硫酸氫銨的溶液，該溶液不再直接進(jìn)行氧化處理，而是經(jīng)50℃-130℃的蒸發(fā)分解，得到含有濃縮硫酸銨的母液以及氨氣和二氧化硫的混合氣；(4)氨氣和二氧化硫的混合氣經(jīng)吸收液吸收二氧化硫后，氨氣再回?zé)煔馔ǖ肋M(jìn)行霧化脫硫，經(jīng)過吸收液吸收二氧化硫后的富液進(jìn)行解吸得到二氧化硫產(chǎn)品，解吸后的再生后的貧液進(jìn)入吸收塔重新利用。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨水噴霧煙氣脫硫及二氧化硫回收工藝，其特征在于，煙氣 降溫采用步驟(2)除霧后得到的母液循環(huán)霧化降溫。
3. —種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述工藝的氨水噴霧煙氣脫硫及二氧化硫回收系統(tǒng)，包括煙氣 通道、氨水噴霧器、除霧器、蒸發(fā)器、吸收塔和解吸塔；其特征在于氨水噴霧器安裝在煙氣 通道內(nèi)并與氨水供給管道相連，煙氣通道與除霧器連接；除霧器的出口為煙氣排空口，除霧 器通過管路與蒸發(fā)器連接；蒸發(fā)器的上端通過管路與吸收塔連接；吸收塔的上端通過管路 與氨水供給管道連接，底部通過管路與解吸塔的上端連接；解吸塔的底部通過管路與吸收 塔的上端連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氨水噴霧煙氣脫硫及二氧化硫回收系統(tǒng)，其特征在于蒸發(fā) 器的底部與煙氣通道之間設(shè)有母液循環(huán)管路，母液循環(huán)管路與煙氣通道內(nèi)的母液噴霧器連 接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氨水噴霧煙氣脫硫及二氧化硫回收系統(tǒng)，其特征在于在煙 氣通道內(nèi)設(shè)置靜態(tài)混合器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氨水噴霧煙氣脫硫及二氧化硫回收系統(tǒng)，其特征在于除霧 器和蒸發(fā)器之間設(shè)有沉淀槽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氨水噴霧煙氣脫硫及二氧化硫回收工藝及系統(tǒng)。該工藝步驟(1)煙氣經(jīng)除塵降溫后與霧化的氨水混合進(jìn)行脫硫；(2)對(duì)脫硫后的煙氣進(jìn)行除霧處理；(3)除霧過程中得到的脫硫溶液經(jīng)50℃-130℃的蒸發(fā)，得到含有濃縮硫酸銨的母液以及氨氣和二氧化硫的混合氣；(4)氨氣和二氧化硫的混合氣經(jīng)吸收液吸收二氧化硫后，氨氣再回?zé)煔馔ǖ肋M(jìn)行霧化脫硫，經(jīng)過吸收液吸收二氧化硫后的富液進(jìn)行解吸得到二氧化硫產(chǎn)品，解吸后的再生后的貧液進(jìn)入吸收塔重新利用。該系統(tǒng)包括煙氣通道、氨水噴霧器、除霧器、蒸發(fā)器、吸收塔和解吸塔。本發(fā)明取消了脫硫塔，僅依靠氨水霧化并經(jīng)過傳輸煙道即可達(dá)到脫硫的目的，工藝簡(jiǎn)單、成本低，方便了操作，提高了處理效率。
文檔編號(hào)B01D53/96GK101791511SQ201010134710
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者張慎平, 張明博, 蘇繼新, 董菲菲 申請(qǐng)人:山東大學(xué)