專利名稱：混流型排氣處理裝置和處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種排氣即煙氣處理裝置和方法，尤其是一種以氨為原料回收煙氣中硫氧化 物生產(chǎn)高附加值有用產(chǎn)品的脫硫裝置和方法，屬于電力、冶金、環(huán)保和化工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
以煤或石油為燃料的火力發(fā)電廠，和鋼鐵廠燒結(jié)機排放大量煙道排放氣，簡稱排氣或煙 氣，這類煙氣中含有S02、 S03、 N02、 NO、 HC1和HF等酸性氣態(tài)有害物質(zhì)，尤其其中S02 是形成酸雨的主要物質(zhì)。 一種解決酸雨污染的辦法就是煙氣的凈化處理，尤其采用堿性物質(zhì) 為原料的煙氣脫硫(FGD， Flue Gas DesulfUrization)，或稱煙氣洗滌(Scrubbing)。
煙氣脫硫方法的分類根據(jù)所采用的原料不同，可以分為(1)鈣法，以石灰石，即碳酸 鈣為原料；(2)鈉法，以碳酸鈉即純堿，或氫氧化鈉即燒堿為原料；(3)鎂法，以碳酸鎂或 氧化鎂為原料；(4)氨法，即以氨為原料。對應(yīng)地，脫硫所得的產(chǎn)品為相應(yīng)的硫酸鹽，比如 硫酸鈣(或稱石膏)，可作為建筑材料，包括石膏板和水泥添加劑，或者硫酸銨，作為化肥。 以上四種方法由于原料易得，具有工業(yè)化價值。尤其鈣法，由于地球上豐富的石灰石資源， 尤其西方發(fā)達國家，其市場占有率超過90%。但是，對于中國，還可以包括美國和印度這樣 的人口、糧食和化肥大國，合成氨產(chǎn)量大，氨原料豐富，氨法也具有較好的應(yīng)用價值。
氨法煙氣脫硫技術(shù)對于中國特別有意義。眾所周知，硫是植物生長的必要元素，也正因 為如此，才導(dǎo)致由億萬年前的森林衍變的化石燃料含硫，進而導(dǎo)致其燃燒過程排放二氧化硫， 成為酸雨污染的來源。因此，回收煙氣中排放的二氧化硫，將其轉(zhuǎn)化為硫銨化肥是符合自然 規(guī)律的。中國每年燃用煤炭超過20億噸，據(jù)此排放的二氧化硫達3000萬噸/年，致使其酸雨 國土面積接近40%。但是，中國的土壤還存在另外一個問題，就是嚴(yán)重缺硫，迫切要求使用 含硫元素的肥料。假使中國的一半燃煤設(shè)施使用氨法脫硫技術(shù)建設(shè)脫硫裝置，則可產(chǎn)生硫銨 化肥3000萬噸/年，消耗合成氨800萬噸，僅占其合成氨產(chǎn)量的20°/。左右，而目前中國的硫 銨化肥只有約100萬噸/年，可為缺硫土壤提供很好的硫元素補給。因而，氨法脫硫技術(shù)在中 國具有明顯的應(yīng)用價值。
但是，氨法脫硫技術(shù)由于使用的脫硫原料是易揮發(fā)弱堿性的氨，與現(xiàn)在普遍使用的鈣法 使用的碳酸鈣相比，更容易出現(xiàn)揮發(fā)損失，要么招致浪費，要么招致二次污染問題，因而該 類技術(shù)至今還不夠成熟，難以在實踐中獲得推廣應(yīng)用。
美國專利USP6221325 (2001)和USP6187278 (2001)認(rèn)為氨的逃逸損失主要是由于脫 硫過程生成的中間體，即亞硫酸銨和亞硫酸氫銨氧化不完全造成的，因而提出了充分氧化并 使得吸收液幾乎全部為硫酸銨溶液，從而使得循環(huán)吸收液也幾乎全部為硫酸銨溶液的解決辦 法，脫硫塔為氣液逆流，或稱煙氣上行或頂出的脫硫塔。但是，實踐過程中，這種方案的吸 收液循環(huán)量十分巨大，氣液比，即煙氣處理標(biāo)態(tài)流量/循環(huán)吸收液總流量，過小， 一般小于60， 甚至超過了以石灰石為原料的鈣法脫硫技術(shù)的循環(huán)量，導(dǎo)致能耗和投資過大，而且，由于過
4大的循環(huán)量，使得硫銨結(jié)晶過細(xì)，后續(xù)分離也成為困難，與鈣法的競爭優(yōu)勢被明顯削弱。
中國專利CN1178735C (2002)也公開了一種采用逆流塔的氨法脫硫方法和裝置，尤其 脫硫塔分為氧化段，濃縮段，吸收段，水洗段和除霧段，但吸收液循環(huán)量過小，即氣液比過 高，為2000-5000，氨的逃逸問題并沒有解決。并且，實際應(yīng)用中，此類脫硫塔結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜 存在設(shè)備易堵塞。中國專利CN2790569Y和CN1648049A (2005)提出了帶有氨回收段的脫 硫塔，試圖解決氨的損失問題，且氣液比降低到200-2000，但實際應(yīng)用中也仍然由于設(shè)備內(nèi) 部構(gòu)件過多，設(shè)備結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，具有設(shè)備容易堵塞的缺點，因而難以進一步推廣應(yīng)用。
由于氨的易揮發(fā)性，根據(jù)其在水溶液中的溶解平衡關(guān)系，如果水溶液中氨含量為1%，其 在氣相中會形成一個平衡分壓為20000ppmv ，即體積分率2%，反之，如果要達到20卯mv， 即15mg/Nm3以下的氣相含量，則液相中的氨含量應(yīng)小于10ppm。與碳酸鈣在水中溶解度為 50ppm左右形成一個鮮明的對比，就是很顯然，氨法脫硫的吸收液循環(huán)量的確將是十分巨大 的，這也是氨法脫硫技術(shù)迄今很難被推廣應(yīng)用的一個重要原因，也不難理解，這也是國外諸 多從事煙氣脫硫的技術(shù)商都不推薦氨法脫硫技術(shù)的一個在技術(shù)和經(jīng)濟難點方面的重要原因。
但是，在中國，伴隨著經(jīng)濟的迅速崛起，包括能源和化肥工業(yè)，尤其電力工業(yè)的飛速發(fā) 展，使得中國具有發(fā)展氨法煙氣脫硫技術(shù)的非常急迫的社會需求和基礎(chǔ)。
近幾年來，中國電力工業(yè)，尤其是以煤炭為原料的燃煤發(fā)電行業(yè)爆炸式增長，大量的以
引進國外的鈣法(俗稱濕法)，或稱石灰石-石膏法的煙氣脫硫裝置已建成，出現(xiàn)一個十分嚴(yán) 重的問題，就是二次污染，石膏幾乎很難找到用途。根據(jù)化學(xué)劑量學(xué)，l噸二氧化硫要產(chǎn)近3 噸石膏，消耗近1.8噸石灰石，還要副產(chǎn)近0.7噸二氧化碳，按目前已建成的鈣法煙氣脫硫裝 置的規(guī)模情況，理論上，每年至少會產(chǎn)生近5000萬噸石膏，消耗近3000萬噸石灰石，副產(chǎn) 近1200萬噸二氧化碳。另外，中國還有一個國情是，化肥大國， 一個表現(xiàn)是磷肥工業(yè)也屬世 界第一，其也副產(chǎn)大量石膏，稱磷石膏，每年磷石膏產(chǎn)量也接近5000萬噸，而且，中國的天 然石膏資源也十分豐富。因此，發(fā)展氨法脫硫技術(shù)，取代鈣法脫硫技術(shù)具有節(jié)約資源和減少 排放的優(yōu)點，具有迫切的市場需求。
專利CN1648048A和CN2768881Y公開了一種氣液順流的脫硫塔和方法，具有結(jié)構(gòu)較為 簡單且可控制氨揮發(fā)損失的潛在優(yōu)點，且氣液比也為200-2000。在這種脫硫塔中，煙氣從塔 頂進入脫硫塔，并且氧化段耦合了結(jié)晶段，其中氣液兩相為順流，傳質(zhì)效率相對削弱，要求 塔高要增高，且為了防止脫硫塔上段溫度過高，設(shè)置了水冷激分布裝置。實際上，由于煙氣 脫硫過程中的水很寶貴，用水難度較高。此外，這種脫硫塔的硫酸銨漿液出口在空氣入口上 方，會由于空氣可能會進入循環(huán)泵而導(dǎo)致循環(huán)泵效率低下，甚至出現(xiàn)運行困難。因此，這種 脫硫塔構(gòu)型的應(yīng)用也受到了限制，從而也限制了氨法脫硫技術(shù)的推廣應(yīng)用。
因此，如何設(shè)計一種更加有效地控制氨的揮發(fā)損耗，設(shè)備結(jié)構(gòu)更加簡單，更具有抗堵塞 性，而且傳質(zhì)效率更高的氨法脫硫裝置和方法，是氨法煙氣脫硫技術(shù)推廣應(yīng)用的重要保證， 具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是公開一種新型的排氣處理裝置，尤其為一種煙氣脫硫裝置，
5具體為一種混流型煙氣脫硫塔，以及使用所述脫硫裝置的煙氣處理方法，具有更高傳質(zhì)效率， 尤其更高的氨逃逸損失控制性能，還具有優(yōu)化水利用，簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)，減少設(shè)備結(jié)垢的性能。 為達此目的，本發(fā)明的混流型煙氣脫硫裝置的技術(shù)方案如下
本發(fā)明的混流型煙氣脫硫裝置包括混流型煙氣脫硫塔，煙氣從塔頂部進入，其創(chuàng)新的實 質(zhì)在于提供了一種具有向上安裝的霧化噴嘴的吸收液或脫硫液或脫硫吸收液的噴淋器，構(gòu)成 一種既包括氣液逆流也包括氣液順流的氣液混合流的接觸模式，尤其是在氣液接觸之前，煙 氣先經(jīng)過均布器，強化氣液接觸的均勻性，提高了效率。
所述脫硫塔包括塔體，連接在所述塔體下端的塔底和連接在所述塔體上端的塔頂，設(shè)置 在所述塔頂上或緊靠所述塔頂?shù)乃w上的煙氣進口，設(shè)置在所述塔體中部的煙氣出口，設(shè)置 在所述塔體上位于所述煙氣出口下方的吸收液溢流出口 ，在緊靠所述塔頂?shù)乃鏊w內(nèi)設(shè)置 的煙氣分布器，和所述煙氣分布器下方的吸收液噴淋器。尤其是，吸收液噴淋器由吸收液輸 送主管，與主管相連接的支管和連接在支管上的霧化噴嘴組成，尤其是，霧化噴嘴向上安裝， 即霧化噴嘴的噴口向上。這樣，在脫硫液經(jīng)過噴淋器向上噴出后，形成一個拋物線的運動軌
跡，首先以逆流方式與煙氣接觸，至最高點后下落，以并流或稱順流方式再與煙氣接觸，因 此，在噴淋器上方，脫硫液與煙氣成混流狀態(tài)，從而較以前的技術(shù)具有更高的接觸效率，尤 其是可以確保省去水冷激噴淋器，簡化脫硫塔的結(jié)構(gòu)，節(jié)省投資，并可以優(yōu)化水的利用。而 在噴淋器以下，煙氣與脫硫液成并流狀態(tài)，可以確保煙氣中的氨被二氧化硫有效消耗，從而 有效控制煙氣中的氨夾帶損耗及氨逃逸損失。
而且，噴嘴的數(shù)量與所述塔體內(nèi)煙氣流通面積的比例為0.5 1.5，優(yōu)選地為0.75~1.0。這
樣，可以確保噴嘴的分布均勻，提供足夠的氣液接觸面積，并且不會使得結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜。
所述的噴嘴可以為任何一種霧化效果優(yōu)良的噴嘴，包括空心噴嘴，實心噴嘴，或多環(huán)噴 嘴，較好地選用實心或多環(huán)噴嘴，最好選用多環(huán)噴嘴?？招膰娮靸?nèi)無構(gòu)件，分為切向流和軸
向流兩種；實心噴嘴內(nèi)置旋流片，多環(huán)噴嘴或稱；螺旋噴嘴，形象地也稱為豬尾巴噴嘴，由 直徑逐漸變小的多匝螺旋， 一般為2 4匝，優(yōu)選地為2.5~3.5匝組成。所述噴嘴的噴口直徑 為20 80mm，優(yōu)選地為30 60mm。
按本發(fā)明設(shè)計的所述脫硫塔，使得所述脫硫塔具有這樣一個十分獨特的特征，也就是在
其塔體內(nèi)，自上而下依次存在著如下五個功能區(qū)域即煙氣均流區(qū)、氣液混流區(qū)、氣液順流 區(qū)、氣液分離區(qū)和吸收液儲槽，或稱儲液區(qū)。
而且，所述煙氣均布器下方至0.54.0m的范圍為所述煙氣均流區(qū)。因為，如此設(shè)計的煙 氣均布器的均勻分布需要一定的空間和范圍，過小無法達到均勻，過大導(dǎo)致脫硫塔過高，增 加投資，這樣，可以確保煙氣在脫硫塔內(nèi)均勻分布和流動，確保高的接觸效率。
尤其是，本發(fā)明的實質(zhì)性特征在于，所述吸收液噴淋器上方至2.0 5.5m的范圍，優(yōu)化地 至3.0 4.5m的范圍，為所述氣液混流區(qū)。這樣，可以使得向上安裝的噴嘴具有足夠的霧滴噴 射高度，最大限度增加混流區(qū)的范圍，完成主要的脫硫任務(wù)，尤其可以完成90~95%以上的脫 硫效率；而且，混流區(qū)的存在可以取消傳統(tǒng)技術(shù)中為降低煙氣溫度設(shè)置的工藝水冷激內(nèi)構(gòu)件， 即可簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)，減少堵塞，還可節(jié)約水耗，因為脫硫工藝中水平衡控制更為重要。本發(fā)明中，所述吸收液噴淋器下方至所述煙氣出口的范圍為所述氣液順流區(qū)。其存在的 主要功能是為了控制氨的逃逸，同時完成剩余的脫硫任務(wù)。在其上的混流區(qū)，由于煙氣與含 有脫硫原料氨的吸收液激烈接觸，在完成主要的脫硫任務(wù)的同時，必然使得吸收液中的氨被 解吸進入煙氣，使得煙氣進入順流區(qū)時必然同時含有二氧化硫和氨，不過，必然是，二氧化 硫含量要遠(yuǎn)大于氨含量，尤其大于兩倍以上；這樣，在順流區(qū)，在吸收液中溶解的氨被吸收 的二氧化硫消耗殆盡后，必然也會將煙氣中的氨再吸收回去，同時伴隨著二氧化硫的吸收； 而且，進一步地，由于與二氧化硫相比，氨受到限制，理論上，氨可以被全部消耗，而剩余 有二氧化硫，其必然會滿足脫硫效率的總目標(biāo)。如此，氨在煙氣中的含量就能得到非常有效 地控制，使得與傳統(tǒng)技術(shù)相比，必然明顯地具有更為有效的氨逃逸控制能力。
所述煙氣出口至所述吸收液溢流出口的范圍為氣液分離區(qū)。這樣，脫硫后煙氣與完成了 脫硫任務(wù)的吸收液相互分離，煙氣經(jīng)過脫硫塔的煙氣出口離開脫硫塔，經(jīng)過煙氣出口管段中 設(shè)置的水洗噴淋器水洗后，再進入與脫硫塔通過煙氣出口相連接的除沫器，進一步除去煙氣 夾帶的液沬或稱液滴后，煙氣稱為凈化煙氣，所述的凈化煙氣進入煙囪排放；從氣液分離區(qū) 向下，吸收液進入吸收液儲槽，或稱儲液區(qū)。
本發(fā)明中，所述吸收液溢流出口以下的范圍為吸收液儲槽，特別地，所述吸收液儲槽具 有氧化的功能，因此，其中設(shè)置有1 6支空氣鼓泡器，優(yōu)化地2 4支空氣鼓泡器，和1 6臺 側(cè)裝式.攪拌器，優(yōu)化地2 4臺側(cè)裝式攪拌器，將從混流區(qū)和并流區(qū)獲得的亞硫酸銨氧化為硫 酸銨，而且可以在硫酸銨濃度超過其對應(yīng)條件的溶解度情況下結(jié)晶析出固體硫酸銨，因而還 表現(xiàn)為結(jié)晶功能，使得吸收液成為含有固體的漿態(tài)狀液體。其中的攪拌器具有使得吸收液中 的固體懸浮不沉積的功能，和分散空氣鼓泡的功能。此外，吸收液儲槽主要還具有吸收液的 循環(huán)槽的功能，使得脫硫過程具有良好的操作彈性和安全運行可靠性，并且節(jié)約占地面積。
同時，為了確保有效或高效的氧化功能，吸收液儲槽的塔體直徑(指內(nèi)徑)可以大于氣 液分離區(qū)或者氣液順流區(qū)或者氣液混流區(qū)或者煙氣均流區(qū)的塔體直徑，其比例為L0 1.5倍， 優(yōu)化地為1.0~1.35。而且，吸收液儲槽的液位高度，或者述吸收液溢流出口距離塔底都為 6.0~18.0m，優(yōu)選地為10.0~15.0m;吸收液噴淋器和煙氣分布器在豎直方向上相距2.0~8.0m， 優(yōu)選地為4.0~6.0m。
本發(fā)明的混流型煙氣脫硫裝置的特征還在于，配置有1 4個吸收液循環(huán)回路，優(yōu)化地， 有2個或3個吸收液循環(huán)回路，所述吸收液循環(huán)回路包括所述吸收液噴淋器，和通過所述吸 收液噴淋器的所述吸收液輸送主管在所述脫硫塔體外連接的吸收液循環(huán)管，和與所述吸收液 循環(huán)管相連接的吸收液循環(huán)泵，并且所述吸收液循環(huán)泵與所述吸收液儲槽上設(shè)置的吸收液循 環(huán)出口相連接。這樣，可以至少配備一個備用循環(huán)回路，用于當(dāng)在用循環(huán)回路故障時快速啟 用備用回路，或者即使有某一回路故障時仍然有其他回路在運行，確保運行的連續(xù)和穩(wěn)定； 而且可以確保在大型，甚至特大型處理規(guī)模情況下，使得煙氣處理量與循環(huán)吸收液的總流量 之比例達到65~100，以克服現(xiàn)有其他氨法脫硫技術(shù)中吸收液循環(huán)量過低的缺點。
而且，還在于，所述脫硫塔的煙氣出口在塔體外連接的除沫器內(nèi)置有兩組或三組填料層， 或稱為氣液分離組件，以及填料層前方設(shè)置的水噴淋器。所述水噴淋器，包括煙氣出口接管內(nèi)的水噴淋器都是由水分布管和與所述水分布管相連接的霧化噴嘴構(gòu)成，并且所述噴嘴的個 數(shù)與所述煙氣出口接管的氣體流通面積之比為1.0~3.0。尤其是除沫器中煙氣流速低于煙氣管 道，或稱煙道中的流速，兩者的比例為0.3 0.6。這樣可以高效分離煙氣中夾帶的液滴，尤其 吸收液的液沫，或稱為霧沫夾帶，降低煙氣的二次污染；水噴淋器可以有效沖洗可能附著在 氣液分離組件上的固體，防止堵塞氣體流道；設(shè)置兩組分離填料組件是為了更好地沖洗，且 可防止沖洗水的霧沫夾帶。所述的氣液分離組件可以是常規(guī)的波紋板片平行組合而成，波紋 板片用塑料板或玻璃纖維增強的塑料板制成，板間距在20-50mm之間，板厚在2-4mm之間。
此外，在所述吸收液儲槽的吸收液溢流出口下方還依次設(shè)置有空氣進口，攪拌器接口和 吸收液出口，空氣鼓泡管與空氣進口相連接，攪拌器與攪拌器接口相連接；在所述吸收液溢 流出口的上方或者下方塔體上還設(shè)置有補水進口，并且補水進口通過管線與所述除沫器的水 出口相連接。這樣，可以使得脫硫裝置所需的工藝水災(zāi)進入脫硫塔參與煙氣脫硫之前，用于 洗滌煙氣，尤其洗滌煙氣除沫器，使得更容易控制整個過程的水平衡。
本發(fā)明的煙氣脫硫裝置還有一個特征是，脫硫原料氨的進口可以設(shè)置在所述吸收液循環(huán) 管上，也可以在吸收液儲槽的殼體上，優(yōu)選地在所述的吸收液儲槽上設(shè)置的吸收液循環(huán)出口 與所述的循環(huán)泵進口之間的吸收液循環(huán)管上。這樣，可以確保流量較小的原料流股與流量很 大的循環(huán)吸收液流股之間快速的混合，為脫硫效率提供保證。
此外，為配合本發(fā)明的混流式脫硫裝置的使用，還配置了用于輸送煙氣的煙氣鼓風(fēng)機， 及輸送煙氣的煙道，用于輸送工藝水的水泵，用于輸送氧化空氣的空氣鼓風(fēng)機或壓縮機，用 于從吸收液中分離硫酸銨固體的液固分離設(shè)備，這些都是煙氣脫硫裝置中的常規(guī)配置。特別 地，所述的液固分離設(shè)備包括沉降式或水力旋流式固體濃縮設(shè)備，和離心、壓榨或真空式分 離設(shè)備，甚至還包括硫銨干燥設(shè)備，還可能包括包裝設(shè)備和儲藏設(shè)備在，這些設(shè)備是氨法煙 氣脫硫過程常備的輔助設(shè)備。
本發(fā)明的使用上述發(fā)明的混流式煙氣脫硫裝置的混流式煙氣脫硫方法，以氨為原^f，所 述方法包括如下步驟
(1) 含有二氧化硫且溫度大于10(TC的煙氣，從位于脫硫塔頂部或靠近頂部的煙氣進口 進入脫硫塔體內(nèi)，首先進入煙氣均流區(qū)，經(jīng)過煙氣分布器使煙氣沿整個脫硫塔橫截面均勻流 動，向下進入氣液混流區(qū)；
(2) 在所述氣液混流區(qū)，煙氣與由所述吸收液噴淋器的所述噴嘴向上噴射而出的含有氨 的吸收液霧滴同時逆流和順流接觸，發(fā)生混合、傳熱和傳質(zhì)并化學(xué)反應(yīng)，洗滌和吸收煙氣中 的污染物，尤其將二氧化硫變?yōu)閬喠蛩徜@進入吸收液，同時煙氣溫度急劇下降50 10(TC，再 向下進入氣液順流區(qū)；
(3) 在所述氣液順流區(qū)，煙氣與吸收液順流接觸，進一步吸收煙氣中的二氧化硫及其他 污染物，同時煙氣中的氨氣也和二氧化硫一同進入吸收液，煙氣進入氣液分離區(qū)，再通過所 述煙氣出口進入與所述脫硫塔相連接的除沫器，除去煙氣中夾帶的吸收液霧沫，成為凈化煙 氣，進入煙囪排放；
(4) 所述吸收液下落進入吸收液儲槽，吸收液中的亞硫酸銨被鼓入的空氣氧化為硫酸銨，并進而結(jié)晶析出硫酸銨固體，使吸收液成漿狀水溶液，所述漿狀水溶液被間斷或連續(xù)輸送到 脫硫塔外的硫銨分離設(shè)備，得到復(fù)合國家化肥標(biāo)準(zhǔn)的商品硫酸銨；
并且，所述凈化煙氣中剩余二氧化硫含量小于50~250mg/Nm3，所述凈化煙氣中逃逸氨 含量小于5 25mg/Nm3。
尤其是，本發(fā)明所述方法中，所述氨是氨含量在0.5~25%的氨水溶液，氨含量大于99% 的液化氨，還可以是氨含量大于1%的氨氣，并且(1)控制氨的加入量使吸收液的pH值維 持在5.0 6.5之間；(2)間斷或連續(xù)將氨加入到所述吸收液儲槽或吸收液循環(huán)管中，使吸收液 氨化；(3)吸收液從所述吸收液儲槽經(jīng)吸收液循環(huán)回路被輸送到吸收液噴淋器，洗滌吸收煙 氣中的二氧化硫及其他污染物；(4)控制吸收液循環(huán)量，使所處理的煙氣體積流量(標(biāo)態(tài)) 達到吸收液循環(huán)回路輸送的吸收液循環(huán)體積流量(總流量)的65 195倍。
還有，本發(fā)明的方法的一個特征是，所述吸收液儲槽的液位控制在8.0 16.0m，由水加入 量控制，且所述水在進入吸收液儲槽之前被用來沖洗除沫器；所述吸收液儲槽的吸收液密度 由向所述硫銨分離設(shè)備的排除量控制，且所述密度控制在1.25 1.40 kg/m3，對應(yīng)的銨鹽(包 括硫酸銨和氯化銨)總重量濃度在45~70%之間，尤其是其中含固體硫酸銨在5~20%。
與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，采用本發(fā)明的脫硫裝置和脫硫方法的有益效果是，煙氣中二氧化 硫的脫出效果可以達到95~99%以上，確保凈化煙氣中剩余二氧化硫含量小于50~250tng/Nm3， 而且具有優(yōu)越的氨逃逸控制效果，使得凈化煙氣中逃逸氨含量小于5 25mg/Nm3。本發(fā)明的 向上安裝的霧化噴嘴可以使得氣液兩相可以撞擊和射流接觸，并借助于煙氣均布器，確保提 供較高的傳質(zhì)效率和較低的塔高，尤其是可以提供五個不同的氣液接觸區(qū)無液體(吸收液) 的氣體均流區(qū)，氣(煙氣)液(吸收液)混流(逆流或撞擊流，和順流共存)，氣液順流區(qū)， 氣液分離區(qū)和無煙氣的儲液區(qū)，從而可以取消現(xiàn)有其他技術(shù)方案中設(shè)置的冷激水噴淋構(gòu)件， 簡化脫硫塔的結(jié)構(gòu)，節(jié)省投資，并可以優(yōu)化水的利用。


圖1為混流式煙氣脫硫塔的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為混流式煙氣脫硫裝置的流程示意圖。
具體實施例方式
參見圖1和圖2，本發(fā)明的混流型煙氣脫硫裝置包括脫硫塔1。所述脫硫塔1包括塔體101， 連接在所述塔體101下端的塔底103和連接在所述塔體101上端的塔頂102，設(shè)置在所述塔 頂102上的原煙氣進口 104，設(shè)置在所述塔體101中部的凈煙氣出口 105，設(shè)置在所述塔體 101上位于所述煙氣出口 105下方的吸收液溢流出口 107;
所述脫硫塔1還包括，在緊靠所述塔頂102的所述塔體101內(nèi)設(shè)置的煙氣分布器11，和 所述煙氣分布器11下方4.0m處設(shè)置的吸收液噴淋器12，尤其是，所述塔體101內(nèi)自上而下， 依次存在著煙氣均流區(qū)10、氣液混流區(qū)20、氣液順流區(qū)30、氣液分離區(qū)40和吸收液儲槽50。
所述煙氣均布器11下方至2.0m的范圍為所述煙氣均流區(qū)10,所述吸收液噴淋器12上方 至3.5m的范圍為所述氣液混流區(qū)20，所述吸收液噴淋器12下方至所述煙氣出口 105的范圍 為所述氣液順流區(qū)30，所述煙氣出口 105至所述吸收液溢流出口 107的范圍為氣液分離區(qū)40，所屬吸收液溢流出口 107以下的范圍為吸收液儲槽50。
所述吸收液噴淋器由吸收液輸送主管，與所述主管相連接的支管和連接在支管上的霧化 噴嘴組成，并且所述噴嘴的噴口向上，優(yōu)選地，所述噴嘴的數(shù)量是所述脫硫塔橫截面積的0.8 倍；所述吸收液儲槽50的對應(yīng)殼體或塔體101的內(nèi)壁直徑是所述氣液分離區(qū)40、氣液順流 區(qū)30、氣液混流區(qū)20或者煙氣均流區(qū)10的對應(yīng)的所述塔體101的直徑的1.25倍。
本發(fā)明的脫硫裝置按照優(yōu)化的方式配置有2個吸收液循環(huán)回路，包括2個吸收液噴淋器 12，通過吸收液輸送主管在所述脫硫塔體101外分別連接了2根吸收液循環(huán)管3，又分別連 接了兩個吸收液循環(huán)泵2， 2個吸收液循環(huán)泵2又分別與吸收液儲槽50上設(shè)置的2個吸收液 循環(huán)出口109相連接；而且，在吸收液儲槽50內(nèi)設(shè)置有3支空氣鼓泡器，和3臺側(cè)裝式.攪 拌器，并且吸收液溢流出口 107距離所述塔底103的距離為14.0m。 實施例l
一臺220T/h的燃煤發(fā)電鍋爐，燃用高硫煤，燃煤含硫量為4.0%，其煙氣表態(tài)流量為 250,000m3/h,煙氣含二氧化硫ll,000mg/Nm3,含煙塵100 mg/Nm3，其它組分，比如三氧化 硫，氧化氮和氯化氫或氟化氫的含量未能測定，煙氣溫度125'C。
采用本發(fā)明的脫硫方法，原煙氣從位于脫硫塔l頂部煙氣進口 104進入脫硫塔體內(nèi)，首 先進入煙氣均流區(qū)10，經(jīng)過煙氣分布器11使煙氣沿整個脫硫塔橫截面均勻流動，向下進入 氣液混流區(qū)20;煙氣與由吸收液噴淋器12的噴嘴向上噴射而出的含有氨的吸收液霧滴同時 逆流和順流接觸，發(fā)生混合、傳熱和傳質(zhì)并化學(xué)反應(yīng)，洗滌和吸收煙氣中的污染物，尤其將 二氧化硫變?yōu)閬喠蛩徜@進入吸收液，同時煙氣溫度急劇下降7(TC到55-C，再向下進入氣液順 流區(qū)30; (3)煙氣與吸收液順流接觸，進一步吸收煙氣中的二氧化硫及其他污染物，同時煙 氣中的氨氣也和二氧化硫一同進入吸收液，氨的逃逸得到控制，煙氣進入氣液分離區(qū)40，再 通過所述煙氣出口 105進入與脫硫塔1相連接的除沬器6，除去煙氣中夾帶的吸收液霧沫， 成為凈化煙氣，進入煙囪排放；吸收液下落進入吸收液儲槽50,吸收液中的亞硫酸銨被鼓入 的空氣氧化為硫酸銨，并進而結(jié)晶析出硫酸銨固體，使吸收液成漿狀水溶液，所述漿狀水溶 液被間斷或連續(xù)輸送到脫硫塔1外的硫銨分離設(shè)備5，得到復(fù)合國家化肥標(biāo)準(zhǔn)的商品硫酸銨。
原料氨是氨含量為99.5%的液化氨，并且氨的加入量1450kg/h，吸收液的pH值維持在 5.5，液化氨通過吸收液儲槽50上設(shè)置的氨加入口 108，連續(xù)加入到所述吸收液儲槽50中， 吸收液被不斷氨化，吸收液從所述吸收液儲槽50經(jīng)兩個吸收液循環(huán)回路被輸送到吸收液噴淋 器12，每個回路的流量為1850m3/h，使得所處理的煙氣體積流量達到吸收液循環(huán)回路輸送的 吸收液循環(huán)體積流量的67.5倍。
還有，吸收液儲槽50的液位控制在14.0m，由水加入量控制，且所述水在進入吸收液儲 槽之前被用來沖洗除沫器，平均加水量為9.6mVh，吸收液儲槽50的吸收液密度控制在1.27 kg/m3，由向硫銨分離設(shè)備5排除的漿液流量控制，為間斷出料。
由此，本實施例中，獲得的凈化煙氣中剩余二氧化硫含量為155m^Nm3，脫硫效率達到 98.6%，而且，凈化煙氣中逃逸氨含量為6mg/Nm3,滿足中國硫銨化肥一等品標(biāo)準(zhǔn)(即含氮 量21.0%)硫酸銨產(chǎn)量為5650kg/h。
10實施例2
一臺220T/h的燃煤發(fā)電鍋爐，燃用高硫煤，燃煤含硫量為0.5%，其煙氣表態(tài)流量為 250,000m3/h,煙氣含二氧化硫1300mg/Nm3，含煙塵50mg/Nm3,其它組分，比如三氧化硫， 氧化氮和氯化氫或氟化氫的含量未能測定，煙氣溫度145°C。
采用本發(fā)明的方法，與實施例l相同。
原料氨是氨含量為15.0%的氨水，并且加入量1100kg/h，吸收液的pH值維持在5.3，所 述氨水連續(xù)加入所述吸收液，加入位置在所述吸收液循環(huán)管線3上，具體在所述吸收液儲槽 50的吸收液循環(huán)出口 109與循環(huán)泵2的進口之間的循環(huán)管3上設(shè)置的氨加入進口 108，吸收 液被不斷氨化，吸收液從所述吸收液儲槽50經(jīng)兩個吸收液循環(huán)回路被輸送到吸收液噴淋器 12，每個回路的流量為750m3/h，使得所處理的煙氣體積流量達到吸收液循環(huán)回路輸送的吸收 液循環(huán)體積流量的171.8倍。
還有，吸收液儲槽50的液位控制在8.0m，由水加入量控制，且所述水在進入吸收液儲 槽之前被用來沖洗除沫器，平均加水量為10.5mVh，吸收液儲槽50的吸收液密度控制在1.26 kg/m3，由向硫銨分離設(shè)備5排除的漿液流量控制，為間斷出料。
由此，本實施例中，獲得的凈化煙氣中剩余二氧化硫含量55mg/Nm3，脫硫效率達到 96.0%,而且，凈化煙氣中逃逸氨含量為8mg/Nm3，滿足中國硫鉸化肥合格品標(biāo)準(zhǔn)(即含氮 量20.5%)硫酸銨產(chǎn)量為665kg/h。
權(quán)利要求
1、一種混流式排氣處理裝置，包括脫硫塔；所述脫硫塔包括塔體，連接在所述塔體下端的塔底和連接在所述塔體上端的塔頂，設(shè)置在所述塔頂上或緊靠所述塔頂?shù)乃w上的煙氣進口，設(shè)置在所述塔體中部的煙氣出口，設(shè)置在所述塔體上位于所述煙氣出口下方的吸收液溢流出口；還包括，在緊靠所述塔頂?shù)乃鏊w內(nèi)設(shè)置的煙氣分布器，和所述煙氣分布器下方2.0～6.0m處設(shè)置的吸收液噴淋器；其特征在于，所述塔體內(nèi)自上而下，依次存在著煙氣均流區(qū)、氣液混流區(qū)、氣液順流區(qū)、氣液分離區(qū)和吸收液儲槽。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混流式排氣處理裝置，其特征在于，所述煙氣均布器下方至 0.5~4.0m的范圍為所述煙氣均流區(qū)，所述吸收液噴淋器上方至2.0 5.5m的范圍為所述氣液混 流區(qū)，所述吸收液噴淋器下方至所述煙氣出口的范圍為所述氣液順流區(qū)，所述煙氣出口至所 述吸收液溢流出口的范圍為氣液分離區(qū)，所屬吸收液溢流出口以下的范圍為吸收液儲槽。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的混流式排氣處理裝置，其特征在于，所述吸收液儲槽直徑是所 述氣液分離區(qū)、氣液順流區(qū)、氣液混流區(qū)或者煙氣均流區(qū)直徑的1.0~1.5倍。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的混流式排氣處理裝置，其特征在于，所述吸收液噴淋器由吸收 液輸送主管，與所述主管相連接的支管和連接在支管上的霧化噴嘴組成，并且所述噴嘴的噴 口向上，噴嘴的數(shù)量是所述脫硫塔橫截面積的0.5 1.5倍。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的混流式排氣處理裝置，其特征在于，配置有1 4個吸收液循環(huán) 回路，所述吸收液循環(huán)回路包括所述吸收液噴淋器，和通過所述吸收液噴淋器的所述吸收液 輸送主管在所述脫硫塔體外連接的吸收液循環(huán)管，和與所述吸收液循環(huán)管相連接的吸收液循 環(huán)泵，并且所述吸收液循環(huán)泵與所述吸收液儲槽上設(shè)置的吸收液循環(huán)出口相連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的混流式排氣處理裝置，其特征在于，配置有2個或3個吸收液 循環(huán)回路。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項所述的混流式排氣處理裝置，其特征在于，所述吸收液儲 槽內(nèi)設(shè)置有2 4支空氣鼓泡器，和2 4臺側(cè)裝式.攪拌器，并且所述吸收液溢流出口距離所述 塔底6.0~18.0m。
8、 一種混流式排氣處理方法，其特征在于，以氨為原料，包括如下步驟(1) 含有二氧化硫且溫度大于10(TC的煙氣，從位于脫硫塔頂部或靠近頂部的煙氣進口 進入脫硫塔體內(nèi)，首先進入煙氣均流區(qū)，經(jīng)過煙氣分布器使煙氣沿整個脫硫塔橫截面均勻流 動，向下進入氣液混流區(qū)；(2) 在所述氣液混流區(qū)，煙氣與由所述吸收液噴淋器的所述噴嘴向上噴射而出的含有氨的吸收液霧滴同時逆流和順流接觸，發(fā)生混合、傳熱和傳質(zhì)并化學(xué)反應(yīng)，洗滌和吸收煙氣中的污染物，尤其將二氧化硫變?yōu)閬喠蛩徜@進入吸收液，同時煙氣溫度急劇下降50 100'C，再 向下進入氣液順流區(qū)(3) 在說述氣液順流區(qū)，煙氣與吸收液順流接觸，進一步吸收煙氣中的二氧化硫及其他 污染物，同時煙氣中的氨氣也和二氧化硫一同進入吸收液，煙氣進入氣液分離區(qū)，再通過所 述煙氣出口進入與所述脫硫塔相連接的除沫器，除去煙氣中夾帶的吸收液霧沫，成為凈化煙 氣，進入煙囪排放；(4)所述吸收液下落進入吸收液儲槽，吸收液中的亞硫酸銨被鼓入的空氣氧化為硫酸銨，并進而結(jié)晶析出硫酸銨固體，使吸收液成漿狀水溶液，所述漿狀水溶液被間斷或連續(xù)輸送到脫硫塔外的硫銨分離及加工設(shè)備，得到復(fù)合國家化肥標(biāo)準(zhǔn)的商品硫酸銨；并且，所述凈化煙氣中剩余二氧化硫含量小于50 250mg/Nm3，所述凈化煙氣中逃逸氨含量小于5 25mg/Nm3。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的混流式排氣處理方法，其特征在于，所述氨是氨含量在0.5~25%的氨水溶液，氨含量大于99%的液化氨，還可以是氨含量大于1%的氨氣，并且(1) 控制氨的加入量使吸收液的pH值維持在5.0-6.5之間；(2) 間斷或連續(xù)將氨加入到所述吸收液儲槽或吸收液循環(huán)管中，使吸收液氨化；(3) 吸收液從所述吸收液儲槽經(jīng)吸收液循環(huán)回路被輸送到吸收液噴淋器，洗滌吸收煙氣中的二氧化硫及其他污染物；(4) 控制吸收液循環(huán)量，使煙氣體積流量達到吸收液循環(huán)體積流量的65-195倍。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的混流式排氣處理方法，其特征在于，所述吸收液儲槽的液位控制在8.0~16.0m，由水加入量控制，且所述水在進入吸收液儲槽之前被用來沖洗除沫器；所述吸收液儲槽的吸收液密度由向所述硫銨分離及加工設(shè)備的排除量控制，且所述密度控制在1.25~1.40kg/m3。
全文摘要
本發(fā)明公開一種新型的混流型排氣處理裝置和方法，排氣從設(shè)備頂部進入，實現(xiàn)含氨堿性吸收液吸收排氣中酸性氣體，并進而氧化和結(jié)晶的一體化功能。其創(chuàng)新的實質(zhì)在于提供了一種排氣均布器和具有向上安裝的霧化噴嘴的吸收液噴淋器，使排氣處理設(shè)備內(nèi)存在五個不同的氣液接觸區(qū)氣體均流區(qū)，氣液混流區(qū)，氣液順流區(qū)，氣液分離區(qū)和吸收液儲槽。有益結(jié)果是，處理效率95～99％，凈化排氣中污染物含量50～250mg/Nm³，氨逃逸控制效果優(yōu)越，凈化排氣逃逸氨含量5～25mg/Nm³；并且處理設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，水利用優(yōu)化，在排氣凈化領(lǐng)域具有明顯應(yīng)用前景。
文檔編號B01D53/50GK101549253SQ20091004574
公開日2009年10月7日 申請日期2009年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月3日
發(fā)明者王建敏 申請人:王建敏