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CN110801727B - 一种无垢零排放湿式脱硫装置以及脱硫方法 - Google Patents

一种无垢零排放湿式脱硫装置以及脱硫方法 Download PDF

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CN110801727B CN201911222390.6A CN201911222390A CN110801727B CN 110801727 B CN110801727 B CN 110801727B CN 201911222390 A CN201911222390 A CN 201911222390A CN 110801727 B CN110801727 B CN 110801727B
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Abstract

本发明公开了一种无垢零排放湿式脱硫装置以及脱硫方法,脱硫塔上部的喷淋区自下而上设有第一级喷淋装置和第二级喷淋装置；第一级喷淋装置连通下部的储液区；储液区的脱硫液出口依次连通曝气氧化池和石灰再生池；石灰再生池的出口连通有结晶分离罐；所述结晶分离罐上部的清液溢流口连通有清液池；所述清液池通过回流泵连通第二级喷淋装置。本发明的脱硫方法通过分别来自脱硫塔底部的脱硫液循环喷淋和来自再生后的清液池的再生液喷淋，调节脱硫塔内部的pH值，防止脱硫塔内结构现象，脱硫塔的脱硫液采用先氧化后再生的再生还原，提高了反应的动力学速度，提高了反应效率，还原悬浊液采用结晶沉降分离方法，减少设备占地面积且分离后的石膏纯度高。

Description

一种无垢零排放湿式脱硫装置以及脱硫方法
技术领域
本发明涉及烟气废气脱硫技术领域，具体涉及一种湿式脱硫技术。
背景技术
目前对锅炉烟气、含硫废气的脱硫技术中，双碱法脱硫技术在中小型锅炉烟气处理中是大量采用的脱硫技术，其主要采用强碱液在塔内喷淋洗涤锅炉含二氧化硫烟气，吸收二氧化硫后生成亚硫酸钠；然后脱硫液被排入再生池内用氢氧化钙进行还原再生，再生后进行曝气氧化，然后进入沉淀池，沉淀池的上清液被打回脱硫塔循环使用，沉淀池沉淀下来的石膏泥浆去脱水。
但是该法目前仍然存在系统结垢严重、石膏晶粒小脱水困难、塔外动力学过程缓慢、液碱消耗量大、运行成本高、脱除效率不稳定、沉淀池占地面积大、分离效率低等缺点，传统的石灰石(石灰)-石膏法又会产生大量高盐废水，诸多缺点限制了其在脱硫行业的发展与应用。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种无垢零排放湿式脱硫装置，该装置设备成本低、占地面积小、脱硫效率高、有效防止体系结垢、产生的石膏晶粒大易脱水，而且可以实现废水零排放。
本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种零排放湿式脱硫方法，该方法脱硫效率高、有效防止体系结垢、产生的石膏晶粒大易脱水，可以实现废水零排放，而且不需添加新碱液。
为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：
一种无垢零排放湿式脱硫装置，包括脱硫塔，所述脱硫塔设有上部的喷淋区和底部的储液区；所述喷淋区自下而上设有第一级喷淋装置和第二级喷淋装置；所述第一级喷淋装置通过喷淋管连通所述储液区，所述喷淋管上设有喷淋泵；
所述储液区的脱硫液出口连通有曝气氧化池；所述曝气氧化池的出口连通有石灰再生池；所述石灰再生池连通有石灰化浆装置；
所述石灰再生池的出口连通有结晶分离罐；所述结晶分离罐上部设有清液溢流口，底部设有排泥口；所述清液溢流口连通有清液池；所述清液池通过回流泵连通所述第二级喷淋装置。
作为改进的一种技术方案，所述脱硫塔并联设有至少两级；所述至少两级脱硫塔的储液区的脱硫液出口均依次连通所述曝气氧化池；所述清液池分别通过回流泵连通所述至少两级脱硫塔的第二级喷淋装置。
作为优选的一种技术方案，所述脱硫塔并联设有三级脱硫塔；所述三级脱硫塔的储液区的脱硫液出口均依次连通所述曝气氧化池；所述清液池分别通过回流泵连通所述三级脱硫塔的第二级喷淋装置。
作为改进的一种技术方案，所述第一级喷淋装置和第二级喷淋装置均包括至少两个并列的伸入所述喷淋区的喷淋管网，所述喷淋管网上设有多个喷淋头；所述喷淋管网在所述喷淋区至少设有两级变径，所述喷淋管的直径逐级变小。
作为改进的一种技术方案，所述储液区的上部和下部分别设有循环液进口和循环液出口，所述循环液进口和循环液出口之间设有循环管路，所述循环管路上设有循环泵。脱硫液的内循环有效防止了泥浆在塔底淤积问题。
作为改进的一种技术方案，所述脱硫塔的顶部设有废气出口；所述废气出口下方设置有除雾器；所述除雾器上方设有反洗水冲洗管。
作为优选的一种技术方案，所述石灰化浆装置包括石灰化浆池和与之连通的石灰仓。
作为改进的一种技术方案，所述曝气氧化池的进液口设有文丘里喷射管。
作为改进的一种技术方案，所述结晶分离罐包括罐体，所述罐体包括设在上部的结晶区和下部的沉降区；
所述罐体的顶部设有进液口，所述进液口设有深入所述结晶区的中心筒；所述中心筒的下端设有一个锥台型出口；所述锥台型出口的下方对应设置有一个锥形反射板；
所述沉降区设置有一个倒锥形的沉降斗；所述沉降斗的锥底位于所述锥形反射板下方，并固定所述罐体的内壁上，所述沉降斗的锥形出口连通所述排泥口。
作为改进的一种技术方案，所述结晶区的上部周向设有环形的清液溢流口。
作为改进的一种技术方案，所述罐体的高径比为2～4:1；所述中心筒的高径比为4.5～6.5:1。
作为改进的一种技术方案，所述锥形反射板的锥底直径大于所述锥台型出口的直径；所述锥形反射板为钝角锥。
作为改进的一种技术方案，所述排泥口依次连通有泥浆池和脱水机；所述脱水机的排液口连通所述清液池。
为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案为：
一种零排放湿式脱硫方法，包括以下步骤：
(1)将含硫废气通过引风机从脱硫塔下部进入并上升，在上升过程中分别与两级喷淋装置喷淋的脱硫液依次进行两级脱硫反应；所述两级脱硫反应包括自下而上的第一级脱硫反应和第二级脱硫反应；所述第一级脱硫反应的脱硫液来自于脱硫塔底部的脱硫液循环；与脱硫液充分反应后的废气从塔顶排走；
(2)与含硫废气充分反应后的脱硫液，首先进行曝气氧化，然后再去与生石灰发生再生反应生成再生悬浊液；
(3)所述再生悬浊液进入竖向结晶分离罐进行结晶分离，结晶分离罐上部得到的清液去步骤(1)的第二级脱硫反应进行脱硫；结晶分离罐底部的结晶泥去脱水。
作为优选的一种技术方案，所述含硫废气在所述脱硫塔内的流量为50～300m3/h；所述第一级脱硫反应和第二级脱硫反应所用的脱硫液喷淋量为1:2～1:3.5；所述喷淋塔内的气水比为5～10:1。
作为优选的一种技术方案，所述脱硫塔内的喷淋区的脱硫环境为弱酸性，pH为5.5～7。
作为优选的一种技术方案，步骤(2)中，所述脱硫液与生石灰发生再生反应时，生石灰的加入量为100～250kg/h。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的无垢零排放湿式脱硫装置，脱硫塔的喷淋区自下而上设有第一级喷淋装置和第二级喷淋装置；所述第一级喷淋装置通过喷淋管连通所述储液区；所述清液池通过回流泵连通所述第二级喷淋装置。确保SO3 2-的充分氧化是整个系统防止结垢的关键因素之一，虽然SO3 2-与HSO3 -在低pH条件下具有更高的氧化还原电位，此时氧化效率可能会比较高，但是由于碱性条件下系统结垢加重，因此本发明通过严格控制脱硫塔中脱硫环境为弱酸性pH(5.5～7)，使系统不结垢，同时确保氧化效率，与传统技术中的石灰石(石灰)-石膏法相比，脱硫塔内循环(喷淋)量小，节能降耗非常明显；再生液通过回流泵回流入脱硫塔，完成钠碱液的循环，整个过程几乎无需额外加入新的碱液，无任何废水产生，避免了脱硫高盐水处理。
本发明脱硫后的脱硫液先经过曝气氧化池，然后进入下级石灰再生池，采用先氧化后再生的工艺思路，极大的提高了反应的动力学速度，与传统的先再生后氧化工艺思路相比，虽然Na2SO3与NaHSO3跟Ca(OH)2反应的动力学速度略快于Na2SO4与NaHSO4与Ca(OH)2的动力学过程，但是在氧化阶段，本工艺改进Na2SO3与NaHSO3与O2的反应为气液反应，其反应的动力学速度比CaSO3与Ca(HSO3)2跟O2气固反应动力学速度高出几个数量级，因此在反应效率方面提升仍然十分明显。
本发明脱硫液再生后直接去结晶分离罐结晶分离，结晶后的石膏晶粒大易于脱水处理，而且副产品石膏的品质更好，纯度高，可以回用于建筑行业；结晶分离罐上部清液溢流口分离出的清液去清液池，然后被回流泵打回脱硫塔进行脱硫反应，通过调节与脱硫塔底部脱硫液的喷淋量，提高了脱硫效率，而且防止了体系结垢问题。
本发明结晶分离罐的进液口设有深入结晶区的中心筒；中心筒的下端设有一个锥台型出口；所述锥台型出口的下方对应设置有一个锥形反射板；所述沉降区设置有一个倒锥形的沉降斗；所述沉降斗的锥底位于所述锥形反射板下方，并固定所述罐体的内壁上，所述沉降斗的锥形出口连通所述排泥口。石灰再生池悬浊液进入竖向结晶分离罐，落到锥形反射板后升流，升流过程中结晶且晶粒不断变大，进行两相分离，分离后的清液从上部溢流口排走，结晶颗粒物下沉在锥形沉降斗，然后去脱水。本发明采用结晶分离方法，相比现有技术的沉淀池沉淀法，得到的石膏晶粒大，纯度高，后期脱水效率更高，确保沉淀效率的同时减小了占地面积。
本发明通过设计结晶分离罐合理的高径比，提高结晶效果，提高结晶物粒径尺寸，同时防止水流升流速过大导致跑泥，充分了提高分离效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明结晶分离罐的结构示意图；
图中，1.脱硫塔；11.喷淋区；12.储液区；111.第一喷淋装置；112.第二喷淋装置；113.喷淋管网；13.废气进口；14.喷淋管；15.喷淋泵；16.循环管路；17.循环泵；18.除雾器；19.反洗水冲洗管；20.反洗水箱；2.曝气氧化池；3.石灰再生池；4.石灰化浆装置；41.石灰化浆池；42.石灰仓；5.结晶分离罐；51.罐体；511.结晶区；512.沉降区；52.清液溢流口；53.排泥口；54.进液口；55.中心筒；56.锥台型出口；57.锥形反射板；58.沉降斗；59.安全护栏；6.泥浆池；7.脱水机；8.清液池；9.回流泵；10.回流管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示，一种无垢零排放湿式脱硫装置，包括并联设置的脱硫塔1，每一级所述脱硫塔1设有上部的喷淋区11和底部的储液区12；在储液区12上方设有废气进口13，所述喷淋区11自下而上设有第一级喷淋装置111和第二级喷淋装置112；所述第一级喷淋装置通过喷淋管14连通所述储液区12，所述喷淋管14上设有喷淋泵15；所述储液区12的上部和下部分别设有循环液进口和循环液出口，所述循环液进口和循环液出口之间设有循环管路16，所述循环管路16上设有循环泵17。所述脱硫塔1的顶部设有除雾器18；所述除雾器18上方设有反洗水冲洗管19。
每一级脱硫塔的储液区的脱硫液出口均连通曝气氧化池2；所述曝气氧化池2的出口连通有石灰再生池3；所述石灰再生池3连通有石灰化浆装置4；所述石灰化浆装置4包括石灰化浆池41和与之连通的石灰仓42。
所述石灰再生池3的出口连通有结晶分离罐5；所述结晶分离罐5上部设有清液溢流口52，底部设有排泥口53；所述排泥口53依次连通有泥浆池6和脱水机7；所述清液溢流口52连通有清液池8；所述清液池8通过设有回流泵9的回流管10连通所述第二级喷淋装置14。
作为优选的一种实施方式，所述脱硫塔1并联设有三级；所述三级脱硫塔1的储液区12的脱硫液出口均依次连通所述曝气氧化池2；所述清液池8分别通过回流泵9连通所述三级脱硫塔1的第二级喷淋装置112。所述第一级喷淋装置和111第二级喷淋装置112均包括至少两个并列的伸入所述喷淋区11的喷淋管网113，所述喷淋管网113上设有多个喷淋头；所述喷淋管网113的喷淋管在所述喷淋区11至少设有两级变径，所述喷淋管的直径逐级变小。
如图2所示，所述结晶分离罐5包括罐体51，所述罐体51包括设在上部的结晶区511和下部的沉降区512；所述结晶区511的上部周向设有环形的清液溢流口52。
所述罐体51的顶部设有进液口54，所述进液口54设有深入所述结晶区511的中心筒55；所述中心筒55的下端设有一个锥台型出口56；所述锥台型出口56的下方对应设置有一个锥形反射板57；
所述沉降区512设置有一个倒锥形的沉降斗58；所述沉降斗58的锥底位于所述锥形反射板57下方，并固定在所述罐体51的内壁上，所述沉降斗58的锥形出口连通所述排泥口53。
作为优选的一种实施方式，所述罐体51的高径比为2～4:1；所述中心筒55的高径比为4.5～6.5:1。所述锥形反射板57的锥底直径大于所述锥台型出口56的直径；所述锥形反射板57为钝角锥。
实施例1
(1)将含硫烟气通过引风机，按照64500Nm3/h的风量从脱硫塔下部进入并上升，进口风温为150℃，含硫烟气在脱硫塔内的流量为100m3/h；进口烟气中硫化物浓度为1600mg/Nm3；在上升过程中分别与两级喷淋装置喷淋的脱硫液依次进行两级脱硫反应；所述两级脱硫反应包括自下而上的第一级脱硫反应和第二级脱硫反应；所述第一级脱硫反应的脱硫液来自于脱硫塔底部的脱硫液循环；第一级喷淋量为300m3/h；第二级喷淋量为650m3/h；喷淋塔内的气水比为6:1；喷淋区的pH为6.0；与脱硫液充分反应后的废气从塔顶排走，脱硫塔出口风温60℃，出口废气中硫化物浓度20mg/Nm3；
(2)与含硫废气充分反应后的脱硫液，首先进行曝气氧化，然后再去与生石灰发生再生反应生成再生悬浊液，生石灰的加入量为130kg/h；
(3)所述再生悬浊液进入竖向结晶分离罐进行结晶分离，结晶分离罐上部得到的清液去步骤(1)的第二级脱硫反应进行脱硫；结晶分离罐底部的结晶泥去脱水。
实施例2
(1)将含硫烟气通过引风机，按照62000Nm3/h的风量从脱硫塔下部进入并上升，进口风温为145℃，含硫烟气在脱硫塔内的流量为200m3/h；进口烟气中硫化物浓度为1700mg/Nm3；在上升过程中分别与两级喷淋装置喷淋的脱硫液依次进行两级脱硫反应；所述两级脱硫反应包括自下而上的第一级脱硫反应和第二级脱硫反应；所述第一级脱硫反应的脱硫液来自于脱硫塔底部的脱硫液循环；第一级喷淋量为350m3/h；第二级喷淋量为800m3/h；喷淋塔内的气水比为8:1；喷淋区的pH为5.8；与脱硫液充分反应后的废气从塔顶排走，脱硫塔出口风温55℃，出口废气中硫化物浓度23mg/Nm3；
(2)与含硫废气充分反应后的脱硫液，首先进行曝气氧化，然后再去与生石灰发生再生反应生成再生悬浊液，生石灰的加入量为150kg/h；
(3)所述再生悬浊液进入竖向结晶分离罐进行结晶分离，结晶分离罐上部得到的清液去步骤(1)的第二级脱硫反应进行脱硫；结晶分离罐底部的结晶泥去脱水。
实施例3
(1)将含硫烟气通过引风机，按照65000Nm3/h的风量从脱硫塔下部进入并上升，进口风温为155℃，含硫烟气在脱硫塔内的流量为220m3/h；进口烟气中硫化物浓度为1900mg/Nm3；在上升过程中分别与两级喷淋装置喷淋的脱硫液依次进行两级脱硫反应；所述两级脱硫反应包括自下而上的第一级脱硫反应和第二级脱硫反应；所述第一级脱硫反应的脱硫液来自于脱硫塔底部的脱硫液循环；第一级喷淋量为320m3/h；第二级喷淋量为750m3/h；喷淋塔内的气水比为7:1；喷淋区的pH为6.5；与脱硫液充分反应后的废气从塔顶排走，脱硫塔出口风温62℃，出口废气中硫化物浓度25mg/Nm3；
(2)与含硫废气充分反应后的脱硫液，首先进行曝气氧化，然后再去与生石灰发生再生反应生成再生悬浊液，生石灰的加入量为180kg/h；
(3)所述再生悬浊液进入竖向结晶分离罐进行结晶分离，结晶分离罐上部得到的清液去步骤(1)的第二级脱硫反应进行脱硫；结晶分离罐底部的结晶泥去脱水。

Claims (8)

1.一种无垢零排放湿式脱硫装置，包括脱硫塔，其特征在于：所述脱硫塔设有上部的喷淋区和底部的储液区；所述喷淋区自下而上设有第一级喷淋装置和第二级喷淋装置；所述第一级喷淋装置通过喷淋管连通所述储液区；所述储液区的上部和下部分别设有循环液进口和循环液出口，所述循环液进口和循环液出口之间设有循环管路，所述循环管路上设有循环泵；
所述储液区的脱硫液出口连通有曝气氧化池；所述曝气氧化池的出口连通有石灰再生池；
所述石灰再生池的出口连通有结晶分离罐；所述结晶分离罐上部设有清液溢流口，底部设有排泥口；所述清液溢流口连通有清液池；所述清液池通过回流泵连通所述第二级喷淋装置完成钠碱液的循环；
所述脱硫塔中脱硫环境为弱酸性，pH值为5.5～7。
2.如权利要求1所述的无垢零排放湿式脱硫装置，其特征在于：所述第一级喷淋装置和第二级喷淋装置均包括至少两个并列的伸入所述喷淋区的喷淋管网，所述喷淋管网上设有多个喷淋头；所述喷淋管网的喷淋管在所述喷淋区至少设有两级变径，所述喷淋管的直径逐级变小。
3.如权利要求1所述的无垢零排放湿式脱硫装置，其特征在于：所述脱硫塔的顶部设有除雾器；所述除雾器上方设有反洗水冲洗管。
4.如权利要求1至3任一权利要求所述的无垢零排放湿式脱硫装置，其特征在于：所述结晶分离罐包括罐体，所述罐体包括设在上部的结晶区和下部的沉降区；
所述罐体的顶部设有进液口，所述进液口设有深入所述结晶区的中心筒；所述中心筒的下端设有一个锥台型出口；所述锥台型出口的下方对应设置有一个锥形反射板；所述锥形反射板的锥底直径大于所述锥台型出口的直径；所述锥形反射板为钝角锥；
所述沉降区设置有一个倒锥形的沉降斗；所述沉降斗的锥底位于所述锥形反射板下方，并固定在所述罐体的内壁上，所述沉降斗的锥形出口连通所述排泥口。
5.如权利要求4所述的无垢零排放湿式脱硫装置，其特征在于：所述罐体的高径比为2～4:1；所述中心筒的高径比为4 .5～6 .5:1。
6.一种零排放湿式脱硫方法，其特征在于使用权利要求1所述的无垢零排放湿式脱硫装置，包括以下步骤：
(1)将含硫废气通过引风机从脱硫塔下部进入并上升，在上升过程中分别与两级喷淋装置喷淋的脱硫液依次进行两级脱硫反应；所述两级脱硫反应包括自下而上的第一级脱硫反应和第二级脱硫反应；所述第一级脱硫反应的脱硫液来自于脱硫塔底部的脱硫液循环；与脱硫液充分反应后的废气从塔顶排走；
(2)与含硫废气充分反应后的脱硫液，首先进行曝气氧化，然后再去与生石灰发生再生反应生成再生悬浊液；
(3)所述再生悬浊液进入竖向结晶分离罐进行结晶分离，结晶分离罐上部得到的清液去步骤(1)的第二级脱硫反应进行脱硫；结晶分离罐底部的结晶泥去脱水。
7.如权利要求6所述的零排放湿式脱硫方法，其特征在于：所述含硫废气在所述脱硫塔内的流量为50～300m3/h；所述第一级脱硫反应和第二级脱硫反应所用的脱硫液喷淋量为1:2～1:3 .5；所述脱硫塔内的气水比为5～10:1。
8.如权利要求7所述的零排放湿式脱硫方法，其特征在于：步骤(2)中，所述脱硫液与生石灰发生再生反应时，生石灰的加入量为100～250kg/h。
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