专利名称：湍球塔、旋流板塔组合锑冶炼烟气脱硫工艺与装置的制作方法
技术领域：
本发明属于环境保护大气污染控制领域，具体涉及火法锑冶炼工业烟气脱硫领域中的锑冶炼湍球塔、旋流板塔组合烟气脱硫工艺与装置。
背景技术：
中国是世界上锑矿资源最丰富的国家之一，储量和产量均居世界第一。火法炼锑是国内外普遍采用的传统生产工艺。该工艺一般用沸腾炉焙烧脱硫，利用热空气将硫精矿点燃，在高温下硫化物被氧化成氧化物，其中约80％的硫被氧化成二氧化硫而进入大气。据统计，我国有400余家锑冶炼厂，每年锑冶炼排入大气的二氧化硫量达到12万吨。国内外先后提出了200余种脱硫工艺，真正工业应用的有10多种。烟气含硫量4％以上且烟气流量较大时，采用回收二氧化硫制硫酸的回收法脱硫工艺经济性较好，但由于需要较大的一次投资，不适用于我国锑冶炼企业规模普遍较小的国情。对于的浓度二氧化硫的治理，石灰/石灰石—石膏法是工业应用最广的一种脱硫工艺。该工艺具有脱硫效率高、吸收剂资源丰富、技术成熟等优点，但造价相对较高，设备磨损、结垢、堵塞难以避免，对于含较高浓度二氧化硫的烟气难以实现达标排放。锑冶炼尾气中，二氧化硫的浓度为6000～10000mg/Nm3，且流量极不稳定，采用常规工艺处理极为困难。迫切需要找到一种适应性好，脱硫效率高，维护简单，烟气脱硫工艺和装置，来解决由此产生的环境污染问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷，提供一种性能可靠、脱硫效率高、适应性好、维护简单烟气脱硫工艺和装置，可达到二氧化硫治理国家标准要求。
本发明的技术问题是通过下面的技术方案实现的。其工艺特征在于包括下述步骤1)先将脱硫用石灰采用湿式球磨机研磨后过筛，使其粒度小于250目，进入吸水井与水中和成石灰乳液，浓度为0.8-1.2％，PH值为10.5-11.5；2)预除尘含二氧化硫烟气，可采用旋风除尘器和布袋除尘器二级除尘或者采用电除尘；3)除尘后的二氧化硫烟气依次进入串连相接之湍球塔和旋流板塔与石灰乳液反应，进行二次洗涤、吸收、脱硫，其中石灰乳液中钙与烟气中硫摩尔比为1.1～1.2，石灰乳液体积与二氧化硫气体体积之比为2.5～5.5L/m3。本发明工艺中，与烟气反应后之液体还可置于曝气池内，使其与空气中的氧反应，然后进入沉淀池沉降，其中与曝气池相连的空压机之压力为0.6-0.8MPa，曝气时间0.5小时，吸收液沉降时间为2-2.5小时。
本发明根据上述工艺所设计的湍球塔、旋流板塔组合锑冶炼烟气脱硫装置包括进烟道、除尘风机、湍球塔、旋流板塔、出口烟道，其特征在于所述湍球塔、旋流板塔串联相接，其中湍球塔塔体下部设有与除尘器相接之进气口，顶部装有出气口和至少一个以上与进液管相连之喷淋装置，塔内设有至少一层栅板或开孔筛板，置于其上之湍球表面布满刺状突起，塔体底部设有出水口；所述旋流板塔塔体下部设有出液管和与湍球塔出气口相连之进气口，上部设有出气口，塔壁侧面设有下水管，底部有出液管；在塔体内，设有至少一层以上传质板，各传质板沿径向呈螺旋状排列，其上方设有进液管，最顶层上传质板上方装有除雾板，亦沿径向呈螺旋状排列，其方向与传质板上螺旋方向相反。所述喷淋装置由溶液池、中心管和喷淋管组成，中心管与进液管相连，下端与溶液池连通，溶液池底部开设一个以上喷淋管；所述旋流板塔内传质板之仰角为25°-30°，除雾板之仰角为20°-25°。
本发明通过将湍球塔与旋流板塔串联组合，在节省投资的前提下，对烟气中二氧化硫和烟尘具有良好的处理效果，实验室试验和工业应用证实本发明工艺可显著提高烟气二氧化硫的去除效率，实际脱硫率可达95％以上，为解决火法炼锑二氧化硫污染问题提供了一项先进适用的技术方案。
本发明具有性能可靠，适应性好，脱硫效率高，造价低廉，操作容易，维护简单，可以避免脱硫装置的结垢堵塞等特点，尤其适用于中小规模火法炼锑企业的烟气治理工程实践。
图1为本发明工艺流程框图；图2为钙硫比对脱硫效率的影响曲线；图3为旋流板塔液气比对脱硫率的影响曲线；图4为湍球塔液气比对脱硫率的影响曲线；图5为本发明工艺装置示意图；
图6为本发明湍球塔结构主视图；图7为本发明旋流板塔结构主视图。
具体实施例方式图1展示了本发明工艺之一个应用实施例，如图所示，本发明包括下述工艺步骤1)先将脱硫用石灰采用湿式球磨机研磨后过筛，使其粒度小于250目，然后进入吸水井中和后形成一定浓度的石灰乳液。脱硫剂中石灰的制备采用湿式球磨机研磨，可以避免操作环境中灰尘较大的现象，运行噪声小，可实现石灰连续加入。湿磨工艺中磨碎的石灰颗粒粒度均匀(95％的石灰颗粒小于250目)，利于石灰制浆，也利于二氧化硫吸收反应的吸收率，有效减少石灰加入量。同时可以避免操作环境中灰尘较大的现象，运行噪声小，实现石灰的连续加入。石灰浆液的加入量根据设置在净化烟道上的二氧化硫自动监测系统和选定的钙硫比进行动态调整。石灰浆加入地点选在循环水泵的吸水井。吸水井内循环浆PH值为10.5-11.5，浓度为0.8-1.2％。
2)二氧化硫烟气由旋风除尘器和布袋除尘器二次除尘，二次除尘可去除烟气中的杂质，烟气中所含烟尘粒径小、浓度低，不会造成风机磨损，而且风机正压操作，不仅可有效防止风机带水，又可使系统的除雾要求相对降低。
3)除尘后的二氧化硫烟气依次进入串连相接之湍球塔和旋流板塔进行二次洗涤、吸收、脱硫，其中洗涤液采用石灰乳液，石灰乳液中钙与烟气中硫摩尔比为1.1～1.2，石灰乳液液体体积与二氧化硫气体体积之比(液气比)为2.5～5.5L/m3。其中旋流板塔的液气比L/Q＝1.5～3.0L/m3，湍球塔的液气比L/Q＝1.0～2.5L/m3。
液气比(L/Q)是湿式除尘脱硫技术的主要技术指标之一，其大小直接影响装置的脱硫效率。目前，一般现有技术采用的液气比为5-25L/m3。在一定范围内，液气比越高，除尘脱硫效果越好。但液气比的增加将会增加运转费用，增加污水处理的量。为此，需要综合效益和除尘脱硫效率来考虑。如图2所示，(旋流板塔液气比＝2.5L/m3，湍球塔1.5L/m3)可知Ca/S＞1.1以后，效率超过85％；当Ca/S降到0.9以下，脱硫率迅速降低。如果单从脱硫率角度来看，Ca/S是越高越好，但是Ca/S比值越高，结垢就越厉害，并且因石灰溶解度很低，石灰的利用率也会下降。
图3展示了旋流板塔的液气比对脱硫率的影响，图4展示了湍球塔的液气比对脱硫率的影响。从图3中可以看出，旋流板塔的脱硫率随着L/Q的增大而逐渐升高，当L/Q较小时，效率曲线上升较快，随着L/Q的增大，上升的趋势变小，最终应趋向于极值，这是因为整个脱硫过程由液膜控制逐渐转变为气膜控制的结果。在维持系统进口洗涤液Ca/S＝1.2时，脱硫率随液气比升高而呈上升趋势，但当液气比大于2.5时，脱硫率上升趋势变缓。所以，选取液气体积比L/Q＝1.5～3.0L/m3。从图4中可以看出，在L/Q＝1.5以内，湍球塔的脱硫率随着L/Q的增大而迅速升高，当L/Q＞1.5以后，随着L/Q的增大，上升的趋势变小。综合湍球塔和旋流板塔之钙硫比和液气比对脱硫效率的影响，本发明选择下列工艺参数Ca/S＝1.1-1.2，L/Q＝2.5～5.5L/m3。
本发明工艺中之石灰乳液与烟气反应后之液体变成亚硫酸钙，但亚硫酸钙溶液沉降性能、脱水较差，呈糊状。为使之较好地沉降，可使其先进入曝气池，与空气中的氧反应，生成石膏和硫酸钙，然后进入沉淀池沉降，这样既提高了沉降性能，又能副产石膏产品。申请人在试验和调试时，实验研究了亚硫酸钙溶液在0.6-0.8MPa压缩空气下的氧化时间对亚硫酸钙氧化率的影响。试验表明氧化时间在30分钟以后，亚硫酸钙氧化率在95％以上，吸收液沉降时间为2-2.5小时。生成的石膏可代替天然石膏作建筑材料，或作水泥配料。
本发明工艺采用石灰-石膏脱硫法，在工艺流程和工艺参数的选择上作了改进，湍球塔和旋流板塔的串联组合的工艺实现了两者的优势互补，并对其净化装置作了进一步改进，提高了脱硫效率，缓解了结垢阻塞现象。
如图5所示，本发明装置包括旋风除尘器17、布袋除尘器2、湍球塔4、旋流板塔5、出口烟道6、石灰料斗7、湿式球磨机8和吸水井11，石灰料斗7中之石灰石进入湿式球磨机8研磨，然后通过与其相连之隔栅9过筛成粒度小于250目的石灰颗粒，以利于石灰制浆，石灰浆在吸水井11与水混合形成石灰乳液，以作为与烟气反应之脱硫剂。锑冶炼后含硫之烟气从进烟道1进入旋风除尘器17和布袋除尘器2进行二级除尘，以清除烟气中的杂质，除杂后的烟气在风机3的作用下进入湍球塔4内，与石灰乳液发生化学反应，完成一次脱硫，然后进入与湍球塔4串联之旋流板塔5，与石灰乳液再次发生化学反应，完成二次脱硫，净化后的烟气可经出口烟道6排出。
由于进入湍球塔4前的含硫烟气含水率很低，小于2％，对设备的腐蚀性不大，与湍球塔4进气口连通的管道18采用铁风管，耐磨性能好，在其管道转折处设有导流板，可适当减小局部阻力损失，并可减少管道磨损。同时铁风管采用人字型，可延长烟气与环境的热交换时间和增大热交换面积，管道18中间还设有散热筋板，可进一步强化换热。这样，进入脱硫吸收前的烟气温度可以降到60℃左右，因此，进入湍球塔4之管道18以及湍球塔4和旋流板塔5之间的连通管19均可采用普通的PVC管材，湍球塔4和旋流板塔5设备本身采用普通的PVC工程塑料，不需要另行采取防腐措施。
如图5、图6所示，本发明湍球塔4包括一筒形塔体，塔体下部设有与布袋除尘器2相接之进气口409，经二级除尘后之二氧化硫污染物的气流可通过进气口409进入湍球塔4，在塔体顶部有进液管401一端与循环泵10相连，另一端与喷淋装置相连。如图6所示，本发明实施例中喷淋装置由溶液池404、中心管411和喷淋管402组成。中心管411与进液管401相连，下端与溶液池404连通，溶液池404底部开设有一个以上喷淋管402，可在塔内进行大面积的均匀喷洒石灰乳液，以洗涤吸收进入塔内烟气中的二氧化硫，大面积的喷淋可降低液气比，提高脱硫效率。在塔体内，设有一层以上栅板或开孔筛板408，该栅板或开孔筛板408上放置有至少3个以上轻质湍球407，湍球407采用聚氯乙烯或其他耐磨材料，其颗粒表面设计为布满刺状突起，可提供较高的比表面积。这些轻质湍球407在上升气流的冲力、液体的浮力和自重作用下可悬浮起来作剧烈的翻腾及相互碰撞运动，这种无规则的运动造成任意方向的三相湍流运动并有搅拌作用，轴向返混较强，由于气-液界面因颗粒的剧烈湍动而迅速更新，使得气-液间的接触大大增加，提高了气-液间的传质系数，从而提高了湍球塔的吸收效率，同时可以防止结垢。在塔体上部，还设有出气口403、人孔406，底部设有出水口410，经湍流后的烟气可从出气口403排出进入下一步骤，人孔406为检修口，出水口410可排出塔内反应后的洗涤液，进入曝气池15。
如图5、图7所示，本发明旋流板塔5亦包括一筒形塔体，塔体下部设有出液管510和与湍球塔出气口403相连之进气口508，上部设有出气口501、人孔502，塔壁侧面设有下水管507，底部有出液管510，塔体内设有至少一层以上传质板506，其数目可根据实际的净化需要增添或减少。各传质板506沿径向呈螺旋状排列，采用内向板，仰角较大，其仰角为25°-30°，以利于传质，其上方设有进液管505，进液管505管口上装有喷嘴，石灰乳液可从该喷嘴内喷出，最顶层上传质板506上方装有除雾板503，该除雾板503亦沿径向呈螺旋状排列，其方向与传质板506上螺旋方向相反，采用外向板，仰角较小，仰角为20°-25°，盲板直径约为塔径1/3左右，使雾滴易于甩上塔壁。工作时，石灰乳液从传质板506上方的进液管505上喷嘴中均匀地喷到板片上形成薄膜，被成螺旋方向的气流冲击而喷洒。利用气流的高速旋激作用，将液相切割成100～200μm中位直径的雾粒，并随气流旋转运动。气流与液流在上述充分接触的过程中，可形成较大的相界面，从而强化了传质过程。液滴随气流沿传质板运动，因受离心作用而达塔壁，形成沿壁旋转的液环，并因重力作用沿塔壁上所设下水管507下流。在旋流板塔5中，液体在高速旋转气流作用下，气液相高度分散、混合、紊流，形成泡沫、雾状及膜状等吸收形式，完成化学吸收反应脱硫过程。经湍流后的烟气可从出气口501排出进入下一步骤，人孔502为检修口，出水口510可排出塔内反应后的洗涤液到曝气池15。
由于气体通过湍球塔4时已被除去大部分二氧化硫，且具有较好的防垢性能，因而从湍球塔4中出来的烟气进入旋流板塔5后结垢现象也大大减少。同时，旋流板塔5内设置有除雾板503，气体中的尘粒被除雾板503上水雾粘附，并受到离心力作用而被甩至塔壁，因而具有很好的除尘除雾性能——除雾效率可达90～99％，湍球塔4后串联旋流板塔5，由于旋流板塔5除雾方面的效果很显著，所以湍球塔4里可不设除雾装置，可相对降低造价，并减小塔设备的压降。另外，由于湍球塔4和旋流板塔5塔体采用全塑制作，需考虑塔设备的风荷载，塔设备的风荷载用钢架承受，为让塔设备能自由伸缩，两塔钢架分别采用托轮405、511支承。
与烟气反应后的洗涤液变成亚硫酸钙，经曝气、沉淀、中和后，液体可以循环使用。如图所示，在湍球塔4和旋流板塔5下部均设有出液管，与曝气池15相连，曝气池15同时与空压机16和沉淀池14相连，反应后的石灰液流入曝气池15曝气后进入沉淀池14沉淀、分离，其沉淀物通过刮泥机13刮入污泥斗12内，再由污泥泵打入干化场20干化脱水，脱水后的产物石膏可用来填充废弃矿井，也可代替天然石膏作建筑材料，或作水泥配料。
沉淀池14的液体进入吸水井11，由循环泵10通过管路进入下一循环。
实施例1在实验室内，以人工配气为气源，研究本发明工艺对烟气中二氧化硫和烟尘的去除效果。实验时，烟气流量及二氧化硫浓度用MIS-2000烟道气体分析仪测定，循环水流量由水堰测定，水中化学物质的成分如Ca(OH)2、CaCO3、CaSO4浓度由化学分析而得到。在进口二氧化硫浓度为8500mg/m3的时，采用的工艺参数如下Ca/S比值为1.2，液气比为5L/m3，吸收剂PH值为11左右，循环浆液中脱硫剂浓度1％，实际测得平均脱硫效率达到97.3％。
实施例2广西河池市有色工业公司采用本发明的脱硫工艺用于冶炼烟气脱硫烟气治理。采用的工艺参数如下Ca/S比值为1.2，液气比为4.5L/m3(其中湍球塔为3L/m3，旋流板塔为1.5L/m3)，吸收剂PH值为11左右，循环浆液中脱硫剂浓度1％。当地环境监测部门的监测报告表明该公司二氧化硫外排浓度治理前约8000mg/m3降至治理后平均300mg/m3左右，烟尘浓度由治理前约100mg/m3降至治理后的20mg/m3左右，烟气中二氧化硫和烟尘排放浓度可达到《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB 9078-1996)和《大气污染物综合排放标准》(GB 16297-1996)。二氧化硫净化效率96％以上，除尘效率99％以上。
权利要求
1.一种湍球塔、旋流板塔组合锑冶炼烟气脱硫工艺，其特征在于它包括下述工艺步骤1)先将脱硫用石灰采用湿式球磨机研磨后过筛，使其粒度小于250目，进入吸水井与水中和成石灰乳液，浓度为0.8-1.2％，PH值为10.5-11.5；2)预除尘含二氧化硫烟气；3)除尘后的二氧化硫烟气依次进入串连相接之湍球塔和旋流板塔与石灰乳液反应，进行二次洗涤、吸收、脱硫，其中石灰乳液中钙与烟气中硫摩尔比为1.1～1.2，石灰乳液体积与二氧化硫气体体积之比为2.5～5.5L/m3。
2.根据权利要求1所述的湍球塔、旋流板塔组合锑冶炼烟气脱硫工艺，其特征在于与烟气反应后之液体置于曝气池内，使其与空气中的氧反应，然后进入沉淀池沉降，其中与曝气池相连的空压机之压力为0.6-0.8MPa，曝气时间0.5小时，吸收液沉降时间为2-2.5小时。
3.根据权利要求1所述的湍球塔、旋流板塔组合锑冶炼烟气脱硫工艺，其特征在于二氧化硫烟气预除尘采用旋风除尘器和布袋除尘器二级除尘或者采用电除尘。
4.一种湍球塔、旋流板塔组合锑冶炼烟气脱硫装置，包括进烟道、除尘风机、湍球塔、旋流板塔、出口烟道，其特征在于所述湍球塔、旋流板塔串联相接，其中湍球塔塔体下部设有与除尘器相接之进气口，顶部装有出气口和至少一个以上与进液管相连之喷淋装置，塔内设有至少一层栅板或开孔筛板，表面布满刺状突起之湍球置于其上，塔体底部设有出水口；所述旋流板塔塔体下部设有出液管和与湍球塔出气口相连之进气口，上部设有出气口，塔壁侧面设有下水管，底部有出液管；在塔体内，设有至少一层传质板，各传质板沿径向呈螺旋状排列，其上方设有进液管，最顶层上传质板上方装有除雾板，亦沿径向呈螺旋状排列，其方向与传质板上螺旋方向相反。
5.根据权利要求3所述的湍球塔、旋流板塔组合锑冶炼烟气脱硫装置，其特征在于所述喷淋装置由溶液池、中心管和喷淋管组成，中心管与进液管相连，下端与溶液池连通，溶液池底部开设一个以上喷淋管。
6.根据权利要求3所述的湍球塔、旋流板塔组合锑冶炼烟气脱硫装置，其特征在于所述旋流板塔内传质板之仰角为25°-30°，除雾板之仰角为20°-25°。
全文摘要
一种湍球塔、旋流板塔组合锑冶炼烟气脱硫工艺，其特点为将石灰研磨后过筛，配成一定浓度的石灰乳液，预除尘的含硫烟气进入串接之湍球塔和旋流板塔按一定的工艺参数与石灰乳液反应、洗涤、吸收，吸收液曝气沉淀后循环使用。其装置中的湍球塔顶部装有出气口和与进液管相连之喷淋装置，塔内设栅板或开孔筛板，置于其上之湍球表面布满刺状突起，塔底设有出水口；旋流板塔体下部设有出液管和与湍球塔出气口相连之进气口，上部设有出气口，塔壁侧面设有下水管，底部有出液管；塔体内设有径向呈螺旋状排列、旋向相反之传质板和除雾板。本发明在工艺流程和参数上作了改进，湍球塔和旋流板塔的串接实现了优势互补，提高了脱硫效率，缓解了结垢阻塞现象。
文档编号B01D53/50GK1657140SQ20041004706
公开日2005年8月24日 申请日期2004年12月17日 优先权日2004年12月17日
发明者李立清, 汪明霞, 高招, 曾光明 申请人:湖南大学