一种联合脱除燃煤锅炉烟气中SO2和CO2的系统和方法与流程

本发明属于环境保护领域，具体涉及一种联合脱除燃煤锅炉烟气中so2和co2的系统和方法。

背景技术：

由于温室效应对全球的气候影响越来越大，对温室气体减排的呼声也越来越高，而二氧化碳作为温室气体的主要来源，其中，燃煤电站烟气中二氧化碳的排放越来越受到关注。脱碳技术工艺路线较多，但相对成本较高。钙基吸收剂以其较为简单的制备工艺，以及较为低廉的成本而备受关注。碳酸钙煅烧后产生的氧化钙，可在较低温度下，实现对二氧化碳的吸附反应，吸收效率相对较高，且生成的碳酸钙可循环使用。由于氧化钙吸收二氧化碳与其比表面积有较大关系，多次循环吸收后，氧化钙颗粒表面将被烧结，堵塞氧化钙部分孔隙，造成不可逆的吸收效率降低，且再生制备较为困难。而对于湿法脱硫反应中，二氧化硫与碳酸钙的反应为化学反应，不受碳酸钙及孔隙特性的限制，而脱碳系统主要产物为碳酸钙和氧化钙，进入脱硫系统后，不会影响与二氧化硫的反应及脱硫效率。通过石膏与碳酸铵反应生成硫酸铵和碳酸钙，不仅可以提高石膏的利用率，产生一定的经济效益，而且可以将石灰石进行再生，降低脱碳系统中吸收剂的成本。

湿法脱硫产生的大量副产物石膏，可用于工业材料和建筑材料，可作为水泥缓凝剂、医用食品添加剂等。由于目前烟气脱硫运行效果并不稳定，同时对脱硫石膏中水分、氯离子含量的严格要求，进而限制了脱硫石膏作为水泥、石膏板等建筑原材料等方面的利用。如果脱硫石膏不能很好的被利用，将与粉煤灰成为电厂最大的固体废弃物，增大电厂固废处理的压力。

硫酸铵是一种优良的氮肥，俗称肥田粉，适用于一般土壤和作物，能使枝叶生长旺盛，提高果实品质和产量，增强作物对灾害的抵抗能力，可作基肥、追肥和种肥；并且作为工业原料，能与食盐进行复分解反应制造氯化铵，与硫酸铝作用生成铵明矾，与硼酸等一起制造耐火材料。加入电镀液中能增加导电性；开采稀土也可用硫酸铵作为原料，采用离子交换形式把矿土中的稀土元素交换出来，每开采生产1吨稀土原矿约需5吨硫酸铵。

中国专利cn107583466a中公开了一种利用烟气脱硫石膏直接转化为硫酸铵和碳酸钙的方法，其中，碳酸铵浆液采用碳酸氢铵、氨和水混合反应制得，硫酸氢铵和氨的反应摩尔比为1：0.85～1.10，反应温度为20～55℃，反应ph为7～10。碳酸铵浆液与浓缩后的石膏浆液键入全混流反应器中进行反应，反应停留时间为1～5h，将石膏浆液中的石膏转化为硫酸铵和碳酸钙并进行固液浓缩分离，制得碳酸钙固体和硫酸铵溶液。

但是在上述方法中，碳酸铵的制备较为复杂，在电厂的脱硝系统中常用的初期还原剂为尿素，而尿素与水反应即可制备碳酸铵，大大简化了碳酸铵的制备流程，而钙基脱碳吸收剂在多次循环吸收后，吸收二氧化碳性能衰减较快，但可作为脱硫剂继续利用，且脱硫反应为化学反应不影响脱硫效果，石膏与碳酸铵溶液反应后，可使碳酸钙再生，从而提高了整个系统钙吸收剂的利用率。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的发明目的在于：解决现有烟气湿法脱硫技术副产物石膏难以再利用和干法脱碳技术中氧化钙吸收性能衰减的问题，以及如何减少废弃石膏的堆积以及石灰石循环利用率低的问题，本发明与湿法脱硫装置以及干法脱碳装置相配合，将脱硫产物石膏转化为硫酸铵和石灰石，将脱碳产物石灰石进入湿法脱硫系统，实现石灰石的再生。本发明实现了物料的全封闭运行，不产生固体和液体的废弃物，输出物质为具有经济价值的硫酸铵，可有效降低湿法脱硫成本以及干法脱碳成本，应用前景广阔。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种联合脱除燃煤锅炉烟气中so2和co2的系统，包括相互连通的脱硫系统、脱碳系统和脱硫副产物处理系统；所述脱硫系统包括依次连通的脱硫塔、制浆箱和石灰石仓a；所述脱碳系统包括依次连通的脱碳塔、煅烧塔和另一石灰石仓b；所述脱硫塔的出气口与脱碳塔的进气口连通，出液口与脱硫副产物处理系统的进液口连通，脱碳塔的出气口与烟囱连通以排出脱除so2和co2后的烟气；所述脱硫副产物处理系统包括依次连通的(nh4)2so4反应器、沉淀池和caco3离心机；所述沉淀池还与一(nh4)2so4蒸发器连通，(nh4)2so4蒸发器与(nh4)2so4离心机依次连通以排出经离心后的(nh4)2so4固体。

其中，所述(nh4)2so4反应器顶部的进液口与(nh4)2co3储液罐、(nh4)2co3反应器连通；(nh4)2co3反应器为(nh4)2so4反应器提供(nh4)2co3溶液与经脱硫塔产生的石膏浆液反应。

其中，所述(nh4)2so4蒸发器还与一冷凝器连通，冷凝器的出液口与(nh4)2co3反应器连通。

其中，所述(nh4)2so4离心机与(nh4)2co3反应器连通以排出经离心处理后的溶液。

其中，所述煅烧塔还连接有co2储气罐。

其中，所述caco3离心机和(nh4)2so4离心机均为离心式脱水机。

一种利用联合脱除燃煤锅炉烟气中so2和co2的系统脱除燃煤锅炉烟气中so2和co2的方法，包括如下步骤：

a1、含有so2和co2的烟气进入脱硫系统中，烟气中so2与脱硫塔中的石灰石浆液反应生成石膏浆液；

a2、脱除so2的烟气进入脱碳系统的脱碳塔与cao反应生成caco3，caco3返回至脱碳系统中的石灰石仓b，脱除so2和co2后的烟气进入烟囱后排出；

a3、石膏浆液进入脱硫副产物系统中的(nh4)2co3反应器与(nh4)2co3溶液混合后反应，生成(nh4)2so4和caco3，(nh4)2co3溶液通过尿素和除盐水制备产生；

a4、将经由(nh4)2co3反应器反应制备产生的浆液送入沉淀池进行固液分离后，caco3溶液送入caco3离心机，(nh4)2so4溶液送入(nh4)2so4蒸发器；

a5、分离得到的固体caco3再次送入脱硫系统和脱碳系统中的两石灰石仓，液体返回(nh4)2so4反应器；进入(nh4)2so4蒸发器分离出的浓缩(nh4)2so4进入(nh4)2so4离心机后，得到(nh4)2so4固体，蒸发产生的水蒸气经冷凝器冷凝处理后返回(nh4)2co3反应器，最终实现循环利用。

其中，所述步骤a1中脱硫塔内的石灰石浆液由石灰石经所述制浆箱处理产生；所述步骤a2中脱碳塔内的cao由石灰石经煅烧塔煅烧产生，该反应同时生成的co2进入co2储气罐储存。

其中，所述脱碳系统的石灰石仓b与脱硫系统的石灰石仓a连通，石灰石仓b中经过煅烧和吸收co2后产生的石灰石作为脱硫系统中的脱硫剂。

其中，所述步骤a4中进入(nh4)2so4离心机的浓缩(nh4)2so4经离心处理后，所得溶液返回(nh4)2co3反应器。

本发明有有益效果如下：

1.本发明与湿法脱硫系统装置以及干法脱碳系统装置相配合，在不影响正常的工艺流程的基础上，仅增加部分设备，将脱硫产物石膏利用脱硫副产物处理系统转化为硫酸铵和石灰石，将脱碳产物石灰石进入湿法脱硫系统，实现石灰石的再生。基于对整体工艺的优化，系统补水量较少，石膏转化产物硫酸铵为优良的氮肥，再生的石灰石不仅可以作为湿法脱硫剂的补充，同时可以作为干法脱碳剂的补充，本发明实现了物料的全封闭运行，不产生固体和液体的废弃物，输出物质为具有经济价值的硫酸铵，可有效降低湿法脱硫成本以及干法脱碳成本，应用前景广阔。

2.本发明中脱硫系统和脱碳系统都采用石灰石作为吸收剂，由于脱碳系统中石灰石吸收二氧化碳过程中，存在物理吸附，因此石灰石循环吸收过程中产生的颗粒表面烧结会影响吸收效率，而对于湿法脱硫过程，钙吸收剂与二氧化碳的反应只存在化学反应，因此，将脱碳系统的石灰石仓中储存的石灰石排入脱硫系统的石灰石仓作为脱硫剂能够充分吸收so2且不会影响与so2的反应及脱硫效率，使得经过多次煅烧-吸收co2的石灰石能够不断循环利用。湿法脱硫系统和干法脱碳系统联用，实现了碳酸钙的再生，可有效降低干法脱碳系统以及湿法脱硫系统的运行成本，应用前景广阔。

3.本发明中，根据尿素与水反应生成碳酸铵的原理，利用尿素和除盐水进行反应制备碳酸铵，相对于利用碳酸氢铵、氨和水混合反应值得碳酸铵的工艺流程相比，大大简化了碳酸铵制备的工艺流程。而在电厂的脱硝系统中常用的初期还原剂为尿素，可直接利用进行碳酸铵的制备，省去了使用其它物料时额外花在运输和存储上的时间与成本。

4.本发明中，将caco3离心机中分离的溶液返回(nh4)2so4反应器，(nh4)2so4蒸发器中分离的溶液返回(nh4)2co3反应器中，减少了废水的产生以及补给水量；(nh4)2so4制备系统产出的碳酸钙，为脱碳系统再生的脱除剂，降低了脱碳系统的原料成本，并且(nh4)2so4制备系统可与脱硫系统分开，且不影响设备的正常运行。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

其中：1、脱硫系统；11、脱硫塔；12、制浆箱；13、石灰石仓a；2、脱碳系统；21、脱碳塔；22、煅烧塔；23、石灰石仓b；24、烟囱；25、co2储气罐；3、脱硫副产物处理系统；31、(nh4)2so4反应器；32、沉淀池；33、caco3离心机；34、(nh4)2so4蒸发器；35、(nh4)2so4离心机；36、(nh4)2co3储液罐；37、(nh4)2co3反应器；38、冷凝器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

参见图1，一种联合脱除燃煤锅炉烟气中so2和co2的系统，包括相互连通的脱硫系统1、脱碳系统2和脱硫副产物处理系统3；所述脱硫系统1包括依次连通的脱硫塔11、制浆箱12和石灰石仓a13；所述脱碳系统2包括依次连通的脱碳塔21、煅烧塔22和另一石灰石仓b23；所述脱硫塔11的出气口与脱碳塔21的进气口连通，出液口与脱硫副产物处理系统3的进液口连通，脱碳塔21的出气口与烟囱24连通以排出脱除so2和co2后的烟气；所述脱硫副产物处理系统3包括依次连通的(nh4)2so4反应器31、沉淀池32和caco3离心机33；所述沉淀池32还与一(nh4)2so4蒸发器34连通，(nh4)2so4蒸发器34与(nh4)2so4离心机35依次连通以排出经离心后的(nh4)2so4固体。

进一步地，所述(nh4)2so4反应器31顶部的进液口与(nh4)2co3储液罐36、(nh4)2co3反应器37连通；(nh4)2co3反应器37为(nh4)2so4反应器31提供(nh4)2co3溶液与经脱硫塔11产生的石膏浆液反应。

进一步地，所述(nh4)2so4蒸发器34还与一冷凝器38连通，冷凝器38的出液口与(nh4)2co3反应器37连通。

进一步地，所述(nh4)2so4离心机35与(nh4)2co3反应器37连通以排出经离心处理后的溶液。

进一步地，所述煅烧塔22还连接有co2储气罐25。

进一步地，所述caco3离心机33和(nh4)2so4离心机35均为离心式脱水机。

一种利用联合脱除燃煤锅炉烟气中so2和co2的系统脱除燃煤锅炉烟气中so2和co2的方法，包括如下步骤：

a1、含有so2和co2的烟气进入脱硫系统1中，烟气中so2与脱硫塔11中的石灰石浆液反应生成石膏浆液；

反应方程式如下：2caco3+2so2+o2→2caso4+co2(石灰石主要成分为caco3，石膏主要成分为caso4)；

a2、脱除so2的烟气进入脱碳系统2的脱碳塔21与cao反应生成caco3；caco3返回至脱碳系统2中的石灰石仓b23，脱除so2和co2后的烟气进入烟囱24后排出；

反应方程式如下：cao+co2→caco3；

a3、石膏浆液进入脱硫副产物系统3中的(nh4)2co3反应器37与(nh4)2co3溶液混合后反应，生成(nh4)2so4和caco3，其中，(nh4)2co3溶液通过尿素和除盐水制备产生；

反应方程式如下：(nh4)2co3+caso4→(nh4)2so4+caco3；

co(nh2)2+2h2o→(nh4)2co3；

a4、将经由(nh4)2co3反应器37反应制备产生的浆液送入沉淀池32进行固液分离后，caco3溶液送入caco3离心机33，(nh4)2so4溶液送入(nh4)2so4蒸发器34；

a5、分离得到的固体caco3再次送入脱硫系统1和脱碳系统2中的两石灰石仓，液体返回(nh4)2so4反应器31；进入(nh4)2so4蒸发器34分离出的浓缩(nh4)2so4进入(nh4)2so4离心机35后，得到(nh4)2so4固体，蒸发产生的水蒸气经冷凝器38冷凝处理后返回(nh4)2co3反应器37，最终实现循环利用。离心及蒸发过程中产生的溶液和蒸汽返回反应器重复利用，减少了废水的产生以及补给水量。

进一步地，所述步骤a1中脱硫塔11内的石灰石浆液由石灰石经所述制浆箱12处理产生；所述步骤a2中脱碳塔21内的cao由石灰石经煅烧塔22煅烧产生，该反应同时生成的co2进入co2储气罐25储存；

反应方程式如下：caco3→cao+co2。

进一步地，所述脱碳系统2的石灰石仓b23与脱硫系统1的石灰石仓a13连通；脱碳系统2中经过多次煅烧-吸收循环的石灰石由于孔隙堵塞导致整体吸收功能严重衰减，但是，在脱硫系统1中so2与caco3的反应为化学反应，不受caco3及孔隙特性的限制，因此，将脱碳系统2的石灰石仓b23中储存的石灰石排入脱硫系统1的石灰石仓a13作为脱硫剂能够充分吸收so2且不会影响与so2的反应及脱硫效率，使得经过多次煅烧-吸收co2的石灰石能够不断循环利用。

进一步地，所述步骤a4中进入(nh4)2so4离心机35的浓缩(nh4)2so4经离心处理后，所得溶液返回(nh4)2co3反应器37。

进一步地，脱硫系统1和脱碳系统2除生成石灰石加入石灰石仓外，还设置有备用石灰石仓，防止出现(nh4)2so4制备过程紧急停运，造成脱硫系统1和脱碳系统2出现无脱除剂的情况。

进一步地，所述(nh4)2co3反应器37设置有两个，一用一备。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。