一种氨法烟气脱硫的分级加氨装置和方法与流程

本发明属于湿式氨法烟气脱硫技术领域，尤其涉及一种包括一级加氨和二级加氨的装置和方法。

背景技术：

中国是以煤作为主要能源的国家，在一次能源中占比高达75％以上。煤燃烧产生的二氧化硫是最主要的大气污染物。湿式氨-硫酸铵法烟气脱硫工艺作为一种资源回收型环保工艺，以其气-液反应速度快、易获得高脱硫效率以及脱硫副产物可回收利用等优点而在电力、化工和冶金等行业的烟气脱硫领域中得到了一些应用和推广。但是，氨法烟气脱硫技术长时间存在着氨逃逸、气溶胶、亚硫酸铵氧化难以及腐蚀性强等难题。

氨法烟气脱硫中气溶胶主要是由从吸收液中挥发逸出(即氨逃逸)的气态氨与烟气中的二氧化硫、三氧化硫发生气相反应生成的亚硫酸铵和硫酸铵等亚微米级的无机盐气溶胶颗粒。而氨逃逸的量是由加氨的方式和吸收液的ph值控制决定的。

目前，氨法烟气脱硫的加氨方式基本上都是将脱硫反应所需要的氨全部加入到吸收塔浆池中，或加入到一个容积很小的加氨小室里，或在吸收循环泵的入口管道中加入。这样的加氨装置和方法很容易出现氨的加入不均匀、吸收液局部ph值过高、运行过程中ph值不稳定、出口二氧化硫波动大等现象，从而导致运行时加氨量不好控制，为保证出口二氧化硫达标排放，容易加氨过量，造成大量的氨逃逸和气溶胶的生成，不但会造成二次污染，还导致运行费用大幅增加。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种氨法烟气脱硫的分级加氨装置和方法。

这种氨法烟气脱硫的分级加氨装置，包括：一级吸收循环回路、二级吸收循环回路、管道和阀门；一级吸收循环回路由吸收塔浆池、一级吸收循环泵、一级吸收喷淋层和吸收塔加氨管组成；吸收塔浆池设置于吸收塔底部，吸收塔上设有烟气入口，烟气入口上方设有一级吸收喷淋层，一级吸收循环泵一端连接吸收塔浆池的出口管道，一级吸收循环泵另一端分两路分别连接一级吸收喷淋层和一级吸收至二级吸收连通管一端，一级吸收至二级吸收连通管另一端接入二级吸收循环箱，吸收塔浆池中上部设有吸收塔加氨管；二级吸收循环回路由二级吸收循环箱、二级吸收循环泵、二级吸收喷淋层、集液器、二级吸收加氨管和氧化空气管网组成；吸收塔内一级吸收喷淋层上方设有集液器，集液器上方设有二级吸收喷淋层；二级吸收循环泵一端连接二级吸收循环箱底部的出口管道，二级吸收循环泵另一端分两路分别连接二级吸收喷淋层和二级吸收至一级吸收连通管一端，二级吸收至一级吸收连通管另一端接入吸收塔；集液器上设有升气帽和集液槽，来自一级吸收循环的烟气经过升气帽进入二级吸收循环，集液槽中收集的二级吸收循环液通过管道接入二级吸收循环箱；二级吸收循环箱底部设置有氧化空气管网，氧化空气管网连接二级吸收加氨管和氧化空气进口管道的交汇管道；二级吸收循环箱顶部设有出气口，出气口通过管道连接吸收塔(氧化空气中的氧气在二级吸收循环箱中和亚硫酸铵发生氧化反应后剩下的氧气、氮气和二氧化碳等通过这根管道通到吸收塔中去)。

作为优选，吸收塔浆池无内构件，吸收塔浆池具有保证氨充分溶解和均匀分布的大容积。

作为优选，氧化空气管网上设有均匀分布的小孔。

这种氨法烟气脱硫的分级加氨装置的工作方法，包括以下步骤：

步骤1、同时执行步骤1.1和步骤1.2，向吸收塔浆池和二级吸收循环箱中同时加入不同的氨量，控制吸收塔浆池中氨的加入量大于二级吸收循环箱中氨的加入量；

步骤1.1、通过吸收塔加氨管向吸收塔浆池中加入氨，氨在吸收塔浆池中充分溶解并混合均匀，同时具有较大的缓冲能力，便于保持ph值的稳定；一级吸收液由一级吸收循环泵送入吸收塔的一级吸收喷淋层；

步骤1.2、通过二级吸收加氨管加入氨，氨和氧化空气进口管道中的氧化空气在二级吸收循环箱外部的交汇管道中预混合后，经氧化空气管网均匀、多点地加入到二级吸收循环箱的截面上，氨在二级吸收循环箱中充分溶解并混合均匀；二级吸收循环箱内的二级吸收液由二级吸收循环泵送入吸收塔的二级吸收喷淋层；

步骤2、来自锅炉的高温原烟气进入吸收塔，流经一级吸收喷淋层，一级吸收喷淋层喷出的一级吸收液将高温原烟气冷却至绝热饱和温度，烟气中的酸性气体(二氧化硫、氯化氢及氟化氢)被大量一级吸收液吸收脱除；控制一级吸收液的ph值，将一级吸收液中氨的挥发降至最低；控制二级吸收循环箱内二级吸收液的ph值低于吸收塔浆池内一级吸收液的ph值；

步骤3、冷却至绝热饱和温度的烟气经过集液器的升气帽进入二级吸收循环，烟气中存在的少量气态氨被二级吸收喷淋层喷淋下来的更低ph值的二级吸收液捕集，经过一级吸收喷淋层和二级吸收喷淋层后，原烟气中的二氧化硫被高效吸收的同时氨逃逸也得到了控制；

步骤4、一级吸收液吸收的二氧化硫和氨发生反应生成亚硫酸铵，由于亚硫酸铵不稳定，需要氧化成稳定的硫酸铵，将新生成的亚硫酸铵经一级吸收循环泵泵入二级吸收循环箱中进行强制氧化得到硫酸铵，一部分二级吸收循环箱中的二级吸收液经二级吸收循环泵泵入吸收塔浆池来保持吸收塔浆池和二级吸收循环箱的液位平衡。

作为优选，步骤1中吸收塔浆池的加氨量为脱硫所需要氨量的70％～90％，一级吸收起主要的二氧化硫吸收功能；二级吸收循环箱的加氨量为脱硫所需要氨量的10％～30％，二级吸收起次要的二氧化硫吸收功能。

作为优选，步骤1.1中氨在吸收塔浆池的停留时间为3～5分钟，吸收塔浆池的容积按氨在吸收塔浆池的停留时间设置。

作为优选，步骤1.2中氧化空气进口管道与二级吸收加氨管交汇的位置为氧化空气进口管道中氧化空气已被冷却至绝热饱和温度之后的位置。

作为优选，步骤2中吸收塔内一级吸收循环的液气比范围为8.0～15.0，大液气比有利于降低一级吸收液的运行ph值；二级吸收循环箱内二级吸收循环的液气比范围为2.0～5.0，合适的二级液气比能提供足够吸收氨所需要的液滴表面积；步骤2中吸收塔浆池内一级吸收液的ph值为5.0～6.0，有利于二氧化硫的吸收；二级吸收循环箱内二级吸收液的ph值为4.0～5.0，有利于减少氨的挥发，同时也有利于亚硫酸盐的氧化和降低吸收液的腐蚀性；一级吸收循环为吸收塔浆池、一级吸收循环泵和一级吸收喷淋层组成的循环，二级吸收循环为二级吸收循环箱、二级吸收循环泵和二级吸收喷淋层组成的循环。

作为优选，吸收塔内一级吸收循环的液气比范围为10.0～12.0；二级吸收循环箱内二级吸收循环的液气比范围为3.0～4.0；吸收塔浆池内一级吸收液的ph值为5.2～5.8，二级吸收循环箱内二级吸收液的ph值为4.5～5.0。

本发明的有益效果是：

1)本发明能实现稳定加氨、保持吸收液运行ph值的均匀稳定，同时实现一级吸收液和二级吸收液的ph分区，高ph吸收循环有利于二氧化硫的高效脱除，低ph吸收循环有利于氨逃逸的控制和亚硫酸铵的氧化，通过分级加氨实现高效脱硫和氨逃逸控制的功能分区，真正从工艺源头上减少氨法烟气脱硫中的氨逃逸和气溶胶的生成，其效果显著、运行稳定可靠，具有很高的实用性和广阔的应用前景。

2)通过选择合适的一级吸收液气比，在保证脱硫效果的前提下，将一级吸收液的ph控制在6.0以下，减少氨的挥发。通过选择大容积的吸收塔浆池和较大的停留时间，保证加入氨的充分溶解和均匀分布；大部分氨加入到大容积的吸收塔浆池中，控制一级吸收具有均匀、稳定和较高的运行ph值，保证二氧化硫的脱除效果。

3)小部分氨通过氧化空气管网多点、均匀加入到二级吸收循环箱中(氧化空气混合加氨)，将二级吸收的ph值提高到3.0至5.0，减少氨的逃逸，同时降低其腐蚀性；实现二级吸收循环箱中的多点、均匀加氨，避免形成局部高ph值区。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

附图标记说明：吸收塔浆池1、一级吸收循环泵2、一级吸收喷淋层3、二级吸收循环箱4、二级吸收循环泵5、二级吸收喷淋层6、集液器7、二级吸收至一级吸收连通管8、一级吸收至二级吸收连通管9、吸收塔加氨管10、二级吸收加氨管11、氧化空气管网12、烟气入口13。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

作为一种实施例，一种氨法烟气脱硫的分级加氨装置的工艺流程如图1所示：氨法烟气脱硫的分级加氨装置主要由吸收塔浆池1、二级吸收循环箱4、一级吸收循环泵2、二级吸收循环泵5、管道及阀门等组成的两个不同的吸收循环回路(一级吸收循环回路和二级吸收循环回路)。不同的氨量被同时加入到吸收塔浆池1和二级吸收循环箱4中。

1、工艺步骤

本发明工艺可分为两个系统步骤：

(1)一级吸收循环系统

一级吸收循环系统包括吸收塔浆池1、一级吸收循环泵2、一级吸收喷淋层3及吸收塔加氨管10等部分。其目的是将进入吸收塔的原烟气中二氧化硫去除掉，同时将控制氨的逃逸量降至最低。

(2)二级吸收循环系统

二级吸收循环系统包括二级吸收循环箱4、二级吸收循环泵5、二级吸收喷淋层6、集液器7、二级吸收加氨管11及氧化空气管网12等部分。其目的是将一级吸收液中挥发出的氨去除掉，同时在二级吸收循环箱4中将亚硫酸铵高效地氧化成稳定的硫酸铵。

2、主要工艺参数：

(1)一级吸收循环的液气比范围为8.0～15.0，吸收塔浆池1的ph值为5.0～6.0，氨气在吸收塔浆池1的循环停留时间为3.0～5.0分钟。

(2)二级吸收循环的液气比范围为2.0～5.0，二级吸收循环箱4的ph值为4.0～5.0，氧化率不小于99％。

(3)吸收塔出口二氧化硫浓度小于35mg/m³，氨逃逸浓度小于3.0mg/m³，总尘浓度小于5.0mg/m³。

3、工艺流程：

来自锅炉的高温原烟气进入吸收塔，经一级吸收喷淋层3后，烟气得到冷却至绝热饱和温度，同时烟气中的二氧硫、氯化氢及氟化氢等酸性气体被大量一级吸收液吸收脱除。控制一级吸收液ph值在6.0以下，将吸收液中氨的挥发降至最低。然后烟气经过集液器7的升气帽进入二级吸收段，烟气中存在的少量气态氨被二级吸收喷淋层6喷淋下来的更低ph值吸收液捕集。经过一级吸收喷淋层3和二级吸收喷淋层6后，原烟气中的二氧化硫被高效吸收的同时氨逃逸也得到了控制。

脱硫所需要的氨来自氨制备系统。大部分的氨由吸收塔加氨管10从吸收塔浆池1的中上部加入。相对量少的氨充分溶解、均匀分布在吸收塔浆池1里相对量大的吸收液中。吸收塔浆池1的容量大，缓冲能力强，运行时能保持ph值的稳定，不随加氨量波动而波动。小部分的氨由二级吸收加氨管11将氨加入到氧化空气进口管道中，氨与冷却后的氧化空气充分进行预混合后通过氧化空气管网12均匀地加入到二级吸收循环箱4底部。少量的氨加入到二级吸收循环箱4中控制二级吸收液的ph值接近5.0，降低吸收液的腐蚀性；通过氧化空气管网12中均匀分布的小孔加入氨可以避免形成局部的高ph值区，有利于亚硫酸铵的氧化和氨逃逸的控制。

一级吸收液吸收下来的二氧化硫和氨发生反应生成亚硫酸铵，由于亚硫酸铵不稳定，需要氧化成稳定的硫酸铵。因此，新生成的亚硫酸铵经一级吸收循环泵2泵入二级吸收循环箱4中进行强制氧化，一部分二级吸收循环箱4中的吸收液经二级吸收循环泵5泵入吸收塔浆池1以保持吸收塔浆池1和二级吸收循环箱4的液位平衡。

4、应用实例：

用于480t/h锅炉烟气的氨法脱硫工程，其处理烟气量为650000nm³/h，进口so2浓度为6000mg/nm³，进口烟尘浓度为30mg/nm³，以15％浓度的氨水作为脱硫剂。

氨法烟气脱硫的分级加氨装置的主要特征为：

(1)一级吸收液气比9.0l/m³，氨气在吸收塔浆池1的循环停留时间3.5分钟，吸收塔浆池1的容积500m³。

(2)二级吸收液气比3.0l/m³。

(3)吸收塔浆池1中的氨水加入量为10.5t/h，二级吸收循环箱4中的氨水加入量为1.2t/h。

运行参数与结果为：

(1)吸收塔浆池1的ph值为5.8，二级吸收循环箱4的ph值为4.9。二级吸收循环箱中溶液的氧化率为99.5％。

(2)吸收塔出口净烟气中so2浓度为26mg/nm³，尘浓度为4.2mg/nm³，氨逃逸2.3mg/nm³。