专利名称：烧结、球团及炉窑烟气氨法脱硫后产物硫酸铵溶液提纯装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种冶金工业烧结、球团及炉窑工艺中产生的烟气用氨 法脱硫后产物硫酸铵溶液提纯的装置及方法。
背景技术：
20世纪90年代以来，中国钢铁工业得到快速发展，中国已连续 13年粗钢产量居世界第一位。随着中国国民经济的高速增长，钢铁工业 在相当长一段时期内仍将持续发展，但由于在钢铁冶炼生产过程中会消 耗大量的燃料和矿石，产生大量的大气污染物，对环境的负荷不断加重， 这已成为制约钢铁工业可持续发展的瓶颈之一。目前，钢铁行业的S02 等大气污染物排放量已占全国各行业排放量的11%左右，仅次于电力行 业，居第2位。其中球团、烧结工艺过程产生的粉尘、S02、 C02等污染 排放量占钢铁行业年排放量的40% 60%。因此，对烧结、球团及冶金炉 窑烟气进行S02等污染物排放治理将对冶金行业的可持续发展及改善生 态环境具有重要的意义。
当前国内烧结、球团及炉窑烟气治理呈现多种技术并存的局面，主 要有氨-硫酸铵法、石灰石一石膏法、循环流化床法、离子液法等。其 中氨法脱硫技术工艺流程中，脱硫后产物为硫酸铵化肥，其运行费用可 通过后产物销售大幅度降低，特别适合冶金行业循环经济发展之路。
目前国内外使用的氨法技术主要有以下技术路线 (1) Walther氨法工艺
湿法氨水脱硫工艺最早是由克卢伯(krupp kroppers)公司开发于 七八十年代的氨法Walther工艺。除尘后的烟气先经过热交换器，从上 方进入洗涤塔，与氨气(25%)并流而下，氨水落入池中，用泵抽入吸收塔内循环喷淋烟气。烟气则经除雾器后进入一座高效洗涤塔，将残存 的盐溶液洗涤出来，最后经热交换器加热后的清洁烟气排入烟囱。
(2) AMASOX氨法工艺 传统的氨法工艺遇到的主要问题之一是净化后的烟气中存在气溶
胶问题没得到解决。能捷斯-比晓夫公司对传统氨法进行了改造和完善 为AMAS0X法。主要改进是将传统的多塔改为结构紧凑的单塔、并在塔 内安置湿式电除雾器解决气溶胶问题。
(3) GE氨法工艺
90年代，美国的GE公司也开发了氨法工艺，该工艺流程为除尘 后的烟气从电厂锅炉后引出，经换热器后，进入冷却装置高压喷淋水雾 降温、除尘(去除残存的烟尘)，冷却到接近饱和和露点温度的洁净烟 气再进入到吸收洗涤塔内。吸收塔内布置有两段吸收洗涤层，使洗涤液 和烟气得以充分的混和接触，脱硫后的烟气经塔内的湿式电除尘器除雾 后，再进入换热器升温，达到排放标准后经烟囱排入大气。脱硫后含有 硫酸铵的洗涤液经结晶系统形成后产物硫酸铵。
(4) NKK氨法
NKK氨法是日本钢管公司开发的工艺。该吸收塔具有一定的特点， 分三段。从下往上，下段是预洗涤除尘和冷激降温，在这一段，没有吸 收剂的加入。中段是第一吸收段，吸收剂从此段加入。上段作为第二吸 收段，但是不加吸收剂，只加工艺水。吸收处理后的烟气经加热器升温 后排向烟囱。亚硫铵氧化在单独的氧化反应器中进行。需要的氧由压縮 空气补充，氧化剩余气体排向吸收塔。
上述多种氨法脱硫工艺在冶金行业应用时，由于烧结、球团及炉窑 烟气中含有较多的铁(主要以三价为主)、铜、锰、锌、汞、格、铅、 铝等金属成分及粉尘，直接导致后产物硫酸铵品质较低。
目前国内外氨法脱硫技术在去除上述成分时，多沿用电力行业脱硫 方法，以过滤器或离心机等单一物理过滤方式为主，不能根本解决硫酸铵品质问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有烧结、球团、炉窑烟气采用氨法脱硫 后产物硫酸铵品质低的问题，提供一种硫酸铵溶液提纯装置及方法，将 硫酸铵溶液中的金属及粉尘等杂质分离出来，使冶金行业烧结及球团烟
气氨法脱硫后产物硫酸铵品质达到国家硫酸铵标准《GB535-1995》中合 格品以上的要求。
本发明目的通过下述技术解决方案实现
烧结、球团及炉窑烟气中粉尘成分复杂，在氨法脱硫工艺过程中， 不可避免地在后产物硫酸铵溶液中带入较多的粉尘及铁、铜、锰、锌、 汞、铬、铅、铝等金属成分，影响硫酸铵结晶的品质。氨法脱硫塔内的 (NH4)2S03— (NH4)2S04循环液在曝气氧化后，塔内PH值根据工艺路线不同， 一般为2 5.5左右。铁、铜、锰、锌、汞、砷、铅、铝等金属成分一般 以溶解盐形式存在，溶液中的金属成分一般有Fe2+、 Fe3+、 Cn2+、 Mn2+、 Zn2+、 Hg2+、 Cr3+、 Pb2+、 Al3+、 Ca2+、 Na+、 K+等。
为去除烧结、球团及炉窑烟气氨法脱硫后产物硫酸铵溶液中的金属 离子及粉尘，本发明提供的提纯装置，包括调PH值箱、离心分离单元， 调PH值箱和离心分离单元通过管道连接，在连接管道上设置转料泵， 在调PH值箱的下部连接曝气器，离心分离单元为卧式螺旋卸料沉降离 心机。
采用本发明的提纯装置，对烧结、球团及炉窑烟气氨法脱硫后产物 硫酸铵溶液提纯的方法，包括如下步骤-
①氨法脱硫塔在脱硫过程中生成的硫酸铵溶液通过管道进入调PH 值箱，在调PH值箱底部通过曝气器鼓入空气，曝气的目的在于利用空 气中的氧将硫酸铵溶液中的Fe2+氧化成Fe3+，形成Fe(OHh沉淀。同时具
有搅拌均值的作用。发生的化学反应为 Fe2++02+H20—Fe(0H)3 i②在曝气的同时，通过管道在调PH值箱中加入氨法脱硫用的氨水， 将调PH值箱内硫酸铵溶液PH值调整为7 8。此时，在溶液中将发生以
下反应
Fe3++30H_= Fe(0H)3 4 Cu2++20H—= Cu (0H) 2 ( Zn2++20H_= Zn (0H)2 I Pb2++20H—= Pb (OH) 2 I Al3++30H-= Al (OH) 3 { Cr3++30H—= Cr (OH)J
(D通过调PH值并搅拌后，大部分的金属均可以形成氢氧化物沉淀 析出。然后再通过调PH值箱转料泵及管道将调过PH值的硫酸铵溶液打 入到卧式螺旋卸料沉降离心机中。
④ 通过卧式螺旋卸料沉降离心机的作用，可以分离出硫酸铵溶液中 的不同粒径的金属氢氧化物沉淀及粉尘，可提高硫酸铵溶液品质。
⑤ 分离出金属氢氧化物沉淀和粉尘的硫酸铵溶液进入成品箱，此时 硫酸铵成品箱中PH值为碱性，可以通过加稀硫酸或后续硫酸铵浓縮结 晶工艺中的冷凝液进行再调PH值，使之符合后续硫酸铵浓縮结晶时PH 值要求，然后通过硫酸铵成品箱泵及管道打入到后续浓縮结晶干燥工艺 中。
卧式螺旋卸料沉降离心机在除杂质的过程中，会外排废渣，这些废 渣中主要成分为金属沉淀物，可以通过收集装置收集后，专项处置或根 据其成分返回到烧结或球团工艺中再利用。
本发明的有益效果是本发明利用氨法脱硫工艺中的氨水作为硫酸 铵溶液的PH调节剂及金属离子去除剂，采用曝气、化学中和沉淀及物 理离心分离的方法对烧结、球团及炉窑烟气氨法脱硫后产物硫酸铵溶液 进行提纯，提纯装置结构简单，经济适用，可高效去除冶金行业烧结机 球团烟气氨法脱硫后产物硫酸铵溶液中的各种金属成分及粉尘。分离后的硫酸铵溶液通过浓縮结晶干燥后，品质可以达到国家硫酸铵标准
《GB535-1995》中合格品以上的要求。
图1本发明的一级分离提纯装置图 图2本发明的二级分离提纯装置图
图中l.调)PH值箱，2.卧式螺旋卸料沉降离心机，3.曝气器，4. 转料泵，5.成品箱，6.搅拌器，7.除重金属箱，8.卧式螺旋卸料沉降 离心机，9.转料泵。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明
烧结、球团或炉窑烟气成分随着原料的变化而变化，在实际工程中， 当烟气中重金属浓度较低时，采用如图1所示的一级分离提纯装置即可 使硫酸铵溶液中金属成分及粉尘去除达标，该一级提纯装置包括调PH 值箱1、卧式螺旋卸料沉降离心机2，调PH值箱1和卧式螺旋卸料沉降 离心机2通过管道连接，在连接管道上设置转料泵4，在调PH值箱1 的下部连接曝气器3，卧式螺旋卸料沉降离心机2的出口通过管道与成 品箱5连接，在调PH值箱1和成品箱5内设搅拌器。
采用一级提纯装置的提纯方法如下-
① 曝气器3向调PH值箱1鼓入空气；
② 在调PH值箱1内加入氨法脱硫所用的氨水，将调PH值箱1内硫 酸铵溶液PH值调整为7~8;
③ 转料泵4将调PH值箱1中硫酸铵溶液打入卧式螺旋卸料沉降离 心机2;
④ 卧式螺旋卸料沉降离心机2分离出硫酸铵溶液中的金属氢氧化 物沉淀和粉尘；
⑤ 分离出金属氢氧化物沉淀和粉尘的硫酸铵溶液进入成品箱5。 当烟气中重金属成分浓度较高时，由于PH值的调节范围在7 8之间，在分离出大部分的金属离子后，在溶液中仍然会有一些金属离子无
法完全形成氢氧化物沉淀加以去除，主要有Mn2+、 Zn2+、 Cu2+、 Pb"等， 采用如图2所示的二级分离提纯装置，可进一步去除重金属离子。二级 分离提纯装置包括调PH值箱1、 一级卧式螺旋卸料沉降离心机2，除重 金属箱7、 二级卧式螺旋卸料沉降离心机8。调PH值箱1和一级卧式螺 旋卸料沉降离心机2通过管道连接，在连接管道上设置转料泵4，在调 PH值箱1的下部连接曝气器3， 一级卧式螺旋卸料沉降离心机2的出口 通过管道与除重金属箱7连接，除重金属箱7出口通过管道及管道上设 置的转料泵9与二级卧式螺旋卸料沉降离心机8连接，二级卧式螺旋卸 料沉降离心机8的出口通过管道及泵与成品箱5连接，在调PH值箱1、 除重金属7、成品箱5内设搅拌器。
采用二级提纯装置的提纯方法如下
① 曝气器3向调PH值箱1鼓入空气；
② 在调PH值箱1内加入氨法脱硫所用的氨水，将调PH值箱1内硫 酸铵溶液PH值调整为7 8;
③ 转料泵4将调PH值箱1中硫酸铵溶液打入卧式螺旋卸料沉降离 心机2;
④ 卧式螺旋卸料沉降离心机2分离出硫酸铵溶液中的金属氢氧化 物沉淀和粉尘；
⑤ 分离出金属氢氧化物沉淀和粉尘的硫酸铵溶液进入除重金属箱 7，在除重金属箱7中加入硫化物重金属去除剂，使重金属形成硫化金 属沉淀析出；
主要发生的反应为-Mn2++S2-=MnS I Cu2++S2-= CuS I Zn2++S2-=ZnS I Pb2++S2-=PbS i⑥脱除了重金属的硫酸铵溶液通过转料泵(9)打入卧式螺旋卸料 沉降离心机(8),经卧式螺旋卸料沉降离心机(8)分离出重金属沉淀 的硫酸铵溶液进入成品箱(5)。
氨法烟气脱硫过程中，硫酸铵浓縮结晶过程是间断运行。在实际工 程应用中，可按照二级提纯装置实施，二级提纯装置分为两级离心分离 单元，调PH值箱1、转料泵4及卧式螺旋卸料沉降离心机2组成一级离 心分离单元，除重金属箱7、转料泵9、卧式螺旋卸料沉降离心机8组 成二级离心分离单元。当脱硫塔内硫酸铵浓度未达到浓縮结晶时，二级 离心分离单元停止运行， 一级离心分离单元除杂质后的浆液直接进入到 硫酸铵成品箱5中，再通过硫酸铵成品箱泵及管道打入到脱硫塔中，进 行系统的循环除杂质过程。当脱硫塔内硫酸铵浓度达到浓縮结晶条件 时，开启二级离心分离单元，同时将硫酸铵成品箱5中的硫酸铵溶液， 通过硫酸铵成品箱泵及管道打入到后续浓縮结晶干燥系统中，进行硫酸 铵的生产。
权利要求
1、一种烧结、球团及炉窑烟气氨法脱硫后产物硫酸铵溶液提纯装置，包括调PH值箱(1)、离心分离单元，调PH值箱(1)和离心分离单元通过管道连接，在连接管道上设置转料泵(4)，在调PH值箱(1)的下部连接曝气器(3)，离心分离单元为卧式螺旋卸料沉降离心机(2)。
2、 如权利要求1所述的一种烧结、球团及炉窑烟气氨法脱硫后产物硫酸 铵溶液提纯装置，其特征是在卧式螺旋卸料沉降离心机(2)的出口连接除重 金属箱(7)，除重金属箱(7)出口通过管道及管道上设置的转料泵(9)与 另一卧式螺旋卸料沉降离心机(8)连接。
3、 如权利要求1或2所述的一种烧结、球团及炉窑烟气氨法脱硫后产物 硫酸铵溶液提纯装置，其特征是在调PH值箱(1)和除重金属箱内(7)设置 搅拌器(6)。
4、 一种烧结、球团及炉窑烟气氨法脱硫后产物硫酸铵溶液提纯方法，包 括下列特征步骤① 曝气器(3)向调PH值箱(1)鼓入空气；② 在调PH值箱(1)内加入氨法脱硫所用的氨水，将调PH值箱(1)内 硫酸铵溶液PH值调整为7~8;③ 转料泵(4)将调PH值箱(1)中硫酸铵溶液打入卧式螺旋卸料沉降离心机(2);④ 卧式螺旋卸料沉降离心机(2)分离出硫酸铵溶液中的金属氢氧化物沉 淀和粉尘；⑤ 分离出金属氢氧化物沉淀和粉尘的硫酸铵溶液进入成品箱(5 )。
5、 如权利要求4所述的一种烧结、球团及炉窑烟气氨法脱硫后产物硫酸 铵溶液提纯方法，其特征是卧式螺旋卸料沉降离心机(2)分离出的硫酸铵溶 液进入除重金属箱(7)，在除重金属箱(7)中加入重金属去除剂，脱除了重金属的硫酸铵溶液通过转料泵(9)打入卧式螺旋卸料沉降离心机(8)，经卧 式螺旋卸料沉降离心机(8)分离出重金属的硫酸铵溶液进入成品箱(5)。
6、如权利要求4所述的一种烧结、球团及炉窑烟气氨法脱硫后产物硫酸 铵溶液提纯方法，其特征是重金属去除剂为硫化物。
全文摘要
本发明涉及一种冶金工业烧结、球团及炉窑工艺中产生的烟气用氨法脱硫后产物硫酸铵溶液提纯的装置及方法。提纯装置包括调pH值箱1、离心分离单元，调pH值箱1和离心分离单元通过管道连接，在连接管道上设置转料泵4，在调pH值箱1的下部连接曝气器3，离心分离单元为卧式螺旋卸料沉降离心机2。本发明利用氨法脱硫工艺中的氨水作为硫酸铵溶液的pH调节剂及金属离子去除剂，采用曝气、化学中和沉淀及物理离心分离的方法对硫酸铵溶液进行提纯，提纯装置结构简单，经济适用，分离后的硫酸铵溶液通过浓缩结晶干燥后，品质可以达到国家硫酸铵标准《GB535-1995》中合格品以上的要求。
文档编号C01C1/24GK101597070SQ200910062969
公开日2009年12月9日 申请日期2009年7月3日 优先权日2009年7月3日
发明者丛元元, 斌 冯, 程 刘, 刘科勤, 晓 孙, 张伏生, 朱俊杰, 宁 李, 游学明, 罗万钢, 鑫 金 申请人:中钢集团天澄环保科技股份有限公司