专利名称：火电厂烟气湿式除尘液相催化法脱硫工艺及设备的制作方法
技术领域：
本发明属于烟气脱硫工艺及设备技术领域，具体涉及到采用铁或铁的化合物和蚀铁菌湿式脱硫工艺及设备。
目前烟气脱硫工艺很多，已工业化的也有数十种，均因投资太大和运行费用太高，使这些工艺不能被广泛推广应用。
火电厂烟气脱硫，较广泛使用技术为石灰、石膏法，是将烟气先通过降温塔，喷入水，使烟气温度降到湿饱和温度以下，再经一级、二级吸收塔以石灰浆吸收SO2，生成亚硫酸钙，经氧化塔氧化成石膏后排放。其运行成本很高，每脱除一吨硫需耗资370～780美元。
另外一种已工业化的硫酸亚铁液相催化法，烟气经降温塔将烟温降到湿饱和温度以下，再经催化塔，以25～40L／m3的液气比喷入硫酸亚铁液，将烟气中的SO2催化成FeSO4+H2SO4循环液，因为硫酸浓度不可能太高，只能达6％以下，无法利用，直接排放则造成新的污染。
本发明的目的在于克服上述火电厂烟气脱硫工艺的缺点，为火电厂烟气脱硫提供一种投资低、脱硫率高，运行费用低的火电厂烟气湿式除尘液相催化法脱硫工艺。
本发明的另一个目的在于为实施上述火电厂烟气脱硫工艺提供一套设备。
为达到上述目的，本发明采用的解决方案是用除尘供水泵将水输入文丘里水膜除尘器，从文丘里水膜除尘器的喉部和上部喷入，喷出水的最少量使水能完全与烟气中的二氧化硫起反应生成硫酸，水和空气中的氧以及烟气中的二氧化硫在文丘里水膜除尘器内反应生成硫酸进入反应池，在反应池内加入含有铁族金属元素的物质以及蚀铁菌，含有铁族金属元素的物质与反应液的重量比为1∶100～10。蚀铁菌与反应液的重量之比为1∶109～108，使含铁族金属元素的物质与硫酸起反应生成硫酸铁，再反应生成二硫化铁。将反应池中已溶于水的反应物、反应生成物、水和灰浆用前灰浆泵输入到前旋液分离器进行分离，水和已溶于水的反应物送到除尘水箱，稠灰以及不溶于水的反应生成物送到洗涤槽。在洗涤槽内加入水，用后灰浆泵将洗涤槽内的灰浆送入后旋液分离器进行分离，水和已溶于水的反应物送到除尘水箱，灰渣以及不溶于水的反应生成物排放至灰沟。
本发明工艺加入反应池中的含铁族金属元素的物质也可以是含碱金属元素的物质。
本发明工艺加入反应池中的含铁族金属元素的物质也可以是含碱土金属元素的物质。
本发明工艺加入反应池中的含铁族金属元素的物质也可以是含轻金属元素的物质。
本发明工艺加入反应池中的含铁族金属元素的物质也可以是含有氨的化合物。
用于完成本发明工艺的设备包括至少一台文丘里水膜除尘器。一个除尘供水泵，该除尘供水泵通过一个装有载流阀门的管道与文丘里水膜除尘器的喉管和上部相联通。一个设置在文丘里水膜除尘器下的反应池，该反应池可使文丘里水膜除尘器流出的含硫酸的灰与水的混合物在反应池内与加入的物质进行化学反应。包括至少一台前旋液分离器，该前旋液分离器可使水以及溶于水的物质与灰浆进行分离。一个前灰浆泵，该前灰浆泵通过管道与反应池相联通，通过一个装有载流阀门的管道与前旋液分离器相联通。一个设置在前旋液分离器3下的洗涤槽。它包括至少一台后旋液分离器，该后旋液分离器可使水以及溶于水的物质与灰浆分离。它包括一个后灰浆泵，该后灰浆泵通过管道与洗涤槽相联通，通过一个装有载流阀门的管道与后旋液分离器相联通。它还包括一个除尘水箱，该除尘水箱通过管道与除尘供水泵、前旋液分离器、后旋液分离器相联通。
用于完成本发明工艺的设备的前旋液分离器与后旋液分离器的结构相同。
用于完成本发明工艺的设备的前旋液分离器为；在旋液分离器壳体的上端设置装有出水管的端盘、下端设置有排渣口，在旋液分离器壳体的上部外侧设置有与旋液分离器壳体内切面相联通、与联接盘相联接的进料管。
用于完成本发明工艺的设备的旋液分离器壳体的上部为一圆柱体。下部为一圆锥体，圆锥体正剖面两侧面的夹角4≤α≤30°。所说的进料管为在一个四棱台收敛形管道的外端设置有联接盘、内端设置在旋液分离器壳体内侧面的切平面方向上，进料管出料口的竖截面面积与排渣口水平。
本发明与现有的火电厂烟气湿式脱硫工艺及设备相比，具有投资低、脱硫率高、运行费用低、可回收硫资源等优点，所用设备占地面积小、节约水资源，可在老火电厂增设烟气脱硫工艺中推广使用。
图1是本发明火电厂烟气脱硫工艺流程图。
图2是图1中旋液分离器的结构示意图。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
发明人给出了本发明火电厂烟气脱硫工艺第一个实施例。在图1中，从火电厂排出的含硫烟气，进入文丘里水膜除尘器7，在文丘里水膜除尘器7的上部和喉管喷入水，烟气中的SO2与空气中的O2、H2O催化成H2SO4进入反应池10，在反就池10中加入Fe2O3和蚀铁菌，加入Fe2O3的量与反应液的重量比为1∶100，加入蚀铁菌的量与反应液的重量比为1∶109。
蚀铁菌是存在于自然界的一种已知菌种，它能使碱金属、碱土金属、轻金属、铁族金属的氧化物失去化合氧转入液相中成为液相催化剂。它将化合氧包括气相中的分子氧转变成活性氧并转入到液相中，使气相传质到液相中的二氧化硫立即得到氧化，提高了除尘用水对二氧化硫的吸收容量。它将气相中脱除的SO2经液相与灰中某些成分反应成难溶盐，混在灰中呈固态存在。在本实施例中，蚀铁菌可使Fe2O3分子变为Fe+3离子，与H2SO4反应生成Fe2(SO4)3，Fe2(SO4)3与H2SO4反应生成FeS2、O2、H2O。
将反应池中的灰浆反应生成物、水和蚀铁菌由前灰浆泵9输送入前旋液分离器3，使水与稠灰分离，将分离出来的水送入除尘水箱1，供循环使用，稠灰与反应产物流入洗涤槽6内。
在洗涤槽6内加入水，使水与稠灰以及反应产物充分混合，用后灰浆泵5将上述物质输送到后旋液分离器2，使水和溶解在水中、尚未反应成磺铁矿的Fe+3和蚀铁菌与灰以及反应生成物分离，将分离出的水以及溶解在水里的Fe+3和蚀铁菌输送到除尘水箱1供循环使用，灰以及反应生成物排放到灰沟。
发明人给出了本发明火电厂烟气脱硫工艺第二实施例。在本实施例中，在反应池10中加入Fe2O3和蚀铁菌，加入Fe2O3的量与反应液的重量比为1∶10，加入蚀铁菌与反应液重量比为1∶108。其它工艺过程与火电厂烟气脱硫工艺第一个实施例相同。
发明人给出了本发明火电厂烟气脱硫工艺的第三个实施例。在本实施例中，在反应池10中加入Fe2O3和蚀铁菌，加入的Fe2O3与反应液的重量比为1∶50，加入蚀铁菌的量与反应液的重量比为1∶108。其它工艺过程与火电厂烟气脱硫工艺第一个实施例相同。
发明人给出了本发明火电厂烟气脱硫工艺第四个实施例。在本实施例中，在反应池10中加入铁和蚀铁菌，加入铁和蚀铁菌的量与第一个实施例相同，其它工艺过程与火电厂烟气脱硫工艺第一个实施例相同。
发明人给出了本发明火电厂烟气脱硫工艺第五个实施例。在本实施例中，在反应池10中加入NaOH和蚀铁菌，加入的NaOH与反应液的重量比为8∶100，加入蚀铁菌的量、其它工艺过程与火电厂烟气脱硫工艺第三个实施例相同。本实施例中的NaOH，也可用KOH替换。
发明人给出了本发明火电厂烟气脱硫工艺第六个实施例。在本实施例中，在反应池10中加入CaO和蚀铁菌，加入的CaO与反应液的重量比为8∶100，加入蚀铁菌的量、其它工艺过程与火电厂烟气脱硫工艺第三个实施例相同。
发明人给出了本发明火电厂烟气脱硫工艺第七个实施例。在本实施例中，在反应池10中加入Mg(OH)2和蚀铁菌，加入的Mg(OH)2与反应液的重量比为8∶100，加入蚀铁菌的量、其它工艺过程与火电厂烟气脱硫工艺第三个实施例相同。本实施例中的Mg(OH)2，也可用Al2O3替换，加入Al2O3与反应液的重量比为2∶100。
发明人给出了本发明火电厂烟气脱硫工艺第八个实施例。在本实施例中，在反应池10中加入NH4OH和蚀铁菌，加入的NH4OH与反就液的重量比为2∶100，加入蚀铁菌的量、其它工艺过程与火电厂烟气脱硫工艺第三个实施例相同。本实施例中的NH4OH，可用(NH4)2CO3替换。
为实施本发明的火电厂烟气湿式除尘液相催化法脱硫工艺，发明人采用了如下第一个实施例设备。
在本实施例中，发明人采用三台互相并联的文丘里水膜除尘器7、三台互相并联的前旋液分离器3、三台互相并联的后旋液分离器2，除尘供水泵11、反应池10、前灰浆泵9、洗涤槽6、后灰浆泵5、除尘水箱1联接构成。文丘里水膜除尘器7、前旋液分离器3、后旋流分离器2的台数，可根据烟气量来确定。除尘供水泵11与除尘水箱1相联通，通过装有载流阀门12的管道与三台文丘里水膜除尘器7的喉部和上部相联通，除尘供水泵11运转，将水喷入三台文丘里水膜除尘器7内，使水与火电厂烟气中的SO2以及空气中的O2充分混合，生成H2SO4，除去烟气中SO2，反应池10安装在三台文丘里水膜除尘器7的下方，铁或铁的化合物，蚀铁菌可加入在反应池10内，使H2SO4与铁或铁的化合物进行化学反应，前灰浆泵9通过管道与反应池10相联通，通过装有载流阀门8的管道与三台并联的前旋液分离器3相联通，洗涤槽6设置在三台前旋液分离器3的正下方，三台前旋液分离器3的上端与除尘水箱1相联通，前旋液分离器3可将水，以及溶解于水的可溶性物质与灰浆分离，分离出的水供循环使用。后灰浆泵5通过管道与洗涤槽6相联通，通过一个装有载流阀门4的管道与三台并联的后旋液分离器2相联通，后旋液分离器2的上端通过管道与除尘水箱1和洗涤槽6相联通。后旋液分离器2再将经前旋液分离器3分离后的灰浆加水洗涤后再进行分离，水进入除尘水箱1供循环使用，灰浆排放到灰沟。
本发明的前旋液分离器3与后旋液分离器2的结构完全相同，本实施例仅说明一台前旋液分离器3的结构。本实施例的前旋液分离器3由旋液分离器壳体3-1、出水管3-2、进料管3-4、端盘3-3、联接盘3-5联接构成。旋液分离器壳体3-1下部正剖面的两侧面夹角α为30°。旋液分离器壳体3-1的顶端通过螺纹联接有端盘3-3，出水管3-2安装在端盘3-3上，在旋液分离器壳体3-1的上部外侧安装有进料管3-4，进料管3-4的端部连接有联接盘3-5，进料管3-4为一四方收敛形管道，进料管3-4的出料口在旋液分离器壳体3-1内侧面的切平面上，前旋液分离器3的下端为排渣口，进料管3-4出料口的竖截面面积与排碴口水平截面的面积之比为3。
发明人给出了实施本发明工艺所需设备第二个实施例。在本实施例中，旋液分离器壳体3-1下部正剖面的两侧面夹角α为4°。进料管3-4出料口与排渣口的面积比为0．5，其它设备与设备的联接关系与第一个实施例相同。
发明人给出了实施本发明工艺所需设备第三个实施例。在本实施例中，旋液分离器壳体3-1下部正剖面的两侧面夹角α为17°。进料管3-4出料口与排渣口的面积比为1．75，其它设备与设备的联接关系与第一个实施例相同。
为了验证本发明的有益效果，发明人对本发明工艺进行了如下试验1．Fe2O3的水不溶性和颗粒表面的催化作用及蚀铁菌使Fe2O3离子化功能和对脱硫的媒介作用试验。
试验方法(1)以蒸馏水按1．75g／l加入分析纯Fe2O3制成循环吸收液。
(2)气、液传质方式为在常温情况下采用10-15m／s气速喷射，利用喷射造成的负压，按0．15∶1(l／m3)吸入循环液然后扩散，形成气、液传质，扩散后再扩容形成气、液分离。
(3)测定气相脱硫效率和静沉半小时后的液相中的含铁量(4)向循环液中加入少量的蚀铁菌；重复(2)、(3)验证蚀铁菌使颗粒性Fe2O3转入液相中为溶解铁的功能及脱硫的媒介作用。试验结果列于表1。
表1 验证蚀铁菌的功能模拟试验的结果
从表1可以看出(1)从含有Fe2O3的循环吸收液脱硫时，脱硫效率仅为4％左右，液相中并无溶解铁出现。证实Fe2O3特性是“难溶于水、有催化作用”。但这时的催化作用对排烟脱硫的需要来讲，是微不足道的。
(2)当在含有颗粒性的Fe2O3循环液中加入少量蚀铁菌后，出现如下变化①循环液中溶解铁从无到有并渐渐增加，从后期的测定值看，已有84％的颗粒状Fe2O3转变成溶解铁。证明，蚀铁菌能使Fe2O3离子化。
②随液相溶解铁量的逐渐增加，脱硫效率也逐渐增高，说明，蚀铁菌在脱硫反应中仅是媒介剂，液相中的溶解铁是催化剂。
③在按除尘器需水量(约0．15∶1)的液气比下，能对相当于燃煤含硫率7％的模拟气达90％以上的脱硫效率。与常规液相催化法相比，其循环液单位体积对二氧化硫的吸收容量，增大了数百倍。证明，由于蚀铁菌的媒介作用，大大提高了除尘用水对二氧化硫的吸收容量。
2．脱硫后的灰水中无游离酸和水溶性铁、铝排放试验。
脱硫前、后的灰成份及特性的比较见表2。
表2 脱硫前后灰成份比较
从表2可以看出(1)经脱硫反应后分离出的灰加五倍水测定结果的PH值在4左右，说明无游离硫酸排放。水溶性铁、铝未检出，说明无水溶性铁、铝盐的排放。证明，将蚀铁菌用于湿式除尘器的排烟脱硫工艺中，可消除常规液相催化法排放稀硫酸和稀硫酸亚铁溶液的二次污染。
(2)从脱硫后灰中Fe2O3含量降低说明，蚀铁菌具有能使Fe2O3离子化的功能。
(3)从脱硫后灰中增有铁、铝枸溶物说明，这部份枸溶铁、铝的结构已不是原来灰中氧化物的结构，而是与硫反应后的产物。因此可以说相中被脱除的硫已转入到灰中呈水不溶物存在。
(4)从测定值上看氧化钙、氧化镁并无大的变化，但从活性氧化钙已消失和碱性氧化物的特性说明，虽本法属液相催化法，依赖于灰中铁的氧化物，但在PH值4以下的酸性液体中，碱性氧化物、碱性碳酸化合物与液体中的酸反应先于两性金属氧化物。
3．蚀铁菌对具体电厂排烟脱硫的适用性试验(模拟对象为重庆电厂)。
(1)分析该厂煤样灰样，制定模拟范围。
实测煤样含硫量3．08％灰份24．15％实测灰样成分见表2计算出，常温情况下模拟气二氧化硫浓度约在5700mg／m3左右。模拟气携灰量24g／m3左右。
表3 模拟重庆电厂烟气条件的试验结果
续表3 吸收液及灰成份的比较
从表3可以看出(1)从脱硫效率达90％以上，证明，蚀铁菌能使含铁循环液对二氧化硫吸收容量大大提高。
(2)从循环吸收液脱硫后的铁、铝均有增高和固相灰中增有枸溶铁、铝，说明蚀铁菌能使Fe2O3离子化的作用和将气相中被脱除的硫转入灰中呈水不溶物存在。
同时还可以看出，灰中铝的氧化物也参加了反应，沉积在灰中的产物也是枸溶物，这可避免某些灰成份因含铁量不足而导致有游离酸排放的可能性。
(3)从脱硫后分离出的灰加五倍水静泡一小时的PH值为4．20和无水溶性铁、铝盐，说明采用该法排烟脱硫所排放的灰水中无游离酸和水溶性铁、铝盐排放。
4．增高模拟气二氧化硫浓度的试验按煤中含硫率35％和18％分别配制模拟气，烟气中SO2的含量扩大100倍，经模拟装置进行气、液传质并测定脱硫效率。
本试验未加入灰，从脱硫效率反映出的仅是气相对液相的氧量传质单一量，排除了灰中氧化物中化合氧被活化的另一氧量。试验结果见表4。
表4 提高模拟气二氧化硫浓度的试验结果
从表4可以看出(1)在0．15∶1(l／m3)左右的液气比下，能对相当于煤中含硫率为35％的模拟气达85％的脱硫效率，说明其液相吸收容量之大，不仅能满足常见高硫煤种排烟脱硫所需，而且还能满足二氧化硫浓度更高的尾气脱硫的需要，如冶炼炉尾气、硫酸尾气等。但对无废渣尾气脱硫，循环液系统中需加入铁屑、铁锈之类物质，防止循环液的酸度持续增高。
(2)从模拟气中二氧化硫含量分别为近70g／m3和36g／m3的脱硫效率能达85％看出，本法适用于比燃用高硫煤尾气的二氧化硫含量更高的尾气实施脱硫，但需要采取两级串联脱硫，方能满足环保的需要。
权利要求
1．一种火电厂烟气湿式除尘液相催化法脱硫工艺，其特征在于，用除尘供水泵(11)将水输入文丘里水膜除尘器(7)，从文丘里水膜除尘器(7)的喉部和上部喷入，喷出水的最少量使水能完全与烟气中的二氧化硫起反应生成硫酸，水和空气中的氧以及烟气中的二氧化硫在文丘里水膜除尘器(7)内反应生成硫酸进入反应池(10)，在反应池(10)内加入含铁族金属元素的物质以及蚀铁菌，含铁族金属元素的物质与反应液的重量比为1∶100～10；蚀铁菌与反应液的重量之比为1∶109～108，使含铁族金属元素的物质与硫酸起反应生成硫酸铁，再反应生成二硫化铁；将反应池(10)中已溶于水的反应物、反应生成物、水和灰浆用前灰浆泵(9)输入到前旋液分离器(3)进行分离，水和已溶于水的反应物送到除尘水箱(1)，稠灰以及不溶于水的反应生成物送到洗涤槽(6)；在洗涤槽(6)内加入水，用后灰浆泵(5)将洗涤槽(6)内的灰浆送入后旋液分离器(2)进行分离，水和已溶于水的反应物送到除尘水箱(1)，灰渣以及不溶于水的反应生成物排放至灰沟。
2．根据权利要求1所述的火电厂烟气湿式除尘液相催化法脱硫工艺，其特征在于，所说加入反应池(10)中的含铁族金属元素的物质也可以是含碱金属元素的物质。
3．根据权利要求1所述的火电厂烟气湿式除尘液相催化法脱硫工艺，其特征在于，所说加入反应池(10)中的含铁族金属元素的物质也可以是含碱土金属元素的物质。
4．根据权利要求1所述的火电厂烟气湿式除尘液相催化法脱硫工艺，其特征在于，所说加入反应池(10)中的含铁族金属元素的物质也可以是含轻金属元素的物质。
5．根据权利要求1所述的火电厂烟气湿式除尘液相催化法脱硫工艺，其特征在于，所说加入反应池(10)中的含铁族金属元素的物质也可以是含有氨的化合物。
6．根据权利要求1所述的火电厂烟气湿式除尘液相催化法脱硫工艺，其特征在于，当除尘器(7)排出的灰中含有Fe2O3时，反应池(10)中不加入铁族金属元素物质。
7．一种用于实现权利要求1工艺的设备，其特征在于该设备包括至少一台文丘里水膜除尘器(7)；一个除尘供水泵(11)，该除尘供水泵(11)通过一个装有载流阀门(12)的管道与文丘里水膜除尘器(7)的喉管和上部相联通；一个设置在文丘里水膜除尘器(7)下的反应池(10)，该反应池(10)可使文丘里水膜除尘器(7)流出的含硫酸的灰与水的混合物在反应池(10)内与加入的物质进行化学反应；至少一台前旋液分离器(3)，该前旋液分离器(3)可使水以及溶于水的物质与灰浆进行分离；一个前灰浆泵(9)，该前灰浆泵(9)通过管道与反应池(10)相联通，通过一个装有载流阀门(8)的管道与前旋液分离器(3)相联通；一个设置在前旋液分离器(3)下的洗涤槽(6)；它包括至少一台后旋液分离器(2)，该后旋液分离器(2)可使水以及溶于水的物质与灰浆分离；它包括一个后灰浆泵(5)，该后灰浆泵(5)通过管道与洗涤槽(6)相联通，通过一个装有载流阀门(4)的管道与后旋液分离器(2)相联通；它还包括一个除尘水箱(1)，该除尘水箱(1)通过管道与除尘供水泵(11)、前旋液分离器(3)、后旋液分离器(2)相联通。
8．根据权利要求7所述的实现权利要求1工艺的设备，其特征在于，所说的前旋液分离器(3)与后旋液分离器(2)的结构相同。
9．根据权利要求7或8所述的实现权利要求1工艺的设备，其特征在于，所说的前旋液分离器(3)为；在旋液分离器壳体(3-1)的上端设置装有出水管(3-2)的端盘(3-3)、下端设置有排渣口，在旋液分离器壳体(3-1)的上部外侧设置有与旋液分离器壳体(3-1)内切面相联通、与联接盘(3-5)相联接的进料管(3-4)。
10．根据权利要求9所述的实现权利要求1工艺的设备，其特征在于，所说的旋液分离器壳体(3-1)的上部为一圆柱体；下部为一圆锥体，圆锥体正剖面两侧面的夹角4≤α≤30°；所说的进料管为在一个四棱台收敛形管道的外端设置有联接盘(3-5)、内端设置在旋液分离器壳体(3-1)内侧面的切平面方向上，进料管(3-4)出料口的竖截面面积与排渣口水平截面面积之比为0．5～3。
全文摘要
一种火电厂烟气湿式除尘液相催化法脱硫工艺及设备,用除尘供水泵将水输入文丘里水膜除尘器的喉部和上部,水与烟气中的二氧化硫反应成硫酸进入反应池,在反应池中加入含铁族金属元素的物质、或含碱金属元素的物质、或含碱土金属元素的物质、或含轻金属元素的物质或含氨的化合物,以及蚀铁菌,经前旋液分离器、后旋液分离器分离,水供循环使用,灰渣排放。脱硫率达90%以上,具有投资低、脱硫率高、运行费用低、设备简单等优点。
文档编号B01D53/50GK1278455SQ0011384
公开日2001年1月3日 申请日期2000年6月16日 优先权日2000年6月16日
发明者刘同生, 刘广泽, 刘广明 申请人:刘同生