专利名称：磷矿、石灰双循环脱硫除尘工艺及其装置的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及到烟气脱硫除尘领域，特指一种磷矿、石灰双循环脱硫除尘工艺及其装置。
背景技术：
现有技术中，国内外应用的脱硫除尘工艺众多，其中包括石灰石/石膏法、湿式氨法、双碱法、镁法、磷铵肥法、磷矿法、CT-121喷射鼓泡法等。
目前世界上石灰石/石膏法虽然应用最多，技术最成熟，运行费用相对较低，但在我国，由于石灰矿多，且分布广，石灰石/石膏法的产物——石膏销路有问题，往往不能得到较好的利用而被抛弃处理，因此不能产生经济效益，同时造成严重的二次污染。
被美国能源杂被评为“是一种面向未来的脱硫工艺”——CT-121喷射鼓泡法是目前在世界上应用、研究发展很快的一种脱硫除尘工艺，我国广东台山火电厂一次就引进了6套，其最大特点是操作费用、投资费用比传统方法节省50％～70％，且工艺简单，占地面积小。
用磷矿作脱硫剂，脱硫后的矿渣可直接加浓硫酸制成普钙(磷肥)就地直接销售，但由于矿中可用来脱硫的有效成分碳酸盐含量低(如湖南石门矿CO2含量约17％)、碱性弱、单塔脱硫效率低；87年的研究显示要达到一定的脱硫效率，需要三塔串联使用，这便造成系统的压降高达13000Pa～15000Pa。
石灰的碱性强、脱硫效率高，与SO2反应后生成石膏；与磷矿搭配作为脱硫剂，既可以保证脱硫效率，又可以避免二次污染。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种脱硫剂原料简单、运行成本低、脱硫效率高、不产生二次污染、并可产生一定经济效益的磷矿、石灰双循环脱硫除尘工艺及其装置。
为解决上述技术问题，本发明的解决方案为一种磷矿、石灰双循环脱硫除尘工艺，其特征在于步骤为①热烟气导入喷射鼓泡脱硫除尘塔内后在环行气体通道内与从环顶喷下的吸收剂接触完成第一次气液吸收反应；然后，气体在鼓泡吸收段与吸收液完成第二次气液吸收反应；第一次气液吸收反应和第二次气液吸收反应组成第一级循环，采用磷矿溶液作为吸收液，完成气液吸收反应后的吸收液排出塔外；②完成第二次气液吸收反应后的气体，在内筒中与浮阀板上的吸收液完成第三次气液吸收反应；通过浮阀板继续上升的气体与内筒顶端喷射下来的吸收液完成第四次气液吸收反应；第三次气液吸收反应和第四次气液吸收反应组成第二级循环，采用石灰石溶液作为吸收液，完成气液吸收反应后的吸收液排出塔外；③完成两级循环后的气体排出塔外。
第一级循环中，与烟气发生反应后的磷矿溶液排出到磷矿沉淀池；磷矿沉淀池中湿渣加适量浓硫酸制成磷肥，上层的清液与新鲜磷矿混合后，重新送入喷射鼓泡脱硫除尘塔内，再次进行循环。
第二级循环中，与烟气发生反应后的石灰石溶液排出到沉淀槽；沉淀槽中湿渣制成石膏，上层的清液与新鲜石灰浆混合后重新送入喷射鼓泡脱硫除尘塔内，再次进行循环。
一种磷矿、石灰双循环脱硫除尘装置，它由不同直径的两个圆筒同轴垂直安装而成，内筒底部为开口状，外筒有筒底；内筒底端与外筒的筒底间有悬空间距，内筒的底端沿圆周方向开设有一圈栅栏状喷气孔，外筒的顶端与内筒通过密封盖相连，外筒的内壁与内筒的外壁之间构成了一个环形气体通道，所述密封盖上沿圆周方向设置有喷嘴，外筒靠近密封盖处开有切线进气口，其特征在于所述内筒内的中段处设置有一带有外循环溢流堰的浮阀板，溢流堰的下端设有与外界相连的排水口；所述内筒内的上段处设有喷淋装置。
所述喷淋装置为螺旋喷嘴。
与现有技术相比，本发明的优点就在于本发明磷矿、石灰双循环脱硫除尘工艺及其装置采用两种脱硫剂、两个循环的方法，在单独的喷射鼓泡脱硫除尘塔内完成整个脱硫除尘工艺，这两个循环既各自独立，又相互联系，相辅相成，使每种脱硫剂都能获得最佳的利用；通过两个循环四次吸收的接触反应，既回收了富矿，降低了操作成本，又保证了脱硫除尘效率，且不产生二次污染，是一种比较理想的脱硫除尘工艺。
图1是本发明的工艺流程示意图；图2是本发明装置的结构示意图；图3是图2中A-A的剖面示意图。
1、净烟气出口2、喷淋装置3、浮阀板4、环形气体通道5、喷嘴 6、栅栏状喷气孔7、折板除雾器8、溢流堰9、排水口10、进水口11、进气口 12、外筒13、内筒 14、塔底排水口15、密封盖 16、抓斗17、磷矿沉淀池 18、沉淀槽19、均衡槽 20、石灰浆供料槽21、石灰浆循环池 22、石灰贮槽具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明磷矿、石灰双循环脱硫除尘工艺以喷射鼓泡脱硫除尘塔为脱硫除尘设备，塔下部为第一级循环，采用磷矿为脱硫剂；塔上部为第二级循环，采用石灰为脱硫剂，整个系统压降控制在3000Pa～3800Pa。其具体步骤为①热烟气导入喷射鼓泡脱硫除尘塔内后在环行气体通道4内旋转，与从环顶喷下的吸收剂接触完成第一次气液吸收反应；然后，气体在鼓泡吸收段与吸收液完成第二次气液吸收反应，即气体在穿过栅栏状喷气孔6，喷向内筒13内的吸收液时，完成第二次气液吸收反应；第一次气液吸收反应和第二次气液吸收反应组成第一级循环，采用磷矿溶液作为吸收液，完成气液吸收反应后的吸收液排出塔外；②完成第二次气液吸收反应后的气体，在内筒13中与浮阀板3上的吸收液完成第三次气液吸收反应，即沿着内筒13上升的气体，穿过浮阀板3时与浮阀板3上的吸收液完成第三次气液吸收反应；通过浮阀板3继续上升的气体与内筒13上端螺旋喷嘴5喷射下来的吸收液完成第四次气液吸收反应；第三次气液吸收反应和第四次气液吸收反应组成第二级循环，采用石灰石溶液作为吸收液，完成气液吸收反应后的吸收液排出塔外。③完成两级循环后的气体排出塔外。气体在完成第四次吸收后，经塔顶的折板除雾器7和净烟气出口1排出塔外，烟气经四次吸收后已完全达到排放标准。
第一级循环中，与烟气发生反应的磷矿溶液从塔底排出到磷矿沉淀池17，其内上层的清液与新鲜磷矿混合后由泵送到塔中部的环顶处，后经环状排列的喷嘴5喷入塔下半部与烟气接触；反应后的磷矿溶液再次从塔底排出到磷矿沉淀池17，清液与新鲜磷矿混合后再次参与循环，湿渣由抓斗16运送到磷矿贮存槽加适量浓硫酸后制成磷肥。此循环的目的在于，由于磷矿中含有CaO，MgO，Fe2O3，Al2O3等的碱性杂质不仅可以吸收烟气中的SO2，并且可以提供农作物所需的微量元素；而磷矿中的氟磷酸钙也可以和硫酸反应，生成磷酸二氢钙(简称“普钙”)；反应后的混合物可以用来制成磷肥，这就极大的减少了硫酸的消耗量。此过程既富集了磷矿又脱除了烟气中的SO2，从而降低了脱硫成本。
第二级循环中，石灰从石灰贮槽22内被送到石灰浆供料槽20内被配置成石灰浆液，新鲜的石灰浆液由石灰浆供料槽20送到循环槽21，再由泵送到塔顶的喷淋装置2喷入到塔体中段的浮阀板3，与烟气充分接触反应后从溢流堰8流出经塔侧排水口9处的排水管道排至循环槽21，循环槽21的浆液部分被送到均衡槽19，部分在补充新鲜浆液后喷淋到塔内再次参与第二级脱硫循环；均衡槽19的浆液直接被送到沉淀槽18，其中，上层清液被送到到循环槽21再次参与循环，下层的湿渣被制成石膏或作其他处理。此循环的目的在于保证整个工艺脱硫效率；经过第一级循环的脱硫后，烟气含尘量及含硫率大大降低，从而节约CaO的用量并能提高终产物石膏的色度，也能降低脱硫成本。
如图2和图3所示，本发明磷矿、石灰双循环脱硫除尘装置，它由不同直径的两个圆筒同轴垂直安装而成，内筒13底部为开口状，外筒12有筒底；内筒13底端与外筒12的筒底间有悬空间距，内筒13底端沿圆周方向开有一圈栅栏状喷气孔6，外筒12顶端与内筒13通过密封盖15相连，外筒12内壁与内筒13的外壁之间构成了一个环形气体通道4，密封盖15上沿圆周方向设置有喷嘴5，外筒12靠近密封盖15处开有切线进气口11。内筒13内的中段处设置有一带有外循环溢流堰8的浮阀板3，溢流堰8的下端设有与外界相连的排水口9。内筒13内的上段处设有喷淋装置2。本实施例中，喷嘴5采用普通喷嘴，喷淋装置2采用螺旋喷嘴，从而保证较大的喷淋量，使烟气与吸收液充分接触吸收。
工作原理参见图1和图2，本设备运行时外筒12内装有磷矿溶液，从锅炉出来的烟气，沿切向进入吸收塔的环形气体通道4，在环形气体通道4中，气流先绕内筒13旋转，经减速、稳流后，与环顶喷嘴5喷下的吸收液并流接触；在圆环内烟气再次被冷却，尘粒被洗掉(除尘方面环形气体通道4中的气流绕内筒13旋转的操作过程实质上就相当于一个内装有稳流柱的旋风湿壁除尘塔)，并除掉一部分硫氧化物，完成第一次吸收反应)；经冷却除尘后的气体，夹带着液滴继续向下运行，至栅栏状喷气孔6的上方时，旋转气体作用于环内液面，使圆环内产生波浪形脉动，并带动塔内的液体旋转，同时气流把环内液体压向内筒13，形成喷射鼓泡，此过程大大增加了气液接触面积，延长了烟气在塔内停留的时间；与此同时烟气与磷矿溶液进行反应，由于磷矿溶液中含有的CaO，MgO，Fe2O3，Al2O3及Ca5F(PO4)3等物质与烟气中的SO2发生反应，使SO2第二次被吸收。烟气在环栅区经过旋转喷射鼓泡后继续向上运行，从内筒13的中心上升到达第二级循环，气体经浮阀上升与浮阀板3上的石灰石溶液，即Ca(OH)2吸收液再次接触进行第三次吸收，通过浮阀板3的气体继续上升与从塔顶部螺旋喷嘴2喷出的Ca(OH)2吸收液再次接触反应进行第四次吸收，第四次吸收后经塔顶的折板除雾器7和净烟气出口1排出塔外。烟气中的SO2与石灰浆液反应生成石膏，烟气经四次吸收后已完全达到排放标准。
第一级循环中，与烟气发生反应的磷矿溶液从塔底排出到磷矿沉淀池17，其内上层的清液与新鲜磷矿混合后由泵送到塔中部的环顶处，后经环状排列的喷嘴5喷入塔下半部与烟气接触；反应后的磷矿溶液再次从塔底排出到磷矿沉淀池17，清液与新鲜磷矿混合后再次参与循环，湿渣由抓斗16运送到磷矿贮存槽加适量浓硫酸后制成磷肥。此循环的目的在于，由于磷矿中含有CaO，MgO，Fe2O3，Al2O3等的碱性杂质不仅可以吸收烟气中的SO2，并且可以提供农作物所需的微量元素；而磷矿中的氟磷酸钙也可以和硫酸反应，生成磷酸二氢钙(简称“普钙”)；反应后的混合物可以用来制成磷肥，这就极大的减少了硫酸的消耗量。此过程既富集了磷矿又脱除了烟气中的SO2，从而降低了脱硫成本。
第二级循环中，石灰从石灰贮槽22内被送到石灰浆供料槽20内被配置成石灰浆液，新鲜的石灰浆液由石灰浆供料槽20送到循环槽21，再由泵送到塔顶的喷淋装置2喷入到塔体中段的浮阀板3，与烟气充分接触反应后从溢流堰8流出经塔侧排水口9处的排水管道排至循环槽21，循环槽21的浆液部分被送到均衡槽19，部分在补充新鲜浆液后喷淋到塔内再次参与第二级脱硫循环；均衡槽19的浆液直接被送到沉淀槽18，其中，上层清液被送到到循环槽21再次参与循环，下层的湿渣被制成石膏或作其他处理。此循环的目的在于保证整个工艺脱硫效率；经过第一级循环的脱硫后，烟气含尘量及含硫率大大降低，从而节约CaO的用量并能提高终产物石膏的色度，也能降低脱硫成本。
权利要求
1.一种磷矿、石灰双循环脱硫除尘工艺，其特征在于步骤为①热烟气导入喷射鼓泡脱硫除尘塔内后在环行气体通道内与从环顶喷下的吸收剂接触完成第一次气液吸收反应；然后，气体在鼓泡吸收段与吸收液完成第二次气液吸收反应；第一次气液吸收反应和第二次气液吸收反应组成第一级循环，采用磷矿溶液作为吸收液，完成气液吸收反应后的吸收液排出塔外；②完成第二次气液吸收反应后的气体，在内筒中与浮阀板上的吸收液完成第三次气液吸收反应；通过浮阀板继续上升的气体与内筒顶端喷淋装置喷射下来的吸收液完成第四次气液吸收反应；第三次气液吸收反应和第四次气液吸收反应组成第二级循环，采用石灰石溶液作为吸收液，完成气液吸收反应后的吸收液排出塔外；③完成两级循环后的气体直接排放。
2.根据权利要求1所述的磷矿、石灰双循环脱硫除尘工艺，其特征在于第一级循环中，与烟气发生反应后的磷矿溶液排出到磷矿沉淀池；磷矿沉淀池中，湿渣加适量浓硫酸后制成磷肥，上层的清液与新鲜磷矿混合后，重新送入喷射鼓泡脱硫除尘塔内，再次进行循环。
3.根据权利要求1或2所述的磷矿、石灰双循环脱硫除尘工艺，其特征在于第二级循环中，与烟气发生反应后的石灰溶液排出到沉淀槽；沉淀槽中下层湿渣制成石膏，上层的清液重新送入喷射鼓泡脱硫除尘塔内，再次进行循环。
4.一种磷矿、石灰双循环脱硫除尘装置，它由不同直径的两个圆筒同轴垂直安装而成，内筒(13)底部为开口状，外筒(12)有筒底；内筒(13)底端与外筒(12)的筒底间有悬空间距，内筒(13)的底端沿圆周方向开设有一圈栅栏状喷气孔(6)，外筒(12)的顶端与内筒(13)通过密封盖(15)相连，外筒(12)的内壁与内筒(13)的外壁之间构成了一个环形气体通道(4)，所述密封盖(15)上沿圆周方向设置有喷嘴(5)，外筒(12)靠近密封盖(15)处开有切线进气口(11)，其特征在于所述内筒(13)内的中段处设置有一带有外循环溢流堰(8)的浮阀板(3)，溢流堰(8)的下端设有与外界相连的外循环排水口(9)；所述内筒(13)内的上段处设有喷淋装置(2)。
5.根据权利要求4所述的磷矿、石灰双循环脱硫除尘装置，其特征在于所述喷淋装置(2)为螺旋喷嘴。
全文摘要
本发明公开了一种磷矿、石灰双循环脱硫除尘工艺及装置，步骤为①热烟气导入喷射鼓泡脱硫除尘塔内后在环行气体通道内与从环顶喷下的吸收剂接触完成第一次气液吸收反应；气体在塔内的鼓泡吸收段与吸收液完成第二次气液吸收反应；这两次气液吸收反应组成第一级循环，采用磷矿溶液作为吸收液，完成反应后的吸收液排出塔外；②接着，气体在内筒中与浮阀板上的吸收液完成第三次气液吸收反应；继续上升的气体与内筒上端喷射下来的吸收液完成第四次气液吸收反应；这两次气液吸收反应组成第二级循环，采用石灰石溶液作为吸收液，完成反应后的吸收液排出塔外。本发明脱硫剂原料简单、运行成本低、脱硫效率高、不产生二次污染、并可产生一定经济效益。
文档编号B01D47/00GK1903414SQ20061003196
公开日2007年1月31日 申请日期2006年7月17日 优先权日2006年7月17日
发明者孟蕾, 甘海明, 赵欣, 杨春平, 路培, 甘霖, 郝青, 陈宏 申请人:湖南大学