专利名称：一种排烟除硫装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及烟道气中硫氧化物的净化处理和回收方法以及装置。
背景技术：
以煤或石油为燃料的锅炉或火力发电厂排放大量烟道气。这些烟气含有SOx、NOx、HCl和HF等有害物质，其中硫氧化物SOx，包括SO2和SO3，是形成酸雨的主要物质。随燃烧煤种的不同，SO2含量通常在300～5000ppmv(1000～15000mg/Nm3)之间。但是，烟气量十分巨大，以燃煤锅炉而论，蒸汽规模从35T/h到2500T/h，发电机组容量6MW到1000MW，烟气量由5万Nm3/h到250万Nm3，SO2排放量1000吨/年到100,000吨/年。由于SOx是酸性气体，采用碱性水溶液脱吸烟气中的SOx，即烟气除硫(Flue Gas Desulfurization，FGD)是有效的方法，具有广泛的应用价值。
现有的成熟的工业化技术主要是以石灰石为原料的方法，吸收剂为超细石灰石(325目)配制的浆液。其反应原理如下SO2+H2O＝H2SO3H2SO3+CaCO3(石灰石)＝CaSO3.1/2H2O↓+CO2↑+H2OCaSO3.1/2H2O+1/2O2+3/2H2O＝CaSO4.2H2O↓(石膏)由于石膏的用途较小，除硫副产的石膏以抛弃为主。因此，这类方法称为抛弃法。抛弃法具有明显的缺点消耗新的自然资源；废气变废渣，带来新的污染；同时排放CO2，为温室气体，而且投资大，能耗高。
以氨为原料的方法属于回收法，其反应原理如下SO2+H2O＝H2SO32NH3+H2SO3＝(NH4)2SO3(NH4)2SO3+1/2O2＝(NH4)2SO4(硫酸铵)硫酸铵(简称硫铵)是一种高效化肥，其肥效比碳铵高一倍，比尿素也要高20％。原料氨中的有效氮N价值在18～19元/N，但是，在硫铵中，其价值可提高到30元/N，相当于SO2的价值达到400～500元/吨，或者煤中的硫的价值达到800～1000元/吨。因此，以氨为原料的FGD技术可以产生明显的经济价值。
该技术在中国尤其具有应用前景。中国是一个人口、粮食和化肥大国，化肥的产量折合为合成氨，相当于3500万吨/年。以FGD技术可以解决1500万吨SO2/年计算，需要提供合成氨800万吨/年，占总需求量的四分之一弱。另外，碳铵或尿素仅含氮营养，而硫铵中同时含氮和硫营养。因此，硫铵是比碳铵和尿素更好的化肥，在中国具有巨大的市场前景。
以氨为原料的烟气除硫过程中，主要包括两个具体的步骤(1)SO2吸收SO2+2NH3+H2O＝(NH4)2SO3SO2+(NH4)2SO3＝2NH4HSO3NH3+NH4HSO3＝(NH4)2SO3(2)亚硫铵氧化亚硫酸铵溶液鼓空气直接氧化，便可得到硫酸铵SO32-+1/2O2＝SO42-(3)硫铵结晶(NH4)2SO4(L)＝(NH4)2SO4(S)亚硫铵氧化反应实际上在吸收过程中也会发生，只不过由于烟气中O2含量低，反应速度慢，氧化率较低，一般不予考虑。
亚硫酸铵氧化和其他亚硫酸盐相比明显不同，NH4+对氧化过程有阻尼作用。因为NH4+显著阻碍O2在水溶液中的溶解。当盐浓度小于0.5mol/L(约5％(wt))时，亚硫铵氧化速率随其浓度增加而增加，而当超过这个极限值时，氧化速率随浓度增加而降低。
现有技术的一个明显缺点是，温度较高的烟气，有的烟气温度超过200℃，从除硫塔下部进入除硫塔，即烟气进口在除硫塔的下部，致使除硫塔体大部分处于高温危害区，对于除硫塔的防腐蚀要求和操作安全要求很高，一般都必须采用巨大的循环液体流量，能耗也大。因为，目前的除硫塔都采用碳钢内衬橡胶或者内衬树脂鳞片的方法制作而成，这些内衬材料耐温一般不超过70℃。更不便于采用玻璃纤维增强塑料(FRP)，简称玻璃钢。因此，现有技术较难选择玻璃钢作为除硫塔的材料。
此外，国内出现了一些烟气除硫装置设计方案。这类方案一般包括五种功能SO2吸收、亚硫酸铵氧化、稀硫酸铵的浓缩、除尘和除沫。其特点是在氧化段，铵盐浓度控制较低，促进氧化速度，另外，为了节省能耗，充分利用烟气中的热量，在氧化段(位于底部)和吸收段之间设置了浓缩段。该技术尽管较好地利用了亚硫酸铵氧化的特点，但是除硫塔略现复杂，造价较高，另外，流程亦较长。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种新的回收废气中二氧化硫生产硫铵的方法及装置，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明的技术内容如下发明人将亚硫铵氧化为硫铵过程与硫铵结晶过程合二为一，使其都在除硫塔的底部进行，当然，也可在一个脱硫系统下方的独立装置或者其他独立脱硫装置的下部单元实现上述亚硫铵氧化为硫铵过程与硫铵结晶过程的合二为一，并在除硫塔底部设置氧化结晶池。
将烟气进口设置在除硫塔的顶部，使高温原料烟气从除硫塔顶部进，与包含除硫剂的液体或者气体向下并流，除硫后，从下部出，使烟气温度最高位置在塔的顶部，塔下部都是低温区，也更有利于采用玻璃钢材料。其目的是提高除硫效率，简化除硫塔的结构，大大降低除硫塔的高度，简化除硫系统的复杂性，更有利于采用玻璃钢材料。
此外，值得说明的是，本发明所说的并流运动，主要是指高温原料烟气从除硫塔1顶部进入，与包含除硫剂的液体或者气体向下并流。
而且，本发明所说的“顶部”是任何设备或者装置的底心上方的任意位置，例如，一个上下两端为球形的圆柱形塔体，其“顶部”是下端球形位置之外的其他任何位置。当然，如果下端球形位置较大，而且，下端球形位置的最底部设置有结晶氧化反应器，那么该反应器上方的任何位置都可以算作本发明所说的“顶部”，包括下端球形部分的上部位置也算“顶部”，“顶部”的烟气进口可以设置在该上部位置，或者柱体的任意位置，或者上端球形部件的任何位置。
本发明的一般实施方法包括如下步骤温度为100～200℃、含有SO2浓度为200～20000mg/Nm3的烟气，由增压风机2送到除硫塔1顶部的烟气进口，与吸收液(吸收液含除硫剂，除硫剂为液化氨或者氨水混合物；也可用高浓度冷压氨气，或者其他除硫液体或除硫气体替代本处的吸收液)接触温度进一步降低到55～70℃，进入传质构件层，与除硫塔上部进入的吸收液接触，烟气中的SO2与吸收液中的除硫剂反应形成亚硫铵，同时温度进一步降低到45～60℃，除硫净化后的烟气从除硫塔中部离开除硫塔1，进入除沫器8，除去夹带的液沫后，进入烟囱排放；总体上，烟气和吸收液从上部进入除硫塔，并流，或顺流向下；吸收液从除硫塔1上部进入，吸收液经过循环泵6，经分布器均匀分布到传质构件上，从上而下，吸收烟气中的硫氧化物，SO2和SO3，并洗涤烟气中的其它组分后，进入除硫塔底部的结晶氧化反应器，在结晶氧化反应器中，亚硫铵被氧化空气鼓风机7鼓入的空气氧化为硫酸铵，同时在硫酸铵的浓度超过其溶解度情况下析出硫酸铵结晶体，形成浆状的液体；浆状的硫酸铵液体从除硫塔1底部排出，经过循环泵6，大部分与补充的除硫剂汇合后循环进入除硫塔1，小部分进入水力旋流器3，从旋流器顶部出来的流体回流至除硫塔的结晶氧化反应器继续生长为较大的颗粒，旋流器底部的浓缩料浆进入离心机4；从离心机分4离出来的固体可作为产品，也可再进入干燥机5进一步脱水，离心机4出来的液体回流到除硫塔1的结晶氧化反应器；所说的除硫剂选自液化的氨，碳酸氢铵，或氨/水混合物。
吸收液中，除硫原料氨与的质量浓度为0.01～1.0％，更好地为0.04～0.4％；除硫塔中，烟气与吸收液的质量流量(千克/小时)比为0.05～1.0，更好地为0.125～0.40；除硫塔中，吸收液的喷淋体积流量以除硫塔的空塔横截面积为基准，为5～200m3/m2/h，更好地为20～80m3/m2/h；在结晶氧化反应器中，硫酸铵的重量浓度在15.0～75.0％之间，更好地在30.0～60.0％之间；在结晶氧化反应器中，氧化空气的流量(千克/小时)与烟气质量流量(千克/小时)的比例为0.002～0.04，更好地在0.005～0.01。
实现上述方法的装置包括除硫塔，该除硫塔包括横截面为圆形或矩形的塔体；设置在塔体内上部的吸收液分布器；设置在塔体内吸收液分布器下方的传质构件；设置在塔体内底部的氧化空气分布器；设置在塔体上传质构件下方的烟气出口；烟气入口设置在塔体顶部；设置在塔体内烟气出口下方的结晶氧化反应器；尤其是，塔体的材质为玻璃纤维增强塑料，或玻璃钢，防腐蚀性能优良，施工周期短。
该除硫塔的特点是烟气和吸收液都从塔顶向下流动，传质效率高，烟气处理能力大。
采用上述结构的除硫塔和所述的处理方法，烟气中的硫氧化物的脱出效率可以达到95～99％。本发明的除硫塔，结构简单，处理能力大，吸收液流量小。本发明的循环吸收液为氧化后的硫酸铵溶液，从塔底结晶氧化反应器抽出，与除硫原料(碳酸氢铵，或氨水混合物，或液化氨)混合后从顶部再进入除硫塔的传质构件。因此，烟气和吸收液(含氨)同向流动穿过传质区，在吸收液穿过传质区的末端处，吸收液表现为酸性，气相中的氨分压几乎为零，因此更有利于消除烟气中的氨夹带损失。吸收液和烟气同向并流接触，更有利于提高烟气速度，增强传质速度，减小塔径，减低投资。吸收液以较高的pH值与烟气接触，除硫效率高，而吸收SO2后的吸收液直接落入结晶氧化反应器，其pH值低，有利于氧化和结晶。
当然，本发明的除硫系统可以根据烟气的温度、流量、流速，以及烟气中含硫废气的浓度选择配置一种或多种增强装置例如，增压风机2、水力旋流器3、离心机4、干燥机5、循环泵6、氧化空气鼓风机7、除沫器8。
本发明可以获得含硫酸铵液体、浆体、虑饼，颗粒产品或者晶体产品，其特征在于，硫酸铵液体的含水量不超过80％，硫酸铵浆体的含水量不超过50％，虑饼的湿度小于10％，含硫酸铵颗粒产品的粒度介于0.05～0.5mm之间，硫酸铵晶体的纯度达90～99％。硫酸铵固体产品的含氮量为16～22％，优选18.0～21.2％；含硫量为18.0～24.5％，优选20.0～24.2％。
图1为流程图。
图2为除硫塔结构示意图。
具体实施例方式
参见图1，本发明的方法包括如下步骤含SO2的烟道气，温度为100～200℃，首先进入增压风机2，被送到除硫塔1的顶部烟气进口，与上部进入的吸收液接触，温度进一步降低到50～65℃，然后进入传质构件层，净化洗涤后的烟气从除硫塔中部的出口离开除硫塔，再进入除沫器8，进入烟囱排放；吸收液从除硫塔1顶部进入，从上而下，吸收烟气中的硫氧化物后进入除硫塔1底部的结晶氧化反应器；硫酸铵浆液从除硫塔1底部排出，大部分与补充的除硫剂汇合后循环进入除硫塔1，小部分进入旋流器3，旋流器3顶部含有细颗粒的清夜回流至除硫塔1的结晶氧化反应器，旋流器3底部的浓缩料浆通过离心机4分离出固体，再进一步进入干燥机5，即为成品硫酸铵，离心机分离的液体回流到除硫塔1的结晶氧化反应器；参见图2，所说的除硫塔1包括横截面为圆型或矩型的塔体(101)；设置在塔体(101)顶部的烟气入口(102)；设置在塔体(101)内上部的吸收液分布器(103)；设置在塔体(101)内吸收液分布器(103)下方的传质构件层(104)；设置在塔体(101)内下部的结晶氧化反应器(105)；设置在结晶氧化反应器(105)中的搅拌器(106)；设置在结晶氧化反应器(105)中的氧化空气分布器(107)；设置在塔体(101)上传质构件(104)下方，结晶氧化反应器(105)上方的烟气出口(108)；所说的塔体101的横截面还包括近似圆型，或者近似矩形的形状。
所说的吸收液分布器103包括吸收液主管、支管和喷嘴。
所说的传质构件104为除硫塔的核心。它要求传质面积大，流通空隙大，阻力低，而且还耐腐蚀。
传质构件104选用波纹板规整填料或格栅填料，传质构件(104)的比表面积为5～500m2/m3，空隙率为80～99％。板波纹填料规整填料的材质为聚丙烯、聚氯乙烯或玻璃钢，传质构件层的高度为1～10m，最好为3～5m；所说的结晶氧化反应器具有两个功能，亚硫铵被氧化为硫铵，形成过饱和的硫铵溶液，和硫铵溶液结晶为大颗粒的晶体硫铵；同时结晶氧化反应器内配置有搅拌器装置107，以增强氧化和结晶的速度。
按照本发明优选的技术方案，还配置除沫器8，烟气离开除硫塔后，还夹带有液滴，经过除沫器8分离，使烟气的带沫量小于100mg/Nm3。
实施例1一台220T/h的锅炉，燃用含硫量1.5％的煤，烟道气流量为26万Nm3/hr，SO2含量为3200mg/Nm3，电除尘器为4电场，烟气含尘量为80mg/Nm3，烟气温度为140℃。除硫塔1的直径为6.3m，高为22m，塔体101采用玻璃钢(FRP)制造，平均厚度32mm。其中传质构件104采用格栅填料，面积为65m2/m3，高度为3.5m。
烟气温度135℃，经增压风机送入除硫塔，与吸收液接触，进入传质构件层，循环吸收液流量为1450m3/h。除硫剂采用18％浓度的氨水混合物，流量为2.5m3/h。除硫率为98.5％，尾气中SO2含量为48mg/Nm3。水的加入量控制在11.5m3/hr。
硫铵产量为1730kg/hr，其中硫酸铵含量为98.0％，相当于含氮量为20.9。
实施例2一个670T/h的火力发电机组，即200MW，燃用含硫量在0.8％的煤，烟气流量为80万Nm3/hr，电除尘器为3电场，烟气含尘量为200mg/Nm3，烟气温度为125℃。
除硫塔的直径为10.0m，高为25m，塔体采用玻璃钢(FRP)制造，平均厚度38mm。其中传质层采用波纹板规整填料，面积为60m2/m3，高度为4m。
烟气温度135℃，经增压风机送入除硫塔，与吸收液接触，进入传质构件层，循环吸收液流量为3250m3/h。除硫剂采用99.6％浓度的液化氨，流量为1.26m3/h。除硫率为96.8％，尾气中SO2含量为55mg/Nm3。
水的加入量控制在30m3/hr。
硫铵产量为3000kg/hr，其中硫酸铵含量为97.2％，含氮量为20.65。
权利要求
1.一种排烟除硫塔，其特征在于，包括塔体(101)和设置在塔体(101)顶部的烟气进口(102)。
2.根据权利要求1所述的除硫塔，其特征在于，单个烟气进口(102)在塔体(101)顶部中心设置，或者在顶部偏心设置或在顶部周边设置，或者在顶部任意位置设置不少于两个烟气进口。
3.根据权利要求1或者2所述的除硫塔，其特征在于，烟气在除硫塔内流动，并与喷雾形成的液滴状态的吸收液接触，同时烟气中的硫氧化物被吸收液中携带的除硫剂脱除。
4.根据权利要求3所述的除硫塔，其特征在于，所说的除硫剂选自液化氨，碳酸氢铵，或氨/水混合物，氨在吸收液中的质量比例为0.01～1.0％。
5.根据权利要求3或者4所述的除硫塔，其特征在于，烟气与所说的吸收液的质量流量(千克/小时)比为0.05～0.5。
6.根据权利要求1至5的任何一项所述的除硫塔，其特征在于，烟气在塔内流动过程中被包含除硫剂的吸收液激冷降温，吸收液通过设置在塔体(101)内部的吸收液分布器(103)喷洒成液滴。
7.根据权利要求1至6的任何一项所述的除硫塔，其特征在于，所说的除硫塔还包括设置在塔体(101)下部内的吸收液储槽(105)。
8.根据权利要求1至7的任何一项所述的除硫塔，其特征在于，所说的除硫塔还包括设置在塔体(101)上，吸收液分布器(104)下方，吸收液储槽(105)上方的烟气出口(108)；
9.根据权利要求6所述的除硫塔，其特征在于，所说的吸收液分布器(103)包括吸收液分布主管、分布支管和雾化喷嘴。
10.根据权利要求7所述的除硫塔，其特征在于，所说的吸收液储槽(105)包括有搅拌器(106)和空气分布器(107)。
11.根据权利要求1到10的任意一项所述的除硫塔，其特征在于，所说的塔体(101)的横截面为圆形，近似圆形，矩形，或者近似矩形。
全文摘要
本发明公开了一种排烟除硫装置。本发明使烟气与含除硫剂的吸收液并流向下，在除硫塔底部将氧化过程与结晶过程合二为一，目的是简化除硫塔的结构，降低除硫塔的高度，并变废为宝，获得有益的化工产品。除硫塔采用玻璃纤维增强塑料材料整体制造，防腐蚀性能优良，施工周期短。因而，除硫塔底部称为结晶氧化反应器；高温原料烟道气从除硫塔顶部进，除硫后从中部出，使烟道气温度最高位置在塔的最高处，其余部分的烟气温度小于70摄氏度。除硫塔中烟气和吸收液都从塔顶向下流动，结构简单，烟气处理能力大，除硫效率高，具有较大的工业化前景。
文档编号B01D53/58GK101058054SQ20071011082
公开日2007年10月24日 申请日期2007年6月11日 优先权日2007年6月11日
发明者娄爱华 申请人:娄爱华