专利名称：一种利用烧碱蒸气脱除烟气中二氧化硫的方法
技术领域：
本发明涉及烟气中二氧化硫的处理，尤其是一种利用烧碱生产过程中产生的蒸气
脱除烟气中二氧化硫的方法。
背景技术：
锅式法生产固碱采用铸铁锅，用火直接加热、在常压下蒸发液体碱。液体氢氧化钠
被加热到沸腾，碱液中的水分不断蒸发，碱液浓度和沸点不断升高，当浓度达到标准时，碱
液中大部分水分已被蒸发，变成熔融状态的浓碱，经冷却后即成固体状氢氧化钠。
由于熬制温度较高，产生的水蒸气含有微量的碱。目前对于含微量碱的蒸气，主要
有以下处理途径 (1)蒸气进入预热器用水喷淋，捕集碱液打入配碱槽； (2)蒸气经排气筒直接排出室外，排气筒中的含碱冷凝液经泵送至化盐工序。
以上利用途径虽然回收利用了部分蒸气(冷凝液)，但是还存在一些不足。第(1) 种途径一是消耗大量的水，二是在预冷器中容易结垢，影响预冷器的性能，设备运行过程 中必须经常除垢或更换设备、管件，延长生产周期；第(2)种途径中微量的碱随蒸气排出， 既浪费资源，也会对周围环境造成污染，对生物体有所伤害。 目前固碱生产企业一般使用煤作为燃料。烟气中二氧化硫脱除技术按工艺特点可 分为干法、湿法、半干法三种。以上三种脱硫方法基本原理是采用碱性物质(如Ca(0H)2、 Ca0)吸收二氧化硫。各方法均存在一些缺点
(1)干法脱硫存在的缺点 ①干法脱硫需要使用脱硫剂(如消石灰Ca(0H)2，需要用石灰石经焙烧并加水后才 能获得)，既消耗能源，又增加企业投资； ②干法脱硫主要是通过向含有粉尘和二氧化硫的烟气中喷射熟石灰干粉来反应， 由于反应活性小， 一般如在单选用吸收剂的情况下，脱硫效率只有50%左右，加入经特殊制 备的反应助剂也只能提高效率到90%，当燃料含硫量比较高时，脱硫效率有时达不到脱硫 要求。 (2)湿法烟气脱硫缺点 ①需要补充新鲜水，并存在废水的二次污染问题；
②由于水份蒸发或石膏晶体析出等造成设备结垢； ③烟气温度低，不利于扩散，需要二次加热，导致能源耗费和投资增加； ④自动化要求比较高、工艺较复杂、吸收剂的用量难以控制、占地面积和投资较
大； (3)半干法脱硫工艺缺点 ①吸收塔内固体沉积，容器和管道易堵塞； ②喷雾器磨损； ③烟道和除尘器的腐蚀；
④除尘器压降增加。 综观各方法，其设备结构复杂，运行费用高，污染物有时不能达标排放，造成二次 污染等，与我国实现经济和环境和谐发展的大政方针不相适应。在国家倡导节约能源和减 少环境有害物排放的今天，要实现"十一五"期间单位国内生产总值能耗降低20%、主要污 染物排放总量减少10%的总体目标，解决生产固碱过程中脱除烟气中二氧化硫是企业生存 发展的当务之急。
发明内容
针对现有固碱生产企业蒸气回收利用及脱硫中存在的问题，本发明的目的在于提 供一种利用烧碱蒸气脱除烟气中二氧化硫的方法。该方法吸取现有各种脱硫方法的优点， 利用固碱生产过程中产生的蒸气脱除烟气中二氧化硫，一方面减少蒸气排放，降低了微量 碱对周围环境的影响，另一方面可对烟气脱硫。实施该方法的设备结构简单、脱硫效果好、 节约能源，符合国家产业政策。该方法对颗粒物亦有一定的去除效果。
本发明的目的通过以下措施来实现 —种利用烧碱蒸气脱除燃烧烟气中二氧化硫的方法，其步骤是
(a)管道中的燃烧烟气与管道中烧碱蒸气在混合烟道内混合； (b)燃烧烟气中的烟尘颗粒表面覆盖烧碱蒸气，烧碱蒸气发生相变。颗粒表面覆盖 液膜，粒径增大、质量增加； (c)在混合烟道内，烧碱蒸气中的微量碱随蒸气附着到颗粒表面，形成碱性液膜，
燃烧烟气中的二氧化硫与液膜接触，发生反应。反应式如下
H2S03+2Na0H = Na2S03+2H20
2Na2S03+02 = 2Na2S04 (d)烟气中的二氧化硫与颗粒表面的液膜接触，烧碱反应过程中生成的固体物质 化2503、化2504，与烟气中的颗粒物一起经过沉降室和旋风除尘器被去除，除尘后的烟气经引 风机送往烟闺排放。 本发明的优点和产生的有益效果是 (1)本发明采用烧碱蒸气与烟气直接混合脱除二氧化硫，独特地设计出以废治废 的技术路线，脱硫效率高，整套脱硫除尘系统简单，无复杂工序和设备，便于操作，系统阻力 小，脱硫除尘成本大幅度降低； (2)烟气中的烟尘颗粒起到凝结核的作用，烧碱蒸气以颗粒表面为依托，发生相 变，颗粒由于表面覆盖液膜，粒径增大、质量增加，增大了惯性碰撞去除的几率，混合后生成 的固体物质和颗粒物经过沉降室和旋风除尘器去除。 (3)蒸气与烟气混合接触，烟气中的二氧化硫和颗粒物表面液膜接触反应，避免了 湿法耗水量大、干法脱硫效率低、半干法易结垢的缺点。蒸气温度较高，混合反应后的烟气 烟囱出口温度高，避免烟气温度低而不利于扩散；
图l是本发明是装置示意图。图中；l-烟气管道；2_蒸气进气管；3_混合烟道；4-沉降室；5-旋风除尘器；6-引风机；7-烟囱。图2是图1中混合管道A-A截面图。图中烟气进气管管径Dg;蒸气进气管管径Dis;混合烟道直径Dm。
具体实施例方式
图l是实施本发明的装置。在实际应用中，本发明烟气流速12.7m/s，选择旋风 除尘器5为XLP/A 4. 2、 Y型，广州巨帮环保设备有限公司生产，旋风除尘器5外表面要 刷一层红丹、内表面要做好防腐和耐热；整个系统压力损失约为2000Pa ;选择引风机6为 C4-68 N2 3. 15C，青岛风机厂有限公司生产；沉降室4采用麻石材料制作，管径1. 0m。
下面，结合附图以工程实例对发明再作进一步的说明 烧碱蒸气脱除烟气中二氧化硫的方法分四步进行，具体工艺流程如图1所示。
(1)含碱蒸气与燃烧烟气混合 燃烧烟气由烟气管道1进入，烟气管道1内径Dg = 220mm，烟气流速12. 7m/s，此时 烟气流速较大，烟气中的颗粒物不易在管道中沉降，保证了管道运行的安全和耐用；烧碱蒸 气由蒸气进气管道2进入，蒸气进气管道2内径Dis = 40mm，蒸气流速50m/s，蒸气含碱量 为7. 1%。。烟气和含碱蒸气在图2所示混合烟道3内混合。蒸气进气管道2中心偏离混合 管道3中心一定距离，由于蒸气速度较高，当蒸气进入混合烟道3后，对烟气产生很大冲击， 并能形成负压，烟气被蒸气巻吸，能够使烟气在混合烟道3围绕中心呈螺旋状旋转，在混合 管道3内形成强烈的湍流；旋转中烧碱蒸气和烟气混合均匀。 [OOM] (2)颗粒增湿、长大 烧碱蒸气与烟气中的烟尘颗粒在混合烟道3接触，烟气湿度增大，在烟尘颗粒表 面形成碱性液膜。吸附水蒸气的颗粒物速度降低、粒径增大、质量增加，增大了惯性碰撞几 率的水蒸气颗粒物速度降低。 (3)燃烧烟气中的二氧化硫与颗粒表面液膜中的微量碱接触反应 混合后的混合烟道3内径为Dm = 550mm，混合后的烟气流速2m/s 。在混合烟道3
内。液膜中的氢氧化钠(NaOH)与二氧化硫(S02)反应，将大部分二氧化硫(S02)反应，生成
的亚硫酸钠(Na2S03)物质部分经烟气中的富余氧气氧化成硫酸钠(Na2S04)。 (4)烟气二氧化硫与烧碱反应过程中生成的固体物质Na2S03、 Na2S04，与烟气中的颗
粒物一起经过沉降室4和旋风除尘器5被去除，除尘后的烟气经引风机6送往烟囱7排放。
按企业每吨片碱耗煤量为351. 65kg，煤质含硫量为0. 68 % ，根据理论计算，可完 全去除煤中的硫(假设全部生成二氧化硫)，仅需要消耗氢氧化钠5.98kg。燃煤产生的烟 尘和二氧化硫浓度分别为1833. 4mg/m3、597. 8mg/m3。采用本发明除尘效率为90%，脱硫效 率为80%，污染物的排放浓度为183. 3mg/m3和119. 5mg/m3。符合国家污染物排放标准。
权利要求
一种利用烧碱蒸气脱除烟气中二氧化硫的方法，其步骤是(a)管道(1)中的烟气与管道(2)中烧碱蒸气在混合烟道(3)内混合；(b)烟气中的烟尘颗粒表面覆盖烧碱蒸气，烧碱蒸气发生相变，颗粒表面覆盖液膜，粒径增大、质量增加；(c)在混合烟道(3)内，烟气中的二氧化硫与颗粒表面的液膜接触，发生反应，反应式如下H2SO3+2NaOH＝Na2SO3+2H2O2Na2SO3+O2＝2Na2SO4(d)烟气中的二氧化硫与颗粒表面的液膜接触，烧碱反应过程中生成的固体物质Na2SO3、Na2SO4，与烟气中的颗粒物一起经过沉降室(4)和旋风除尘器(5)被去除，除尘后的烟气经引风机(6)送往烟囱(7)排放。F2009101177578C00011.tif
全文摘要
本发明涉及一种利用烧碱蒸气脱除烟气中二氧化硫的方法。其步骤是(a)管道中烧碱蒸气与烟气管道中烟气在混合烟道内混合；(b)烟气中的烟尘颗粒表面覆盖烧碱蒸气，烧碱蒸气发生相变，颗粒表面覆盖液膜，粒径增大、质量增加；(c)在混合烟道内，液膜中的微量碱和烟气中的二氧化硫接触反应；(d)烟气二氧化硫与烧碱反应过程中生成的固体物质Na2SO3、Na2SO4，与烟气中的颗粒物一起经过沉降室和旋风除尘器被去除，除尘后的烟气经引风机送往烟囱排放。本发明克服了现有烧碱生产产生的蒸气和烟气处理技术的不足，独特地设计出以废治废的技术路线，脱硫效率高，整套脱硫除尘系统简单，无复杂工序和设备，便于操作，系统阻力小，脱硫除尘成本大幅度降低。
文档编号B01D53/76GK101708411SQ20091011775
公开日2010年5月19日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者刘威, 周炜, 张有贤 申请人:兰州大学