锅炉烟气碱渣湿法脱硫装置的制作方法

本发明涉及锅炉烟气处理领域，尤其涉及一种锅炉烟气碱渣湿法脱硫装置。

背景技术：

目前，我国的电厂锅炉和普通工业锅炉均以燃煤为主，排入大气中影响大气环境，甚至在一些地区形成酸雨，危害人类健康和动植物生长。现在国内的脱硫方法多采用湿式脱硫，脱硫剂多采用石灰石和氢氧化钙等，但投资成本太大，许多工厂积极性不高，所以必须开发一种较为廉价的脱硫剂。

碱渣俗称白泥，是指工业生产中制碱或碱处理过程中排放的碱性废渣。碱渣主要矿物成分是粒状结晶不良的CaCO₃，其粒径通常为2～5μm，集合体直径为10μm左右，而其聚集直径则达15～25μm。因此，碱渣是一种孔隙大、颗粒细的固体废料。碱渣主要成分是CaCO₃，而其粒径远远小于现行烟气脱硫的石灰石的粒径，物理特性优于石灰石，因此可代替石灰石用作烟气脱硫剂。而碱渣脱硫后的排放物为化学性质稳定的硫酸钙和亚硫酸钙，可与锅炉炉渣一起排放，不会影响灰渣的处理。

一般的企业工厂所采用锅炉烟气脱硫装置需外购脱硫剂，且得到的副产品为渣液或半成品，需要另行加工处理后成为成品。

技术实现要素：

有鉴于此，为克服现有技术的不足，有必要提供一种锅炉烟气碱渣湿法脱硫装置，其整合碱渣排放处理、锅炉烟气脱硫及脱硫副产品处理，为锅炉烟气碱渣湿法脱硫提供一套完整的处理系统。

本发明的技术方案为：一种锅炉烟气碱渣湿法脱硫装置，包括吸收液供应系统、脱硫系统及石膏脱水系统；所述吸收液供应系统包括将碱渣加水进行搅拌制浆的制浆机(1)、储存碱渣浆液的碱渣浆液池(2)以及从所述碱渣浆液池中向所述脱硫系统输送碱渣浆液的碱渣浆液泵(3)；所述脱硫系统包括吸收塔(4)、吸收液循环泵(8)、侧进式搅拌器(9)及氧化风机(10)，所述吸收塔(4)内设有喷淋层(5)、除雾器(6)及氧化浆池(7)，锅炉烟气从所述吸收塔(4)的下部侧向进入自下而上经过输送喷淋层(5)和所述除雾器(6)后从所述吸收塔(4)排出，所述氧化浆池(7)设置在所述吸收塔(4)的底部，所述吸收液循环泵(8)将所述氧化浆池(7)内的吸收液循环至所述喷淋层(5)，所述侧进式搅拌器(9)侧向搅拌所述氧化浆池(7)，所述氧化风机(10)；所述石膏脱水系统依次包括石膏排出泵(11)、石膏旋流器(12)、真空皮带脱水机(13)及石膏库(14)，所述石膏排出泵(11)设置在所述氧化浆池(7)底部的出口。

作为优选地，所述碱渣浆液池(2)采用混凝土内衬玻璃鳞片结构，所述碱渣浆液池(2)的容量大于或等于所述锅炉烟气碱渣湿法脱硫装置中碱渣浆液8小时的耗量。

作为优选地，所述吸收液供应系统中设有3台碱渣浆液泵(3)，其中1台所述碱渣浆液泵(3)备用，所述碱渣浆液泵(3)的叶轮由防腐耐磨的合金材料制成。

作为优选地，所述吸收塔(4)为带有玻璃鳞片树脂涂层的钢制塔体。

作为优选地，所述脱硫系统中设置3层所述喷淋层(5)及分别3层所述喷淋层(5)对应的3台所述循环泵(8)，所述喷淋层(5)采用玻璃钢浆液喷淋管。

作为优选地，所述除雾器(6)包括两层人字形除雾器及三层冲洗水。

作为优选地，所述吸收塔(4)的侧面开孔安装氧化空气管道，所述吸收塔(4)内安装与所述氧化风机(10)相连的氧化喷枪，所述氧化风机(10)采用罗茨风机，所述氧化风机(10)上装有消声器和冷却器且设置有隔音罩。

作为优选地，每座所述吸收塔(4)设置2台100％容量的所述石膏排出泵(11)，其中1台所述石膏排出泵(11)备用，所述石膏排出泵(11)为耐磨合金钢材质。

作为优选地，所述石膏旋流器(12)的上清液一部分返回所述吸收塔(4)，另一部分进入废水旋流器，所述真空皮带脱水机(13)的滤出液返回所述吸收塔(4)或者进入所述吸收液供应系统中。

本发明的有益效果是：(1)本发明的锅炉烟气碱渣湿法脱硫装置，其整合碱渣排放处理、锅炉烟气脱硫及脱硫副产品处理，为锅炉烟气碱渣湿法脱硫提供一套完整的处理系统，适用于制碱、使用锅炉的大型化工企业，充分利用制碱所产生的无法处理的碱渣，减少运行成本，使用碱渣脱硫既节省了氨水消耗，又处理了废渣，达到既满足国家环保要求又节省运行费用的目的；(2)本发明的锅炉烟气碱渣湿法脱硫装置采用塔内氧化的方式，在脱硫塔内就通过侧向搅拌器系统将空气破碎为微细的气泡，大大地强化了接触表面，并提升了接触时间，从而明显的提高了硫酸钙的氧化率，增加了副产品的收率；(3)本发明的锅炉烟气碱渣湿法脱硫装置将吸收塔排出的渣液进行浓缩、脱水处理，直接得到副产品石膏。

【附图说明】

图1为本发明的优选实施例所提供的锅炉烟气碱渣湿法脱硫装置的结构示意图。

图2为图1中的吸收塔的结构示意图。

图3为图1中的吸收塔的另一角度的结构示意图。

【具体实施方式】

为更好地理解本发明，以下将结合附图和具体实例对发明进行详细的说明。

本发明涉及烟气碱渣湿法脱硫装置，利用碱渣作烟气脱硫剂，不仅可以降低脱硫的成本，又可以降低SO₂废气和碱渣对环境的污染，其整合碱渣排放处理、锅炉烟气脱硫及脱硫副产品处理，为锅炉烟气碱渣湿法脱硫提供一套完整的处理系统，适用于制碱与热电配套的大型化工企业。

首先，对碱渣湿法反应原理进行说明。烟气大面积与含碱渣浆液接触，使烟气中的SO₂溶解于水并与碱渣浆液反应生成亚硫酸氢钙(Ca(HSO₃)₂),在鼓入大量空气条件下，使亚硫酸氢钙(Ca(HSO₃)₂)氧化生成二水石膏(CaSO₄·2H₂O)，从而达到降低烟气中SO₂含量的目的，该吸收脱硫过程发生的化学反应如下：

CaCO₃+SO₂+H₂O→Ca(HSO₃)₂+CO₂ (1)

Ca(HSO₃)₂+O₂+CaCO₃+3H₂O→2CaSO₄·2H₂O+CO₂ (2)

本发明的锅炉烟气碱渣湿法脱硫装置包括吸收液供应系统、脱硫系统及石膏脱水系统。吸收液供应系统将碱渣加水制浆并输入脱硫系统中，为脱硫系统提供吸收液。脱硫系统去除锅炉烟气中的二氧化硫，得到可排放的烟气。石膏脱水系统将脱硫系统脱硫后的渣液进行脱水处理，得到石膏副产品。

请参阅图1，在本发明优选实施例的锅炉烟气碱渣湿法脱硫装置中，吸收液供应系统包括制浆机1、碱渣浆液池2、碱渣浆液泵3；脱硫系统包括吸收塔4，吸收塔4内设有喷淋层5、除雾器6及氧化浆池7，脱硫系统还包括为氧化浆池7服务的吸收液循环泵8、侧进式搅拌器9及氧化风机10；石膏脱水系统包括石膏排出泵11、石膏旋流器12、真空皮带脱水机13、石膏库14。

在吸收液供应系统中，制浆机1将制碱过程中蒸吸装置所产生的碱渣加水进行搅拌制浆，制成碱渣浆液后储存于碱渣浆液池2中，可通过碱渣浆液泵3输送至脱硫系统中作为脱硫剂使用。制浆机1中的浆液搅拌器采用碳钢衬胶材质。

碱渣浆液池2按碱渣浆液8h的耗量设计(碱渣浆液2的容量不小于碱渣浆液8小时的耗量)，其采用混凝土内衬玻璃鳞片防腐，保证碱渣浆液池2的使用寿命。在本实施例中所采用的碱渣的CaCO₃含量为17％，碱渣浆液池2中碱渣浆液的浓度为20％。

请结合参阅图2和图3，在吸收液供应系统中，设有3台碱渣浆液泵3(其中1台备用)，碱渣浆液泵3作为白泥浆液供应的动力，为脱硫系统提供新鲜的碱渣溶液。碱渣浆液泵3的叶轮由防腐耐磨的合金材料制成。脱硫系统包括吸收塔4，吸收塔4内设有喷淋层5、除雾器6及氧化浆池7。锅炉烟气从吸收塔4下部侧向进入，自下而上经过喷淋层5和除雾器6后从脱硫塔4中排出。

吸收塔4为带有玻璃鳞片树脂涂层的钢制塔体，其采用空塔喷淋结构，处理大烟气量时，塔内件少，阻力小，运行稳定性高。

喷淋层5脱硫塔下部设计有三层浆液喷淋层，吸收液经吸收液循环泵8加压后，从喷淋层5上分布的喷嘴高速喷出，形成大量的大比表面积的脱硫雾滴。本脱硫系统中设置3层喷淋层5及3台循环泵8，循环泵8按照单元制设置。喷淋层5采用玻璃钢(FRP)浆液喷淋管。

除雾器6为三层屋脊式除雾器，由两层人字形除雾器及三层冲洗水组成，其中第一级除雾器为粗除雾，第二级除雾器为精除雾。

氧化浆池7设置于吸收塔4的下部，盛接吸收塔4内落下的液体。氧化浆池7其采用混凝土内衬玻璃鳞片防腐，保证使用寿命。氧化浆池7中吸收液成分比较复杂，是由CaSO₃/Ca(HSO₃)₂组成的复合离子溶液体系，其中的亚硫酸钙是吸收SO₂的主要成分。

吸收液循环泵8为吸收塔提供大流量的吸收剂，保证气液两相充分接触，提高SO₂的吸收效率。吸收塔4设3台吸收液循环泵8，吸收液循环泵8为离心泵(无堵塞)，叶轮由防腐耐磨的合金钢材料制成，能适于浆液腐蚀及耐磨要求。

为防止塔内浆液沉积，在吸收塔4底部设有6台侧进式搅拌器9，对浆液进行搅拌，使浆液保持混流状态，保证浆液对二氧化硫的吸收和反应能力，同时保证亚硫酸钙的良好的氧化效果。侧进式搅拌器9的叶片采用耐磨合金材质制成。

吸收塔4设有3台100％容量的氧化风机10，其中一台备用，为吸收塔4内提供无油氧化空气，保证完全氧化。吸收塔4的侧面开孔安装氧化空气管道，吸收塔4内安装与氧化风机相连的氧化喷枪，注入的空气与塔内浆液发生充分的氧化反应。氧化风机10采用罗茨风机，将亚硫酸钙氧化为硫酸钙。在氧化浆池7生成石膏的过程中采取强制氧化，设置氧化风机10将浆液中未氧化的HSO₃^-和SO₃²-氧化成SO₄^2-。罗茨风机的流量考虑10％余量，压力考虑管道阻力及液面阻力后留有10％的余量。氧化风机10上装有消声器和冷却器，并且设置隔音罩，在离设备外壳1米外噪声应在85dB(A)以下。氧化风机在设计工作压力下，流量误差不大于1％。氧化风机的转动部件经过严格的静平衡实验。脱硫系统中设3台氧化风机10，其中2台运行，剩余的1台备用。

在上述脱硫系统中，从锅炉引风机来的原烟气从下部进入吸收塔4，在吸收塔4内自下而上经过3层喷淋层5，与含新鲜碱渣溶液的循环液逆流充分接触反应脱除SO₂，脱硫后的净烟气再经过经两层屋脊式除雾器6除雾，达标后经过塔顶直排湿烟囱排至大气。氧化浆池7中氧化后生成的硫酸钙通过石膏排出泵11排出，进入后续的石膏脱水系统。根据规范要求，在烟道上设置相应的仪表测量及烟气分析采样测试接口，满足原烟气和净烟气的广泛范围内的检测需要。

在石膏脱水系统中，对应每座吸收塔4设置2台100％容量的石膏排出泵11，其中1台备用。

氧化浆池7底部的石膏浆液经由石膏排出泵11排出吸收塔4后进入石膏旋流器12浓缩，浓缩后的石膏浆液再经过真空皮带脱水机13脱水，脱水的同时对石膏进行冲洗，以满足石膏综合利用的品质要求，脱水后石膏含水量小于15％(wt)，进入石膏库14贮存。石膏排出泵11为耐磨合金钢材质。

在石膏脱水系统中，石膏旋流器12的上清液一部分返回吸收塔4，一部分进入废水旋流器。真空皮带脱水机13的滤出液返回吸收塔4作为补充水，以维持吸收塔4内的液面平衡，或者进入吸收液供应系统中。

以下分别以480000Nm³/h锅炉和800000Nm³/h锅炉的烟气脱硫为例，说明石膏旋流器12和真空皮带脱水机13的参数。

表1 480000Nm³/h锅炉烟气量脱硫系统配套石膏旋流器参数

表2 800000Nm³/h锅炉烟气量脱硫系统配套石膏旋流器参数

表3 480000Nm³/h锅炉烟气量脱硫系统配套真空皮带脱水机参数

表4 800000Nm³/h锅炉烟气量脱硫系统配套真空皮带脱水机参数

本套装置采用碱渣石膏法脱硫设计，整个吸收塔设计可以满足2000Pa的风压要求。

由于脱硫浆液腐蚀性比较大，在保证工艺流程安、稳、长、满、优运转的前提下，管道设计时充分考虑工作介质对管道系统的腐蚀与磨损，选用恰当的管材和阀门：浆液管道阀门要求为碳钢衬胶材质或耐磨合金材质，工艺水管采用碳钢材质。

以下将对本发明的锅炉烟气碱渣湿法脱硫装置的工作过程进行详细地阐述，具体如下：

首先，将从制碱过程产生的碱渣输送到制浆机1中进行制浆，为锅炉烟气脱硫脱硫储备脱硫剂。制备好的碱渣浆液储存在碱渣浆液池2中，并可通过碱渣浆液泵2输送到脱硫系统中。

从锅炉的引风机送来的烟气从下部进入吸收塔4，在脱硫塔4内烟气逆流而上，与自上而下的喷淋层5喷出的吸收液充分的接触，脱硫后的净烟气温度达到～60℃。吸收塔4下部设计有三层浆液喷淋层，吸收液经循环泵加压后，从喷淋层5上分布的喷嘴高速喷出，形成大量的大比表面积的脱硫雾滴。一方面，自下而上的烟气与自上而下的吸收液雾滴接触，发生强烈紊流作用，气、液两相进行充分传质传热，烟气中的SO₂被大量吸收。另一方面，每个喷嘴产生的圆锥形雾滴之间相互部分重叠，三层喷淋层5产生的喷淋雾锥对吸收塔4的截面的覆盖率可以达到200％以上。因此，烟气与吸收液有极高的反应概率。以上措施确保脱硫塔对烟气的脱硫效率可以达到95％以上，使净烟气能达标排放。三层喷淋层各对应一个循环浆液泵，在一般情况(锅炉60％负荷)循环浆液泵两用一备，当锅炉负荷增加至80％或者含硫量突然增加，可以三台循环泵同时工作。喷淋层上方是两层屋脊式除雾器，通过惯性力将烟气中的小液滴捕捉下来。净烟气经过除雾器，通过塔顶的直排烟囱排放至大气中。

氧化浆池7中吸收液成分比较复杂，是由CaSO₃/Ca(HSO₃)₂组成的复合离子溶液体系，其中的亚硫酸钙是吸收SO₂的主要成分。在氧化浆池7设置侧搅拌，一方面通过侧搅拌器9带动的水流将氧化空气切碎，对池底的CaSO₃浆液进行氧化，最终生成硫酸钙。由于不断吸收SO₂，吸收塔4的塔底循环液中硫酸钙的浓度逐步增大，故在吸收液循环泵排出管线上设置支路，将硫酸钙溶液排出塔外。

硫酸钙溶液经过石膏排出泵11排出，进入后续的石膏脱水系统。经过石膏旋流器12浓缩后，石膏浆液再经过真空皮带脱水机13脱水，得到石膏含水量小于15％(wt)，进入石膏库14贮存，得到石膏副产品。

与现有技术相比，本发明的烟气碱渣湿法脱硫装置至少具有以下特点和创新：

(1)本发明的锅炉烟气碱渣湿法脱硫装置，其整合碱渣排放处理、锅炉烟气脱硫及脱硫副产品处理，为锅炉烟气碱渣湿法脱硫提供一套完整的处理系统，适用于制碱、使用锅炉的大型化工企业，充分利用制碱所产生的无法处理的碱渣，减少运行成本，使用碱渣脱硫既节省了氨水消耗，又处理了废渣，达到既满足国家环保要求又节省运行费用的目的；

(2)本发明的锅炉烟气碱渣湿法脱硫装置采用塔内氧化的方式，在脱硫塔内就通过侧向搅拌器系统将空气破碎为微细的气泡，大大地强化了接触表面，并提升了接触时间，从而明显的提高了硫酸钙的氧化率，增加了副产品的收率；

(3)本发明的锅炉烟气碱渣湿法脱硫装置将吸收塔排出的渣液进行浓缩、脱水处理，直接得到副产品石膏。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。