一种烟气脱二氧化硫方法及装置与流程

本发明涉及烟气脱硫领域，具体的说，是涉及一种烟气脱二氧化硫方法及装置。

背景技术：

目前，我国大型燃煤电厂烟气脱硫工艺超过90％采用石灰石-石膏湿法。石灰石-石膏湿法也是世界范围技术最为成熟、应用业绩最广的脱硫工艺。但由于各种原因，该工艺在我国大型燃煤电厂的应用出现大量腐蚀、磨损、结垢严重、堵塞、高能耗等问题。特别是我国新的《火电厂大气污染物排放标准》(gb13223-2011)执行以来，要求火电厂达到世界最严的排放限值。“超净排放”目标更进一步增加了烟气脱硫、烟尘排放的治理难度。这些新标准、目标为采用石灰石-石膏湿法脱硫带来前所未有的挑战，使火电厂新一轮改造不断增加新的措施、诸如串联双塔、湿式静电除尘等等，电厂以“不计代价、不惜成本”的方式加以应对。

目前，国内外的烟气脱硫技术比较多，目前石灰石-石膏法是主流工艺，但存在诸多问题，工程应用中的脱硫塔大多为空塔喷淋，还有一小部分填料塔，然而空塔喷淋效率偏低；而填料塔存在易于结垢堵塞等问题出现。在越来越高的环保形势下，石灰石-石膏湿法脱硫原有的技术经济优势已不复存在。迫切需要研究探讨更具优势的新工艺。双碱法目前基本上用于小机组脱硫，由于吸收液再生时分离效果不佳，易于形成caso3容易结垢，使得使用填料塔等高效塔容易堵塞。海水脱硫通过控制ph值基本没有积垢情况发生，而且经济上运行经济合理，但目前该技术对内陆地区的大型燃煤电厂尚不适用。

焦炉气体脱硫有两段法相关工艺报道，焦炉气主要成分为h2，ch4，co，h2s，nh3等，其整体是还原性氛围，氧含量0.3％～0.8％，其脱硫指的是脱除其中的h2s。除了少量要脱除的污染物外基本都是目标产品，属于有明显经济效益的较为洁净的气体处理方法，基本不需要考虑结垢等问题，其负荷控制及结构设计也相对较宽松，采用传统的塔型或进行较简单的分段可以实现。对于燃煤电厂高含尘量高结垢倾向的工况并不适用。针对目前常规的电厂烟气脱硫工艺结垢严重的问题，如何在避免结垢的同时维持整体较高的负荷，有效去除大流量废气中的二氧化硫，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种烟气脱二氧化硫方法；该方法使用钠基脱二氧化硫吸收液进行烟气脱二氧化硫；

本发明的另一目的在于提供一种烟气脱二氧化硫装置。

为达上述目的，一方面，本发明提供了一种烟气脱二氧化硫方法，其中，所述方法包括使用吸收塔对烟气进行吸收脱二氧化硫，所述吸收塔自上而下分为第一吸收段和第二吸收段，所述烟气从吸收塔中自下而上流通，并顺序经过第二吸收段和第一吸收段；使用氢氧化钠水溶液作为第一吸收段的吸收液并在第一吸收段对烟气进行吸收后得到第一段吸收液，第一段吸收液进入第二吸收段继续对烟气进行吸收得到第二段吸收液，第二段吸收液由吸收塔底部引出吸收塔，并经过再生处理分离出清液部分和固体部分，清液部分由第二吸收段处送回吸收塔中作为第二段吸收的吸收液，并与进入第二吸收段的第一段吸收液混合后吸收烟气，然后由吸收塔底部引出再进行再生处理以循环利用；所述固体部分经过氧化脱水制备石膏。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述氢氧化钠的质量浓度大于15％；优选为20-30％。

根据本发明一些具体实施方案，其中，第一段吸收液流量可控的进入第二吸收段继续对烟气进行吸收得到第二段吸收液。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述再生处理所使用的再生剂为钙离子再生剂；优选所述再生剂选自氢氧化钙、氧化钙中的一种或多种的组合；优选第二段吸收液由吸收塔底部引出吸收塔后，是先在再生剂的存在下进行再生处理，然后经过再生处理的吸收液经过分离器分离得到清液部分和固体部分。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述固体部分是在高湍流氧化器中进行氧化。

另一方面，本发明还提供了一种烟气脱二氧化硫装置，其中，所述装置包括顺序串联的吸收塔(1)、吸收液再生系统2、氧化装置3和脱水装置4。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述吸收塔1为两段式吸收塔，自上而下分为相互连通的第一吸收段13和第二吸收段14，所述吸收塔包括设置在第二吸收段底部的烟气进气口11、设置在吸收塔顶部的排气口12和设置在吸收塔底部的排液口15，并在每一吸收段的顶部分别设置喷淋装置131、141；优选在第一吸收段顶部还设置除雾装置132；优选在第一吸收段底部或第二吸收段顶部或第一吸收段和第二吸收段交界处设置液体收集再分布装置133。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述吸收液再生系统2包括串联的混合装置21和分离装置22，所述混合装置21与吸收塔的排液口15连接，所述分离装置22与氧化装置3连接。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述混合装置21和分离装置22为一体式设计。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述分离装置为一台分离器或者至少两台分离器组成的分离器组，所述分离器包括进料口221、再生液出口222和固体出口223，所述进料口与混合装置连接，所述再生液出口与吸收塔连接，所述固体出口与氧化装置连接。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述分离装置为2-8台分离器组成的分离器组。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述分离器组为2-8台分离器串联组成的分离器组，其中第一台的进料口与混合装置连接，最后一台的再生液出口与吸收塔连接，中间按照前一台的再生液出口与后一台的进料口连接的方式进行连接，第一台的固体出口与氧化装置连接，其余的固体出口汇聚后与第一台的进料口连接。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述分离器组为2台分离器。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述分离器组为2-8台分离器串联组成的分离器组，其中第一台的进料口与混合装置连接、再生液出口与吸收塔连接，其余的照前一台的固体出口与后一台的进料口连接的方式进行连接，最后一台的固体出口与氧化装置连接，其余的再生液出口汇聚后与第一台的进料口连接。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述分离器组为2台分离器。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述分离器组为2-8台分离器并联组成的分离器组，其中每台的进料口分别与混合装置连接，每台的固体出口分别与氧化装置连接，每台的再生液出口与吸收塔连接。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述分离器组分为顺序连接的两组，每组包括1-4个分离器，其中第一组的各分离器的进料口与混合装置连接，再生液出口汇集后与第二组的各分离器的进料口连接，第二组的各分离器的再生液出口汇集后与吸收塔连接；第一组和第二组的各分离器的固体出口汇集后与氧化装置连接。

根据本发明一些具体实施方案，其中，第一组包括1个或4个分离器，第二组包括4个分离器。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述脱二氧化硫装置还包括泵5，所述泵5分别连接吸收塔1和再生系统2。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述泵分别连接吸收塔1的排液口15和再生系统2的混合器。

本发明的装置，充分利用和发挥了双碱法脱二氧化硫“干净”的吸收塔及烟气系统的优点和海水法脱二氧化硫填料塔成功应用的优点，改进了“混合再生”、“分离”、“氧化”、系统与装置，在合理投资和运行费用前提下，实现so2、烟尘超净排放目标。传统工艺中吸收液再生-氧化是一体的，caso3氧化为石膏时，na2so3被大量氧化，影响石膏品质。

本发明一方面基于吸收液高效混合再生技术，使得吸收液与置换浆液高效充分混合反应后，将caso3通过高效分离器富集并在高湍流反应器中进行强制氧化，提高石膏品质的同时减少系统结垢。

本发明另一方面采用分区式填料塔，塔内最大限度的采用较便宜的防腐材料和轻质填料。吸收液在非结垢区域以高浓度运行，高ph区域采用新吸收液，避免结垢；易结垢区域采低负荷低ph运行，大量使用再生吸收液，降低成本；脱二氧化硫的最后阶段，通过较高浓度新鲜碱液来实现末端吸收，获得99％以上的去除率。

根据本发明一些具体实施方案，其中，在第一吸收段顶部还设置除雾装置132。

根据本发明一些具体实施方案，其中，在第一吸收段底部设置液体收集再分布装置133。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述吸收液再生系统2包括串联的混合装置21和分离装置22，所述混合装置21与吸收塔的排液口15连接，所述分离装置22与氧化装置3连接。

基于多相流高效静态混合技术，使得吸收液与置换浆液高效充分混合反应再生。混合器采用光滑的内壁面，在混合器内部设置多个导流板，并选取流速范围15-25m/s，来实现其内部流体雷诺数不低于10⁵量级的要求，从而实现高效的混合，并通过颗粒的剧烈冲刷来抵消设备结垢倾向。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述脱二氧化硫装置还包括泵5，所述泵5分别连接吸收塔1和再生系统2；优选所述泵分别连接吸收塔1的排液口15和再生系统2的混合器。

本发明所述氧化装置3可以为本领域常规使用的氧化装置，而根据本发明一些具体实施方案，其中，所述氧化装置3为高湍流氧化器，其特征是内部流体雷诺数不低于10⁵，并通过强烈搅拌或设置多个导流板来实现。

亚硫酸钙氧化过程在高湍流氧化器中单独进行，通过在脱二氧化硫前段设置全封闭的管路系统，减少空气的进入，使得钠基脱二氧化硫更易于在抑制氧化状态下进行(非石膏结晶段)，药剂补充成本降低。

结合本发明所述的设备，本发明的方法可以更具体为：

钠基吸收液在吸收塔内与原烟气接触，吸收脱除烟气中的so2，生成以naso3为主的吸收液。吸收液自塔内排出，进入混合器，与加入的ca(oh)2置换再生，浆液经高效分离器将caso3浓缩分离，置换后的naso3浆液返回吸收塔重复吸收利用，caso3浆液进入氧化装置，充分氧化为caso4，进一步脱水处理。

吸收过程第一阶段采用较高浓度碱液进行高负荷快速吸收，吸收液进第二段，新补充naoh全部进第一段，可以在接近饱和浓度下运行而不结垢；第二阶段采用较强缓冲能力的吸收液从一段填料塔过来的吸收液已经过缓冲，通过系统内维持一定的hco^3-浓度，易于实现平稳控制。第一阶段高负荷(负荷提高1.5-5倍)；naoh溶液补充量(补充被氧化的na2so3)通过将第一段底部ph控制在9-10之间确定，从而与第二阶段再生液损耗量形成平衡；第二阶段控制在海水脱二氧化硫负荷的200％以内。

混合再生装置。基于多相流高效分离技术，使得吸收液再生时，在分离器中进行，随着液相的流动，caso3逐步形成，在管道混合器中基本完成化学反应；随后进入分离器，随着反应的进行，沉淀物絮体随着水流逐渐长大，并在分离器出口获得最大颗粒和最大浓度，并最终在出渣口排出，颗粒沉淀的过程与分离过程一体化耦合进行。溢流液返回补充吸收液，底流液(或经二次浓缩后)进氧化器。

亚硫酸钙氧化过程在高湍流氧化器中单独进行，大大减少了亚硫酸钠的氧化，有助于获得较高的石膏品质，同时降低了吸收液损耗。通过在该静态混合氧化装置通入氧化空气，强制caso3成为caso4。同时该系统具有抑制氧化作用，利于降低药耗，小锅炉烟气中氧含量一般>10％，so3^2-在工艺前一阶段被氧化较多，补充naoh较多，但大型锅炉的氧含量较低，约在5-10％，从抑制氧化的角度而言，传统钠法脱二氧化硫往往存在药剂消耗过多的问题。该发明通过在脱二氧化硫前段设置全封闭的管路系统，使得钠基脱二氧化硫更易于在抑制氧化状态下进行(非石膏结晶段)，药剂补充成本降低。

综上所述，本发明提供了一种烟气脱二氧化硫方法及装置。本发明的方案具有如下优点：

本发明的方法结垢量小，设备易于维护。

本发明以反应-分离一体化技术为核心的吸收液再生技术，使得该脱二氧化硫方法可以使用填料塔等高效塔，而不是像石灰石-石膏法使用空塔，通过大大增加接触面积，使吸收过程在低负荷下稳定运行，并在较大机组上具备经济可行性。

本发明基于多相流高效混合及分离技术的混合再生装置及高湍流氧化器的设置，使得颗粒沉淀的过程与分离过程一体化耦合进行，而亚硫酸钙氧化过程通过强化氧化实现，从而解决传统钠法脱二氧化硫往往存在药剂消耗过多的问题。

附图说明

图1～6分别为本发明实施例1～6的装置的示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。

实施例1

如图1所示的烟气脱二氧化硫装置，其中，所述装置包括顺序串联的两段式吸收塔1、吸收液再生系统2、氧化装置3、脱水装置4和泵5。所述吸收塔包括第一吸收段13和第二吸收段14，在第二吸收段底部设置烟气进气口11、在吸收塔顶部设置排气口12和在吸收塔底部设置排液口15，并在每一吸收段的顶部分别设置喷淋装置131、141、以及除雾装置132；在第一吸收段底部设置液体收集再分布装置133。所述吸收液再生系统2包括串联的混合装置21和一台分离装置22，所述混合装置21与吸收塔的排液口15连接，所述分离装置22与氧化装置3连接。所述分离器包括进料口221、再生液出口222和固体出口223，所述进料口与混合装置连接，所述再生液出口与吸收塔连接，所述固体出口与氧化装置连接。所述泵分别连接吸收塔1的排液口15和再生系统2的混合器。

使用图1的吸收塔对烟气进行吸收脱二氧化硫，烟气从吸收塔中自下而上经过第二吸收段和第一吸收段，烟气流速控制为≤5m/s；使用质量浓度为20％的氢氧化钠水溶液作为第一吸收段的吸收液，在第一吸收段对烟气进行吸收后得到第一段吸收液，第一段吸收液进入第二吸收段继续对烟气进行吸收得到第二段吸收液，第二段吸收液由吸收塔底部引出吸收塔，并经过再生处理分离出清液部分和固体部分，清液部分由第二吸收段处送回吸收塔中作为第二段吸收的吸收液，并与进入第二吸收段的第一段吸收液混合后吸收烟气，然后由吸收塔底部引出再用氢氧化钙进行再生处理以循环利用；所述固体部分经过高湍流氧化器的氧化脱水制备石膏。设备运行6个月，未见明显结垢。

实施例2

如图2所示，本实施例的烟气脱二氧化硫装置结构与实施例1基本一致，区别在于本实施例的再生系统2由混合装置21和两台分离装置22(一级分离器22’和二级分离器22”)串联组成，其中混合装置21与第一台分离装置22’的进料口连接，第一台分离装置22’的再生液出口与第二台分离装置22”的进料口连接，第一台分离装置22’的固体出口与氧化装置连接，第二台分离装置22”的再生液出口与吸收塔连接，第二台分离装置22”的固体出口与混合装置和第一台分离装置22’的进料口之间的管路连接。设备运行6个月，未见明显结垢。

实施例3

如图3所示，本实施例的烟气脱二氧化硫装置结构与实施例1基本一致，区别在于本实施例的再生系统2由混合装置21和两台分离装置22(一级分离器22’和二级分离器22”)串联组成，其中混合装置21与第一台分离装置22’的进料口连接，第一台分离装置22’的再生液出口与吸收塔连接，第一台分离装置22’的固体出口与第二台分离装置22”的进料口连接，第二台分离装置22”的固体出口与氧化装置连接，第二台分离装置22”的再生液出口与混合装置和第一台分离装置22’的进料口之间的管路连接。设备运行6个月，未见明显结垢。

实施例4

如图4所示，本实施例的烟气脱二氧化硫装置结构与实施例1基本一致，区别在于本实施例的再生系统2由混合装置21和四台并联的分离装置22组成，其中混合装置21分别与四台分离装置的进料口连接，四台分离装置的再生液出口分别汇集后与吸收塔连接，四台分离装置的固体出口分别汇集后与氧化装置连接。设备运行6个月，未见明显结垢。

实施例5

如图5所示，本实施例的烟气脱二氧化硫装置结构与实施例1基本一致，区别在于本实施例的再生系统2由混合装置21和串联的两组分离装置22(一级分离器22’和二级分离器22”)组成，其中第一组22’为一台分离装置，第二组22”为4台并联的分离装置。混合装置21与第一组的分离装置进料口连接，第一组分离装置的再生液出口分别与第二组的四台分离装置的进料口连接，第二组的四台分离装置的再生液出口分别汇集后与吸收塔连接，四台分离装置的固体出口分别汇集后与氧化装置连接。设备运行6个月，未见明显结垢。

实施例6

如图6所示，本实施例的烟气脱二氧化硫装置结构与实施例1基本一致，区别在于本实施例的再生系统2由混合装置21和串联的两组分离装置(一级分离器组22’和二级分离器组22”)组成，其中每组分别为4台并联的分离装置。第一组22’的四台分离装置的进料口分别汇集后与混合装置21连接，再生液出口汇集后与第二组22”的四台分离装置的进料口分别连接，第二组22”的四台分离装置的再生液出口分别汇集后与吸收塔连接，八台分离装置的固体出口分别汇集后与氧化装置连接。设备运行6个月，未见明显结垢。