双塔式干法、半干法脱硫灰曝气氧化装置及其运行方法与流程

本发明属于资源与环境，涉及对干法、半干法脱硫灰的稳定化改性及资源化利用，具体地说是涉及一种双塔式干法、半干法脱硫灰曝气氧化装置，同时还提供了此装置的运行方法。

背景技术：

1、近年来，由于我国对生态环境保护的高度重视，以及对so2排放要求的日趋严格，在燃煤电厂、钢铁烧结、工业锅炉、石化等行业，烟气脱硫工艺得到了广泛的推广应用，其中以cfb、lifac、nid、sda、cdsi 为代表的干法、半干法脱硫工艺因具有占地面积小、投资少、运行费用低、能量消耗少、无污水废酸排放等优点，已经成为了烟气脱硫技术未来发展的趋势。

2、干法、半干法脱硫工艺的特征是应用粉状或粒状钙基吸收剂来脱除烟气中的so2，脱硫产物为干粉状，主要组成为caso3·1/2h2o、caco3、caso4·2h2o和少量未反应的ca(oh)2等。与湿法脱硫工艺相比较，干法、半干法脱硫工艺所产生的脱硫灰的成分复杂得多，具有高硫、高钙、高碱性的特点，尤其是caso3的比例很高，这种化学稳定性较差的组分使干法、半干法脱硫灰表现出不同寻常的物化特性。由于对此类固体废物的性质、反应特点及作用机理的研究还不够系统和深入，目前人们对其综合利用多持审慎态度，尚未形成有效的利用途径，导致干法、半干法脱硫灰大量堆积或简单填埋，不仅占用了大量宝贵的土地资源，而且增加了企业负担，制约了干法、半干法脱硫工艺的进一步推广和应用。此外，由于caso3的不稳定性，长期堆放极易引起so2的释放而对环境造成潜在威胁；同时，由于干法、半干法脱硫灰的粒径较小，质量较轻，一经风吹，便会产生扬尘污染。

3、对于干法、半干法脱硫灰的综合利用，目前国内外的相关工作尚未构成完整的体系，所取得的成果均属于研究性质，还没有形成任何一种大规模工业化应用的技术，究其原因，主要有以下四个方面：

4、(1) 脱硫灰的化学成分十分复杂。一般干法、半干法脱硫灰的物相组成均包括caso4、caso3、caco3、ca(oh)2、cao、mgco3等众多组分，这就使其总体呈现出复杂多样的化学性质，因此在综合利用时所受到的限制更多，利用难度更大。

5、(2) 脱硫灰的各组分含量波动较大。由于不同企业设备操作、运行、管理水平的差异，不同原料种类和配料方案的差异，不同脱硫工艺脱硫效率的差异，以及不同批次燃煤成分的差异，致使不同脱硫设备以及同一设备的不同时间段所产生的脱硫灰的各组分含量会发生较大的波动。这种波动带来了总体化学性质的频繁变化，给其综合利用造成了很大的困难。

6、(3) 脱硫灰中多种组分的化学性质不稳定。脱硫灰中的caso3、ca(oh)2和cao的化学性质不稳定，会随着环境、时间的变化而变化。caso3在酸性环境中，或在中性或还原气氛的高温条件下易发生分解，使so2再度释放出来，导致环境的二次污染，同时caso3会在空气中氧化为caso4，从而导致了脱硫灰材料性能在长期使用过程中的不稳定性。cao极易吸收水分生成ca(oh)2，引起体积不均匀膨胀，ca(oh)2再吸收空气中的co2而生成caco3。这些不稳定性给脱硫灰的综合利用造成了较大障碍。

7、(4) 脱硫灰中caso3的含量很高，且caso3的作用效果和机制尚不明确。干法、半干法脱硫灰中caso3的含量可高达50%以上，而caso3对材料整体力学性能和稳定性的影响还有待进一步研究确认。例如，当脱硫灰作为水泥缓凝剂使用时，caso3的缓凝效果以及对水泥力学性能的影响尚存在较大争议。

8、综上所述，在我国大力推进“无废城市”和“双碳”目标建设的新背景下，大规模科学处理及利用干法、半干法脱硫灰，实现其无害化和深度资源化，不仅是我国燃煤电厂、钢铁烧结、工业锅炉、石化等行业亟待解决的技术问题，更是我国推进生态文明建设，推动高质量发展，实现资源全面节约和循环利用的必然要求。

9、基于酸碱中和与氧化还原的基本化学原理，将干法、半干法脱硫灰在硫酸环境下进行强制氧化改性，可以一举解决上述限制该种固体废物大规模综合利用的四方面问题：在酸碱中和反应的作用下，脱硫灰中的caco3、ca(oh)2、cao等碱性组分将全部迅速转化为caso4；而在氧化反应作用下，稳定性差的caso3也将转化为caso4。这样，就使原来组分复杂多样，且多种组分的含量及化学性质均不稳定的干法、半干法脱硫灰，转变为一种以稳定的caso4为主要成分，化学性质类似于湿法脱硫石膏的固体废物。由于湿法脱硫石膏综合利用中各个环节的技术问题均已基本解决，因此改性后的干法、半干法脱硫灰就能够按照湿法脱硫石膏的各种技术路线进行大规模综合利用，从而彻底解决这种大宗固废日益迫切的治理问题。同时，也实现了废硫酸的资源化利用。

10、然而，由于so32-会与过量的h+结合而生成污染物so2，因此反应溶液的ph值不能过低；同时由于脱硫灰的强碱性，其溶解过程将使溶液的ph值迅速升高，而caso3的溶解度很低且随ph值的升高而进一步降低，从而使氧化速率大幅下降，因此溶解过程的固液比即溶液的ph值也不能过高。综上所述，以一步法和常规浆液的方式实现干法、半干法脱硫灰的高效氧化，同时做到无so2释放是十分困难的，而需要开发出适应脱硫灰特性的创新性氧化改性装置及方法。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中所提出的技术问题，本发明提供了一种成本低廉，运行稳定，施工便利，作业灵活的双塔式干法、半干法脱硫灰曝气氧化装置及其运行方法。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种双塔式干法、半干法脱硫灰曝气氧化装置，其特征在于：它包括两个反应塔即曝气塔和so2吸收塔；

3、所述的so2吸收塔为主体呈立式圆筒形、高径比在2~10之间的塔，曝气头的数量为2~4个，以并联方式设置于塔的内部低位，沿塔横截面圆周等间隔布置；搅拌器的数量为2~4个，与曝气头一一对应，设置于曝气头的同一水平面上；脱硫灰进料管、柔性接头、排气管、液位计法兰、压力计法兰设置于塔的顶部；ph探头法兰自上而下等间距设置于塔的侧壁；温度计法兰设置于塔的中部侧壁；密度计法兰设置于塔的中下部侧壁；人孔设置于塔的下部侧壁；浆液排出管、清水进料管设置于塔的底部；渣浆泵的进口通过三通管道与浆液排出管、清水管连接；氧化风管的数量为2~4个，与曝气头一一对应，鼓风机的出口通过氧化风管与曝气头连接；柔性接头与脱硫灰进料管连接；

4、所述曝气塔包括so2吸收塔，还包括，再吸收浆液归并管设置于曝气塔的中下部侧壁；酸液进料管设置于曝气塔的底部；渣浆泵的出口通过三通管道与清水进料管、石膏脱水单元连接；酸液泵的出口与酸液进料管连接；

5、曝气塔和so2吸收塔之间通过以下方式连接：so2吸收塔渣浆泵的出口通过三通管道与so2吸收塔清水进料管、再吸收浆液归并管连接；so2吸收塔鼓风机的进口与曝气塔排气管连接。

6、上述双塔式干法、半干法脱硫灰曝气氧化装置的运行方法是：

7、步骤一：原料分析测试。对干法、半干法脱硫灰的成分进行分析测试，明确其中caso3及各种强碱性化合物的含量。

8、步骤二：碱液配置。仅打开所述的第二渣浆泵的进、出口清水管路，利用第二渣浆泵向所述的so2吸收塔内注入清水，当液位高于总液位的2/3~3/4后，停止清水进料；利用管链或螺旋输送机将脱硫灰通过所述的第二柔性接头和第二脱硫灰进料管送入so2吸收塔；持续运行所述的第二搅拌器，使脱硫灰与清水快速充分地混合、溶解，最终形成ph值>10的浆液，之后停止脱硫灰进料。

9、步骤三：酸液配置。利用所述的酸液泵将重金属及有机污染物含量较低的，质量分数为1%~95%的废硫酸逐渐注入所述的曝气塔；仅打开所述的第一渣浆泵的进、出口清水管路，利用第一渣浆泵向曝气塔内注入清水；持续运行所述的第一搅拌器，使废硫酸与清水快速充分地混合、溶解；当塔内溶液ph值稳定在2.2~4.2之间，且液位高于总液位的2/3~3/4后，停止废硫酸和清水的进料。

10、步骤四：脱硫灰酸化。利用管链或螺旋输送机将脱硫灰通过所述的第一柔性接头和第一脱硫灰进料管送入曝气塔；在第一搅拌器的作用下，进入塔内的脱硫灰完成与酸液之间快速充分的混合、溶解、反应过程；当溶液ph值上升至3.1~6.2并保持稳定时，停止脱硫灰进料。

11、步骤五：强制氧化。持续运行所述的第一鼓风机，第一鼓风机通过第一氧化风管将空气送入所述的第一曝气头，后者将空气以大量细小气泡的形式注入所述步骤四的溶液；在第一搅拌器的作用下，这些气泡进一步破碎并呈螺旋上升，增加了与溶液接触的面积和时间，从而完成充分传质过程；此时溶液中的hso3-将被o2氧化为so42-而释放出h+，从而使溶液ph值下降。

12、步骤六：二次酸化。当所述步骤五的溶液ph值趋于稳定时，开启所述的酸液泵，逐渐向所述的曝气塔中加入所述步骤三的废硫酸；在第一搅拌器的作用下，进入塔内的废硫酸完成与溶液之间快速充分的混合、反应过程，使溶液ph值再次降低至2.2~4.2之间，之后关闭酸液泵。

13、步骤七：多步循环。不断重复所述步骤四至六，使所述步骤六的溶液中逐渐有固相caso4析出，并最终形成含固率为6%~30%的浆液。

14、步骤八：部分排浆。当所述步骤七的浆液液位或密度达到一定数值时，仅打开所述的第一渣浆泵的进口浆液管路和出口脱水单元管路，利用第一渣浆泵将浆液排出一部分，送入脱水单元生产石膏产品；排浆过程中保持曝气塔内液位高于总液位的2/3~3/4；排浆完成后，关闭第一渣浆泵及其进口浆液管路和出口脱水单元管路。

15、步骤九：so2再吸收。在多步循环氧化，特别是二次酸化过程中，可能存在浆液局部ph值过低，导致未完全氧化的so32-与过量h+结合而释放出so2的情况，这部分so2将通过所述的第一排气管排出；持续运行所述的第二鼓风机，第二鼓风机通过第二氧化风管将这部分so2送入所述的第二曝气头，后者将so2以大量细小气泡的形式注入所述步骤二的碱性浆液；在第二搅拌器的作用下，这些气泡进一步破碎并呈螺旋上升，增加了与浆液接触的面积和时间，从而完成so2再吸收过程。

16、步骤十：再吸收浆液归并。随着所述步骤二的碱性浆液不断吸收so2，其ph值逐渐降低；当降低至8.5以下时，且所述步骤六的二次酸化完成之后，仅打开所述的第二渣浆泵的进口浆液管路和出口再吸收浆液归并管路，利用第二渣浆泵将碱性浆液送入曝气塔中，进行归并氧化处理。

17、步骤十一：改性完成。不断重复所述步骤二、四至十，最终完成全部干法、半干法脱硫灰的氧化改性。

18、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

19、(1) 以最佳固液比为依据，将整个氧化过程中酸化浆液的ph值始终控制在2.2~6.2之间，不仅能够最大限度避免脱硫灰中caso3分解而释放出so2，而且能够保证足够多的caso3处于液相反应体系中，从而显著提高整个氧化过程的反应速率。

20、(2) 将常规的一步氧化过程分解为多步，通过精确控制每一步氧化过程的固液比和浆液ph，克服干法、半干法脱硫灰的高碱性所带来的氧化速率缓慢的问题，从而创造性地实现了高碱性脱硫灰的高效氧化。

21、(3) 能够同时实现干法、半干法脱硫灰和废硫酸的资源化利用，从而达到以废治废，协同循环的目的，取得较好的经济和环境效益。

22、(4) 采用双塔反应器型式，利用第二个塔体对so2进行再吸收，进一步降低了二次污染风险。

23、(5) 柔性接头能够在保证系统密闭性的同时，有效缓解脱硫灰输送设备与反应塔之间传递的有害振动，提高系统运行的安全性和稳定性。