利用石膏法脱硫装置改造成节能的氨法工艺的制作方法

本发明涉及环保技术领域，把以石灰为吸收剂的脱硫改造成为以氨水为吸收剂的脱硫工艺，尤其是利用石膏法脱硫装置改造成节能的氨法工艺。

背景技术

目前我国采取的脱硫方法绝大多数是采用石灰包括石灰石为脱硫剂的方法(即石膏法)，这是因为早期的脱硫对废水和废渣的排放要求不是很严格，石灰脱硫方法的优点是脱硫剂石灰石易得，且成本低，所以初期石灰石成为二氧化硫吸附剂的首选，但是石膏法脱硫在运行中有废液和废渣(硫酸钙)生成，现在人们意识到对石膏废弃物的处理费用远远大于吸附剂的费用，所以努力向没有废液和废渣的氨法脱硫转移。石膏法脱硫中耗资最大的是脱硫塔，由于工艺特点，石膏法脱硫塔的内部一般是空心的，中间没有隔板层，产物石膏的浓度很低，这样的设备如果直接用于氨法脱硫则只能够采用蒸发结晶，必然浪费大量的蒸汽或者电能。为此，通过几十年的研发与改进，nkk氨法脱硫技术优化的技术方案是把脱硫塔进行纵向分层，实现了节能与节省占地的一整套技术，被世界认可为最先进的氨法脱硫工艺。但是，如果我们把石灰石法的脱硫塔进行如同nkk技术那样分层不仅投资大，而且因脱硫塔的钢结构强度达不到要求而无法实现分层，并且防腐层的存在使得钢结构无法加强，防腐层造成焊接困难，改造过程也必然会大面积破坏防腐层结构，为此有人尝试把防腐层拆除后重新加强与焊接，但是拆除防腐层又再次破坏了钢结构；为此，现在改造石膏法脱硫的措施就是拆除重建，然而这样的浪费是惊人的，因为仅脱硫塔的造价就达上百万甚至上千万元，对于全国数百万个脱硫项目来说损失超过万亿元。不仅如此，由于原有的脱硫塔高度达45-60米，加上脱硫塔以外的排烟管总高度可达90米，这对于拆除和搬运都是非常危险的事情，并且需要很长的时间，在这个时间阶段内烟道气无法被净化，必然导致该段时间的大气被污染，这是我们不愿意看到的。还有一个重要的问题就是目前现有的氨法脱硫工艺存在着能耗高、故障率高和易堵塞的问题，世界上氨法脱硫一致认为最先进的工艺是nkk技术，属于塔内结晶工艺，其脱硫塔是上、中、下三段塔结构，结构特性决定了投资大、能耗高、易堵塞。例如专利号200710051546.x，名称为氨-硫铵法双循环三段脱硫塔的专利，还有华东理工大学的专利021369062名称为“烟道气中so2的脱出和回收方法及装置”以及专利号为200510040801.1，名称为“塔内结晶氨法脱硫工艺及装置”，这些都属于nkk工艺系列，不仅投资大而且能耗高，最大的问题还在于塔内结晶会造成堵塞，这对于封闭的脱硫塔而言而导致故障频繁。为此，怎么样利用原来石膏法的脱硫塔和辅助设备改造成为能够成为氨法脱硫的工艺设备，成为人们一直努力解决但又始终未能解决的难题。我与何金整在2009发明的转氨法的脱硫工艺，专利名称为“利用钙法脱硫塔转氨法的温差结晶节能工艺”，可以合理地利用原来的脱硫塔，只需要在脱硫塔的旁边增加一个气液换热器和一个增浓器就可以实现这个目的，然而事实上有一半以上的石膏法脱硫场区由于原来的场地不足，已经没有增加新设备的空间了，这是因为早期的热电厂以及燃煤锅炉在建设初期并没有脱硫任务，最大的问题还在于其中“增浓器”的功能相当于分层的脱硫塔，所以直径和体积都比较大，如果直径偏小就达不到增浓的效果了，场地空间小决定了很难增加“气液换热器”和“增浓器”。另外我在2017年申请的专利“氨法脱硫节能超过一倍的装置201720291454.8”，其节能幅度比nkk技术超过50％，但由于没有解决原有石膏法脱硫塔的焊接分层问题和硫塔分层强度不足的问题，也没有利用原有的废水处理池，并且降温出干粉一体管仍然需要占地等问题，所以不能够实现把原有的石膏法脱硫设备改造成为节能的氨法脱硫的方案。

技术实现要素：

为了克服石灰石法脱硫塔的钢结构强度不足和防腐层大面积破坏的问题，克服防腐层造成焊接非常困难的问题，克服原来的脱硫场地不足而导致没有增加新设备空间的问题，克服原有的设备拆除和搬运困难的问题和需要较长的时间从而导致该段时间大气被污染的问题，还有克服现有氨法脱硫投资大能耗高易堵塞的问题，本发明提供一种利用原有石灰脱硫装置，只需要简单的改造就可以成为用氨来进行脱硫的方法，做到在很短的时间内完成改造，不仅利用了原来石灰脱硫工艺的所有设备，而且达到不用蒸发就能够出硫酸铵结晶粉末的目的，进一步实现节省资金和节能的目的，其节能程度比原来的石膏法脱硫以及常规新建的氨法脱硫工艺更加省电，其中最大的耗能设备高位循环泵节能超过60％，又由于不用蒸发就可以达到结晶的目的，所以节省蒸汽更加显著。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：把原来的石灰石脱硫塔脱硫塔(3)进行改造，大胆地改变nkk氨法脱硫塔纵向全密闭分层板的措施，变成了由多个集液箱(6)并排组成的敞开式分层板，把集液箱(6)直接放在支架上面，上面不设通气帽，每个集液箱(6)之间以及与脱硫塔壁之间留有可供烟道气穿过的空隙，从而解决了防腐脱硫塔无法焊接的难题，同时解决了强度不足的问题，能够达到安装简单而快速，避免了局部应力导致焊缝张裂的现象发生，不仅节省了脱硫塔的高度和材料，而且减少了气体阻力；每个集液箱(6)之间用集液箱连通管(10)连接到能量回收管(8)上；增加支撑立柱(4)和支撑横架(5)用于支撑集液箱(6)，增加一个能量回收管(8)、一台低位循环泵(14)和一个喷淋降温出干粉净化箱(1)，同时把原来的石膏法废水处理池改造成为多级连续沉淀池(12)，最后把原来循环泵的叶轮进行车削后继续使用，车削的目的是为了降低扬程从而进一步节能；脱硫塔(3)的内部被集液箱(6)分成了上层段和下层段，在集液箱(6)的底部设置有液体喷头(7-2)，在集液箱(6)的内部设置多孔折边气液导流板(9-1)；在脱硫塔(3)的上层段设置有净化烟道气出口(16)、液体喷头(7-1)和集液箱(6)，集液箱(6)被支撑立柱(4)和支撑横架(5)共同承托，内部设有多孔折边气液导流板(9-2)，支撑立柱(4)与支撑横架(5)用法兰连接成为一个稳定的支撑平台，与集液箱(6)预先在塔外焊接并进行防腐处理，然后从烟道气的进口送到脱硫塔(3)里面去，最后拼接安装，达到了无需在脱硫塔焊接隔层板的目的，解决了原有的石膏法脱硫塔强度不够的问题，以及防腐层被破坏和防腐层影响焊接的问题。

所述喷淋降温出干粉净化箱(1)位于脱硫塔(3)的前面，呈方形结构，立式安装，宽度与烟道气输送管的直径相等，目的是为了避免增加占地，长度为2个烟道气输送管的直径尺寸，高度为3个烟道气输送管的直径尺寸，具体应根据现场实际设计，位置在烟道气输送管与脱硫塔(3)的连接处，底部有烟道气进口和硫酸铵固体粉末出口，顶部上方设有浓缩的硫酸铵溶液喷头和弧形喷管，在顶部的侧面设有烟道气出口，由于喷淋降温出干粉净化箱(1)的截面积可以做的很小，只占有烟道气的位置，所以不存在空间不足的问题。来之多级连续沉淀池(12)的浓悬浮液被浓浆泵(11)通过管道(15-2)分别进行输送，其中有25％-32％(其具体数量由烟道气的温度决定)浓悬浮液被输送到喷淋降温出干粉净化箱(1)内，被液体喷头(7-3)喷出，瞬间被170℃-180℃的高温烟气干燥成为固体粉末，这样的目的其一是利用了烟道气的热量把浓悬浮液蒸发成为干粉而节省蒸汽，其二是喷淋可以降低烟道气的温度以保护脱硫塔防腐层不被高温破坏的目的，其三进一步是净化烟道气以保障脱硫的顺利进行；

能量回收管(8)节能的原理是，能量回收管(8)直径是高位循环泵(13)入口管直径的1.2倍，顶部连接到集液箱连通管(10)，底部连接高位循环泵(13)的入口，由于能量回收管(8)内充满了压力，这些压力是多余的能量，作用在高位循环泵(13)的吸程上面，从而把多余的能量回收利用，而且能够化解对脱硫塔的冲击破坏作用。节能的幅度可以通过举例来清楚地说明，例如以名称为“烟道气中so2的脱出和回收方法及装置”以及名称为“塔内结晶氨法脱硫工艺及装置”为例，脱硫塔的高度一般是50米，那么循环泵的扬程则是选择60米，起码要大于50米；而经过本工艺改造后把能量进行了回收利用，所以扬程仅用30米就可以了，只要大于50米的一半即能够正常运行。

多级连续沉淀池(12)的改造方法是在原石膏法废水处理池的内部增加4-6道隔墙，把废水池分隔成为5-7个隔池，隔墙的高度依次降低，每一道隔墙的高度差为100mm，使液体从入口侧逐级溢流到尾侧，经过多级沉淀使得固体悬浮物也逐步降低，到了尾部变成上清液；入口处的硫酸铵悬浮物浓度最高，因此在入口隔池里设有氧化空气管道及喷头(2-4)，能够把未完全氧化的亚硫酸铵彻底氧化成为硫酸铵，被彻底氧化的硫酸铵在入口隔池快速冷却而结晶成为浓悬浮物，避免了在塔内结晶造成易堵塞的现象发生；

浓浆泵(11)把浓悬浮液通过管道(15-2)分别进行输送，其中有25％-32％(其具体百分数由烟道气的温度决定)的浓悬浮液被输送到喷淋降温出干粉净化箱(1)内被液体喷头(7-3)喷出，再被热烟道气干燥成为固体粉末，其余68％-75％的浓悬浮液被输送到干燥系统(19)，经过离心与干燥后成为硫酸铵固体粉末用做化肥。

集液箱(6)由6-12个并联组成，内设有多孔折边气液导流板(9-1)和氧化空气管道及喷头(2)，位置在脱硫塔(3)一半的高度，把脱硫塔(3)分成上层段和下层段，同时被支撑立柱(4)和支撑横架(5)共同承托，集液箱(6)之间用集液箱连通管(10)连接到能量回收管(8)上，集液箱(6)平面的总面积为脱硫塔横截面积的70％，这样能够收集到上层段70％的循环吸收液，被循环泵(13)输送到脱硫塔(3)顶部的液体喷头(7-1)喷出循环使用，剩余的30％循环吸收液则直接向下运行，穿过隔板向下运行到脱硫塔(3)的下层段，这样就绕过了高位循环泵(13)，从而起到进一步节能的作用，事实上绕过与使用高位循环泵(13)的净化效果相同，但由于减小了循环泵的流量，所以又节能了约30％，而且运行也更加稳定，综合循环泵、喷淋降温出干粉净化箱(1)、集液箱(6)和干燥系统综合节能超过60％。

多孔折边气液导流板(9)的边缘向下弯曲，目的是引导氧化气向上运行，而不允许水平流动，达到气体与吸收液各走各通道的目的，避免了相互阻塞；每层的多孔折边气液导流板(9)都开有多个直径为3-4mm的孔，开孔率为25％-40％，层间距在200mm-600mm之间，体可以通畅地从小孔向上钻出，而液体则是从多孔折边气液导流板(9)的四周向下自流运行，氧化气垂直向上运行，能够与水平流动的吸收液充分接触。

脱硫塔(3)上层段的液体喷头(7-1)通过管道与高位循环泵(13)连接。

有益效果：把原来的石灰石脱硫塔脱硫塔(3)进行改造，在塔内增加一套集液箱(6)，在塔附近增加一个能量回收管(8)、一台低位循环泵(14)和一个喷淋降温出干粉净化箱(1)，达到了无需在脱硫塔上焊接隔层板的目的，解决了原有的石膏法脱硫塔强度不够的问题，做到在很短的时间内完成改造，避免了长时间停车而污染大气环境的问题，有效利用了原来石灰脱硫工艺中的所有设备，改造简单可靠，而且达到不用蒸发就能够出硫酸铵结晶粉末的目的，本发明的方法占地空间少，其节能程度比nkk氨法脱硫工艺节能超过60％，所以还可以用在新建的氨法脱硫项目上。

附图说明

图1是本发明的利用石膏法脱硫装置改造成节能的氨法工艺流程示意图，图中1.降温出干粉净化箱，2.氧化空气管道及喷头，3.脱硫塔，4.支撑立柱，5.支撑横架，6.集液箱，7.喷头，8.能量回收管，9.多孔折边气液导流板，10.集液箱连通管，11.浓浆泵，12.多级连续沉淀池(原沉淀池改造)，13.高位循环泵，14.低位循环泵，15.液浆输送管，16.液浆溢流管，17.氨与水补充管，18.净化烟道气出口，19.干燥系统。

图2是集液箱的平面设置图

图3是多孔折边气液导流板剖立面图

具体实施方式

以下结合附图对本发明的工艺作进一步的详细描述：

如图1所示，包括有一个脱硫塔(3)和位于塔前面的喷淋降温出干粉净化箱(1)，脱硫塔(3)的内部有氧化空气管道及喷头(2)、液体喷头(7-1)、液体喷头(7-2)、集液箱(6)、支撑立柱(4)和支撑横架(5)，其中集液箱(6)被支撑立柱(4)和支撑横架(5)共同承托，在集液箱(6)的内部设有多孔折边气液导流板(9-1)；把原来了石膏法废水处理池改造成为多级连续沉淀池(12)，增加能量回收管(8)和低位循环泵(14)；脱硫塔(3)内被集液箱(6)分为上层段和下层段，上层段与下层段之间不设置分隔板，亦不设置气帽；脱硫塔(3)的上层段设置有净化烟道气出口(16)和液体喷头(7-1)，下层段的顶端设置有液体喷头(7-2)和多孔折边气液导流板(9-1)，多孔折边气液导流板(9)有若干层板组成，各层板的间距在200mm-600mm之间；脱硫塔(3)上层段的液体喷头(7-1)被管道与高位循环泵(13)连接；在能量回收管(8)内部的顶端设置有氧化空气管道及喷头(2)。

氨水运行流程是：吸收液从脱硫塔(3)上层段的液体喷头(7)喷出，与烟道气中的二氧化硫反应生成亚硫酸铵溶液，然后吸收液有70％被集液箱(6)收集，集液箱(6)内部设置有多孔折边气液导流板(9)和氧化空气管道及喷头(2)，此时吸收液中的亚硫酸铵大部分被氧化成为硫酸铵，从集液箱(6)的底部汇集到集液箱连通管(10)，再流入到能量回收管(8)，能量回收管(8)连接到通过高位循环泵(13)的入口，此时液体的压力被高位循环泵(13)吸收转化成为动能被利用，被高位循环泵(13)再循环输送到上层的喷头(7)喷出，重复吸收烟道气中的二氧化硫，同时欠缺的30％吸收液由氨与水补充管(17)补充；其余30％的吸收液直接落入到集液箱(6)之间的间隙中进入到了下层段，以避开再次被循环泵输送，达到节能的目的；由于高位循环泵(13)和低位循环泵(14)的流量都被减少30％，所以降低了低位循环泵(13)、(14)的能耗与投资；从低位循环泵(14)出口出来的液体被送到下层段的液体喷头(7-2)喷出，继续循环净化与吸收，循环使得硫酸铵的浓度不断提高，达到一个平衡点，此时液体的流动被多孔折边气液导流板(9)导向后水平往返向下运行，大幅度提高了氧化效率，最后被增浓的循环液再经过脱硫塔(3)底部出口自流到多级连续沉淀池(12)中，同时进行冷却、结晶、沉淀与增浓，并且把残留的未被氧化的亚硫酸铵进一步充分氧化成为硫酸铵，浓度较高的硫酸铵液体被浓浆泵(11)通过管道(15-2)分别进行输送，其中有25％-32％(其具体百分数由烟道气的温度决定)的浓悬浮液被输送到喷淋降温出干粉净化箱(1)内被液体喷头(7-3)喷出，再被热烟道气干燥成为固体粉末，节省了后续干燥系统的大量热能，而且通过对烟道气降温，保证了脱硫塔防腐层不被高温破坏。其余68％-75％的浓悬浮液被输送到干燥系统(19)，经过干燥后成为硫酸铵固体粉末用做化肥。

烟道气的运行是和液体逆向接触，被处理的烟道气首先进入降温出干粉净化箱(1)，此时烟道气被喷头喷出的高浓度硫酸铵溶液降温，热量以蒸发潜热的形式被带走，同时烟道气中的灰尘也被进一步净化，然后烟道气进入脱硫塔(3)的下层段，与液体喷头(7-2)喷淋的吸收液接触，烟道气中的二氧化硫与吸收液中的氨水发生化学反应，生成亚硫酸铵同时被溶解在吸收液中，这样烟道气被初步净化，其中的亚硫酸铵大部分被氧化空气氧化成为硫酸铵；然后烟道气继续向上运行，从集液箱(6)与脱硫塔的空间穿过到达上层段，剩余的未被吸收的二氧化硫与被喷出的吸收液中的氨水继续发生化学反应，这样烟道气被精细脱硫，最后经过净化烟道气出口(16)达标排放，消耗掉的水和氨水通过补水管(17)经上层段的液体喷头(7-1)喷淋补充。