湿式氨法烟气脱硫产物喷雾干燥和多级冷却一体化工艺及其系统

摘要

一种湿式氨法烟气脱硫产物喷雾干燥和多级冷却一体化工艺及其系统。该工艺先将含水率约50％的脱硫产物浆液输送到旋转喷雾干燥装置中，使脱硫产物浆液在雾化和螺旋运动状态下与热气流发生剧烈的热交换，形成含水率在1％以下的干燥硫酸铵颗粒，然后使干燥的硫酸铵颗粒与湿热气流分离开来，再将其输送到多级螺旋管冷却装置中，与干燥冷气流进行充分混合，冷却至符合包装要求的40℃以下即可。其系统包括有机组合在一起的旋转喷雾干燥装置、气固分离装置和多级螺旋管冷却装置。该工艺和系统具有结构紧凑、能耗小、运行费用低的特点，可以将硫酸铵固体的含水率和温度控制在包装工序允许的范围内。

说明书

技术领域

本发明涉及湿式氨法烟气脱硫产物的深加工处理，具体地指一种湿式氨法烟气脱硫产物喷雾干燥和多级冷却一体化工艺及其系统。

背景技术

湿式氨法烟气脱硫技术与目前主流的石灰石/石灰-石膏湿法烟气脱硫技术相比，具有吸收剂碱性强、脱硫反应速率快、吸收剂利用率高、工艺系统简单、初期投资小、不产生温室气体二氧化碳CO₂等优势，但湿式氨法烟气脱硫技术所采用的吸收剂氨水的价格比石灰石或石灰的价格高很多，使得其对比石灰石/石灰-石膏湿法烟气脱硫技术在吸收剂成本上处于劣势。如果能将湿式氨法烟气的脱硫产物硫酸铵(NH₄)₂SO₄进行资源化利用，则能弥补其吸收剂成本高的不足、降低总的生产成本、产生良好的经济效益，大大提高湿式氨法烟气脱硫技术的竞争优势和推广价值。

目前，湿式氨法烟气脱硫技术的具体应用实例并不多，科技人员在其脱硫产物的处理上还缺乏足够的经验。虽然我国已经开展了对湿式氨法烟气脱硫产物处理的研究，但大多还只是停留在脱硫产物的初级处理阶段。如公开号为CN1600410A和CN1401414A的中国发明专利申请公开说明书分别介绍了《烟道气氨法脱硫及脱硫产物综合利用的一体化方法及设备》和《一种从烟道气中脱除二氧化硫并制得硫酸铵的方法》，但其所提到的方法都仅限于如何将脱硫生成物亚硫酸铵(NH₄)₂SO₃氧化为性质稳定的硫酸铵(NH₄)₂SO₄，都没有进一步研究对硫酸铵浆液的处理工艺。公开号为CN1408464A的中国发明专利公开说明书介绍了一种《烟气中SO₂的脱出和回收方法及装置》，其利用流化床干燥可获得浓度约40～50％的硫酸铵，但其并没有介绍如何将硫酸铵进一步干燥到符合包装的要求。公开号为CN1631782A的中国发明专利申请公开说明书介绍了《一种从氨法烟气脱硫生成物中提取硫酸铵的方法》，但其没有对干燥设备和干燥方法作具体的介绍。以上公开的专利文献主要涉及的是脱硫产物的氧化、结晶、初级脱水干燥等技术，而没有具体提到或是具体介绍对脱硫终产物硫酸铵的深度干燥处理工艺。

湿式氨法烟气脱硫塔中生成的硫酸铵在经过旋流分离器脱水浓缩后，其含水率一般在50％左右，基本上呈浆液状，不能直接进入包装工序。而硫酸铵作为肥料要求其含水率在1％以下，如何将硫酸铵的含水率和温度控制在贮存和包装要求的范围内是湿式氨法烟气脱硫产物资源化利用中必须解决的一个难题。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种湿式氨法烟气脱硫产物喷雾干燥和多级冷却一体化工艺及其系统。该工艺和系统能够直接对经过旋流分离器脱水处理的脱硫产物进行更深入的处理，将脱硫产物硫酸铵浆液的含水率和温度控制在包装工序允许的范围内。同时其结构紧凑、能耗小、运行费用低。

为实现上述目的，本发明所设计的湿式氨法烟气脱硫产物喷雾干燥和多级冷却一体化工艺，是对经过旋流分离器浓缩处理的湿式氨法烟气脱硫产物浆液进行深加工处理的过程，该工艺包括如下步骤：

1)将经过旋流分离器浓缩处理后含水率约为50％左右的脱硫产物浆液输送到旋转喷雾干燥装置中，使脱硫产物浆液在旋转喷雾器的作用下雾化喷入干燥塔腔体，并在干燥塔腔体内作螺旋运动。与此同时，从干燥塔腔体内壁的切线方向引入热气流，使同样作螺旋运动的热气流与脱硫产物雾滴充分接触混合，发生剧烈的热交换，脱硫产物雾滴中的水份被蒸发出来混入到热气流中，脱硫产物雾滴中的其它组份如硫酸铵、容易造成设备腐蚀的氯离子Cl^-、以及其它微量的矿物元素等，被充分烘干形成主要成份为硫酸铵的颗粒。

2)将经过上述烘干处理的硫酸铵颗粒及其所携带的湿热气流导入到由布袋除尘器构成的气固分离装置中，使硫酸铵颗粒与湿热气流在气固分离装置中分离开来，防止湿热气流中的水份在硫酸铵颗粒冷却时又进入到其中，避免硫酸铵颗粒回潮。

3)将经过与湿热气流分离处理后的硫酸铵颗粒输送到呈阶梯状布置的多级螺旋管冷却装置中，使硫酸铵颗粒在各级螺旋冷却管的旋转推力和自身重力作用下，既不断地沿着各级螺旋冷却管作横向运动，又不断地从上一级螺旋冷却管落入到下一级螺旋冷却管上。与此同时，从各级螺旋冷却管的底部引入干燥冷气流，使硫酸铵颗粒在横向运动和下落的过程中与向上运动的干燥冷气流进行充分的紊流混合，热的硫酸铵颗粒与干燥冷气流发生固气热交换，将硫酸铵颗粒冷却至40℃以下即可。

在上述步骤1)中，所引入热气流的螺旋运动方向最好与脱硫产物雾滴的螺旋运动相反，以使热气流在与脱硫产物雾滴逆向碰撞的过程中产生强烈的三相湍流，充分进行热交换，将脱硫产物雾滴中的水份完全蒸发出来。

在上述步骤1)中，热气流最好是从燃煤设备尾部的静电除尘器后的烟道开旁路引来的热烟气。所引热烟气的粉尘含量小于100mg/Nm³，热烟气温度在120～150℃之间，热烟气的引入量占燃煤设备所产生总烟气量的10～30％。这样，可以合理地利用烟气余热，简化或省略热气流发生设备，降低生产成本。

另外，利用烟气余热来干燥脱硫产物雾滴，还会发生以下副反应：脱硫产物雾滴中残余的少量氨NH₃与烟气中的二氧化硫SO₂发生反应生成亚硫酸铵(NH₄)₂SO₃，所生成的亚硫酸铵和雾滴本身少量未被氧化的亚硫酸铵被烟气中的氧气O₂氧化生成性质更为稳定的硫酸铵(NH₄)₂SO₄，从而使脱硫产物的品质更佳。其具体反应式如下：

2NH₃+SO₂+H₂O→(NH₄)₂SO₃

2(NH₄)₂SO₃+O₂→2(NH₄)₂SO₄

上述步骤2)中，经过气固分离的湿热气流最好再输送至燃煤设备尾部的静电除尘器后的烟道中，与燃煤设备主烟道中的烟气一起进行脱硫处理，最终形成符合排放标准的洁净烟气。这样，既可以保持烟道和脱硫塔烟气量的稳定，又能够避免直接排放而造成的大气污染。

上述步骤3)中，干燥冷气流最好是经过空气干燥器处理的自然空气。因为经过湿热气流分离处理的硫酸铵颗粒的温度约为60～80℃，如此温度并不适合硫酸铵的包装处理，采用常温自然空气，经过空气干燥器处理后再与热的硫酸铵颗粒进行热交换，既可以使硫酸铵颗粒的温度降低到符合固体物料包装要求的40℃以下，又可以保持脱硫产物颗粒的干燥状态，且其工艺简单实用，成本低廉。

为实现上述工艺而专门设计的湿式氨法烟气脱硫产物喷雾干燥和多级冷却一体化系统，由旋转喷雾干燥装置、气固分离装置和多级螺旋管冷却装置有机组合而成：

所述旋转喷雾干燥装置主要由旋转喷雾器和干燥塔腔体构成，旋转喷雾器设置在干燥塔腔体的顶部中央位置，干燥塔腔体的侧壁上部设置有干燥塔热气流入口，干燥塔热气流入口内设置有气流分布器，干燥塔腔体的底部设置有干燥塔出料口，干燥塔出料口与后续的气固分离装置相连。

所述气固分离装置主要由布袋除尘器腔体和布袋除尘器风机构成，干燥塔出料口与布袋除尘器腔体的进风口相连，布袋除尘器腔体的出风口与布袋除尘器风机相连，布袋除尘器腔体的集尘斗通过物料输送泵与后续的多级螺旋管冷却装置相连。

所述多级螺旋管冷却装置主要由进料斗、螺旋加料器、冷却器腔体、多根螺旋冷却管、卸料斗、布袋、冷却器风机、空气干燥器和空气引风机构成，物料输送泵与进料斗相连，进料斗通过螺旋加料器与冷却器腔体的进口相连；冷却器腔体内呈阶梯状布置多根螺旋冷却管，多根螺旋冷却管的底部设置有布气板，布气板的通气孔与空气引风机的输出端相连，空气引风机的输入端与空气干燥器相连；冷却器腔体侧壁上方的冷却器排风口与布袋相连，布袋与冷却器风机相连；冷却器腔体底部与卸料斗相连。

进一步地，上述干燥塔热气流入口通过旁路烟气引风机与燃煤设备尾部的静电除尘器后的烟道相连，从而可以将热烟气引入，实现烟气余热利用。上述布袋除尘器风机也与燃煤设备尾部的静电除尘器后的烟道相连，以使经过余热利用的烟气冲再回到脱硫塔中，经脱硫处理为洁净烟气。

进一步地，上述冷却器腔体内至少设置有三级螺旋冷却管，以确保热的硫酸铵颗粒能够与流态化的冷气流进行多级重复接触，充分进行热传递，使硫酸铵颗粒冷却到符合包装要求的温度。

本发明具有如下优点：

其一，本发明将湿式氨法烟气脱硫产物浆液干燥和冷却到符合贮存和包装要求的程度，实现了烟气脱硫产物的资源化利用，弥补了湿式氨法烟气脱硫吸收剂成本高的不足，降低了总的运行成本，提高了湿式氨法烟气脱硫技术的竞争力。

其二，本发明将旋流分离器输送来的含水率50％左右的脱硫产物浆液直接干燥到贮存和包装要求的1％以下，省去了占地庞大、价格昂贵的真空皮带脱水机等设备，简化了系统结构、减少了占地面积、降低了初期投资和运行成本。

其三，本发明利用经过预除尘处理的烟气余热来干燥雾化旋流的脱硫产物浆液，既有效利用了无功耗热量、节约了热能，又增大了热烟气与浆液的接触面积和接触时间，提高了热交换效率，进而大幅降低了能耗和生产成本。

其四，本发明的脱硫产物浆液在干燥时，其中的氯离子Cl^-和其它微量的矿物元素也会被混合到脱硫终产品硫酸铵中，这样既可以有效去除浆液中的氯离子Cl^-，有利于设备防腐，又可以提高作为化肥的硫酸铵颗粒的品质。

其五，本发明引入热烟气来干燥脱硫产物浆液，并将经过热交换的湿烟气重新补充到脱硫塔前的烟道中，既保持了烟道和脱硫塔烟气量的稳定，又避免了直接排放而造成的大气污染。返回到烟道中的湿烟气含有大量从脱硫产物浆液中蒸发出来的水份，这些水份被冷凝作为工艺水补充到脱硫塔中，也大幅减少了脱硫废水的排放。

附图说明

图1为一种湿式氨法烟气脱硫产物喷雾干燥和多级冷却一体化系统的结构示意图；

图2为图1中多级螺旋管冷却装置的右剖视结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

图中所示的湿式氨法烟气脱硫产物喷雾干燥和多级冷却一体化系统，主要由旋转喷雾干燥装置、气固分离装置和多级螺旋管冷却装置组成：

旋转喷雾干燥装置包括旋转喷雾器10和干燥塔腔体11。旋转喷雾器10设置在干燥塔腔体11的顶部中央位置，旋转喷雾器10的输入端通过浆液输送泵9与旋流分离器5相连，旋流分离器5则通过排浆泵4与湿式氨法烟气脱硫塔2的排浆口相连。干燥塔腔体11的侧壁上部设置有干燥塔热气流入口7，干燥塔热气流入口7通过旁路烟气引风机6与燃煤设备尾部的静电除尘器1后的烟道相连。干燥塔热气流入口7内设置有气流分布器8，气流分布器8可以引导热烟气沿干燥器腔体11内壁的切线方向进入到干燥塔腔体11。干燥塔腔体11的底部设置有干燥塔出料口12，干燥塔出料口12与后续的气固分离装置相连。

气固分离装置包括布袋除尘器腔体14和布袋除尘器风机18。干燥塔出料口12与布袋除尘器腔体14的进风口13相连，布袋除尘器腔体14的出风口16与布袋除尘器风机18相连，布袋除尘器风机18则与燃煤设备尾部的静电除尘器1后的烟道相连。布袋除尘器腔体14的集尘斗15通过物料输送泵17与后续的多级螺旋管冷却装置相连。

多级螺旋管冷却装置包括进料斗22、螺旋加料器21、冷却器腔体24、多根螺旋冷却管23、卸料斗30、布袋26、冷却器风机27、空气干燥器28和空气引风机29。物料输送泵17与进料斗22相连，进料斗22通过螺旋加料器21与冷却器腔体24的进口相连。冷却器腔体24内呈阶梯状布置有三根螺旋冷却管23，每根螺旋冷却管23的表面设置有加大行程的螺旋叶19，每根螺旋冷却管23通过电机带动旋转，形成三级螺旋输送结构。进料斗22布置在最上一级螺旋冷却管23的上方前端位置。各级螺旋冷却管23的底部设置有布气板20，布气板20的通气孔与空气引风机29的输出端相连，空气引风机29的输入端与空气干燥器28相连。冷却器腔体24侧壁上方的冷却器排风口25与布袋26相连，布袋26与冷却器风机27相连，布袋26的集尘斗出口连至贮料间。冷却器腔体24底部与卸料斗30相连，卸料斗30的出口连至贮料间。

本发明的湿式氨法烟气脱硫产物喷雾干燥和多级冷却一体化工艺过程是这样的：

首先，烟气经过湿式氨法烟气脱硫塔2处理后，洁净烟气从烟囱3排出。在湿式氨法烟气脱硫塔2底部氧化结晶形成的脱硫产物浆液经排浆泵4输送至旋流分离器5，在旋流分离器5中，脱硫产物浆液被浓缩到含水率50％左右，旋流分离器5中分离出的清液作为工艺水补充到湿式氨法烟气脱硫塔2中。

其次，经旋流分离器5浓缩后的脱硫产物浆液由浆液输送泵9输送到旋转喷雾器10中。在旋转喷雾器10的作用下，脱硫产物浆液被雾化喷射到干燥塔腔体11内，并在干燥塔腔体11中做螺旋运动。与此同时，热烟气从静电除尘器1后的烟道经旁路烟气引风机6引入到干燥塔热气流入口7，经气流分布器8布气后沿干燥塔腔体11内壁切向喷入，热烟气的螺旋运动方向与脱硫产物雾滴的螺旋运动相反，两者在干燥塔腔体11内旋转、碰撞，充分接触混合，发生剧烈的热交换。脱硫产物雾滴被烟气加热，雾滴中的水份被蒸发出来混入烟气中，雾滴中的其它组份如硫酸铵、容易造成设备腐蚀的氯离子Cl^-、以及其它微量的矿物元素等被充分烘干，形成主要成份为硫酸铵的颗粒。在本实施例中，引入的热烟气温度约为135℃，热烟气含尘量小于100mg/Nm³，热烟气中二氧化硫浓度约为2000mg/Nm³，引入热烟气量占燃煤设备总烟气量的15％左右，从干燥塔出料口12输出的硫酸铵颗粒的含水率小于1％。

再次，被干燥的硫酸铵颗粒携带湿热烟气从布袋除尘器腔体14的进风口13进入，实现硫酸铵颗粒与湿热烟气的气固分离，防止固体物料在冷却时回潮。布袋除尘器的除尘效率大于99％。湿热烟气从布袋除尘器腔体14的出风口16排出，经布袋除尘器风机18输送到燃煤设备尾部的静电除尘器1后的烟道中，与燃煤设备主烟道中的烟气一起进入湿式氨法烟气脱硫塔2中进行脱硫处理。干燥的硫酸铵颗粒从布袋除尘器腔体14的集尘斗15卸出。经物料输送泵17进入后续的冷却系统中。

然后，从集尘斗15卸出的硫酸铵颗粒由物料输送泵17送至多级螺旋管冷却装置的进料斗22中，再经螺旋加料器21输送到冷却器腔体24内。硫酸铵颗粒从最上一级螺旋冷却管23的前端位置进入，随着螺旋冷却管23的转动，硫酸铵颗粒逐渐从前端向后输送，并依次落入下一级螺旋冷却管23上。与此同时，自然空气通过空气干燥器28处理后，由空气引风机29输送到冷却器腔体24底部，经布气板20布气后的干燥冷空气呈流态化，均匀分布在各级螺旋冷却管23的底部，硫酸铵颗粒在输送和下落的过程中被底部吹来的干燥冷空气冷却至符合包装要求的温度。

最后，干燥冷却的硫酸铵颗粒落入到卸料斗30中，再输送至贮料间贮存。经过热交换的干燥冷空气则从冷却器排风口25排出，经布袋26收集细微颗粒后，通过冷却器风机27排入空中，布袋26收集的细微颗粒也被输送至贮料间中。在本实施例中，硫酸铵颗粒进入到冷却器腔体24中的温度约为70℃，经冷却处理后温度在40℃以下。