[发明专利]排烟处理装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种排烟处理装置和方法，尤其涉及以氨为原料从烟气中回收硫氧化物生产硫铵化肥的烟气处理装置和方法，属于电力、冶金、环保和化工技术领域，尤其适合排烟处理领域。

背景技术

烟道气中含有的酸性气态有害物质，尤其其中的SO₂是形成酸雨的主要来源。众所周知，一种解决酸雨污染的办法就是排烟处理。现有的排烟处理方法，或称净化方法或脱硫方法，主要是以石灰石为原料的钙基净化，其净化产品为硫酸钙(或称净化石膏)，可作为建筑材料，包括石膏板和水泥添加剂，但是，由于中国的石膏资源较为丰富，包括天然石膏和其他工业领域的副产石膏，尤其是磷肥工业副产大量石膏，致使净化石膏抛弃堆放，成为二次污染。

采用氨为原料，净化产品为硫酸铵，是一种肥效很高的化肥，其单位氮肥效高于尿素，且其中的硫元素也是农作物生长必要的营养元素。但是，目前很少有专门生产硫酸铵的企业，硫酸铵大多是副产品，生产规模小，使得硫酸铵仅仅是一个小规模的氮肥产品。因此，采用氨为原料进行排烟处理，可以实现硫酸铵的大规模生产，发挥其在农业生产中的作用。

现有的技术主要可分为两类，一类是组合式技术，比如美国专利USP6139807(2000)，它在净化塔前设置了一个预洗涤段，两部分使用的循环喷淋液体的浓度具有显著差别，洗涤部分为含有固体硫酸铵的硫铵浆液，净化部分中使用的是未饱和的硫酸铵稀溶液，这样做的优点是促进亚硫酸铵的氧化，因为氨基净化技术的氧化比钙基净化技术更重要，氧化效率差将导致净化效率差。另一类是一体化技术，其特征是采用一个净化塔，二氧化硫吸收和吸收液的浓缩(烟气降温增湿)耦合在净化塔的上段，亚硫酸铵的氧化和硫酸铵的结晶耦合在净化塔的下段，比如美国专利USP6221325(2001)和USP6187278(2001)，其净化塔的循环液体都采用了含有硫酸铵结晶固体的泥浆状硫酸铵浆液，其公开的优点是可以克服氨的逃逸损失，因为硫酸铵浆液的pH值更低，更有力于吸收液pH值的控制。

专利CN1178735C公开了一种组合式氨法净化塔，包括氧化段，浓缩段，吸收段，水洗段和除雾段，其作用与美国专利USP6139807相当，但是吸收段的气液比为2000-5000，即相当于0.2～0.5升液体/Nm³烟气，过低，导致氨逃逸损失很大。CN2790569Y和CN1648049A提出了带有氨回收段的组合式净化塔，试图解决氨的逃逸损失问题，且吸收段的气液比200-2000，即相当于0.5～5升液体/Nm³烟气，实际上也并没有解决氨逃逸损失的问题。

而且，现有的氨基净化技术的一个共同面临的实际难题就是气溶胶。气溶胶是烟气中存在的粒子直径小于1微米，甚至小于0.1微米，称为亚微米的超细微粒，其在烟气中的总浓度可能很低，但是其可以造成排烟的烟羽浓密，且拖尾很长，甚至几公里以外，严重影响了排烟的视觉美观，严重者造成了新的二次污染。如果不很好地解决这个问题，将很大程度上限制氨基排烟处理技术的实际应用的推广。

过去，研究者以为氨基烟气净化过程，或称脱硫过程的气溶胶是由氨和二氧化硫反应生成的亚硫铵气溶胶，如下述反应原理所示：

NH₃(g)+SO₂(g)+H₂O(g)＝NH₄HSO₃(s)        (1)

该反应生成的亚硫酸氢铵是弱酸弱碱盐，易于分解，上述反应是可逆反应，只有在一定条件下才会发生。即使生成了，当条件变化后，其也会分解掉。一般而言，在温度较低，且氨和二氧化硫浓度较高时才会发生，解决此类气溶胶的方法就是提高温度和降低氨含量。

实际上，本发明申请者的实践发现，在氨基烟气脱硫过程中，真正的气溶胶是由烟气中的强酸性物质，比如三氧化硫，氯化氢，氟化氢和二氧化氮等与氨气在气相中反应的结果：

NH₃(g)+SO₃(g)+H₂O(g)→NH₄HSO₄(s)            (2)

2NH₃(g)+3NO₂(g)+H₂O(g)→2NH₄NO₃(s)+NO(g)    (3)

NH₃(g)+HCl(g)→NH4Cl(s)                     (4)