氨法脫除電站煙氣中二氧化碳的方法及其系統的制作方法

專利名稱：氨法脫除電站煙氣中二氧化碳的方法及其系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及對燃煤電站鍋爐尾部煙氣的凈化處理技術，具體地指一種 氨法脫除電站煙氣中二氧化碳的方法及其系統。
背景技術：
大氣溫室效應是人類所面臨的最主要環境問題之一。二氧化碳是主要 的溫室氣體，火電廠是二氧化碳的集中排放源，其二氧化碳排放量約占人類活動引起的二氧化碳總排放量的30%。 一個600MW的火電廠每小時排 放的二氧化碳量可達500噸。因此，為了減少大氣中的二氧化碳含量，首 要的是減少電站鍋爐尾部煙氣向大氣排放的二氧化碳量。目前，針對二氧化碳治理的方法大致可以分為物理方法和化學方法兩 大類。物理方法主要包括溶劑吸收法、吸附分離法、薄膜滲透法以及低溫 蒸餾法等。化學方法主要指化學吸收法，其原理是使二氧化碳氣體與化學 溶劑發生化學反應而被吸收。科技人員研究發現，利用氨水作為二氧化碳 氣體的吸收劑具有獨特的優越性，氨水與二氧化碳發生化學反應生成碳酸 氫銨，這樣可以將脫除二氧化碳與生產碳酸氫銨化肥有機地結合起來。但 目前有關氨水吸收脫除煙氣中二氧化碳的研究工作仍然處于小規模、實驗 性階段，據相關報導臺灣國立交通大學的BaiH.教授采用半連續法氨水鼓 泡吸收二氧化碳模擬煙氣，美國能源部的Yeh J.T.教授等也研究了煙道氣中 其它成份對氨水鼓泡吸收二氧化碳的影響。由于采用鼓泡法吸收煙氣中二 氧化碳時氨水是不流動的，造成氨水與煙氣的有效接觸面積較小，同時由 于煙氣中二氧化碳的濃度較低，常壓下二氧化碳不易溶解等原因，該方法 反應時間很長、吸收效率太低，只能適應于二氧化碳濃度較高、煙氣流量 不大的場合，離實際應用還有很大的差距。英國愛丁堡大學ScottS.教授等 采用氨水噴灑填料塔吸收二氧化碳并生成碳酸氫銨，該方法雖然可使氨水 與二氧化碳的有效接觸面積增大，但其反應所生成的碳酸氫銨溶液在濃度 較大時常有結晶顆粒出現，很容易造成吸收塔內的填料層堵塞，導致吸收 塔無法正常工作，因而仍然不適合于在實際中應用。電站鍋爐尾部煙氣有其特殊性， 一是其二氧化碳濃度偏低，二是其煙氣流量巨大。經檢測各種類型的電站鍋爐尾部煙氣，其二氧化碳濃度約為10~15%。以一個600MW的發電廠為例，其鍋爐尾部煙氣排放量約 2000000Nm3/h。由于上述氨水鼓泡和填料吸收方式的固有缺點和電站鍋爐 尾部煙氣的特殊性，使其很難達到有效脫除煙氣中二氧化碳的目的。發明內容本發明的目的就是要提供一種氨法脫除電站煙氣中二氧化碳的方法及 其系統。采用該方法及其系統能夠完全適應電站鍋爐尾部煙氣流量巨大、 二氧化碳濃度低的特點，有效提高煙氣中二氧化碳脫除率，并且其工藝流 程簡單、系統結構簡化、投資及運行成本低廉，還可以獲得副產品碳酸氫 銨化肥。為實現上述目的，本發明所設計的氨法脫除電站煙氣中二氧化碳的方 法，是對經過常規除塵和脫硫處理的電站鍋爐尾部煙氣進行再處理的過程。該方法包括如下步驟1) 將經過除塵和脫硫處理后的煙氣從二氧化碳吸收塔下部的煙氣進口 導入，使煙氣在向上運動的同時，其中的二氧化碳與從二氧化碳吸收塔上 部噴淋出的氨水吸收劑漿液進行逆向接觸，發生氣液兩相反應而生成碳酸 氫銨，所生成的碳酸氫銨落入二氧化碳吸收塔底部沉淀池中。可以采用質 量百分濃度為20~30%的氨水吸收二氧化碳，其化學反應方程式為C02+NH3=NH2COONH4NH2COONH4+H20=NH4HC03+NH3NH3+H20=NH40H順孤03+ NH40H=(NH4)2C03+H20(NH4)2C03 +C02+H2O 2NH4HC032) 將落入二氧化碳吸收塔底部沉淀池中的碳酸氫銨漿液分為三路第 一路碳酸氫銨漿液由一級漿液循環泵從沉淀池上部抽取，輸送至二氧化碳 吸收塔上部的一級噴淋裝置中進行循環，并在該路碳酸氫銨漿液進入一級 噴淋裝置之前補充氨水吸收劑，使煙氣中的二氧化碳能夠與氨水吸收劑漿 液發生充分的反應；第二路碳酸氫銨漿液由二級漿液循環泵從沉淀池中部 抽取，輸送至一級噴淋裝置上方的二級噴淋裝置中進行循環，使該路碳酸 氫銨漿液中的一部分飽和碳酸氫銨溶液在煙氣的蒸發作用生成碳酸氫銨結 晶體；第三路碳酸氫銨漿液由稠厚液循環泵從沉淀池底部抽取，使含有部 分碳酸氫銨結晶體的碳酸氫銨漿液從二氧化碳吸收塔內的反應循環中分離出來。3) 對經過二氧化碳吸收反應后繼續向上運動的煙氣進行除霧處理，脫除煙氣中所攜帶的酸霧，所獲得的潔凈煙氣從二氧化碳吸收塔頂部的煙氣 出口排放。4) 對稠厚液循環泵抽取出的第三路碳酸氫銨槳液依次進行旋流分離和 離心分離處理，得到固體碳酸氫銨，再經過干燥處理獲得可庫存的碳酸氫 銨化肥。在上述方法中，二氧化碳吸收塔內煙氣中的二氧化碳與氨水吸收劑槳 液的反應溫度優選在25~35°C的范圍內。二氧化碳吸收塔中煙氣的壓力控制 在2200~2500Pa的范圍內。氨水吸收劑漿液中氨水的補給量按以下比例確 定氨水與煙氣中的二氧化碳的摩爾比為1.1 1.3。這樣，氨水吸收劑漿液 可以在合適的溫度下與煙氣中的二氧化碳發生充分完全的反應，將絕大部 分的二氧化碳轉化為碳酸氫銨，既可以提高煙氣脫除二氧化碳的效率，也 可以更多地獲得副產品碳酸氫銨化肥。為實現上述工藝而專門設計的氨法脫除電站煙氣中二氧化碳的系統， 包括通過管道相連的二氧化碳吸收塔、旋流分離器、離心機和干燥器，所 述二氧化碳吸收塔為無填料的空塔結構，其下部煙氣進口和頂部煙氣出口之間自下而上依次設置有一級噴淋裝置、二級噴淋裝置和除霧裝置，以采 用空塔噴淋的形式完成氨水與二氧化碳的反應過程，其底部設置有沉淀池。 所述沉淀池的上部通過外置的一級漿液循環泵與一級噴淋裝置相連， 一級 噴淋裝置的進口處還設置有氨水補給裝置，此處是整個系統補充氨水的唯 一地點。所述沉淀池的中部通過外置的二級漿液循環泵與二級噴淋裝置相 連。所述沉淀池的底部通過外置的稠厚液循環泵與旋流分離器的進口相連， 旋流分離器的沉淀物出口與離心器的進口相連，離心器的固態物出口與干 燥器相連。由此，在脫除煙氣中二氧化碳的同時，還可實現對其副產品的 連續加工處理，將其分離、脫水、干燥后，直接變成可庫存的碳酸氫銨化 肥。上述一級噴淋裝置和二級噴淋裝置最好設計有3 5個噴淋層。這樣， 一方面可以通過一級噴淋裝置保證煙氣中的二氧化碳與噴淋狀態下的氨水 吸收劑漿液具有最大的接觸面積，能夠充分完全地發生化學反應而被吸收， 另一方面可以通過二級噴淋裝置使反應生成的碳酸氫銨溶液自上而下穿過 整個噴淋吸收區，通過煙氣的蒸發作用使部分碳酸氫銨結晶后回到沉淀池中，便于后續工藝處理成碳酸氫銨化肥。上述除霧裝置最好采用組合除霧裝置，由上、下層除霧濾網和位于上、 下層除霧濾網之間的清洗噴淋機構構成。這樣可使除霧裝置的葉片始終保 持清潔，確保除霧裝置高效運行，最大程度地除去煙氣中攜帶酸霧液滴， 使排放的煙氣更加潔凈。上述旋流分離器的母液出口和離心器的母液出口均與二氧化碳吸收塔 上的回液口相連，這樣可以將分離出來的母液重新返回到二氧化碳吸收塔 底部的沉淀池中進行循環，實現脫碳產物的無害化和資源化利用。本發明與現有技術相比具有以下突出效果其一，采用空塔結構的二氧化碳吸收塔，通過氨水吸收劑不間斷循環 噴淋的方式處理煙氣中的二氧化碳，可以使氨水與二氧化碳在無任何障礙 的有限空間內產生強烈的氣液逆向湍流，既能大幅增加氨水與二氧化碳的 接觸面積，又可避免因設置填料層而產生的堵塞現象，從而可以有效克服 現有氨水鼓泡和填料吸收方式的固有缺陷，其二氧化碳脫除效率可達95% 以上，特別適合于處理二氧化碳濃度低、煙氣流量大的燃煤電站鍋爐尾部 煙氣。其二，在空塔結構的二氧化碳吸收塔中設置兩級循環噴淋裝置，每級循環噴淋裝置采用3 5個噴淋層組合而成，其中一級循環噴淋裝置的主要 作用是吸收煙氣中的二氧化碳氣體，二級循環噴淋裝置除具有一級循環噴 淋裝置的功效外，還可以通過煙氣的蒸發作用使飽和的碳酸氫銨溶液生成 部分碳酸氫銨結晶體。這樣，所設計的吸收塔不僅具有較高的二氧化碳吸 收效率，而且可以使副產品碳酸氫銨在吸收塔內直接結晶，使吸收塔融多 種功能于一體。同時，通過稠厚液循環泵將二氧化碳吸收塔和碳酸氫銨的 分離、脫水、干燥裝置有機地組合成一個完整的工藝體系，既簡化了工藝 流程和系統結構，又大幅降低了設備的投資和運行費用。其三，利用電站鍋爐尾部煙氣變廢為寶，在有效減少二氧化碳溫室氣 體排放的同時獲得副產品碳酸氫銨化肥，既有利于大氣環境污染的綜合治 理，又有利于循環經濟的良性發展，可實現電站鍋爐尾部煙氣的無害化和 資源化利用，特別符合我國作為農業大國的國情。


附圖為與傳統煙氣脫硫系統相結合的氨法脫除電站煙氣中二氧化碳的 系統的結構原理示意圖。
具體實施方式
以下針對一臺電站鍋爐機組所排放的煙氣，結合附圖對本發明作進一 步的詳細描述圖中所示傳統煙氣脫硫系統采用石灰石吸收劑脫硫，它包括電除塵器 1，電除塵器l的出煙口依次通過增壓風機2、煙氣換熱器3與脫硫反應塔4的進煙口相連，脫硫反應塔4的出煙口分為兩路， 一路直接通過煙氣換熱 器3與煙囪21相連，另一路依次通過煙氣旁路擋板20、加壓風機19、冷 卻器18與二氧化碳吸收塔7的下部煙氣進口相連。圖中所示本發明氨法脫除電站煙氣中二氧化碳的系統，它包括通過管 道相連的二氧化碳吸收塔7、旋流分離器15、離心機14和干燥器13。 二氧 化碳吸收塔7為無填料的空塔結構，其下部煙氣進口和頂部煙氣出口之間 自下而上依次設置有一級噴淋裝置5、 二級噴淋裝置6和除霧裝置17，其 底部設置有沉淀池8。 一級噴淋裝置5和二級噴淋裝置6均具有3~5個噴淋 層，以確保氨水吸收劑漿液與煙氣中的二氧化碳充分接觸。除霧裝置17可 選用組合除霧裝置，由上、下層除霧濾網和位于上、下層除霧濾網之間的 清洗噴淋機構16構成，以完全清除煙氣中的酸霧。沉淀池8的上部通過一 級漿液循環泵9與一級噴淋裝置5相連， 一級噴淋裝置5的進口處設置有 氨水補給裝置12。沉淀池8的中部通過二級漿液循環泵11與二級噴淋裝置 6相連。沉淀池8的底部通過稠厚液循環泵10與旋流分離器15的進口相連， 旋流分離器15的沉淀物出口與離心器14的進口相連，離心器14的固態物 出口與干燥器13相連。旋流分離器15的母液出口和離心器14的母液出口 均與二氧化碳吸收塔7上的回液口相連，使分離出來的母液重新返回到二 氧化碳吸收塔7中進行循環。本發明氨法脫除電站煙氣中二氧化碳的方法的工作過程如下電站鍋 爐尾部煙氣經電除塵器1除塵后，由增壓風機2升壓至4000Pa左右，再通 過煙氣換熱器3進入脫硫反應塔4中進行煙氣脫硫，從脫硫反應塔4出來 的煙氣溫度約為50°C、壓力約為900Pa，煙氣中的S02含量小于160mg/m3、 S03含量小于70mg/m3。脫硫后的煙氣約70%經過煙氣換熱器3去煙囪21 排出，其余部分煙氣經過煙氣旁路擋板20進入加壓風機19，升壓至 2200~2500Pa，再經過冷卻器18冷卻至25~35°C，從二氧化碳吸收塔7的下 部煙氣進口進入塔中。在二氧化碳吸收塔7內部的循環中， 一級漿液循環泵9從沉淀池8的上部抽吸碳酸氫銨漿液混合物，輸送到一級噴淋裝置5中，氨水吸收劑也 通過氨水補給裝置12同步輸送到一級噴淋裝置5中，保持氨水與煙氣中二 氧化碳的摩爾比為1.1~1.3，從一級噴淋裝置5噴射出的混合漿液與煙氣中 的二氧化碳氣液兩相逆向接觸，發生充分的化學反應生成碳酸氫銨，最后 回落到沉淀池8中。二級漿液循環泵11從沉淀池8的中部抽吸碳酸氫銨漿 液混合物，輸送到二級噴淋裝置6中，從二級噴淋裝置6噴射出的混合漿 液經過整個吸收噴淋段，不僅與二氧化碳發生化學反應，還通過煙氣的蒸 發作用使其中的部分碳酸氫銨變成結晶體，最后也回落到沉淀池8中。被氨水吸收了二氧化碳的煙氣繼續向上流動，經過二氧化碳吸收塔7 頂部的除霧裝置17脫除酸霧，除霧裝置17配置有清洗噴淋機構16，可使 除霧裝置的葉片清潔，保證除霧效果良好。脫除酸霧的清潔煙氣可直接排 入大氣。累積到沉淀池8底部的濃稠碳酸氫銨漿液則被稠厚液循環泵10抽吸出 來，輸送到旋流分離器15中，旋流分離器15所分離出來固含量20~40%的 碳酸氫銨漿液進入離心機14中，離心機14進一步分離該碳酸氫銨漿液， 得到固體碳酸氫銨，旋流分離器15與離心機14所分離出來的母液則返回 到沉淀池8中進行再循環，固體碳酸氫銨被送入干燥器13中，經干燥處理 成為可庫存的碳酸氫銨化肥。
權利要求
1、一種氨法脫除電站煙氣中二氧化碳的方法，是對經過常規除塵和脫硫處理的電站鍋爐尾部煙氣進行再處理的過程，其特征在于該方法包括如下步驟1)將經過除塵和脫硫處理后的煙氣從二氧化碳吸收塔下部的煙氣進口導入，使煙氣在向上運動的同時，其中的二氧化碳與從二氧化碳吸收塔上部噴淋出的氨水吸收劑漿液進行逆向接觸，發生氣液兩相反應而生成碳酸氫銨，所生成的碳酸氫銨落入二氧化碳吸收塔底部沉淀池中；2)將落入二氧化碳吸收塔底部沉淀池中的碳酸氫銨漿液分為三路第一路碳酸氫銨漿液由一級漿液循環泵從沉淀池上部抽取，輸送至二氧化碳吸收塔上部的一級噴淋裝置中進行循環，并在該路碳酸氫銨漿液進入一級噴淋裝置之前補充氨水吸收劑，使煙氣中的二氧化碳能夠與氨水吸收劑漿液發生充分的反應；第二路碳酸氫銨漿液由二級漿液循環泵從沉淀池中部抽取，輸送至一級噴淋裝置上方的二級噴淋裝置中進行循環，使該路碳酸氫銨漿液中的一部分飽和碳酸氫銨溶液在煙氣的蒸發作用生成碳酸氫銨結晶體；第三路碳酸氫銨漿液由稠厚液循環泵從沉淀池底部抽取，使含有部分碳酸氫銨結晶體的碳酸氫銨漿液從二氧化碳吸收塔內的反應循環中分離出來；3)對經過二氧化碳吸收反應后繼續向上運動的煙氣進行除霧處理，脫除煙氣中所攜帶的酸霧，所獲得的潔凈煙氣從二氧化碳吸收塔頂部的煙氣出口排放；4)對稠厚液循環泵抽取出的第三路碳酸氫銨漿液依次進行旋流分離和離心分離處理，得到固體碳酸氫銨，再經過干燥處理獲得可庫存的碳酸氫銨化肥。
2、 根據權利要求l所述的氨法脫除電站煙氣中二氧化碳的方法，其特 征在于煙氣中的二氧化碳與氨水吸收劑漿液的反應溫度控制在25 35。C的 范圍內。
3、 根據權利要求1或2所述的氨法脫除電站煙氣中二氧化碳的方法， 其特征在于二氧化碳吸收塔中煙氣的反應壓力控制在2200~2500Pa的范 圍內。
4、 根據權利要求1或2所述的氨法脫除電站煙氣中二氧化碳的方法， 其特征在于氨水吸收劑漿液中氨水的補給量按以下比例確定氨水與煙氣中的二氧化碳的摩爾比為U~1.3。
5、 根據權利要求3所述的氨法脫除電站煙氣中二氧化碳的方法，其特征在于氨水吸收劑漿液中氨水的補給量按以下比例確定氨水與煙氣中 的二氧化碳的摩爾比為1.1 1.3。
6、 一種采用權利要求1所述方法而專門設計的氨法脫除電站煙氣中二 氧化碳的系統，包括通過管道相連的二氧化碳吸收塔(7)、旋流分離器(15 )、 離心機(14)和干燥器(13)，其特征在于所述二氧化碳吸收塔(7)為無填料的空塔結構，其下部煙氣進口和頂部煙氣出口之間自下而上依次設置有一級噴淋裝置(5)、 二級噴淋裝置(6)和除霧裝置(17)，其底部設 置有沉淀池(8);所述沉淀池(8)的上部通過外置的一級漿液循環泵(9) 與一級噴淋裝置(5)相連， 一級噴淋裝置(5)的進口處還設置有氨水補 給裝置(12);所述沉淀池(8)的中部通過外置的二級漿液循環泵(11) 與二級噴淋裝置(6)相連；所述沉淀池(8)的底部通過外置的稠厚液循 環泵(10)與旋流分離器(15)的進口相連，旋流分離器(15)的沉淀物 出口與離心器(14)的進口相連，離心器(14)的固態物出口與干燥器(13) 相連。
7、 根據權利要求6所述的氨法脫除電站煙氣中二氧化碳的系統，其特 征在于所說的一級噴淋裝置(5)和二級噴淋裝置(6)均具有3~5個噴 淋層。
8、 根據權利要求6或7所述的氨法脫除電站煙氣中二氧化碳的系統， 其特征在于所說的旋流分離器(15)的母液出口和離心器(14)的母液 出口均與二氧化碳吸收塔(7)上的回液口相連。
9、 根據權利要求6或7所述的氨法脫除電站煙氣中二氧化碳的系統， 其特征在于所說的除霧裝置(17)采用組合除霧裝置，由上、下層除霧 濾網和位于上、下層除霧濾網之間的清洗噴淋機構(16)構成。
10、 根據權利要求8所述的氨法脫除電站煙氣中二氧化碳的系統，其 特征在于所說的除霧裝置(17)采用組合除霧裝置，由上、下層除霧濾 網和位于上、下層除霧濾網之間的清洗噴淋機構(16)構成。
全文摘要
一種氨法脫除電站煙氣中二氧化碳的方法及其系統。該法采用氨水空塔循環噴淋脫除二氧化碳，落入塔底的碳酸氫銨漿液分三路第一路從沉淀池上部經一級噴淋裝置循環；第二路從沉淀池中部經二級噴淋裝置循環；第三路從沉淀池底部抽出，經旋流、離心和干燥處理成碳酸氫銨化肥；脫除二氧化碳的煙氣經除霧后排入大氣。其系統包括自下而上設有一級噴淋裝置、二級噴淋裝置和除霧裝置的二氧化碳吸收塔，一、二級噴淋裝置分別通過一、二級漿液循環泵與沉淀池上部和中部相連，且一級噴淋裝置進口處設有氨水補給裝置，沉淀池底部則通過稠厚液循環泵與旋流分離器、離心器和干燥器串聯。特別適于處理流量大、二氧化碳濃度低的電站煙氣，并可獲得碳酸氫銨化肥。
文檔編號B01D53/62GK101229475SQ20071005371
公開日2008年7月30日 申請日期2007年10月31日 優先權日2007年10月31日
發明者余福勝, 敬 朱, 李瑞鑫, 旭 韓, 高翔鵬 申請人:武漢凱迪電力環保有限公司