燃煤锅炉废气中SO2的净化回收工艺 本发明属于环境保护领域，涉及燃煤锅炉废气中SO2的净化回收工艺。
众所周知，燃煤锅炉的烟气污染是大气污染最主要的根源之一，一直是环境治理工作的主要对象。燃煤所产生的废气中，SO2的含量一般在1000ppm以上，有的甚至高达3000～4000ppm，对于如火力发电厂和有色金属冶炼厂等以煤为燃料的部门。烟气量巨大，如不加以处理，将会对环境带来严重危害，已引起有关部门的高度重视。目前，燃煤锅炉废气中SO2的处理主要有以下几种方法：
(1)抛弃法：以石灰石浆液为吸收剂，吸收废气中的SO2，生成硫酸钙后抛弃。该方法设备投资大，运行费用高，因此，该方法很难令有关的工厂接受；
(2)亚硫酸钠热浓缩法：该方法是一个典型的回收法，但是副反应很严重，SO2的损失可高达15％，相当于每回收1吨SO2的NaOH的损失为220kg，因此，吸收剂的损耗相当高，操作费用很大；其次，该方法地蒸汽消耗也较大，每回收1吨SO2的蒸汽消耗可达10吨以上，同时设备投资也较大；
(3)美国专利U.S.P.3,843,789(1974)公开了一种氨吸收直接氧化硫铵法，该方法也是一个典型的回收法，该方法的主要缺陷是氨的损失大，能耗高，氧化率低，设备复杂，操作难度大；
(4)美国专利U.S.P.4,519,994(1985)公开了一种磷酸盐法，可使氧化损失降低到1％以下，回收1吨SO2的碱耗小于10kg，但是解吸SO2的蒸汽消耗依然较大。
除此之外，尚有其它一些方法，如电子束法和等离子体法，在实施上均存在着能耗大，设备制造困难等缺点。因此，开发研究新的燃煤锅炉废气中SO2的处理方法已成为产业部门和环境保护的迫切需要。
本发明的目的在于：1．公开一种以氨为吸收剂、以硫酸和硫铵为最终产品的燃煤锅炉废气中SO2的净化回收工艺，以克服现有技术存在的能耗和操作费用高、回收产品单一的缺点；2．公开一种集洗涤、除尘、降温和吸收SO2为一体的组合式设备--吸收塔，以提高吸收效率和降低设备投资。
本发明的构思是这样的：
1．采用氨为SO2的吸收剂，吸收烟气中的SO2，生成亚硫酸氢铵和亚硫酸铵的混合物，简称亚硫铵，将生成的亚硫铵与硫酸进行中和反应解吸出气态SO2，其浓度一般可达50％(V0/V)以上(V0为SO2的体积，V为气体混合的体积，下同)，同时生成硫铵溶液。该中和反应过程中释放出的大量反应热，将有助于SO2的解吸和硫铵溶液的蒸发浓缩，因此，便可降低硫铵蒸发浓缩的蒸汽消耗。SO2采用常规的方法经氧化和吸收，制成硫酸，部分循环使用，部分可作产品。由于SO2浓度较高，不仅可以降低硫酸制备装置的投资，而且可以副产蒸汽，降低能耗；生成的硫铵溶液则可采用常规的方法制成硫铵；
2．由于燃煤锅炉废气中除了SO2之外，尚有大量的烟尘，且温度也较高，本发明将洗涤、除尘、降温、吸收、尾气中NH3的洗涤和除雾六个功能集于一体，设计了一种占地面积小、采用大孔径、高开孔率筛板与规整填料作为塔的内构件的吸收塔，以提高传质效率、减小雾沫夹带和压降、降低设备投资。
依据上述构思，本发明设计了一条新的工艺流程用于烟气中SO2的净化和回收，该流程主要包括4个过程，①烟气的除尘、降温和SO2的吸收过程，②亚硫铵溶液的中和过程，③硫酸制备过程，④硫铵制备过程。图1为该流程方框图。图中：
1----烟气的除尘、降温和SO2的吸收过程
2----亚硫铵溶液的中和过程
3----硫酸制备过程
4----硫铵制备过程
燃煤锅炉废气先经过烟气的除尘、降温和SO2的吸收过程1，由水洗涤除去烟尘，并降低温度，氨水溶液吸收其中的SO2，生成亚硫铵，净化后的烟气通过烟囱排空，污水排出系统。吸收温度为40～60℃，吸收液中总铵含量为0.2～10mol/L，气液比为1,000～10,000(体积比，下同)，洗涤气液比为1,000～5,000(体积比，下同)。该过程的反应式为：
式中：X=0.6～0.8
生成的亚硫铵溶液在中和过程2中与硫酸中和，解吸出浓度高于50％的气态SO2，并生成浓度为50～75％(wt％)的硫铵溶液。加入的硫酸与亚硫铵溶液的总铵比为0.4～0.5(摩尔比)。该过程为放热反应过程，会放出大量的热量，有助于SO2的解吸和硫铵溶液的蒸发浓缩，因此，可以降低硫铵蒸发浓缩的蒸汽消耗。该过程的反应式为：
X同上所述。
解吸出的SO2送往硫酸制备过程3，制成的硫酸一部分导入中和过程2中循环使用，多余部分可作为产品；
中和过程2中生成的硫铵溶液则送往硫铵制备过程4，制成产品硫铵。
图2为该工艺的流程图。图中：
5----再热器 6----吸收塔
7----中和槽 8----硫酸制备装置
9----硫铵制备装置
来自燃煤锅炉温度为120～200℃的含有SO2的烟气，通过再热器5，温度降低至90～120℃，进入吸收塔6下部的冷却、除尘段，温度降低为40～60℃后进入中部的吸收段，含氨水溶液由上部进入塔内。为了使吸收液在吸收段各截面维持一定的浓度，也可使吸收液分段进入吸收塔，分段补氨，并使吸收液在段内循环；洗涤水由塔6下部的冷却、除尘段进入塔内。在该吸收塔内，SO2的吸收率可达95％以上，除尘率可达99％以上，吸收后的气体的温度降为40～60℃，其SO2的含量可降至100ppm以下，通过再热器5后由烟囱排放；吸收了SO2的氨水溶液反应生成亚硫铵，进入中和槽7，与来自硫酸制备装置9的硫酸中和，解吸出SO2，其浓度一般为50～70％，送往硫酸制备装置9，用于制备浓度为98％的硫酸。为了SO2的完全解吸，也可将空气通入中和槽7，空气鼓入量为SO2体积的5～10倍，并将SO2的浓度稀释至10～12％；中和槽7底部流出的硫铵进入硫铵制备装置9，用于制备成品硫铵；污水由吸收塔6的底部排出。
由上述流程可见，本发明所说的工艺，具有十分显著的优点：1．由氨水溶液吸收的烟气中的SO2几乎全部被浓缩为浓度大于50％的SO2气体，确保了其总量的30～40％可以制成浓度为98％的工业硫酸，有60～70％为硫铵；2．操作费用较低，每回收1吨SO2的氨用量为350～380kg，比传统的工艺降低了30～40％。
本发明所说的工艺可以采用常规的吸收塔，也可以优选采用一种组合式的吸收塔，图3为该吸收塔的示意图。图中：
10----烟气入口 11----洗涤板
12----分隔板 13----吸收板
14----波纹板规整填料 15----升气帽
16----除沫器 17----烟气出口
18----吸收液入口 19----循环吸收液出口
20----吸收液出口 21----洗涤水入口
22----排污口 23----气体分布器
24----塔体
图4为图3中的A-A向示意图。
所说的组合式的吸收塔为一个组合体，具有一个圆柱形的塔体24，塔体24的底部安装了一个气体分布器23，一般可采用环型分布器，使气体均匀地进入吸收塔，气体入口10和排污口22设置于塔体24的下部；
在塔底气体分布器23的上方设置了1～3块洗涤板11。所说的洗涤板11为大孔筛板，孔径为10～30mm，开孔率为10～30％，亦可采用其它如双孔径筛板、格栅板等类型；
在塔体24的中部设置了1～5块吸收板13和1～5块的分隔板12，每一块吸收板13和分隔板12组成一个吸收段。每块分隔板12上设有10～40个升气帽15，其作用是既能使气体顺利地进入上一层，又可阻挡吸收液流入下一层；分隔板12的下方设有波纹板规整填料14，既能均布气流，提高传质效率，又能起到液滴聚并，减小高气速下的雾沫夹带；每一个吸收段均设置一个吸收液的进口18和循环吸收液的出口19，循环吸收液出口19设置于升气帽15的下方，以利于气体的上升；吸收液出口20设置于最后一块分隔板处；吸收板13为大孔筛板，孔径为10～30mm，开孔率为10～30％，亦可采用其它如双孔径筛板、格栅板等类型；
在塔体24的上部设置了除沫器16。所说的除雾器16可采用常规的除雾器，如丝网除沫器和填料除沫器等；
气体出口17设置于塔体24的顶部。
操作时，烟气由塔底的气体入口10通过气体分布器23进入塔体24内，由洗涤水入口21进入的洗涤水洗涤，然后相继通过分隔板12、吸收板13、除沫器16后由气体出口17离开吸收塔；吸收液由吸收液入口18进入塔内，然后由循环吸收液出口19引出，部分循环使用，部分进入下一吸收段，最后由吸收液出口20引出塔外，进入下一工序。
为了不使高温烟气对吸收塔造成损坏，可使高温烟气在入塔之前先进行洗涤降温，图5为设置了洗涤管的吸收塔。图中：
25----洗涤管 26----水箱
27----挡板
高温烟气先在洗涤管25中用洗涤水进行降温，然后再进入吸收塔。
上述的组合式的吸收塔具有十分显著的优点：
1．将洗涤、除尘、降温、吸收、尾气中NH3的洗涤回收和除沫六个功能集于一体，流程和设备紧凑，占地面积小；
2．采用筛板与填料复合的塔内件，传质效率明显提高，雾沫夹带少；
3．采用大孔径、高开孔率筛板，压降小，能耗低，通量高；
以下将通过实施例对本发明的内容作进一步的阐述。
实施例1
某25MW机组的燃煤锅炉，其烟气量为10万标准m3/小时，SO2含量为3000ppm，温度为80℃，采用三段吸收。
操作工艺参数：
吸收液中铵浓度：
0.5～9mol/L，从上往下各段浓度分别为：0.5mol/L,2.4 mol/L,9.0 mol/L
吸收液循环量：50米3/小时
洗涤水量：80米3/小时
进入中和槽吸收液量：2207公斤/小时，其中：
NH4HSO3 40％(wt％),(NH4)2SO3 17.5％(wt％),(NH4)2SO4 4％(wt％)
中和硫酸用量：780公斤/小时
氨用量：280公斤/小时
吸收段水用量：850公斤/小时
尾气中SO2含量：157ppm尾气中氨含量：34ppm
硫酸产量(98％):440公斤/小时 硫铵产量：1050公斤/小时
组合式吸收塔的结构参数如下：
塔内径：3.35米 塔高：5米
洗涤板块数：1 筛孔直径：15mm 开孔率25％
吸收板块数：3 筛孔直径：15mm 开孔率25％
分隔板块数：3 升气帽数量：36
填料高度：3×200 填料型号：170X
含有3000ppm SO2的80℃高温烟气经洗涤管25后温度降为68℃进入塔内，通过洗涤后温度降为50℃，再通过吸收、除沫后由烟囱排放；进入中和槽7的吸收液与硫酸的中和温度为90℃，鼓入的空气量为1350公斤/小时。
实施例2
采用与实施例1相同的工艺参数和组合式吸收塔的结构参数，但将吸收段由三段改为四段，吸收液中铵浓度改为0.2～9mol/L，从上往下各段浓度分别为：0.23mol/L,1.7mol/L,3.7mol/L,9.0mol/L，其结果如下：
尾气中SO2含量：53ppm尾气中氨含量：7.1ppm
硫酸产量(98％):460公斤/小时 硫铵产量：1080公斤/小时