钠基干法脱硫副产物用于太阳能储热供暖的方法及系统与流程

1.本发明涉及钠基干法脱硫副产物处理领域，具体涉及一种钠基干法脱硫副产物用于太阳能储热供暖的方法及系统。


背景技术：

2.煤气锅炉烟气与燃煤锅炉烟气相比具有烟气含硫低、粉尘浓度低的特点，常采用钠基干法脱硫工艺进行烟气脱硫达到超低排放的目标。钠基干法脱硫工艺以小苏打作为脱硫剂，经研磨成粉后送入烟道，在烟道内与高温烟气充分接触，小苏打被加热激活，与烟气中的so2及其他酸性介质发生化学反应，使烟气净化。与其他半干法、湿法脱硫工艺比，该工艺脱硫副产物较少，工艺简单，脱硫效率高，但是存在副产物难处理的问题，该副产物中由于水溶性成分含量太高，不适用于一般工业固废的贮存和埋地条件，甚至该副产物被视为危废，因此其资源化利用的问题亟待解决。
3.近年来，煤气锅炉在钢铁冶金行业应用较多，正常工况下以燃烧高炉煤气为主，偶尔会掺烧少量的转炉煤气或焦炉煤气。通过控制脱硫剂的过喷率，目前干法脱硫副产物的主要成分为硫酸钠(75％以上)，其他成分为碳酸钠、碳酸氢钠和氯化钠等可溶性物质及少量不溶性物质。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种钠基干法脱硫副产物用于太阳能储热供暖的方法及系统。本发明从钠基干法脱硫副产物中提取出十水合硫酸钠(na2so4·
10h2o/芒硝)，并将其作为一种水合盐相变储热材料与太阳能供暖系统联合向外界供热，一部分热量可持续用于提取十水合硫酸钠的过程中，另一部分热量实现持续供暖。
5.为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明一方面提供一种钠基干法脱硫副产物用于太阳能储热供暖的方法，包括以下步骤：
7.将所述钠基干法脱硫副产物热溶解于水中，加入稀硫酸使溶液为弱碱性；过滤除去不溶物，所得滤液预冷至室温，之后冷却结晶析出晶体，得到十水合硫酸钠；
8.将所得十水合硫酸钠与防相分离剂、防过冷剂加入太阳能储热供暖装置的相变储热单元中，用于存储太阳能储热供暖装置产生的部分热能，以及将所储存的热能通过相变一部分提供给所述太阳能储热供暖装置的供暖单元，另一部分提供给所述钠基干法脱硫副产物的热溶解过程。
9.所述相变储热单元存储的热能既包含十水合硫酸钠熔化过程中的潜热，也包含一部分熔化后温升带来的显热。
10.所述钠基干法脱硫副产物的主要成分为硫酸钠(75％以上)，其他成分为碳酸钠、碳酸氢钠和氯化钠等可溶性物质及少量不溶性物质。加入稀硫酸的目的是将其中的碳酸钠和碳酸氢钠两种盐转化成硫酸钠，加入量由副产物中这两种物质的量决定；具体可根据溶
液ph变化来监测；加入稀硫酸的同时充分搅拌，溶液的碱性会逐渐降低，降低到弱碱性，ph略大于7(7《ph《7.1)即可。所述稀硫酸可以使用质量浓度20％～50％；例如30％。
11.根据本发明的方法，优选地，所述弱碱性对应的ph为7《ph《7.1。
12.根据本发明的方法，优选地，所述热溶解的温度为40
±
5℃；更优选为40℃。所述热溶解使用的水优选为纯水。
13.根据本发明的方法，优选地，所述冷却结晶的温度为0-10℃；更优选为0-5℃。
14.根据本发明的方法，优选地，所述将所述钠基干法脱硫副产物热溶解于水中的步骤中，水与钠基干法脱硫副产物的质量比为3：1～5:1，更优选为3：1；以保证钠基干法脱硫副产物中的可溶性物质完全溶解。
15.根据本发明的方法，优选地，所述冷却结晶析出晶体后所得母液返回用于所述钠基干法脱硫副产物的热溶解中，该母液多次循环使用后，检测其中氯化钠含量，当氯化钠含量高于5％之后弃用。
16.根据本发明的方法，优选地，所述防相分离剂为十二烷基苯磺酸钠，添加量为所述十水合硫酸钠的5wt.％～7.5wt.％；更优选为5wt.％。
17.根据本发明的方法，优选地，所述防过冷剂为硼砂，添加量为所述十水合硫酸钠的5wt.％～7.5wt.％；更优选为5wt.％。
18.根据本发明的方法，优选地，将所述十水合硫酸钠加入所述相变储热单元后，边搅拌边加入所述防相分离剂和防过冷剂，使其充分混合后使用。
19.本发明另一方面提供一种钠基干法脱硫副产物用于太阳能储热供暖的系统，用以实现以上方法；该系统包括：
20.加药调质装置、过滤装置、冷却结晶装置和太阳能储热供暖装置；
21.所述加药调质装置用以完成所述钠基干法脱硫副产物的热溶解，且所述加药调质装置包括加药口，通过所述加药口加入稀硫酸调质使溶液为弱碱性；
22.所述过滤装置与所述加药调质装置连接，用以过滤调质为弱碱性的溶液，除去不溶物；
23.所述冷却结晶装置用以进行所述冷却结晶；
24.所述太阳能储热供暖装置包括相变储热单元、太阳能集热单元和供暖单元；
25.所述相变储热单元用以放置所述十水合硫酸钠、防相分离剂和防过冷剂的混合物；所述太阳能集热单元用以将太阳能转化为热能，并与所述相变储热单元之间设置有换热通道，将热能提供给所述相变储热单元以存储；所述相变储热单元分别与所述加药调质装置和所述供暖单元之间设置有换热通道，所述相变储热单元存储的热能一部分提供给所述加药调质装置以维持其温度，另一部分提供给所述供暖单元。
26.根据本发明的系统，优选地，所述太阳能集热单元至相变储热单元设置有热介质管线，所述相变储热单元至太阳能集热单元设置有与所述热介质管线连接的冷介质管线；所述太阳能集热单元将太阳能转化为热能，该热能将冷介质加热成为热介质，所述热介质提供给所述相变储热单元，十水合硫酸钠受热熔化，蓄积热能；热介质变为冷介质返回所述太阳能集热单元。当无太阳时，所述太阳能集热单元停止输送热介质，熔化的硫酸钠开始结晶析硝，散发热能，向所述供暖单元提供热能。所述热介质和冷介质示例性的可以为水。
27.根据本发明的系统，优选地，所述相变储热单元至供暖单元设置有第一热水管线；
所述供暖单元至相变储热单元设置有与所述第一热水管线连接的第一回水管道；
28.所述相变储热单元至加药调质装置设置有第二热水管线；所述加药调质装置至相变储热单元设置有与所述第二热水管线连接的第二回水管道；
29.所述相变储热单元还连接有冷水泵，用以向其中补充冷水。
30.所述相变储热单元中熔化的硫酸钠开始结晶析硝，散发热能，将水加热，热水通向所述加药调质装置和供暖单元；加药调质装置和供暖单元的回水返回所述相变储热单元进行循环，所述冷水泵用于补充循环过程中损失的水量或调节冷水侧温度、流量时开启。
31.根据本发明的系统，优选地，所述相变储热单元包括筒体、盘管和夹套；所述筒体套设于所述夹套内，所述盘管位于筒体和夹套之间且呈蛇型布置；所述筒体内设置有搅拌部件；所述盘管连接所述热介质管线和冷介质管线；所述夹套内筒体外的空间与所述相变储热单元至供暖单元之间的热水管线连接，用以流通供暖用水。
32.根据本发明的系统，优选地，所述冷却结晶装置至所述加药调质装置设置有母液循环管线；所述冷却结晶装置中产出的母液通过所述母液循环管线返回所述加药调质装置，用于所述钠基干法脱硫副产物的热溶解，该母液多次循环使用后，检测其中氯化钠含量，当氯化钠含量高于5％之后外排。
33.本发明将脱硫副产物的处理产物十水合硫酸钠作为水合盐相变材料，将太阳能储能系统与脱硫副产物处理工艺连接，降低处理过程的能耗。太阳能蓄热外供热量，一部分用于维持脱硫副产物处理工艺热水溶解原料的热溶解过程，另一部分，用于向外界供暖。在加药调质装置中，温水促使尽可能多的硫酸钠溶解在水中，硫酸盐化促使可溶性的钠盐转化为硫酸钠。在冷却结晶前预冷至室温，以节省冷却结晶过程的能耗。冷却结晶后的母液返回加药调质装置循环使用，多次循环后，根据母液中氯化钠的含量，当氯化钠含量高于5％时弃用。
34.本发明的技术方案可以消纳煤气锅炉钠基干法脱硫副产物，变废为宝，实现副产物的环保节能再利用。本发明将结晶析硝与太阳能供暖耦合，一部分蓄热能回用于结晶析硝前处理过程，减少能耗，另一部分用于供暖，可在供暖范围附近就地消纳脱硫副产物，就近供暖，一举两得。
附图说明
35.图1为本发明一优选实施例中的钠基干法脱硫副产物用于太阳能储热供暖的系统及工艺流程示意图。
36.附图标记说明：
37.1-加药调质装置；
38.2-过滤装置；
39.3-冷却结晶装置；
40.4-相变储热单元；
41.5-太阳能集热单元；
42.6-供暖单元；
43.7-冷水泵；
44.8-母液循环管线；
45.9-热介质管线；
46.10-冷介质管线；
47.11-第一热水管线；
48.12-第二热水管线；
49.13-第一回水管道；
50.14-第二回水管道。
具体实施方式
51.为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
52.本发明在此提供一优选实施例，如图1所示，一种钠基干法脱硫副产物用于太阳能储热供暖的系统，包括管线依次连接的加药调质装置1、过滤装置2、冷却结晶装置3和太阳能储热供暖装置；
53.加药调质装置1用以完成所述钠基干法脱硫副产物的热溶解，且所述加药调质装置包括加药口，通过所述加药口加入稀硫酸调质使溶液为弱碱性。具体的，将脱硫副产物倒入药调质装置1，加入纯水溶解，水温控制在40
±
5℃；加入稀硫酸使溶液为弱碱性(7《ph《7.1)。示例性的，稀硫酸的质量浓度为20％～50％；例如30％左右，目的是将碳酸钠和碳酸氢钠两种盐转化成硫酸钠，加入量由副产物中这两种物质的量决定；加入稀硫酸的同时，溶液的碱性会逐渐降低，实时监测溶液的ph值，当降低到弱碱性，ph略大于7(7《ph《7.1)时停止加酸。
54.过滤装置2与所述加药调质装置1连接，用以过滤调质为弱碱性的溶液，除去不溶物。
55.冷却结晶装置3用以进行所述冷却结晶。过滤装置2所得滤液预冷至室温，之后进入冷却结晶装置3，溶液降温过程中析出芒硝晶体；晶体自冷却结晶装置3(具体可以为冷却结晶釜)出料口排出，即为十水合硫酸钠。分离出的母液通过冷却结晶装置3至加药调质装置1之间的母液循环管线8返回加药调质装置1，用于脱硫副产物的热溶解，该母液多次循环使用后，检测其中氯化钠含量，当氯化钠含量高于5％之后外排。
56.太阳能储热供暖装置包括相变储热单元4、太阳能集热单元5和供暖单元6。
57.相变储热单元4用以放置所述十水合硫酸钠、防相分离剂和防过冷剂的混合物；具体的，将所述结晶物加入相变储热单元4，边搅拌边加入防相分离剂和防过冷剂，使其充分混合后使用。
58.防相分离剂可以为十二烷基苯磺酸钠，添加量约为十水合硫酸钠的5wt.％～7.5wt.％。防过冷剂可以为硼砂，添加量约为所述十水合硫酸钠的5wt.％～7.5wt.％。
59.太阳能集热单元5用以将太阳能转化为热能，并与相变储热单元4之间设置有换热通道，将热能提供给相变储热单元4以存储。相变储热单元4分别与加药调质装置1和供暖单元6之间设置有换热通道，相变储热单元4存储的热能一部分提供给加药调质装置1以维持其温度，另一部分提供给供暖单元6用以供暖。
60.具体的换热通道包括：热介质管线9、冷介质管线10、第一热水管线11、第二热水管
线12以及第一回水管道13、第二回水管道14，具体设置如下：
61.太阳能集热单元5至相变储热单元4设置有热介质管线9，相变储热单元4至太阳能集热单元5设置有与热介质管线9连接的冷介质管线10；太阳能集热单元5将太阳能转化为热能，该热能将冷介质加热成为热介质，所述热介质提供给相变储热单元4，十水合硫酸钠受热熔化，蓄积热能；热介质变为冷介质返回太阳能集热单元5。当无太阳时，太阳能集热单元5停止输送热介质，熔化的硫酸钠开始结晶析硝，散发热能，向供暖单元6提供热能。热介质和冷介质优选为水。
62.相变储热单元4至供暖单元6设置有第一热水管线11；供暖单元6至相变储热单元4设置有与第一热水管线11连接的第一回水管道13。相变储热单元4至加药调质装置1设置有第二热水管线12，加药调质装置1至相变储热单元4设置有与第二热水管线12连接的第二回水管道14；此外，相变储热单元4还连接有冷水泵7，用以向其中补充冷水。
63.当无太阳时，太阳能集热单元5停止输送热介质，熔化的硫酸钠开始结晶析硝，散发热能，将水加热，热水通过第一热水管线11和第二热水管线12提供给加药调质装置1和供暖单元6；供暖单元6的回水通过第一回水管道13返回相变储热单元4进行循环，加药调质装置1的回水通过第二回水管道14返回相变储热单元进行循环。冷水泵7用于补充循环过程中损失的水量或调节冷水侧温度、流量时开启。
64.进一步的，相变储热单元4包括筒体、盘管和夹套；所述筒体套设于所述夹套内，所述盘管位于筒体和夹套之间且呈蛇型布置；所述筒体内设置有搅拌部件；所述盘管连接所述热介质管线9和冷介质管线10；夹套内筒体外的空间与相变储热单元4至供暖单元6之间的第一热水管线11连接，用以流通供暖用水。
65.应用例：
66.某以高炉煤气为主燃料的煤气锅炉采用钠基干法脱硫，所产生的脱硫副产物中硫酸钠含量不低于85％；该脱硫副产物采用本发明的系统和工艺进行处理，具体工艺流程图如图1所示：
67.(1)在加药调质装置1中加入一定量的纯水，使温度基本恒定在40℃。倒入脱硫副产物(水料比重为3:1)，加入稀硫酸(质量浓度约30％)，对副产物中的其他可溶性成分进行硫酸盐化，溶液的碱性会随着稀硫酸的加入逐渐降低，实时监测溶液的ph值，当降低到弱碱性，ph略大于7(7《ph《7.1)时停止加酸；充分搅拌后静置不小于一小时。
68.(2)将溶液泵入过滤装置2，除去不溶性杂质。
69.(3)过滤后的溶液预冷至室温后，泵入冷却结晶装置3，装置内温度不高于5℃；在装置内硫酸钠随着溶液温度的降低，以芒硝的形式析出。
70.(4)收集析出的芒硝，置于相变储热装置4后，边搅拌边加入防相分离剂和防过冷剂，使其充分混合后使用。防相分离剂为十二熔基苯磺酸钠，添加量约为芒硝的5wt.％；防过冷剂为硼砂，添加量约为约为芒硝的5wt.％。
71.收集析出的结晶后所得母液回加药调质装置1循环使用，母液多次循环使用后，检测母液中氯化钠含量，当氯化钠含量高于5％之后弃用。
72.(5)白天太阳能集热单元5将热水输送至相变储热单元4，其中的芒硝受热熔化，蓄积热能。黑夜，太阳能集热单元5停止输送热水；熔化的硫酸钠开始结晶析硝，冷水泵7泵入相变储热单元4，换热后出热水；热水一部分系统自用，作为换热介质维持加药调质装置1的
温度，用于制芒硝过程中第一步的热溶解，可有效减少系统能耗；另一部分热水用于供暖单元6，向外界供热，供暖单元6的回水(冷水)返回相变储热单元进行循环。
73.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。