CN101053747A - 同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净工艺及其系统 - Google Patents

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Abstract

一种同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净工艺及其系统。该工艺先使烟气中的一氧化氮进行氧化反应生成二氧化氮,然后使烟气中的二氧化硫和二氧化氮分别与氨水进行反应生成亚硫酸铵、硝酸铵和亚硝酸铵,再使其中的亚硫酸铵和亚硝酸铵发生氧化反应生成副产品硫酸铵和硝酸铵,同时对脱硫脱硝后的烟气进行除雾,最终获得洁净烟气。其系统包括依次连接的预除尘装置、双氧水或臭氧喷射装置和脱硫脱硝塔,脱硫脱硝塔底部连有氨水补给装置和空气给进装置,中部设有可循环喷射的氨水喷淋层,上部设有除雾器。其工艺简单、系统简化、投资及运行成本低廉,不仅脱硫脱硝效率高,而且脱硫脱硝吸收剂的利用率高,脱硫脱硝副产品为可资源化利用的硫酸氨和硝酸氨化肥。

Description

同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净工艺及其系统

技术领域

本发明涉及对燃煤电站所排放烟气的净化处理技术,具体地指一种同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净工艺及其系统。

背景技术

我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一,煤炭占我国一次能源生产和消耗的比例一直在70%以上,燃煤废气如二氧化硫SO2、氮氧化物NOx的排放已形成了巨大的环境污染,从根本上治理SO2和NOx排放所造成的污染势在必行。

目前,用于燃煤电站的烟气脱硫、烟气脱硝和烟气除尘等工艺和设备绝大多数还是单独开发的,形成各自的技术体系和工艺流程。为了达到环保排放要求,即除去烟气中的SO2、NOx和粉尘,燃煤电厂至少需要两套以上独立的脱硫和脱硝系统。

对于烟气脱硝技术而言,传统的方法主要有选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR),SCR法虽然可以实现很高的脱硝效率,满足严格的烟气排放标准,但其工艺和设备系统复杂,且需要特殊的催化剂,整个系统投资与运行成本偏高。SNCR法虽然工艺和设备系统简单,投资和运行成本较低,但其脱硝效率不高,有时很难达到国家排放标准的要求。

对于烟气脱硫技术而言,传统的方法主要有石灰石-石膏法、海水脱硫法、循环流化床干式烟气脱硫法和湿式氨法烟气脱硫法等等。石灰石-石膏法和海水脱硫法存在占地面积大、系统复杂、能耗和运行成本高的缺陷。循环流化床干式烟气脱硫法虽然系统简单、占地面积小、运行成本低,但其对脱硫剂的质量要求较高,且脱硫副产品亚硫酸钙很难综合利用。湿式氨法烟气脱硫法所采用的脱硫塔主要有填料塔、液柱塔和喷淋塔数种,虽然具有占地面积小、投资和运行费用低、脱硫副产品为有价值的化学原料和农作物化肥的优点,但其脱硝效率却很低。

为了解决上述问题,公告号为CN2712446Y和CN2746971Y的中国实用新型专利说明书分别提出了一种《烟气脱硫脱硝装置》和《脱硫脱硝一体化烟气净化塔》,但其脱硫脱硝设备均为体积笨大的填料装置,且直接采用氨水溶液来吸收烟气中的氮氧化物NOx,不仅使整个脱硫脱硝设备的阻力大幅增加,而且也不能有效地除去烟气中的NOx。这是因为NOx组份中90%以上为一氧化氮NO,而NO很难溶于水,采用简单的洗涤法很难将NO吸收。

由此可见,采用两套以上独立的脱硫和脱硝系统不仅烟气净化设备复杂、占地面积大、建设与运行费用高,而且将这些独立的脱硫、脱硝和除尘系统合理组合起来实现综合高效运行还存在许多困难。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净工艺及其系统。采用该工艺及其系统能够有效提高烟气的脱硫、脱硝效率和脱硫脱硝吸收剂的利用率,并且其工艺流程简单、系统结构简化、投资及运行成本低廉,脱硫脱硝副产品为可资源化利用的硫酸氨和硝酸氨化肥。

为实现上述目的,本发明所设计的同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净工艺,是对需要脱硫的烟气进行预除尘处理后,再按如下工艺步骤进行处理:1)采用双氧水H2O2或臭氧O3作为氧化剂,以空气作为雾化介质,将其均匀喷射到经过预除尘处理的烟气中,使烟气中的一氧化氮NO气体既与双氧水或臭氧发生化学反应、也与空气中的氧气发生化学反应,生成二氧化氮NO2气体。其化学反应的方程式如下:NO+H2O2=NO2+H2O或者NO+O3=NO2+O22NO+O2=2NO22)采用氨水NH3作为脱硫脱硝剂,将其喷射到经过氧化处理的烟气中,使烟气中的二氧化硫SO2和二氧化氮NO2分别与氨水发生化学反应,生成亚硫酸铵(NH4)2SO3、硝酸铵NH4NO3和亚硝酸铵NH4NO2混合物。可以采用质量百分浓度为25~30%的氨水与二氧化硫SO2和二氧化氮NO2进行气液两相反应,其化学反应的方程式如下:2NH3+SO2+H2O=(NH4)2SO32NH3+2NO2+H2O=NH4NO2+NH4NO33)采用空气作为氧化剂,将其喷射到脱硫脱硝反应生成的亚硫酸铵(NH4)2SO3、硝酸铵NH4NO3和亚硝酸铵NH4NO2混合物中,使其中的亚硫酸铵和亚硝酸铵与空气中的氧气发生充分的氧化反应,生成副产品硫酸铵(NH4)2SO4和硝酸铵NH4NO3。其化学反应的方程式如下:2(NH4)2SO3+O2=2(NH4)2SO42NH4NO2+O2=2NH4NO34)对经过脱硫脱硝反应的烟气进行除雾处理,脱除烟气中所携带的液滴,即可获得同时脱硫脱硝的洁净烟气。

在上述步骤1)中,一氧化氮与双氧水或臭氧的反应温度优选控制在110~130℃的范围内,最好为115~125℃。这样,双氧水或臭氧可以在合适的温度下与烟气中的一氧化氮发生充分完全的反应,将绝大部分的一氧化氮转化为二氧化氮,从而提高整个工艺的脱硝效率。

上述步骤1)中,氧化剂双氧水或臭氧的喷射量按以下比例确定:双氧水或臭氧与烟气中的一氧化氮的摩尔比为1.0~1.2。上述步骤2)中,脱硫脱硝剂氨水的补给量按以下比例确定:脱硫所需的氨水与烟气中二氧化硫的摩尔比为2.1~2.3,脱硝所需的氨水与烟气中二氧化氮的摩尔比为1.1~1.3。这样,一方面从需要量的角度保证了脱硫脱硝剂氨水与氮氧化物NOx和二氧化硫完全充分反应,另一方面也避免了投入过脱硫脱硝剂而生产的新污染和资源浪费。

为实现上述工艺而专门设计的同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净系统,包括预除尘装置和脱硫脱硝塔。所述预除尘装置和脱硫脱硝塔之间的烟道上设置有双氧水或臭氧喷射装置,烟气经过双氧水或臭氧处理后进入脱硫脱硝塔中。所述脱硫脱硝塔自下而上依次设有底部浆池区、下部烟气输入区、中部喷淋区、以及上部烟气除雾区,其中:脱硫脱硝塔的底部设有排浆口,脱硫脱硝塔的底部浆池区连接有氨水补给装置和空气给进装置;脱硫脱硝塔的下部烟气输入区设置有烟气进口;脱硫脱硝塔的中部喷淋区布置有多个氨水喷淋层;脱硫脱硝塔的上部烟气除雾区布置有除雾器,脱硫脱硝塔的顶部设有烟气出口;脱硫脱硝塔的底部浆池区与氨水喷淋层之间通过外置的浆液循环泵相连。

进一步地,上述脱硫脱硝塔底部的排浆口通过排浆泵与旋流分离器的进口相连,旋流分离器的下溢流口与脱水器的进口相连,脱水器的固体出口与干燥器相连。同时,将旋流分离器的上溢流口和脱水器的液体出口与中间箱的进口相连,中间箱的出口通过回收循环泵与脱硫脱硝塔的底部浆池区相连。由此,可实现对脱硫脱硝所生成的副产品硫酸铵和硝酸铵浆液的综合加工处理,将其分离、脱水、干燥后,直接变成可库存的硫酸铵和硝酸铵化肥,同时将分离出来的残液送回脱硫脱硝塔继续循环,实现脱硫脱硝产物的无害化和资源化利用。

与现有技术相比,本发明的优点在于:其一,本发明将烟气的脱硫、脱硝工艺及其所采用的设备有机地组合成一个完整的工艺体系,既简化了工艺流程、减小了设备占地面积,又大幅降低了设备的投资和运行费用。

其二,本发明首先通过双氧水或臭氧将烟气中含量在90%以上的一氧化氮氧化成二氧化氮,再采用氨水作为吸收剂同时脱除烟气中的二氧化硫和二氧化氮。由于二氧化氮更容易被氨水吸收,因此本发明有效克服了传统湿式氨法烟气脱硫脱硝技术中脱硝效率低下的缺陷,其脱硝效率可达90%以上,其脱硫效率也在95%以上。

其三,本发明的脱硫脱硝副产物为硫酸铵和硝酸铵化肥,经过分离、脱水和干燥处理后其纯度可达99%,可实现脱硫脱硝产物的无害化和资源化利用,并具有良好的市场前景,特别符合我国作为农业大国的国情。

综上所述,本发明具有投资小、能耗低、工艺及系统简单、运行成本低、吸收剂利用率高、运行可靠、脱硫脱硝效率高等特点,其脱硫效率可达95%以上,脱硝效率可达90%以上,经过处理的洁净烟气完全符合国家关于二氧化硫和氮氧化物的排放标准。

附图说明

附图为一种同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净系统的结构示意图。

具体实施方式

以下针对一台燃煤电站锅炉机组,结合附图对本发明作进一步的详细描述:图中所示的同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净系统,包括布置在燃煤锅炉机组1出口烟道上的预除尘装置2和用于烟气反应主体装置的脱硫脱硝塔5。预除尘装置2采用线板式四级电场结构的静电除尘器,可以收集烟气中99.5%以上的尘粒。在预除尘装置2和脱硫脱硝塔5之间的烟道上设置有双氧水或臭氧喷射装置3,该装置可以是带有格栅结构的雾化喷射器,这种雾化喷射器一般包括1~5根母管,每根母管上等间距布置4~10根支管,每根支管上等间距布置5~10个雾化喷嘴,各个支管在烟道上等间距布置,具体的母管、支管数量和每根支管上的雾化喷嘴数量由烟道截面大小决定,经过雾化喷射后的氧化剂可以覆盖整个烟道截面,确保烟气快速、充分氧化。

脱硫脱硝塔5为筒形结构,其自下而上依次设有底部浆池区、下部烟气输入区、中部喷淋区、以及上部烟气除雾区。其中:脱硫脱硝塔5的底部浆池区连接有氨水补给装置20和空气给进装置21。脱硫脱硝塔5的下部烟气输入区设置有与双氧水或臭氧喷射装置3相连的烟气进口4。脱硫脱硝塔5的中部喷淋区布置有多道氨水喷淋层6,氨水喷淋层6的布置数量主要取决于所要处理的烟气量等参数,布置3~5道即可实现良好的气液传质。脱硫脱硝塔5的上部烟气除雾区布置有除雾器7,除雾器7采用组合除雾装置,由上、下层除雾滤网和位于上、下层除雾滤网之间的清洗喷淋部件构成,可以完全有效地将烟气中所含有的水份分离出来。脱硫脱硝塔5的底部浆池区与氨水喷淋层6之间通过外置的浆液循环泵18相连,以确保氨水脱硫剂不间断循环。

脱硫脱硝塔5的底部设置有排浆口19,排浆口19通过排浆泵17与旋流分离器12的进口相连,旋流分离器12的下溢流口与脱水器13的进口相连,脱水器13的固体出口与干燥器14相连,旋流分离器12的上溢流口和脱水器13的液体出口均与中间箱15的进口相连,中间箱15的出口通过回收循环泵16与脱硫脱硝塔5的底部浆池区相连,由此构成脱硫脱硝副产物处理系统。排浆泵17将脱硫脱硝塔5底部浆池区内的浆液抽排至脱硫脱硝副产物处理系统,经分离、脱水获得硫酸铵和硝酸铵晶体,再经干燥获得脱硫副产物硫酸铵和硝酸铵化肥。而所分离的废液由回收循环泵16泵入脱硫脱硝塔6的底部浆池区,重新进行循环。

脱硫脱硝塔5的顶部设置有烟气出口8,烟气出口8依次通过烟气再热器9、引风机10与烟囱11相连。

本发明的同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净工艺是这样的:首先,从燃煤锅炉机组1排出的烟气进入预除尘装置2,经过预除尘处理后,可除去烟气中90%以上的飞灰。然后烟气通过双氧水或臭氧喷射装置3,双氧水或臭氧的喷射量按以下比例确定:双氧水或臭氧与烟气中的一氧化氮的摩尔比为1.0~1.2,一氧化氮与双氧水或臭氧的反应温度控制在110~130℃的范围内,最好为115~125℃,以使烟气中的一氧化氮NO与雾化空气所携带的双氧水或臭氧发生充分的氧化反应,生成二氧化氮NO2。

然后,经过氧化处理的烟气从烟气进口4输入脱硫脱硝塔5中,与从氨水喷淋层6喷射出的质量浓度百分比为28%的氨水逆向接触,发生气液两相反应,除去烟气中的二氧化硫SO2和二氧化氮NO2,同时生成亚硫酸铵、硝酸铵和亚硝酸铵混合物。其中:脱硫脱硝剂氨水的补给量按以下比例确定:脱硫所需的氨水与烟气中二氧化硫的摩尔比为2.1~2.3,以保证烟气中的二氧化硫与脱硫吸收剂充分反应,其脱硫效率在95%以上;脱硝所需的氨水与烟气中二氧化氮的摩尔比为1.1~1.3,以保证烟气的脱硝效率在90%以上。

再后,所生成的亚硫酸铵、硝酸铵和亚硝酸铵混合物浆液落入脱硫脱硝塔5的底部浆池区,与从空气给进装置21通入的空气发生氧化反应,使亚硫酸铵和亚硝酸铵转化为硫酸铵和硝酸铵浆液。硫酸铵和硝酸铵浆液再经排浆口19、排浆泵17送至旋流分离器12,在旋流分离器12中进行浆液分离,其上溢流返回中间箱15,下溢流进入脱水器13。从脱水器13固体出口输出的硫酸铵和硝酸铵晶体再进入干燥器14中,经干燥处理后送入仓库或挤压成饼,得到副产品硫酸铵和硝酸铵肥料,从脱水器13液体出口输出的废液也流入中间箱15,中间箱15中的废液再通过循环泵16进入脱硫脱硝塔5,实现循环利用。

最后,经过脱硫脱硝反应的烟气穿越除雾器7,除去所携带的液滴后,从烟气出口8进入烟气再热器9中,将烟气的温度升高到80℃左右,再由引风机10排入烟囱11。适当提升烟气的温度可有效防止烟气腐蚀烟道和烟囱。

Claims (10)

1.一种同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净工艺,包括对需要脱硫的烟气进行预除尘处理,其特征在于:该工艺还包括如下步骤:1)采用双氧水或臭氧作为氧化剂,以空气作为雾化介质,将其均匀喷射到经过预除尘处理的烟气中,使烟气中的一氧化氮既与双氧水或臭氧发生化学反应,也与空气中的氧气发生化学反应,生成二氧化氮气体;2)采用氨水作为脱硫脱硝剂,将其喷射到经过氧化处理的烟气中,使烟气中的二氧化硫和二氧化氮分别与氨水发生化学反应,生成亚硫酸铵、硝酸铵和亚硝酸铵混合物;3)采用空气作为氧化剂,将其喷射到脱硫脱硝反应生成的亚硫酸铵、硝酸铵和亚硝酸铵混合物中,使其中的亚硫酸铵和亚硝酸铵与空气中的氧气发生充分的氧化反应,生成副产品硫酸铵和硝酸铵;4)对经过脱硫脱硝反应的烟气进行除雾处理,脱除烟气中所携带的液滴,即可获得同时脱硫脱硝的洁净烟气。
2.根据权利要求1所述的同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净工艺,其特征在于:所说的步骤1)中,一氧化氮与双氧水或臭氧的反应温度控制在110~130℃的范围内。
3.根据权利要求1所述的同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净工艺,其特征在于:所说的步骤1)中,一氧化氮与双氧水或臭氧的反应温度控制在115~125℃的范围内。
4.根据权利要求1所述的同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净工艺,其特征在于:所说的步骤1)中,氧化剂双氧水或臭氧的喷射量按以下比例确定:双氧水或臭氧与烟气中的一氧化氮的摩尔比为1.0~1.2。
5.根据权利要求1所述的同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净工艺,其特征在于:所说的步骤2)中,脱硫脱硝剂氨水的补给量按以下比例确定:脱硫所需的氨水与烟气中二氧化硫的摩尔比为2.1~2.3,脱硝所需的氨水与烟气中二氧化氮的摩尔比为1.1~1.3。
6.一种采用权利要求1所述工艺而专门设计的同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净系统,包括预除尘装置(2)和脱硫脱硝塔(5),脱硫脱硝塔(5)的底部设有排浆口(19),脱硫脱硝塔(5)的顶部设有烟气出口(8),其特征在于:所述预除尘装置(2)和脱硫脱硝塔(5)之间的烟道上设置有双氧水或臭氧喷射装置(3),烟气经过双氧水或臭氧处理后进入脱硫脱硝塔(5)中;所述脱硫脱硝塔(5)自下而上依次设有底部浆池区、下部烟气输入区、中部喷淋区、以及上部烟气除雾区,其中:脱硫脱硝塔(5)的底部浆池区连接有氨水补给装置(20)和空气给进装置(21),脱硫脱硝塔(5)的下部烟气输入区设置有烟气进口(4),脱硫脱硝塔(5)的中部喷淋区布置有多个氨水喷淋层(6),脱硫脱硝塔(5)的上部烟气除雾区布置有除雾器(7),脱硫脱硝塔(5)的底部浆池区与氨水喷淋层(6)之间通过外置的浆液循环泵(18)相连。
7.根据权利要求6所述的同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净系统,其特征在于:所说的脱硫脱硝塔(5)底部的排浆口(19)通过排浆泵(17)与旋流分离器(12)的进口相连,旋流分离器(12)的下溢流口与脱水器(13)的进口相连,脱水器(13)的固体出口与干燥器(14)相连。
8.根据权利要求7所述的同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净系统,其特征在于:所说的旋流分离器(12)的上溢流口和脱水器(13)的液体出口均与中间箱(15)的进口相连,中间箱(15)的出口通过回收循环泵(16)与脱硫脱硝塔(5)的底部浆池区相连。
9.根据权利要求6或7或8所述的同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净系统,其特征在于:所说的氨水喷淋层(6)设置有3~5层。
10.根据权利要求6或7或8所述的同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净系统,其特征在于:所说的除雾器(7)采用组合除雾装置,由上、下层除雾滤网和位于上、下层除雾滤网之间的清洗喷淋部件构成。
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