CN101422691A - 燃煤烟气多污染物脱除工艺及其设备 - Google Patents

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Abstract

一种燃煤烟气多污染物脱除工艺及其设备。该工艺先用SCR脱硝法脱除烟气中的NOX,其次用除尘器脱除烟气中的粉尘灰粒,然后用湿式钙基脱硫法消除烟气中的SO2,再用MEA脱碳法吸收烟气中的CO2,同时将所生成的醇胺溶液富液加热解析再生,所得醇胺溶液贫液继续循环使用,解析出的高浓度CO2气体则经过冷却、气液分离、干燥、压缩和冷凝处理,制成高纯度工业级液体二氧化碳。其设备主要由通过管道相连的SCR脱硝反应器、除尘器、湿式钙基脱硫反应器、MEA脱碳吸收塔、再生塔、气液分离器、干燥器、压缩机和冷凝器等组成。本发明的设备整体设计简单紧凑、投资及运行成本低廉、工作稳定可靠,能够对燃煤烟气中的各种污染物进行分类集成处理、高效同步脱除。

Description

燃煤烟气多污染物脱除工艺及其设备 技术领域

本发明涉及对燃烧所排放烟气的净化处理技术,具体地指一种燃煤烟 气多污染物脱除工艺及其设备。

背景技术

酸雨问题和温室效应是当今人类面临的全球性环境问题。燃煤所产生

的二氧化硫S02和氮氧化物NOx污染是酸雨的主要原生物,所生产的二氧 化碳C02则是主要的温室气体,其中co2的排放量约占人类活动引起的co2 总排放量的30%。我国的能源结构以煤炭为主,对燃煤烟气污染进行控制 是实现经济、社会、环境协调发展的要求,也是发挥我国煤炭储量优势、 实现社会自身可持续发展的要求。

目前,对燃煤烟气污染的控制技术,如脱硫、脱硝、除尘和脱碳等大 多数还是单独开发的,形成各自独立的技术装备和工艺流程。国内外燃煤 电厂为了达到环保排放的要求,消除烟气中的S02、 NOx和粉尘,至少需 要采用两套以上独立的脱硫、脱硝和除尘设备。面对全球性温室效应的加 剧,国内外燃煤电厂也不得不研究燃煤烟气的脱碳技术, 一些大型企业甚 至己经在建设独立的电厂脱碳工程。

为了解决燃煤烟气污染物分散脱除技术所存在的问题,公开号为 CN2712446Y和CN274697IY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》和一种《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 NOx,不仅整个脱硫脱硝设备的阻力大幅增加,而且也不能有效除去烟气 中的NOx,因为NOx组份中90。/。以上为一氧化氮NO,而NO很难溶解于 水中,采用简单的洗涤法很难将NO吸收。公开号为CN1559654A的中国 发明专利申请公开说明书介绍了一种《脱硫、除尘、脱氮、脱氟湿式烟气 净化机组及其净化方法》,其利用碱液与烟气混合来脱除烟气中的多种污染物,但该机组及净化方法会产生大量的废水,不仅需要对废水进行再处理,

而且该技术方案对NOx的脱除效率太低,同时对设备的防腐要求也极高, 导致工艺复杂、运行成本增高。

由此可见,上述技术方案对燃煤烟气的综合净化处理效果并不理想, 尤其是缺少对燃煤烟气中二氧化硫、氮氧化物、粉尘和二氧化碳进行综合 集成处理的研究。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种燃煤烟气多污染物脱除工艺及其设备。 采用该工艺能够对燃煤烟气中的二氧化硫、氮氧化物、粉尘和二氧化碳进 行分类集成处理、高效同步脱除。且该设备应具有整体设计简单紧凑、投 资及运行成本低廉、工作稳定可靠的特性。

为实现上述目的,本发明所设计的燃煤烟气多污染物脱除工艺,是针 对燃煤烟气中的二氧化硫、氮氧化物、粉尘和二氧化碳进行集成脱除处理 的过程。该工艺包括如下步骤:

1) 将燃煤锅炉所产生的烟气直接引入SCR脱硝反应器内,使烟气中气

态的NO和N02在SCR催化剂的作用下与脱硝还原剂发生化学反应,转化 为气态的Ny

2) 将经过脱硝处理后的烟气引入除尘器中,用以脱除烟气中混杂的粉 尘灰粒;

3) 将经过除尘器处理后的烟气引入湿式钙基脱硫反应器内,使烟气中 气态的so2与液态的钙基脱硫剂发生化学反应,最终生成固态的 CaS04 • 2H20;

4) 将经过湿式钙基脱硫反应器处理后的烟气引入MEA脱碳吸收塔内,

使烟气中的C02气体与醇胺溶液雾滴充分逆向接触,发生气液两相化学反 应而被吸收,所得洁净烟气排入大气,同时获得醇胺溶液富液;

5) 将所得醇胺溶液富液引入再生塔中,进行加热解析处理,再生获得 高浓度C02气体和脱除了 C02的醇胺溶液贫液;

6) 将所得醇胺溶液贫液送回MEA脱碳吸收塔内继续循环,同时对所 得高浓度C02气体进行冷却处理,使其中含有的热水蒸汽产生凝结;7) 对经过冷却处理后的高浓度C02气体进行气液分离处理,脱除其中 的凝结水份,获得纯度高于99%的0:02气体;

8) 将所得高纯度C02气体进一步干燥,再经过压縮和冷凝处理,将其 变成液态,即可制成工业级液态二氧化碳成品。

上述步骤l)中,SCR脱硝反应器内的烟气温度优选在350〜40(TC之间,

以确保脱硝反应在最适宜的温度条件下进行。脱硝还原剂可以采用液氨、 氨水或尿素中的一种,其在喷淋状态下与烟气充分均匀混合,能使烟气中 的NO和N02在催化作用下发生还原反应生成N2,从而达到良好的脱硝效 果。以液氨还原剂为例,其化学反应方程式如下:

6N02+8NH3=7N2+12H20

6NO+4NH3=5N2+6H20 。

上述步骤3)中,湿式钙基脱硫反应器内的烟气温度优选在70〜90。C之 间,钙基吸收剂采用石灰石浆液、电石渣浆液中的一种。在湿式转基脱硫 反应器内,烟气自下而上流动,与向下喷射出的f5基吸收剂浆液雾滴逆流 充分接触,发生强烈的气液两相反应,烟气中的S02被f5基浆液雾滴吸收 生成CaS03 • 1/2H20,然后浆液落入湿式钙基脱硫反应器的底部被强制氧 化生成CaS04 • 2H20,从而实现烟气中S02的脱除,以石灰石吸收剂浆液 为例,其化学反应方程式为:

CaC03+l/2H20+S02=CaS03 • 1/2H2CH"C02

2CaS03 • l/2H20+02+3H20=2CaS04 • 2H20

上述步骤4)中,MEA脱碳吸收塔内的烟气温度优选在35〜5(TC之间, 反应压力控制在2500〜3000Pa的范围内。醇胺溶液是一乙醇胺(MEA)、活 化剂、防腐剂和水的混合溶液,为了描述方便,用R,R2NH表示一乙醇胺 (MEA),其中R产H, R2 =CH2CH2OH。醇胺溶液与C02的化学反应方程 式如下:

C02+OH—=HC03—

C02+R!R2NH-RjR2NH+COO一

R^NH+COO—+1^11卿=R^NCOO—+1^112,+

上述步骤5)中,对所得醇胺溶液富液进行加热解析处理的温度优选在 110〜120'C之间。在此温度条件下,被醇胺溶液所吸收的绝大部分C02将从中解析出来,获得高浓度的C02气体。

上述步骤6)中,将所得高浓度C02气体冷却处理至35〜45-C,即可使 其中绝大部分的水蒸汽凝结出来。

为实现上述工艺而专门设计的燃煤烟气多污染物脱除设备,包括通过 管道相连的SCR脱硝反应器、除尘器、湿式钙基脱硫反应器、MEA脱碳吸 收塔、再生塔、气液分离器、干燥器、压縮机和冷凝器。SCR脱硝反应器 的烟气出口与除尘器的烟气进口相连,除尘器的烟气出口通过第一增压风 机与湿式钙基脱硫反应器的烟气进口相连,湿式f5基脱硫反应器的烟气出 口通过第二增压风机与MEA脱碳吸收塔的烟气进口相连,MEA脱碳吸收 塔的下部醇胺溶液富液出口通过富液泵与再生塔的上部进口相连,再生塔 的下部液体出口通过贫液泵和第一冷却器与MEA脱碳吸收塔的上部醇胺 溶液贫液进口相连,再生塔的上部气体出口通过第二冷却器与气液分离器 的进口相连,气液分离器的气体出口依次与干燥器、压縮机、冷凝器和液 态二氧化碳储存槽串连。

进一步地,上述MEA脱碳吸收塔的下部醇胺溶液富液出口通过富液 泵、贫富液换热器的吸热管与再生塔的上部进口相连,再生塔的下部液体 出口通过贫富液换热器的放热管、贫液泵和第一冷却器与MEA脱碳吸收塔 的上部醇胺溶液贫液进口相连。这样,可以充分利用从再生塔流出醇胺溶 液贫液的余热,给进入再生塔的醇胺溶液富液预热,同时将醇胺溶液贫液 冷却,实现热交换的良性循环,节省热能资源。

进一步地,上述SCR脱硝反应器的SCR催化剂层采用蜂窝式或板式结 构。这样,脱硝还原剂在喷淋和穿越SCR催化剂层的过程中可与烟气充分 均匀接触,实现良好的脱硝效果。

进一步地,上述湿式钙基脱硫反应器采用空塔喷淋结构,其烟气进口 上方依次设置有一层多孔板和二至四层钙基吸收剂喷淋装置。多孔板上开 设有许多圆形通孔,其孔面积与板面积之比率为30〜40%,这样可以加大烟 气流动的湍流强度,使得烟气分布更加均匀。而多层结构的妈基吸收剂喷 淋装置相互叠加,可以使钙基吸收剂浆液雾滴的覆盖率达到200%以上,确 保上行烟气与下行钙基吸收剂浆液雾滴充分逆流接触,从而能够有效脱除

烟气中的S02气体。

本发明与现有技术相比具有以下突出优点:

其一,本发明对传统的燃煤锅炉尾部烟气脱硫、脱硝、除尘和脱碳各单元工艺和装置进行有机合理的组合、综合一体化的设计、高度集成化的 处理,省去了各单元工艺和装置独立运行所需的庞大烟道连接系统、以及 相应的烟气收集和扩散分布设施,大幅减少了投资和占地面积,也有效减 少了设备的烟气流动阻力,节省了大量运行费用。

其二,本发明首先对温度较高的燃煤锅炉尾烟气进行SCR脱硝工艺处 理,脱除NOx后的烟气温度明显下降,较适合于湿式钙基脱硫工艺的要求, 此时再对烟气进行湿式钙基脱硫处理,脱除S02后的烟气温度进一步降低, 更适合于MEA脱碳工艺的要求,此时不需要再单独设置烟气换热器来降低 烟气温度,使得整个设备的结构更加紧凑,运行更加稳定可靠,有效降低 了工程成本。

其三,本发明利用电站锅炉尾部烟气变废为宝,在有效减少含氮氧化 物、二氧化硫、二氧化碳和粉尘灰粒的污染烟气排放的基础上,可获得纯 度可达99.5%以上的液态C02,完全符合国际工业级液态二氧化碳的标准。 因而,其既有利于大气环境污染的综合治理,又有利于循环经济的良性发 展,可实现电站锅炉尾部烟气的无害化和资源化利用,特别适合我国以燃 煤发电为主的国情。

附图说明

附图为一种燃煤烟气多污染物脱除设备的结构示意图。

具体实施方式

以下针对燃煤锅炉所排放的烟气,结合附图对本发明作进一步的详细

描述:

图中所示的燃煤烟气多污染物脱除设备,主要由通过管道相连的SCR 脱硝反应器2、除尘器4、湿式钙基脱硫反应器6、 MEA脱碳吸收塔10、 再生塔14、气液分离器20、干燥器19、压縮机18和冷凝器17等装置优化 集合组成。

SCR脱硝反应器2的还原剂喷射装置1布置在SCR脱硝反应器2的烟 气进口处,该还原剂喷射装置1与一个还原剂储存罐3相连。SCR脱硝反 应器2的内部设置有多个SCR催化剂层201, SCR催化剂层201采用有利 于还原剂与烟气充分均匀接触的蜂窝式或板式结构。SCR脱硝反应器2的 烟气进口直接与燃煤锅炉的尾部烟气排放口相连,SCR脱硝反应器2的烟气出口与除尘器4的烟气进口相连。

除尘器4可以采用静电除尘器或布袋除尘器,用于清除烟气中夹杂的 粉尘灰粒。要求其除尘效率达95%以上,以保证良好的粉尘脱除效果。除 尘器4的烟气出口通过第一增压风机5与湿式钙基脱硫反应器6的烟气进 口相连。

湿式钙基脱硫反应器6采用空塔喷淋结构,在其烟气进口和烟气出口 之间自下而上依次布置有一层用于烟气均流的多孔板603、二至四层用于致 密喷射的钙基吸收剂喷淋装置602、及其一至二组用于清除烟气中的钙基吸 收剂液滴的除雾器601。湿式钙基脱硫反应器6的底部设置有钙基吸收剂桨 液池604, ^5基吸收剂浆液池604的侧面出口通过浆液循环泵8与钙基吸收 剂喷淋装置602相连,桨液循环泵8的出口管道上设置有用于补充新鲜钙 基浆液的吸收剂储存罐9,钙基吸收剂浆液池604的底部出口与石膏处理装 置7相连。湿式钙基脱硫反应器6的烟气出口通过第二增压风机24与MEA 脱碳吸收塔10的烟气进口相连。

MEA脱碳吸收塔10内布置有填料层,填料层上方设置有醇胺溶液喷 淋装置,其工作原理是将醇胺溶液均匀喷洒在填料层上,使其与上行的烟 气均匀充分逆流接触,有效增大气液两相的接触面积,从而使烟气中的co2 迅速吸收。MEA脱碳吸收塔10的顶部烟气出口直接与大气相连。MEA脱 碳吸收塔10的下部醇胺溶液富液出口通过富液泵12、贫富液换热器13的 吸热管与再生塔14的上部进口相连。

再生塔14也为填料塔,塔内布置有喷嘴和填料层,与再生塔14配套 的煮沸器15设置在塔底部外侧,其工作原理是将醇胺溶液富液喷洒在填料 层上,使其被上升的蒸汽气提,并经煮沸器15加热,解析出高浓度的C02 气体,同时使醇胺溶液富液还原成脱除了C02的醇胺溶液贫液。再生塔14 的下部液体出口通过贫富液换热器13的放热管、贫液泵11和第一冷却器 23与MEA脱碳吸收塔10的上部醇胺溶液贫液进口相连,贫液泵11的出 口管道上设置有用于补充新鲜醇胺溶液的醇胺储罐22。

再生塔14的上部气体出口通过第二冷却器21与气液分离器20的进口 相连,气液分离器20的气体出口依次与干燥器19、压縮机18、冷凝器17和液态二氧化碳储存槽16串连。

上述燃煤烟气多污染物脱除设备的工艺过程是这样的:

燃煤烟气从SCR脱硝反应器2的烟气进口输入,还原剂储存罐33中 的液氨通过还原剂喷射装置1以雾滴形式喷入,在SCR催化剂层201的表 面上,烟气中的NO、 N02与液氨发生化学反应,被还原为N2。脱硝后的 烟气从SCR脱硝反应器2的烟气出口输入除尘器4中,除尘器4将烟气中 95%以上的灰尘除去。

除尘后的烟气经第一增压风机5从湿式钙基脱硫反应器6的烟气进口 输入,穿越多孔板603、钙基吸收剂喷淋装置602上行,与向下喷出的钙基 吸收剂浆液雾滴充分逆流接触,形成具有较高湍动能的多相流动,烟气中 的so2与转基吸收剂雾滴发生化学反应而被脱除。钙基吸收剂浆液雾滴吸 收S02后落入到钙基吸收剂浆液池604中,钙基吸收剂桨液池604表面的 一部分浆液经浆液循环泵8重新进入钙基吸收剂喷淋装置602循环,吸收 剂储存罐9中的新鲜钙基浆液也在浆液循环泵8出口处同时加入。钙基吸 收剂浆液池604底部固含量较大的浆液则被排入到石膏处理装置7中。

脱硫后烟气再由第二增压风机24从MEA脱碳吸收塔10的烟气进口输 入塔内,在向上流动的过程中与醇胺溶液逆流接触,烟气中的C02被醇胺 溶液吸收,脱碳后的净烟气经MEA脱碳吸收塔10的顶部烟气出口排入大 气。吸收C02后的醇胺溶液富液落入塔底,通过富液泵12输送到贫富液换 热器13的吸热管中,被从再生塔14下部液体出口流出的脱除了 C02的醇 胺溶液贫液加热至95〜10(TC,再从再生塔14的上部液体进口送入塔中,醇 胺溶液富液被上升的蒸汽气提,并经过煮沸器15加热至110〜12(TC,解析 出高浓度的C02气体,同时使醇胺溶液富液还原成脱除了 C02的醇胺溶液 贫液。

醇胺溶液贫液自再生塔14的下部液体出口引出,经贫富液换热器13 的放热管换热后,由贫液泵11、第一冷却器23输送到MEA脱碳吸收塔10 中继续循环利用,醇胺储罐22中的新鲜醇胺溶液也同时在贫液泵11的出 口处加入。所解析出的高浓度C02气体伴随着大量水蒸汽,由再生塔14的 上部气体出口流出,进入到第二冷却器21中,气流在此被冷却至35〜45t:,其中的水蒸汽被凝结出来。

经过第二冷却器21处理后的高浓度C02气体,进入气液分离器20中, 通过离心作用将co2气体中夹带的凝结液完全分离出来,获得纯度高于 99.5%的C02气体。所分离出的凝结液从气液分离器20的凝结液出口流出, 所分离出的高纯度C02气体则送入干燥器19,经干燥处理后送至压縮机18, 经压縮处理后,再进入冷凝器17,冷凝成液态,制成工业级液体二氧化碳 成品,最后送入液态二氧化碳储存槽16中保存。

Claims (10)

1. 一种燃煤烟气多污染物脱除工艺,是针对燃煤烟气中的二氧化硫、氮氧化物、粉尘和二氧化碳进行集成脱除处理的过程,其特征在于:该工艺包括如下步骤:1)将燃煤锅炉所产生的烟气直接引入SCR脱硝反应器内,使烟气中气态的NO和NO2在SCR催化剂的作用下与脱硝还原剂发生化学反应,转化为气态的N2;2)将经过脱硝处理后的烟气引入除尘器中,用以脱除烟气中混杂的粉尘灰粒;3)将经过除尘器处理后的烟气引入湿式钙基脱硫反应器内,使烟气中气态的SO2与液态的钙基脱硫剂发生化学反应,最终生成固态的CaSO4·2H2O;4)将经过湿式钙基脱硫反应器处理后的烟气引入MEA脱碳吸收塔内,使烟气中的CO2气体与醇胺溶液雾滴充分逆向接触,发生气液两相化学反应而被吸收,所得洁净烟气排入大气,同时获得醇胺溶液富液;5)将所得醇胺溶液富液引入再生塔中,进行加热解析处理,再生获得高浓度CO2气体和脱除了CO2的醇胺溶液贫液;6)将所得醇胺溶液贫液送回MEA脱碳吸收塔内继续循环,同时对所得高浓度CO2气体进行冷却处理,使其中含有的热水蒸汽产生凝结;7)对经过冷却处理后的高浓度CO2气体进行气液分离处理,脱除其中的凝结水份,获得纯度高于99%的CO2气体;8)将所得高纯度CO2气体进一步干燥,再经过压缩和冷凝处理,将其变成液态,即可制成工业级液态二氧化碳成品。
2. 根据权利要求1所述的燃煤烟气多污染物脱除工艺,其特征在于: 所说的步骤l)中,SCR脱硝反应器内的烟气温度控制在350〜40(TC之间, 脱硝还原剂采用液氨、氨水或尿素中的一种。
3. 根据权利要求1或2所述的燃煤烟气多污染物脱除工艺,其特征在 于:所说的步骤3)中,湿式钙基脱硫反应器内的烟气温度控制在70〜9(TC 之间,钙基吸收剂采用石灰石浆液、电石渣桨液中的一种。
4. 根据权利要求1或2所述的燃煤烟气多污染物脱除工艺,其特征在 于:所说的步骤4)中,MEA脱碳吸收塔内的烟气温度控制在35〜5(TC之 间,反应压力控制在2500~3000Pa之间。
5. 根据权利要求1或2所述的燃煤烟气多污染物脱除工艺,其特征在 于:所说的步骤5)中,对所得醇胺溶液富液进行加热解析处理的温度控制 在110〜12(TC之间。
6. 根据权利要求1或2所述的燃煤烟气多污染物脱除工艺,其特征在 于:所说的步骤6)中,将所得高浓度C02气体冷却处理至35〜45""C。
7. —种用于实现权利要求1所述工艺的燃煤烟气多污染物脱除设备, 包括通过管道相连的SCR脱硝反应器(2)、除尘器(4)、湿式钙基脱硫反 应器(6)、 MEA脱碳吸收塔(10)、再生塔(14)、气液分离器(20)、干 燥器(19)、压縮机(18)和冷凝器(17),其特征在于:SCR脱硝反应器(2)的烟气出口与除尘器(4)的烟气进口相连,除尘器(4)的烟气出口 通过第一增压风机(5)与湿式钙基脱硫反应器(6)的烟气进口相连,湿 式钙基脱硫反应器(6)的烟气出口通过第二增压风机(24)与MEA脱碳 吸收塔(10)的烟气进口相连,MEA脱碳吸收塔(10)的下部醇胺溶液富 液出口通过富液泵(12)与再生塔(14)的上部进口相连,再生塔(14) 的下部液体出口通过贫液泵(11)和第一冷却器(23)与MEA脱碳吸收塔(10)的上部醇胺溶液贫液进口相连,再生塔(14)的上部气体出口通过 第二冷却器(21)与气液分离器(20)的进口相连,气液分离器(20)的 气体出口依次与干燥器(19)、压縮机(18)、冷凝器(17)和液态二氧化 碳储存槽(16)串连。
8. 根据权利要求7所述的燃煤烟气多污染物脱除设备,其特征在于: 所说的MEA脱碳吸收塔(10)的下部醇胺溶液富液出口通过富液泵(12)、 贫富液换热器(13)与再生塔(14)的上部进口相连,再生塔(14)的下 部液体出口通过贫富液换热器(13)、贫液泵(11)和第一冷却器(23)与 MEA脱碳吸收塔(10)的上部醇胺溶液贫液进口相连。
9. 根据权利要求7或8所述的燃煤烟气多污染物脱除设备,其特征在 于.-所说的SCR脱硝反应器(2)的SCR催化剂层采用蜂窝式或板式结构。
10. 根据权利要求7或8所述的燃煤烟气多污染物脱除设备,其特征 在于:所说的湿式钙基脱硫反应器(6)的烟气进口上方依次设置有一层多 孔板(603)和二至四层钙基吸收剂喷淋装置(602)。
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