CN101749722B - 燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除装置及方法，该装置包括依次相连通的锅炉(1)、空气预热器(2)和除尘器(3)，该装置还包括设有集尘极和电极的且通过烟道与除尘器(3)相连通的湿式电除尘器(5)、与该湿式电除尘器(5)相连通的烟囱(6)、用于冷却烟道的冷却装置和用于向湿式电除尘器(5)喷入离子液体(L)的喷入装置，其中，湿式电除尘器(5)的湿式烟气输入端与除尘器(3)的除尘器烟气输出端相连，湿式电除尘器(5)的湿式烟气输出端与烟囱(6)的烟囱烟气输入端相连，喷入装置的离子液体输出端与湿式电除尘器(5)的湿式离子液体输入端相连。该装置可大幅简化工艺流程，降低投资和运行费用。

Description

燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除装置及方法

技术领域

本发明涉及一种燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除装置，尤其涉及一种采用一种反应装置实现多种污染物同时脱除的装置。

背景技术

随着我国经济和社会的快速发展，能源与环境问题日益凸现。我国以燃煤为主的能源格局在相当长的一段时期内不会出现大的变化，而燃煤电厂产生的烟气中含有多种气态或固态污染物，如SO2、NOx、Hg和粒径小于20μm或2.5μm的颗粒物PM10或PM2.5等，尽管CO2尚未被列入大气污染物的治理对象，但由于其温室效应而日益受到关注，而电厂是最大的CO2固定排放源之一。

目前，国内外针对各污染物大都开展逐一治理的方法，即不同污染物建设不同的装置加以脱除，形成各个脱除工艺的串联，如图4所示，相关技术的燃煤锅炉烟气污染物治理工艺包括锅炉1’，与锅炉依次相连的选择性催化还原(SCR)脱硝装置10、空气预热器2’，电除尘器3’、布袋除尘器11，湿法烟气脱硫装置(WFGD)12，脱除CO2装置13和烟囱6’，在这过程中需要投资建设大量的辅助系统，消耗大量的能量及吸收剂，如SCR脱硝装置10所用的氨气F、WFGD湿法脱硫装置所用的Ca、Mg或Na的氧化物(氢氧化物)I，脱除CO2装置所用的MEA或MDEA，并需处理大量的副产物，或提存或抛弃，投资费用和运行成本巨大，同时由于流程较长，可靠性较低，甚至会影响锅炉的正常安全运行。

尽管现已经有部分同时脱硫脱硝的工艺出现，如活性焦、电催化氧化、等离子法等，但由于其投资和运行费用巨大而未得到广泛应用，并且对于其他的气态污染物及固体颗粒物仍需串联其他的工艺装置加以实现。

发明内容

技术问题：本发明要解决的技术问题是提供一种高效率、低成本的燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除装置，该装置包括依次相连通的锅炉、空气预热器和除尘器，该装置还包括设有集尘极和电极的且通过烟道与除尘器相连通的湿式电除尘器、与该湿式电除尘器相连通的烟囱、用于冷却烟道的冷却装置和用于向湿式电除尘器喷入离子液体的喷入装置，其中，湿式电除尘器的湿式烟气输入端与除尘器的除尘器烟气输出端相连，湿式电除尘器的湿式烟气输出端与烟囱的烟囱烟气输入端相连，喷入装置的离子液体输出端与湿式电除尘器的湿式离子液体输入端相连。

优选的，该装置还包括设置在除尘器与湿式电除尘器之间的混合器，其中，除尘器的除尘烟气输出端与混合器的混合离子液体输入端相连，混合器的混合烟气输出端与湿式电除尘器的湿式烟气输入端相连，喷入装置的离子液体输出端还与混合器的混合器的混合离子液体输入端相连。

优选的，该装置还包括与湿式电除尘器相连通的用于除去烟气中灰份和重金属的除灰装置、与除灰装置相连通的用于脱去烟气中有害盐份的除盐装置和与除盐装置相连通的解析塔，其中，湿式电除尘器的湿式离子液体富液输出端与除灰装置的除灰离子液体富液输入端相连，除灰装置的除灰离子液体富液输出端与除盐装置的除盐离子液体富液输入端相连，除盐装置的除盐离子液体富液输出端与解析塔的解析塔离子液体富液输入端相连，解析塔的解析塔离子液体贫液输出端与湿式电除尘器的湿式离子液体输入端相连。

优选的，所述离子液体是由阴阳离子组成的、熔点低于100℃的、对SO2、NOx及CO2具有吸收或吸附作用的有机盐。

优选的，所述离子液体是咪唑盐类。

本发明还提供了一种燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除装置的燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除方法，该方法包括如下步骤；锅炉燃烧所产生的烟气经空气预热器换热后，进入除尘器，在除尘器中脱除烟气中粒径较大的灰份，粒径较小的灰份进入湿式电除尘器，由冷却装置向电除尘器与湿式电除尘器之间的连接烟道中喷入水将烟气冷却，由喷入装置向湿式电除尘器中喷入离子液体，在湿式电除尘器的集尘极上形成液膜，灰份或固体颗粒因电荷力聚集到集尘极上后随液膜滑落至湿式电除尘器底部，同时喷入的离子液体在与含有气态污染物的烟气接触时发生吸收反应。

优选的，由喷入装置先喷入离子液体将烟气温度从150℃降低到100℃，再由喷入装置喷入水将烟气温度进一步降低，并带走热量。

优选的，所述气态污染物包括SO2、NOx、CO2。

优选的，所述离子液体是由阴阳离子组成的、熔点低于100℃的、对SO2、NOx及CO2等气态污染物具有吸收或吸附作用的有机盐。

优选的，所述离子液体是咪唑盐类。

有益效果：本发明提供的燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除装置利用一个反应装置——湿式电除尘器实现多种气态污染物SO2、NOx及CO2等和细微颗粒物及重金属的联合脱除，与传统的针对单一污染物脱除装置的串联工艺相比，可大幅简化工艺流程，降低投资和运行费用，并可以回收烟气中的余热用于解析或他用。

附图说明

图1为本发明提供的燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除方法一个实施例的流程示意图；

图2为本发明提供的燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除方法的第二种实施方式的流程示意图图；

图3为本发明提供的燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除方法的第三种实施方式的流程简图；

图4为相关技术的污染物脱除工艺流程简图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1-图3，本发明提供的，一种燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除装置，该装置包括依次相连通的锅炉1、空气预热器2和除尘器3，该装置还包括设有集尘极和电极的且通过烟道与除尘器3相连通的湿式电除尘器5、与该湿式电除尘器5相连通的烟囱6、用于冷却烟道的冷却装置和用于向湿式电除尘器5喷入离子液体L的喷入装置，其中，湿式电除尘器5的湿式烟气输入端与除尘器3的除尘器烟气输出端相连，湿式电除尘器5的湿式烟气输出端与烟囱6的烟囱烟气输入端相连，喷入装置的离子液体输出端与湿式电除尘器5的湿式离子液体输入端相连。

在一个优选实施例中，该装置还包括设置在除尘器3与湿式电除尘器5之间的混合器4，其中，除尘器3的除尘烟气输出端与混合器4的混合离子液体输入端相连，混合器4的混合烟气输出端与湿式电除尘器5的湿式烟气输入端相连，喷入装置的离子液体输出端还与混合器4的混合器4的混合离子液体输入端相连。

在一个优选实施例中，该装置还包括与湿式电除尘器5相连通的用于除去烟气中灰份和重金属的除灰装置7、与除灰装置7相连通的用于脱去烟气中有害盐份的除盐装置8和与除盐装置7相连通的解析塔9，其中，湿式电除尘器5的湿式离子液体富液输出端与除灰装置7的除灰离子液体富液输入端相连，除灰装置7的除灰离子液体富液输出端与除盐装置8的除盐离子液体富液输入端相连，除盐装置8的除盐离子液体富液输出端与解析塔9的解析塔离子液体富液输入端相连，解析塔9的解析塔离子液体贫液输出端与湿式电除尘器5的湿式离子液体输入端相连。

上述装置中，所述离子液体L是由阴阳离子组成的、熔点低于100℃的、对SO2、NOx及CO2具有吸收或吸附作用的有机盐。

所述离子液体(L)是咪唑盐类，如[bmim][BF4]、[bmim][PF6]、[omim][PF6]、[omim][BF4]、[bmim][NO3]，或季铵盐类、吡啶盐类等，及其带有功能团的变体。

本发明还提供了煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除装置的燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除方法，该方法包括如下步骤：锅炉1燃烧所产生的烟气经空气预热器2换热后，进入除尘器3，在除尘器3中脱除烟气中粒径较大的灰份，粒径较小的灰份进入湿式电除尘器5，由冷却装置向电除尘器3与湿式电除尘器5之间的连接烟道中喷入水W将烟气冷却，由喷入装置向湿式电除尘器5中喷入离子液体L，在湿式电除尘器5的集尘极上形成液膜，灰份或固体颗粒因电荷力聚集到集尘极上后随液膜滑落至湿式电除尘器5底部，同时喷入的离子液体L在与含有气态污染物的烟气接触时发生吸收反应。

在一个优选实施例中，由喷入装置先喷入离子液体L将烟气温度从150℃降低到100℃，再由喷入装置喷入水W将烟气温度进一步降低，并带走热量。

在一个优选实施例中，所述气态污染物包括SO2、NOx、CO2。

上述实施例中，所述离子液体L是由阴阳离子组成的、熔点低于100℃的、对SO2、NOx及CO2等气态污染物具有吸收或吸附作用的有机盐。

所述离子液体(L)是咪唑盐类。如：[bmim][BF4]、[bmim][PF6]、[omim][PF6]、[omim][BF4]、[bmim][NO3]、季铵盐类、吡啶盐类等，或其带有功能团的变体。

请参阅图1所示，一种燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除装置及方法，应用于燃煤烟气中气态污染物SO2、NOx及CO2等和细微颗粒物及重金属的脱除，其包括有依次相连通的锅炉1、空气预热器2、除尘器3，除尘器3的下游设有湿式电除尘器5以及与湿式电除尘器5相连通的烟囱6，在除尘器3与湿式电除尘器5之间的连接烟道中喷入水W将烟气冷却，在湿式电除尘器5中喷入离子液体L作为湿式电除尘器5的冲洗液，在湿式电除尘器5的电极上形成液膜，收集烟气中的细微颗粒物和Hg等重金属元素，并在与烟气接触时脱除烟气中的气态污染物SO2、NOx以及CO2。

锅炉1燃烧所产生的烟气经空气预热器2换热后，进入除尘器3，在除尘器3中脱除其中大部分的粒径较大的灰份，由于电除尘器3基本都采用机械振打清灰的方式，其中粒径较小的灰份因二次扬尘等原因随烟气进入下游的设备，即湿式电除尘器5。由于离子液体L能吸收SO2、NOx以及CO2的温度一般在100℃以下，因此在电除尘器3与湿式电除尘器5之间的连接烟道中喷入水将烟气冷却，在湿式电除尘器5中采用喷入离子液体L的方式在湿式电除尘器5的集尘极上形成液膜，灰份或固体颗粒因电荷力聚集到集尘极上后随液膜滑落至湿式电除尘器5底部，不产生二次扬尘现象，因此对粒径较小的颗粒，如PM10或PM2.5有较好的脱除效果。同时喷入的离子液体在与含有SO2、NOx以及CO2等气态污染物的烟气接触时发生吸收反应，吸收后的富液作为液膜随灰尘一起沿集尘极被收集到湿式电除尘器5的底部。喷入的离子液体L是由阴阳离子组成的、熔点低于100℃的、对SO2、NOx及CO2具有吸收或吸附作用的有机盐，可以是咪唑盐类，如[bmim][BF4]、[bmim][PF6]、[omim][PF6]、[omim][BF4]、[bmim][NO3]、季铵盐类、吡啶盐类等，或其带有功能团的变体。喷入的离子液体L可以是一种离子液体，也可以是几种离子液体的混合物。这样就在一个反应装置——湿式电除尘器实现了多种气态污染物SO2、NOx及CO2等和细微颗粒物及重金属的联合脱除。

本发明的第二种实施方式如图2所示。电除尘器3和喷水W点之间设有混合器4，在混合器4中喷入离子液体L。在第一种实施方式中，主要采用喷水的冷却方式，由于烟气温度较高，需要采用大量的水才能达到冷却的效果，同时由于该处的烟气温度通常在150℃左右，大量的水蒸发成蒸汽随烟气带走，无法回用，加大了水耗。由于离子液体具有蒸汽压低，基本上不挥发的物理特性，同时在100℃以上和烟气中主要组分不发生化学反应，因此可以利用先喷入离子液体L将烟气温度从150℃左右降低到100℃左右，再喷入水W将烟气温度进一步降低，并带走热量，这样可以大幅降低水耗。

本发明的第三种实施方式如图3所示。电除尘器3和湿式电除尘器5之间设有冷却器40，在冷却器40中加入离子液体L并通过泵循环与烟气接触，冷却器40下部的持液池中设有换热器将回收的热量带走。由于离子液体具有比热大、蒸汽压低，基本上不挥发的物理特性，同时在100℃以上和烟气中主要组分不发生化学反应，因此本实施例通过喷淋大量的离子液体与烟气接触，将烟气的温度迅速降到合适的100℃左右，且不增加烟气中的水蒸汽含量，减少后续处理的难度，同时回收的热量可作为解析塔9所需的热量，降低系统运行能耗。

湿式电除尘器5底部与除灰装置7相连通，含有灰份和重金属的吸收气态污染物后的离子液体进入除灰装置7，除去其中的固体杂质，由于盐份的存在会降低离子液体的吸收效率，因此需要进入除盐装置8脱除其中的有害盐份，而后泵入解析塔9，通过调整不同的温度和压力可解析回收纯度较高的SO2(S)、NOx(N)以及CO2(C)，回收后气体可用来制硫酸、硝酸或其他化工原料或化工中间体，得到了较高程度的资源化利用，还原后的离子液体与补充的新鲜离子液体L喷入混合器4或湿式电除尘器5中。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (8)

1.一种燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除装置，该装置包括依次相连通的锅炉(1)、空气预热器(2)和除尘器(3)，其特征在于：该装置还包括设有集尘极和电极的且通过烟道与除尘器(3)相连通的湿式电除尘器(5)、与该湿式电除尘器(5)相连通的烟囱(6)、用于冷却烟道的冷却装置和用于向湿式电除尘器(5)喷入离子液体(L)的喷入装置，其中，湿式电除尘器(5)的湿式烟气输入端与除尘器(3)的除尘器烟气输出端相连，湿式电除尘器(5)的湿式烟气输出端与烟囱(6)的烟囱烟气输入端相连，喷入装置的离子液体输出端与湿式电除尘器(5)的湿式离子液体输入端相连；

该装置还包括设置在除尘器(3)与湿式电除尘器(5)之间的混合器(4)，其中，除尘器(3)的除尘烟气输出端与混合器(4)的混合离子液体输入端相连，混合器(4)的混合烟气输出端与湿式电除尘器(5)的湿式烟气输入端相连，喷入装置的离子液体输出端还与混合器(4)的混合离子液体输入端相连。

2.根据权利要求1所述的燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除装置，其特征在于：该装置还包括与湿式电除尘器(5)相连通的用于除去烟气中灰份和重金属的除灰装置(7)、与除灰装置(7)相连通的用于脱去烟气中有害盐份的除盐装置(8)和与除盐装置(7)相连通的解析塔(9)，其中，湿式电除尘器(5)的湿式离子液体富液输出端与除灰装置(7)的除灰离子液体富液输入端相连，除灰装置(7)的除灰离子液体富液输出端与除盐装置(8)的除盐离子液体富液输入端相连，除盐装置(8)的除盐离子液体富液输出端与解析塔(9)的解析塔离子液体富液输入端相连，解析塔(9)的解析塔离子液体贫液输出端与湿式电除尘器(5)的湿式离子液体输入端相连。

3.根据权利要求1所述的燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除装置，其特征在于：所述离子液体(L)是由阴阳离子组成的、熔点低于100℃的、对SO₂、NOx及CO₂具有吸收或吸附作用的有机盐。

4.根据权利要求3所述的燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除装置，其特征在于：所述离子液体(L)是一种或多种离子液体的混合物。

5.一种用于如权利要求1的燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除装置的 燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：锅炉(1)燃烧所产生的烟气经空气预热器(2)换热后，进入除尘器(3)，在除尘器(3)中脱除烟气中粒径较大的灰份，粒径较小的灰份进入湿式电除尘器(5)，由冷却装置向除尘器(3)与湿式电除尘器(5)之间的连接烟道中喷入水(W)将烟气冷却，由喷入装置向湿式电除尘器(5)中喷入离子液体(L)，在湿式电除尘器(5)的集尘极上形成液膜，灰份或固体颗粒因电荷力聚集到集尘极上后随液膜滑落至湿式电除尘器(5)底部，同时喷入的离子液体(L)在与含有气态污染物的烟气接触时发生吸收反应；

由喷入装置先喷入离子液体(L)将烟气温度从150℃降低到100℃，再由喷入装置喷入水(W)将烟气温度进一步降低，并带走热量。

6.根据权利要求5所述的燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除方法，其特征在于：所述气态污染物包括SO₂、NO_x、CO₂。

7.根据权利要求5所述的燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除方法，其特征在于：所述离子液体(L)是由阴阳离子组成的、熔点低于100℃的、对SO₂、NOx及CO₂具有吸收或吸附作用的有机盐。

8.根据权利要求7所述的燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除方法，其特征在于：所述离子液体(L)是一种或多种离子液体的混合物。 

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