CN101837233A - 在富氧燃烧锅炉烟气co2捕集中回收so2与no的系统 - Google Patents
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Abstract
一种在富氧燃烧锅炉烟气CO2捕集中回收SO2与NO的系统属于锅炉烟气处理设备。锅炉排出的烟气首先用于加热锅炉给水,烟气被冷却到30℃并加压,升压后的烟气中的SO2、NO、O2和H2O在第一接触塔中发生反应,SO2被完全氧化生成SO3生成稀硫酸;反应后的烟气继续升压,NO在第二接触塔中被氧化为NO2并与水反应生成稀硝酸,实现SO2与NO的回收。所述系统无需加催化剂,硫氧化物脱除率接近100%,氮氧化物脱除率90%以上;该系统降低了残余氧气与水分含量,提高CO2的纯度,减少CO2压缩功率消耗及脱水功耗,省去低NOX燃烧、脱硫与脱硝装置,用冷却烟气的热量、压缩生成热与接触塔中的反应热量加热锅炉给水,可提高能量利用效率。
Description
技术领域
本发明属于锅炉烟气处理设备,特别涉及一种在富氧燃烧锅炉烟气CO2捕集中回收SO2与NO的系统。
背景技术
人类利用煤、石油和天然气等化石能源引起的温室效应、酸雨等环境问题已成为社会和经济发展的一个制约因素,燃煤电站是CO2的集中排放源和产生SO2、NOX的最大污染源,因此,CO2捕集封存与SO2、NOX一体化脱除相整合的技术成为未来洁净煤发电技术发展的趋势。
富氧燃烧技术的主要优势是能直接捕集CO2将其压缩液化并埋存。锅炉烟气中的SO2、NOX的脱除或资源化利用,是倍受关注的一个焦点。但现有SO2的处理方法主要是采用烟气脱硫技术,工艺复杂,装置庞大,要耗费大量的吸收剂,脱硫产物基本为无法完全利用的固体废物,难以资源化利用,造成二次污染;如果将SO2同CO2一起液化压缩埋存,既增加压缩耗功,又对CO2的埋存产生不利影响。脱除烟气中NOX的主流工业应用为选择性催化还原技术(SCR),采用昂贵的催化剂与氨基吸收剂,将NOX转化为毫无用处的N2;或采用低NOX燃烧技术,但降低NO的幅度有限,并以牺牲部分燃烧效率为代价。目前还没有工艺简单,投资少、运行成本低、同时脱硫和脱氮氧化物且效率高的技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种适合在富氧燃烧锅炉烟气CO2捕集中高效脱除且回收利用SO2和NOX的烟气净化技术。
本发明采用的技术方案为:锅炉的排烟口连接到第一冷却器,然后依次与一级压缩机、第二冷却器、第一接触塔、二级压缩机、第三冷却器、第二接触塔以及二氧化碳压缩冷凝装置依次连接;锅炉排出的烟气首先用于加热锅炉给水,烟气被冷却到30℃,然后烟气在一级压缩机中压缩到1.5-2MPa;升压后的烟气中的SO2、NO、O2和H2O在第一接触塔中发生反应,SO2被完全氧化生成SO3生成稀硫酸;反应后的烟气再通过二级压缩机继续升压到3-4MPa,NO在第二接触塔中被氧化为NO2并与水反应生成稀硝酸,实现SO2与NO的回收利用。
所述第一接触塔内发生的反应包括:
2NO+O2=2NO2;
NO2+SO2=NO+SO3;
SO3+H2O=H2SO4。
所述第二接触塔内发生的反应包括;
2NO+O2=2NO2;
2NO2=N2O4;
N2O4+H2O=HNO2+HNO3;
NO+NO2+H2O=2HNO2;
HNO2+NO2=HNO3+NO;
3HNO2=HNO3+2NO+H2O。
本发明的工作过程为:
(1)将锅炉排烟由120℃左右降低至30℃时的烟气显热、部分水分冷凝热量以及反应生成的热量用于加热锅炉给水,提高热力发电循环的热效率。
(2)冷却后的烟气加压,烟气中的NO、SO2、O2和H2O在第一接触塔中的高压条件下,NO首先被氧化为NO2,NO2使SO2氧化生成SO3并溶于水生成稀硫酸,SO2脱除率接近100%,NO2被还原为NO且几乎不形成HNO3。
(3)回收稀硫酸后的烟气继续加压,在第二接触塔中,NO被氧化为NO2,在不存在SO2的条件下,与水反应生成稀硝酸,NO的脱除率达到90%以上。
本发明的优点是:
(1)充分利用富氧燃烧锅炉烟气在逐级压缩捕集CO2过程中加压降温的特殊工艺以及有关化学反应的速度在高压下大大提高的机理,既压缩并捕集了CO2,又回收了NO、SO2作为稀硝酸和稀硫酸,无需加催化剂,投资和运行成本较低,硫氧化物脱除率接近100%,氮氧化物脱除率90%以上;
(2)有利于提高CO2的纯度,降低了残余氧气与水分含量,减少CO2压缩功率消耗及脱水功耗;
(3)采用该技术可省去脱硫与脱硝装置,大大降低了系统的复杂性;
(4)不需采用低NOX燃烧技术,可在富氧燃烧锅炉中采用较高的燃烧温度,以提高燃烧与传热效率,更高浓度的NOX也有利于接触塔中的反应与提高回收效益;
(5)用冷却烟气的热量、压缩生成热与接触塔中的反应热量加热锅炉给水,可提高能量利用效率。
附图说明
图1为本发明所述系统的流程示意图。
图中标号:
1-空气分离装置;2-锅炉;3-第一冷却器;4-一级压缩机;5-第二冷却器;6-第一接触塔;7-二级压缩机;8-第三冷却器;9-第二接触塔;10-二氧化碳压缩冷凝装置。
具体实施方式
本发明提供了一种在富氧燃烧锅炉烟气CO2捕集中回收SO2与NO的系统,下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1所示,锅炉2的排烟口连接到第一冷却器3,然后依次与一级压缩机4、第二冷却器5、第一接触塔6、二级压缩机7、第三冷却器8、第二接触塔9以及二氧化碳压缩冷凝装置10依次连接。
所述系统的工作过程为:空气分离装置1中制取的氧气同再循环烟气按一定比例混合后,携带煤粉一起送入锅炉2炉膛燃烧,燃烧后的锅炉排烟通过第一冷却器3冷却至30℃再送入一级压缩机4加压到1.5-2MPa。烟气压缩产生的热量通过第二冷却器5继续冷却至30℃,然后送入第一接触塔6。烟气中的NO、SO2、O2和H2O在第一接触塔6中高压低温条件下,NO首先被氧化为NO2,NO2使SO2氧化生成SO3并溶于水生成稀硫酸,具体的反应为:
2NO+O2=2NO2;
NO2+SO2=NO+SO3;
SO3+H2O=H2SO4。
回收稀硫酸后的烟气从第一接触塔6出来进入二级压缩机7加压到3-4MPa,通过第三冷却器8后再送入第二接触塔9中,NO继续被氧化为NO2,在不存在SO2的条件下,与水反应生成稀硝酸,具体的反应为:
2NO+O2=2NO2;
2NO2=N2O4;
N2O4+H2O=HNO2+HNO3;
NO+NO2+H2O=2HNO2;
HNO2+NO2=HNO3+NO;
3HNO2=HNO3+2NO+H2O。
脱除SO2、NOX以及大部分水分与氧气后的烟气进入二氧化碳压缩冷凝装置10进行净化后的CO2加压液化处理。在整个过程中,烟气显热、部分水分冷凝热量以及反应生成的热量都用于加热锅炉给水,提高热力发电循环的热效率。
Claims (3)
1.一种在富氧燃烧锅炉烟气CO2捕集中回收SO2与NO的系统,其特征在于,锅炉(2)的排烟口连接到第一冷却器(3),然后依次与一级压缩机(4)、第二冷却器(5)、第一接触塔(6)、二级压缩机(7)、第三冷却器(8)、第二接触塔(9)以及二氧化碳压缩冷凝装置(10)依次连接;锅炉排出的烟气首先用于加热锅炉给水,烟气被冷却到30℃,然后烟气在一级压缩机(4)中压缩到1.5-2MPa;升压后的烟气中的SO2、NO、O2和H2O在第一接触塔(6)中发生反应,SO2被完全氧化生成SO3生成稀硫酸;反应后的烟气再通过二级压缩机(7)继续升压到3-4MPa,NO在第二接触塔(9)中被氧化为NO2并与水反应生成稀硝酸,实现SO2与NO的回收。
2.根据权利要求1所述的一种在富氧燃烧锅炉烟气CO2捕集中回收SO2与NO的系统,其特征在于,所述第一接触塔(6)内发生的反应包括:
2NO+O2=2NO2;
NO2+SO2=NO+SO3;
SO3+H2O=H2SO4。
3.根据权利要求1所述的一种在富氧燃烧锅炉烟气CO2捕集中回收SO2与NO的系统,其特征在于,所述第二接触塔(9)内发生的反应包括:
2NO+O2=2NO2;
2NO2=N2O4;
N2O4+H2O=HNO2+HNO3;
NO+NO2+H2O=2HNO2;
HNO2+NO2=HNO3+NO;
3HNO2=HNO3+2NO+H2O。
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