CN101940868B - 一种工业烟气处理的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种工业烟气处理的方法和系统，解决了现有技术脱硝过程中，效率低、成本高的问题。采用的技术方案是，烟气经过脱硫后，进行低温脱硝过程。脱硝过程采用优化活性焦作为催化剂，在专门的装置中，例如优化活性焦移动床、或优化活性焦管式反应器、或优化活性焦袋式反应器进行脱硝的过程，并且同时实现了优化活性焦的循环利用和综合利用。本发明实现了低温脱硝，脱硝效率高，投资小，运行费用低。

Description

一种工业烟气处理的方法和系统

技术领域

本发明涉及工业炉窑烟气净化领域，特别涉及一种对火电厂和钢铁厂烧结生产过程中净化方法和系统的改进，具体为一种工业烟气处理的方法和系统。

背景技术

火电厂和钢铁厂烧结生产过程中排放的SO₂和NO_X是大气污染的主要物质，SO₂和NO_X是形成酸雨的主要原因之一，严重危害人体健康，对自然环境造成严重损害，脱硫、脱硝是中国治理燃煤烟气污染，改善大气环境的最主要任务。

目前国内烟气脱硫的方法有：湿法脱硫、半干法脱硫、干法脱硫。湿法脱硫主要有石灰石/石膏湿法烟气脱硫。半干法脱硫主要有：喷雾干燥法SDA、增湿灰循环工艺脱硫NID、循环流化床烟气脱硫CFB-FGD、回流式循环流化床烟气脱硫RCFB。干法脱硫主要有：炉内喷钙尾部烟气增湿活化脱硫LIFAC等工艺。

烟气脱硝主要有选择性催化还原技术和选择性非催化还原技术等。选择性催化还原烟气脱NO_X技术，目前在日本、德国、美国等发达国家广泛应用，在我国新建的电厂也开始了应用。使NOx转化为N₂的工程过程中必须使用还原剂，例如NH₃。根据所使用催化剂的催化反应温度，选择性催化还原工艺分成高温、中温和低温。一般高温大于400℃，中温300-400℃，低温小于300℃。目前工程中应用最广最多的SCR催化剂是氧化钛基催化剂，使用温度在300-400℃。另外还有沸石催化剂，使用温度在345-590℃，氧化铁催化剂，使用温度在380-430℃。大多数催化剂的使用温度都比较高，在使用时需要加热，耗费的资源大。

目前国内热电企业中，普遍采用2×600MW机组FGD-SCR联合脱SO₂脱NO_X工艺采用石灰石/石膏湿法脱硫，采用选择性催化还原技术脱NO_X。其工艺流程参看图1，湿法脱硫和选择性催化还原法工艺联合脱硫脱硝工艺流程图，选择性催化还原工艺条件：要求烟气温度378℃。其中，烟气量为4487885m³/h，NO_X脱除率90％，原烟气含NO_X 500mg/m³，脱后烟气含NO_X 50mg/m³。

此工艺的缺点是：1)选择性催化还原法投资大：投资达2.4123亿元人民币，其中催化剂使用日本日立造船生产的钛基催化剂，主要成分为Ti-V-W，价格1.0068亿元人民币。2)运行费用高：年运行费用高达4871万元，每吨NO_X脱除成本5400元。催化剂的使用寿命为2～3年，对失活的催化剂，首先考虑处理的方式是催化剂的再生，没有必要再生的，则要对其进行废弃处理，这又需要资金和场地。

目前中国所使用的其它脱硝工艺方法不仅投资大，而且脱硝效率低。

开发一种低温的、投资费用小、脱硝效率高、适合中国国情的脱硝工艺方法是目前面临的课题。

发明内容

为了开发一种符合中国国情、脱硝效率高、脱硝效果明显、低廉的脱硝工艺方法，本发明采用的技术方案是：一种工业烟气处理的方法，本方法包括脱硫和脱硝两个工艺过程，其中脱硝过程中，借助于催化剂，实现对氮氧化合物的裂解生成氮气，所采用的催化剂为优化活性焦。

与所述的一种工业烟气处理的方法配套的工业烟气处理系统，系统中包括有：引风机、脱硫装置、脱硝装置、除尘器、热交换器、催化剂供应装置、烟囱、净化风机，脱硝装置采用的装置为优化活性焦移动床、或者优化活性焦管式反应器、或者优化活性焦袋式反应器，经除尘器除尘后的烟气在引风机的作用下，首先进入到热交换器中进行工艺温度调整，再进入到脱硫装置中进行脱硫，脱硫过程完成后，进入热交换器进行进一步调整温度，进入到脱硝装置进行脱硝，达到排放标准后经烟囱排放。

本发明采用优化活性焦作为催化剂，优化活性焦以褐煤为主要原料，中国的褐煤资源丰富，原料好获得，价格相对便宜，整个工艺流程耗费低。采用优化活性焦作为催化剂，使脱硝温度控制在70-150℃之间，实现了低温脱硝。脱硝效率高，效果明显。本发明系统采用的脱硝装置为优化活性焦移动床、或者优化活性焦管式反应器、或者优化活性焦袋式反应器，结构简单，操作容易。烟气经过脱硝过程中，所使用的优质活性焦能够实现循环利用。从脱硝装置排出的优化活性焦经过筛分，筛上的优质活性焦回输到脱硝装置中循环使用，筛下的优化活性焦综合利用。

本发明的有益效果是：本发明方法简单、操作方便。本发明采用优化活性焦作为催化剂，优化活性焦以褐煤为主要原料制造，褐煤资源丰富，获取容易，所需成本低。优化活性焦在低温下参加脱硝反应。同时，优化活性焦实现了循环利用和综合利用，节约了资源。

附图说明

图1为选择性催化还原脱硝和湿法脱硫烟气联合净化流程示意图。

图2为本发明第一实施例的系统结构示意图。

图3为优化活性焦移动床结构示意图。

图4为本发明第二实施例的系统结构示意图。

图5为优化活性焦管式反应器结构示意图。

图6为本发明第三实施例的系统结构示意图。

图7为袋式反应器结构示意图。

图8为本发明第四实施例的系统结构示意图。

图中，SCR为脱硝装置，AH为空气预热器，ESP为除尘器，GGH为热交换器，FGD为脱硫装置，1为引风机，2为优化活性焦移动床，3为优化活性焦管式反应器，4为CFB吸收塔，5为袋式反应器，6为优化活性焦袋式反应器，7为净化风机，8为烟囱，9为消石灰仓，10为风机I，11为喷水系统，12为筛子，13为仓式泵I，14为优化活性焦混合仓，15为仓式泵II，16为喷吹罐，17为分配器，18为优化活性焦仓，19为氨、空气混合器，20为风机II，21为脱硫净化产物仓，22为优化活性焦回收仓，23为仓式泵III，24为原煤仓，25为烧结机，26为烧结粉尘仓，27为烧结原料仓，28为闸门，2-1为净化气出口，2-2为高料位计，2-3为低料位计，2-4为气体入口，2-5为卸灰阀，2-6为优化活性焦，2-7为壳体，2-8为布气装置，3-1为收缩段，3-2为优化活性焦管式反应器侯口，3-3为扩张段，6-1为阀板孔，6-2为烟气出口，6-3为预除尘设备，6-4为烟气进口，6-5为优化活性焦，6-6为支撑体，6-7为小滤袋，6-8为大滤袋，6-9为箱体。

具体实施方式

为了开发一种符合中国国情、脱硝效率高、脱硝效果明显、低廉的脱硝工艺方法，本发明提出了一种工业烟气处理的方法和配套的系统，采用的技术方案是：一种工业烟气处理的方法，本方法包括脱硫和脱硝两个工艺过程，其中脱硝过程中，借助于催化剂，实现对氮氧化合物的裂解生成氮气，特别的是，所采用的催化剂为优化活性焦。

本发明的技术方案中，采用优化活性焦进行脱硝的工序过程为：经过脱硫后的烟气引入脱硝装置中；烟气在脱硝装置中采用优化活性焦作为催化剂，在工艺温度为70-150℃的环境下进行脱硝处理；对脱硝后的烟气做进一步的除尘，达到烟气排放的标准后排出。

本发明的技术方案中，所述的用作脱硝催化剂的优化活性焦是由褐煤半焦、焦煤和煤焦油按重量百分比47-75％∶10-35％∶5-24％混合后制成活性焦，或者是在以上混合物基础上再加入5-15％金属氧化物Cr₂O₃或CuO强化剂、成型、干燥并进一步利用水蒸汽活化处理后得到的优化活性焦。

本发明的技术方案中，所述的脱硫工艺过程采用的是常规工艺进行脱硫，烟气经过脱硫处理后，温度达到70-150℃，输送到脱硝装置中进行脱硝，在脱硝装置中通入氨气，烟气在脱硝装置中借助于优化活性焦的催化作用下实现氮氧化物的裂解，脱硝完成后经过进一步的净化，达到排放标准后排放。

本发明的技术方案中，在脱硝装置中的排放物经过筛分装置后，筛上物返回脱硝装置循环使用，筛下物回收到原煤仓，供燃烧使用。

与一种工业烟气处理的方法配套的工业烟气处理系统，系统中包括有：引风机、脱硫装置、脱硝装置、除尘器、热交换器、催化剂供应装置、烟囱、净化风机，脱硝装置SCR采用的装置为优化活性焦移动床2、或者优化活性焦管式反应器3、或者优化活性焦袋式反应器6，经除尘器ESP除尘后的烟气在引风机1的作用下，首先进入到热交换器GGH中进行工艺温度调整，再进入到脱硫装置FGD中进行脱硫，脱硫过程完成后，进入热交换器GGH进行进一步调整温度，进入到脱硝装置SCR进行脱硝，达到排放标准后经烟囱8排放。

本发明的技术方案中，系统组成中还包括优化活性焦补充和循环利用装置，补充装置将尚未使用过的优化活性焦注入到优化活性焦混合仓14，经过筛分后的筛上物经仓式泵I 13输送到优化活性焦混合仓14中，再由输送装置输送到脱硝装置SCR中，形成催化剂的循环利用装置，以上的循环利用装置还包括烧结除尘灰与烧结烟气的脱硫产物回输到烧结原料仓27的分系统；经筛子12进行筛分得到的筛下物经仓式泵III 23也进入到原煤仓24形成活性焦的综合利用装置，综合利用装置还包括袋式反应器5中截留的优化活性焦经仓式泵III 23至原煤仓24的回收分系统。

本发明的技术方案中，所述的优化活性焦移动床2的结构中包括有：圆筒状的壳体2-7、分别位于壳体2-7上端和下端的卸灰阀2-5、优化活性焦移动床2的腔体内设置有布气装置2-8、设置在布气装置2-8上与外界的氨、空气混合器19配套的气体入口2-4、设置在壳体2-7上的与内部连通的净化气出口2-1。

本发明的技术方案中，所述的优化活性焦管式反应器3的结构中包括有：位于上部的收缩段3-1、与收缩段3-1连通的优化活性焦管式反应器侯口3-2、与优化活性焦管式反应器侯口3-2连通的扩张段3-3，所述的优化活性焦管式反应器侯口3-2处与配套的优化活性焦分配器17与氨、空气混合器19连通，所述的优化活性焦管式反应器3内设置有烟气压力损失调控装置。

本发明的技术方案中，所述的优化活性焦袋式反应器6的结构中包括有：箱体6-9、设置在箱体6-9上的烟气进口6-4和烟气出口6-2、设置在箱体6-9上的大滤袋6-8、设置在大滤袋6-8内层的小滤袋6-7、设置在小滤袋6-7内层的支撑体6-6，所述的优化活性焦袋式反应器6的烟气进口6-4处设置有预除尘设备6-3，所述的优化活性焦袋式反应器6的烟气出口6-2处设置有阀板孔6-1。

下面结合附图，对本发明的实施例做进一步的说明。

参看附图2，脱硫工艺和优化活性焦移动床脱硝烟气联合净化示意图。使用湿法工艺先行脱硫，使用优化活性焦移动床2进行脱硝。烟气经过除尘器ESP进行第一步除尘后，打开闸门28，烟气在引风机1的作用下进入到热交换器GGH进行工艺温度调整，随后进入到脱硫装置FGD中进行脱硫，烟气脱硫后，再一次进入到热交换器GGH进行进一步温度调整，随后进入到优化活性焦移动床2内进行脱硝过程。在烟气向优化活性焦移动床2内输送的过程中，氨、空气混合气19向烟气通道内逆向喷入氨气，使其与烟气一起进入到优化活性焦移动床2内。优化活性焦仓18同时向优化活性焦移动床2输入优化活性焦2-6，作为催化剂参与脱硝反应。同时参看附图2和附图3，此时混合气体经布气装置2-8由下而上流动，进行脱硝反应，净化的烟气从净化气出口2-1排出床外，进入袋式除尘装置5进行进一步的除尘和脱硝反应，在净化风机7的作用下，达到排放标准后的烟气通过烟囱8排出。在优化优活性焦移动床2的壳体2-7外围设置有高料位计2-2和低料位计2-3。化活性焦移动床2内的优化活性焦2-6，在垂直的优化活性焦移动床2内，在重力的作用下，由上而下移动，从优化活性焦移动床2的顶部下降至底部。排出优化活性焦移动床2外的优化活性焦2-6进入筛子12，筛上的优化活性焦2-6由仓式泵I 13输送至优化活性焦混合仓14内，由仓式泵II 15输送到优化活性焦仓18内，循环使用。筛下的优化活性焦2-6和袋式反应器5中截留的优化活性焦2-6进入仓式泵III 23，输送到原煤仓24，供燃烧使用。

参看附图4，脱硫工艺和优化活性焦管式反应器脱硝烟气联合净化工艺示意图。使用湿法脱硫先进行脱硫，然后使用优化活性焦管式反应器进行脱硝。烟气经过除尘器ESP进行第一步除尘后，打开闸门28，烟气在引风机1的作用下进入到热交换器GGH进行工艺温度调整，随后进入到脱硫装置FGD中进行脱硫，烟气脱硫后，再一次进入到热交换器GGH进一步进行工艺温度调整，随后进入到优化活性焦管式反应器3内进行脱硝过程。优化活性焦由喷吹罐16连续向优化活性焦管式反应器3内输入，优化活性焦作为催化剂参与脱硝的反应。参看附图5，优化活性焦管式反应器3内的优化活性焦管式反应器侯口3-2处设置有烟气压力损失调控装置。优化活性焦经分配器17，氨气经氨、空气混合器19，在优化活性焦管式反应器喉口3-2部分逆向喷入优化活性焦管式反应器3内，与烟气流的相对速度超过40m/s，使其充分混合进行脱硝反应。反应后的烟气进入袋式除尘装置5进行进一步的除尘和脱硝，在净化风机7的作用下，达到排放标准后的烟气通过烟囱8排出。排出优化活性焦管式反应器3外的优化活性焦进入筛子12，筛上的优化活性焦由仓式泵I13输送至优化活性焦混合仓14内，经喷吹罐16连续输送到优化活性焦分配器17内，由优化活性焦分配器17输入到优化活性焦管式反应器3内，循环使用。筛下的优化活性焦和袋式反应器5截留的细小颗粒的优化活性焦进入仓式泵III 23，输送到原煤仓24，供燃烧使用。

参看附图6，半干法脱硫工艺和优化活性焦袋式反应器脱硝烟气联合净化工艺示意图。使用半干法脱硫工艺先进行脱硫，然后使用优化活性焦袋式反应器6进行脱硝。烟气在优化活性焦袋式反应器6内不仅能够脱硝，而且能够达到除尘的效果。在引风机1的作用下，烟气进入到循环流化床吸收塔以后进行脱硫后，输送到袋式反应器6中，在输送过程中由氨、空气混合器19逆向喷入氨气，混合气体一起进入到袋式反应器6中，进行脱硝。优化活性焦仓18向袋式反应器6内输入优化活性焦，作为催化剂参与脱硝的反应。排出优化活性焦袋式反应器6外的优化活性焦6-5进入筛子12，筛上的优化活性焦6-5由仓式泵I 13输送至优化活性焦混合仓14内，由仓式泵II15输送到优化活性焦仓18内，循环使用。筛下的优化活性焦6-5进入仓式泵III 23，进而输送到原煤仓24，供燃烧使用。从优化活性焦袋式反应器6排出的烟气经过净化风机7，从烟囱8排出。

参看附图7优化活性焦6-5位于小滤袋6-7和大滤袋6-8之间，烟气通过烟气入口6-4进入到优化活性焦袋式反应器6中，通过预除尘机构6-3先进行一步除尘，然后进入到大滤袋6-8、小滤袋6-7之间，在优化活性焦6-5的催化作用下进行脱硝。进行反应后，净化烟气通过阀门孔6-1，由烟气出口6-2排出。

参看附图8，烧结烟气半干法脱硫工艺和优化活性焦袋式反应器脱硝烟气联合净化工艺示意图。利用半干法脱硫工艺进行脱硫，然后再利用优化活性焦袋式反应器6进行脱硝过程。烟气在优化活性焦袋式反应器6内不仅能够脱硝，而且能够达到除尘的效果。烟气脱硫后，输送到袋式反应器6中，在输送过程中由氨、空气混合器19逆向喷入氨气，混合气体一起进入到袋式反应器6中，进行脱硝。优化活性焦仓18向袋式反应器6内输入优化活性焦6-5，优化活性焦6-5作为催化剂参与脱硝的反应。排出优化活性焦袋式反应器6外的优化活性焦6-5进入筛子12，筛上的优化活性焦6-5由仓式泵I13输送至优化活性焦混合仓14内，由仓式泵II15输送到优化活性焦仓18内，循环使用。筛下的优化活性焦6-5进入仓式泵III 23，输送到原煤仓24，供燃烧使用。从优化活性焦袋式反应器6排出的烟气经过净化风机7，由烟囱8排出。

烧结粉尘和脱硫产物同时可以实现综合利用。其中，烧结粉尘由烧结粉尘仓26输送到烧结原料仓27综合利用；脱硫产物由脱硫净化产物仓21输送至烧结原料仓27综合利用。

本发明采用优化活性焦作为催化剂，优化活性焦以褐煤为主要原料制造，褐煤资源丰富，获取容易，所需成本低。优化活性焦在低温下参加脱硝反应。同时，优化活性焦实现了循环利用和综合利用，节约了资源。

Claims (4)

1.一种工业烟气处理系统，系统中包括有：引风机、脱硫装置、脱硝装置、除尘器、热交换器、催化剂供应装置、烟囱、净化风机，其特征在于：脱硝装置采用的装置为优化活性焦移动床(2)、或者优化活性焦管式反应器(3)、或者优化活性焦袋式反应器(6)，经除尘器除尘后的烟气在引风机(1)的作用下，首先进入到热交换器中进行工艺温度调整，再进入到脱硫装置中进行脱硫，脱硫过程完成后，进入热交换器进行进一步调整温度，进入到脱硝装置进行脱硝，达到排放标准后经烟囱(8)排放，系统组成中还包括优化活性焦补充和循环利用装置，补充装置将尚未使用过的优化活性焦注入到优化活性焦混合仓(14)，经过筛分后的筛上物经仓式泵I(13)输送到优化活性焦混合仓(14)中，再由输送装置输送到脱硝装置中，形成催化剂的循环利用装置，以上的循环利用装置还包括烧结除尘灰与烧结烟气的脱硫产物回输到烧结原料仓(27)的分系统；经筛子(12)进行筛分得到的筛下物经仓式泵III(23)也进入到原煤仓(24)形成活性焦的综合利用装置，综合利用装置还包括袋式反应器(5)中截留的优化活性焦经仓式泵III(23)至原煤仓(24)的回收分系统。

2.根据权利要求1所说的一种工业烟气处理的系统，其特征在于：所述的优化活性焦移动床(2)的结构中包括有：圆筒状的壳体(2-7)、分别位于壳体(2-7)上端和下端的卸灰阀(2-5)、优化活性焦移动床(2)的腔体内设置有布气装置(2-8)、设置在布气装置(2-8)上与外界的氨、空气混合器(19)配套的气体入口(2-4)、设置在壳体(2-7)上的与内部连通的净化气出口(2-1)。

3.根据权利要求1所说的一种工业烟气处理的系统，其特征在于：所述的优化活性焦管式反应器(3)的结构中包括有：位于上部的收缩段(3-1)、与收缩段(3-1)连通的优化活性焦管式反应器喉口(3-2)、与优化活性焦管式反应器喉口(3-2)连通的扩张段(3-3)，所述的优化活性焦管式反应器喉口(3-2)处与配套的优化活性焦分配器(17)与氨、空气混合器(19)连通，所述的优化活性焦管式反应器(3)内设置有烟气压力损失调控装置。

4.根据权利要求1所说的一种工业烟气处理的系统，其特征在于：所述的优化活性焦袋式反应器(6)的结构中包括有：箱体(6-9)、设置在箱体(6-9)上的烟气进口(6-4)和烟气出口(6-2)、设置在箱体(6-9)上的大滤袋(6-8)、设置在大滤袋(6-8)内层的小滤袋(6-7)、设置在小滤袋(6-7)内层的支撑体(6-6)，所述的优化活性焦袋式反应器(6)的烟气进口(6-4)处设置有预除尘设备(6-3)，所述的优化活性焦袋式反应器(6)的烟气出口(6-2)处设置有阀板孔(6-1)。

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