CN102019143A - 烟气联合脱硫脱硝方法及其专用装置 - Google Patents

烟气联合脱硫脱硝方法及其专用装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种烟气联合脱硫脱硝方法及其专用装置。该装置包括脱硝反应器本体和侧壁上设有烟气入口的脱硫反应器本体，所述脱硝反应器本体和所述脱硫反应器本体上下连通，所述脱硝反应器本体和所述脱硫反应器本体的侧壁上设有使所述脱硝反应器本体和所述脱硫反应器本体相连通的管道；所述脱硝反应器的容积是所述脱硫反应器的容积的1倍-2倍；所述管道内设有喷NH3装置，所述脱硝反应器内设有喷NH3装置；所述脱硝反应器的侧壁上设有烟气出口；所述脱硝反应器的顶部设有活性焦入口，所述脱硝反应器的底部设有活性焦出口；所述活性焦出口与再生反应器相连通。本发明也提供了一种运用上述装置进行烟气脱硫脱硝的方法。利用该方法对烟气进行脱硫脱硝的效率都得到了很大的提高。

Description

烟气联合脱硫脱硝方法及其专用装置
技术领域
本发明涉及一种烟气净化方法及其装置，尤其涉及一种烟气联合脱硫脱硝方法及其专用装置。
背景技术
燃煤烟气中的SO2和NOx所引起的酸雨和光化学烟雾等环境污染已成为影响人类生存环境的严重问题，随着近年来环保要求的提高，同时控制SO2和NOx排放的要求更加紧迫。相对于单独应用传统的脱硫、脱硝技术，联合脱硫脱硝技术在经济性、资源利用效率方面具有优势，我国燃煤污染日趋严重，大力发展低费用、高效率的燃煤污染防治技术是当务之急，因此具有费用低、结构紧凑等优点的联合脱硫脱硝技术受到越来越多的重视。
活性焦烟气联合脱硫脱硝技术是一种先进的干法烟气联合脱硫脱硝技术，该技术脱硫脱硝效率高，脱除过程基本不消耗水，适合在我国缺水地区推广应用；脱除产物可资源化，能够在一定程度上缓解目前我国硫资源短缺的现状；采用的煤基吸附剂以我国储量相对丰富的煤炭为主要原料，原料供应有充足保证。因此，该技术是一种适合我国国情、高效且经济的燃煤烟气污染联合控制技术。
活性焦脱硫工艺原理是基于SO2在活性焦表面的吸附和催化作用，烟气中的SO2在110～180℃的温度下，与烟气中氧气、水蒸汽发生反应化学反应生成硫酸吸附在活性焦孔隙内，反应式如下：
2SO2+O2+2H2O→2H2SO4
活性焦脱硝工艺原理是利用活性焦的催化特性，采用选择性催化还原反应(SCR)法，在烟气中配入少量NH3，促使NO发生选择性催化还原反应生成无害的N2直接排放，反应方程式如下：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
CN 1712108A公开的一种烟气脱硫脱硝工艺缺点是严格分为上下两段，中间连接处较狭窄，不易控制活性焦下移速度，再生气体中CO含量少，难以分离，而且在烟气温度120℃-180℃之间，采用CO作为还原剂NOx脱除效率较低，脱硝效果不如全部采用NH3作为还原剂时的脱除效率。同等条件下，采用CO作为还原剂比NH3时脱硝效率低10％-30％。
CN 1911491A公开了脱硫脱硝方法，该方法在一个反应器内进行，上部脱硝，下部脱硫。该发明的缺点在于一个反应器内烟气流向不容易控制，脱硫后的部分烟气容易贴着反应器壁直接从脱硝出口进入烟囱排出，这部分烟气由于没有与NH3混合均匀，导致脱硝效率低；喷NH3口分为上下两个，在排烟作用下，NH3不能均匀分布在上部脱硝活性焦床层，导致烟气中NO脱除率低。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种烟气联合脱硫脱硝装置。
本发明的另一个目的是提供一种利用上述装置进行烟气联合脱硫脱硝的方法。
本发明所提供的烟气联合脱硫脱硝装置包括脱硝反应器本体和侧壁上设有烟气入口的脱硫反应器本体，所述脱硝反应器本体和所述脱硫反应器本体上下连通；所述装置的侧壁上设有使所述脱硝反应器本体和所述脱硫反应器本体相连通的管道；所述脱硝反应器本体位于所述脱硫反应器本体的上部，所述脱硝反应器的容积是所述脱硫反应器的容积的1倍-2倍；所述管道内设有喷NH3装置；所述脱硝反应器内设有喷NH3装置；所述脱硝反应器的侧壁上设有烟气出口；所述脱硝反应器的顶部设有活性焦入口，所述脱硫反应器的底部设有活性焦出口；所述活性焦出口与再生反应器相连通。
上述装置中，所述再生反应器的入口设于其顶部，出口设于其底部，由上下依次连通的NO脱附区、NO富集区、SO2脱附区、SO2富集区和活性焦冷却区组成；所述再生反应器的出口与筛分装置相连通，所述筛分装置的合格粒径的出口与所述活性焦入口相连通。
上述装置中，所述筛分装置与所述活性焦入口之间设有喷NH3和N2或NH3与空气的混合气体的装置。
上述装置中，所述脱硫反应器内设有两个平行的筛板；所述筛板将所述脱硫反应器分成三个区域；所述脱硝反应器内设有两个平行的筛板；所述筛板将所述脱硝反应器分成三个区域。
本发明提供的烟气脱硫脱硝的方法，包括如下步骤：是利用上述的烟气脱硫脱硝装置对待净化的烟气进行脱硫脱硝，得到符合排放标准的烟气；在所述待净化烟气进入所述烟气脱硫脱硝装置进行净化时，在所述烟气脱硫脱硝装置中循环加入活性焦。
上述方法中，所述烟气的净化路线是：待净化的烟气从所述烟气入口进入所述脱硫反应器内，与所述脱硫反应器内的活性焦接触；然后所述烟气通过所述管道内设置的喷NH3装置，与所述喷NH3装置喷出的NH3预混合后进入所述脱硝反应器内；所述烟气与所述脱硝反应器内的活性焦接触，然后从所述烟气出口排出得到符合排放标准的烟气；所述活性焦的循环路线是：再生后活性焦和部分新鲜的活性焦从所述活性焦入口进入所述脱硝反应器内，所述活性焦依靠重力在所述脱硝反应器本体和脱硫反应器本体内自上而下移动并吸附所述脱硝反应器内设置的喷NH3装置喷出的NH3，脱除烟气中的NO和SO2；然后从所述活性焦出口出来通过所述再生反应器的入口进入到所述再生反应器内；所述活性焦依次经过所述NO脱附区、NO富集区、SO2脱附区、SO2富集区和活性焦冷却区后通过所述筛分装置从所述筛分装置的合格粒径的出口出来，然后通过所述NH3与N2或NH3与空气的混合气体的装置，吸附所述喷NH3和N2或NH3与空气的混合气体并补充新鲜的活性焦后从所述活性焦入口进入到所述脱硝反应器内，开始新的循环。
上述方法中，所述烟气的温度为110℃-180℃，如110℃或180℃；所述NO脱附区内的温度为150℃-250℃，如150℃或250℃；所述SO2脱附区内的温度为350℃-450℃，如350℃或450℃；所述活性焦冷却区内的温度为80℃-200℃，如80℃或200℃。
上述方法中，所述混合气体中所述NH3的体积百分含量为0.01％-1％，如0.01％或1％。
上述方法中，所述活性焦可为以无烟煤、烟煤或褐煤的一种或几种为原料生产的活性焦。
本发明提供的烟气脱硫脱硝装置具有如下优点：
(1)由于脱硝反应器的容积大于脱硫反应器的容积，这样会使烟气在脱硝反应器内停留的时间大于其在脱硫反应器内停留的时间，从而可以提高活性焦的脱硝效率；且烟气在脱硫反应器内有一部分NO被活性焦吸附，然后进入脱硝反应器后烟气中的NO与活性焦发生化学反应从而再次被脱除提高了脱硝效率；烟气中的SO2依次被脱硫反应器和脱硝反应器中的活性焦吸附，从而通过二次吸附提高了脱硫效率。
(2)在脱硫反应器和脱硝反应器之间设置了喷NH3装置，从而使烟气在进入脱硝反应器之前与NH3预混合，有利于提高活性焦的脱硝效率；脱硝反应器内进一步设置有喷NH3装置，可以进一步促进NH3在脱硝反应器中的分布，使活性焦充分吸收NH3，进一步提高活性焦的脱硝效率；筛分装置出口与活性焦脱硝反应器入口设有喷氨装置，可使再生后的活性焦预吸附部分NH3，有利于提高脱硝效率。
(3)脱硫反应器和脱硝反应器的主体结构简单，容易加工，气体阻力较小，有利于脱硫脱硝效率的提高；脱硫反应器和脱硝反应器内部结构简单，可减少活性焦摩擦，降低活性焦的破碎量，且可使烟气与活性焦接触充分，有利于脱硫脱硝效率的提高。
(4)与现有脱硫再生工业装置不同，由于现有脱硫脱硝方法增加了脱硝装置，导致活性焦孔隙内会吸附一定量的NO，根据脱附气体的特点，将脱附反应器分为上下两段，上部富集NO，下部富集SO2，有利于气体净化和回收利用。
本发明提供的一种烟气联合脱硫脱硝的方法，由于该方法利用本发明提供的烟气联合脱硫脱硝装置，同时提高了脱硫和脱硝效率，并对有害气体进行回收利用。
附图说明
图1为本发明实施例1的烟气联合脱硫脱硝装置结构示意图。
图2为本发明实施例2的烟气联合脱硫脱硝装置结构示意图。
图3为本发明实施例1的烟气联合脱硫脱硝装置的脱硫反应器和脱硝反应器的内部结构示意图及其活性焦与烟气的流动方向示意图。
图4为本发明实施例2的烟气联合脱硫脱硝装置的脱硫反应器和脱硝反应器的内部结构示意图及其活性焦与烟气的流动方向示意图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
本发明下述实施例3和4所用的活性焦购买于科兴炭业有限责任公司。
本发明下述实施例3和4中烟气中SO2与NO采用北京北分麦哈克分析仪器有限公司生产的SO2与NO红外线分析仪，型号为QGS-08B。将脱硫脱硝之后的烟气分别引入分析仪器，分析仪器自动测定烟气中SO2和NO浓度，然后将信号传给计算机将数据保存下来。测定烟气进入活性焦之前的浓度与脱硫脱硝后的浓度，通过计算即可得到脱除效率。
实施例1、烟气联合脱硫脱硝装置
该装置的结构示意图如图1所示，图中各标记如下：1脱硫反应器、2脱硝反应器、3 NO脱附区、4 NO富集区、5 SO2脱附区、6 SO2富集区、7活性焦冷却区、8筛分装置、9烟气出口、10活性焦入口、11烟气入口、12活性焦出口。
本发明的烟气联合脱硫脱硝装置包括脱硫反应器1和脱硝反应器2，脱硝反应器2的容积是脱硫反应器1的容积的1.5倍；该脱硫反应器1和脱硝反应器2上下连通且通过设置在脱硝反应器2和脱硫反应器1的侧壁上的管道相连通；脱硝反应器2位于脱硫反应器1的上部；脱硫反应器1的左侧壁上设有烟气入口11，待净化的烟气从该烟气入口11进入该装置进行净化；在管道内有喷NH3装置；将脱硫之后的烟气引入该管道内与NH3预混合；在脱硝反应器内的右侧设有一个喷NH3装置，进一步促进NH3在反应器中的分布，使活性焦充分吸附NH3；脱硝反应器的左侧壁上设有烟气出口9，净化之后的烟气符合排放标准直接从该烟气出口9排放。脱硝反应器2的顶部设有活性焦入口10，活性焦从该入口中进入该装置中；脱硫反应器的底部设有活性焦出口12，该活性焦出口12与活性焦再生反应器连通，使活性焦净化烟气后进入该再生反应器内进行再生。该再生反应器包括上下依次连通的NO脱附区3、NO富集区4、SO2脱附区5、SO2富集区6和活性焦冷却区7，使活性焦在净化过程中吸附的NO和SO2进行脱附并收集；该活性焦冷却区7与一个筛分装置8连接，筛分装置8的合格粒径的出口与活性焦入口10相连通；经过再生的活性焦经过筛分装置8的合格粒径的出口得到合格粒度的活性焦；筛分装置8和活性焦入口10之间设有一个喷NH3与N2或NH3与空气的混合气体的装置，活性焦通过该装置吸附NH3与N2或NH3与空气的混合气体后，再补充部分新鲜的活性焦后通过活性焦入口10进入到脱硝反应器2中，进入下一个循环。
该装置的脱硫反应器1和脱硝反应器2的内部结构示意图及其活性焦与烟气的流动方向示意图如图3所示。脱硫反应器1和脱硝反应器2的内部均设有两个平行的筛板将反应器分为三个区域：Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区；待净化的烟气自Ⅰ区经过Ⅱ区流向Ⅲ区，最后排出，活性焦自上而下依靠重力移动。Ⅰ区与烟气中高浓度SO2或者NO气体接触，活性焦在该区域下降速度较快，Ⅱ、Ⅲ区烟气中SO2或者NO气体浓度逐渐降低，活性焦下降速度变慢，Ⅲ区活性焦下降速度最慢。
实施例2、烟气联合脱硫脱硝装置
该装置的结构示意图如图2所示，图中各标记如下：1脱硫反应器、2脱硝反应器、3 NO脱附区、4 NO富集区、5 SO2脱附区、6 SO2富集区、7活性焦冷却区、8筛分装置、9烟气出口、10活性焦入口、11烟气入口、12活性焦出口。
本发明的烟气联合脱硫脱硝装置包括脱硫反应器1和脱硝反应器2，脱硝反应器2的容积是脱硫反应器1的容积的1.2倍；脱硫反应器1和脱硝反应器2上下连通且通过设置在脱硝反应器2和脱硫反应器1的侧壁上的管道相连通；脱硝反应器2位于脱硫反应器1的上部；脱硫反应器1的左侧壁上设有烟气入口11，待净化的烟气从该烟气入口11进入该装置进行净化；在管道内有喷NH3装置；将脱硫之后的烟气引入该管道内与NH3预混合；在脱硝反应器2内的右侧设有一个喷NH3装置，进一步促进NH3在反应器中的分布，使活性焦充分吸附NH3；脱硝反应器2的左侧壁上设有烟气出口9，净化之后的烟气符合排放标准直接从该烟气出口9排放。脱硝反应器2的顶部设有活性焦入口10，活性焦从该入口中进入该装置中；脱硫反应器1的底部设有活性焦出口12，该活性焦出口12与活性焦再生反应器连通，使活性焦净化烟气后进入该再生反应器内进行再生。该再生反应器包括上下依次连通的NO脱附区3、NO富集区4、SO2脱附区5、SO2富集区6和活性焦冷却区7，使活性焦在净化过程中吸附的NO和SO2进行脱附并收集；该活性焦冷却区7与一个筛分装置8连接，筛分装置8的合格粒径的出口与活性焦入口10相连通；经过再生的活性焦经过筛分装置8的合格粒径的出口得到合格粒度的活性焦；筛分装置8和活性焦入口10之间设有一个喷NH3与N2或NH3与空气的混合气体的装置，活性焦通过该装置吸附NH3与N2或NH3与空气的混合气体后，再补充部分新鲜的活性焦后通过活性焦入口10进入到脱硝反应器2中，进入下一个循环。
该装置的脱硫反应器1和脱硝反应器2的内部结构示意图及其活性焦与烟气的流动方向示意图如图4所示。该脱硫反应器1和脱硝反应器2的内部均设有两个平行的筛板将反应器分为三个区域：Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区；烟气自Ⅰ区由前向后移动，然后向Ⅱ区和Ⅲ区分流，Ⅱ区和Ⅲ区中烟气与Ⅰ区烟气相向流动，活性焦自上而下依靠重力移动。Ⅰ区与烟气中高浓度SO2或者NO气体接触，活性焦在该区域下降速度较快，Ⅱ、Ⅲ区烟气中SO2或者NO气体浓度逐渐降低，活性焦下降速度变慢。
实施例3、用实施例1的烟气联合脱硫脱硝装置进行脱硫和脱硝
将初装活性焦500t从活性焦入口10中加入至实施例1的烟气联合脱硫脱硝装置中的脱硝反应器2中，该活性焦依靠重力在脱硝反应器2和脱硫反应器1内自上而下移动并吸附脱硝反应器2内设置的喷NH3装置喷出的NH3，脱除烟气中的NO和SO2；然后从活性焦出口12出来通过再生反应器的入口进入到再生反应器内；该活性焦依次经过NO脱附区3、NO富集区4、SO2脱附区5、SO2富集区6和活性焦冷却区7，其中，NO脱附区3内的温度为150℃，然后将脱附的高浓度NO气体富集净化回收；SO2脱附区5内的温度为350℃，然后将脱附的高浓度SO2气体富集净化回收；活性焦冷却区7内的温度为80℃；经过冷却后的活性焦进入筛分装置8，从筛分装置8的合格粒径的出口出来经过筛分装置8和活性焦入口10之间设置的喷NH3与空气的混合气体的装置吸附混合气体，其中，该混合气体中NH3的体积百分含量为0.1％；向吸附混合气体的活性焦中以10kg/h的速度补充新鲜的活性焦后从活性焦入口10进入到脱硝反应器2内，开始新的循环；将待净化烟气(SO2浓度为5000mg/Nm3，NOx浓度为800mg/Nm3，烟气的温度为110℃)从烟气入口11加入至该装置的脱硫反应器1中与活性焦接触，以吸附烟气中的NO和SO2，控制烟气流速为50000Nm3/h；然后将烟气引入管道内与喷NH3装置喷出的NH3预混合后进入脱硝反应器2内与活性焦接触，以脱除烟气中的NO和SO2；然后从烟气出口9排出得到符合排放标准的烟气。整个过程SO2脱除效率为98％，NOx脱除效率为80％。
实施例4、用实施例2的烟气联合脱硫脱硝装置进行脱硫和脱硝
将500t初装活性焦从活性焦入口10中加入至实施例2的烟气联合脱硫脱硝装置中的脱硝反应器2中，该活性焦依靠重力在脱硝反应器2和脱硫反应器1内自上而下移动并吸附脱硝反应器2内设置的喷NH3装置喷出的NH3，脱除烟气中的NO和SO2；然后从活性焦出口12出来通过再生反应器的入口进入到再生反应器内；该活性焦依次经过NO脱附区3、NO富集区4、SO2脱附区5、SO2富集区6和活性焦冷却区7，其中，NO脱附区3内的温度为250℃，然后将脱附的高浓度NO气体富集净化回收；SO2脱附区5内的温度为450℃，然后将脱附的高浓度SO2气体富集净化回收；活性焦冷却区7内的温度为200℃；经过冷却后的活性焦进入筛分装置8，从筛分装置8的合格粒径的出口出来后经过筛分装置8和活性焦入口10之间设置的喷NH3与N2的混合气体的装置吸附混合气体，其中，该混合气体中NH3的体积百分含量为1％；向吸附混合气体的活性焦中以10kg/h的速度补充新鲜的活性焦后从活性焦入口10进入到脱硝反应器2内，开始新的循环；将待净化烟气(SO2浓度为5000mg/Nm3，NOx浓度为800mg/Nm3，烟气的温度为180℃)从烟气入口11加入至该装置的脱硫反应器1中与活性焦接触，以吸附烟气中的NO和SO2，控制烟气流速为50000Nm3/h；然后将烟气引入管道内与喷NH3装置喷出的NH3预混合后进入脱硝反应器2内与活性焦接触，以脱除烟气中的NO和SO2；然后从烟气出口9排出得到符合排放标准的烟气。整个过程SO2脱除效率为97.5％，NOx脱除效率为75％。

Claims (8)

1.一种烟气脱硫脱硝装置，它包括脱硝反应器本体和侧壁上设有烟气入口的脱硫反应器本体，其特征在于：所述脱硝反应器本体和所述脱硫反应器本体上下连通；所述装置的侧壁上设有使所述脱硝反应器本体和所述脱硫反应器本体相连通的管道；所述脱硝反应器本体位于所述脱硫反应器本体的上部，所述脱硝反应器的容积是所述脱硫反应器的容积的1倍-2倍；所述管道内设有喷NH3装置，所述脱硝反应器内设有喷NH3装置；所述脱硝反应器的侧壁上设有烟气出口；所述脱硝反应器的顶部设有活性焦入口，所述脱硫反应器的底部设有活性焦出口；所述活性焦出口与再生反应器相连通。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述再生反应器的入口设于其顶部，出口设于其底部，由上下依次连通的NO脱附区、NO富集区、SO2脱附区、SO2富集区和活性焦冷却区组成；所述再生反应器的出口与筛分装置相连通，所述筛分装置的合格粒径的出口与所述活性焦入口相连通。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述筛分装置与所述活性焦入口之间设有喷NH3和N2或NH3与空气的混合气体的装置。
4.根据权利要求1-3中任一所述的装置，其特征在于：所述脱硫反应器内设有两个平行的筛板；所述筛板将所述脱硫反应器分成三个区域；所述脱硝反应器内设有两个平行的筛板；所述筛板将所述脱硝反应器分成三个区域。
5.一种烟气脱硫脱硝的方法，是利用权利要求1-4中任一所述的烟气脱硫脱硝装置对待净化的烟气进行脱硫脱硝，得到符合排放标准的烟气；在所述待净化烟气进入所述烟气脱硫脱硝装置进行净化时，在所述烟气脱硫脱硝装置中循环加入活性焦。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述烟气的净化路线是：待净化的烟气从所述烟气入口进入所述脱硫反应器内，与所述脱硫反应器内的活性焦接触；然后所述烟气通过所述管道内设置的喷NH3装置，与所述喷NH3装置喷出的NH3预混合后进入所述脱硝反应器内；所述烟气与所述脱硝反应器内的活性焦接触，然后从所述烟气出口排出得到符合排放标准的烟气；所述活性焦的循环路线是：再生后活性焦和部分新鲜的活性焦从所述活性焦入口进入所述脱硝反应器内，所述活性焦依靠重力在所述脱硝反应器本体和脱硫反应器本体内自上而下移动并吸附所述脱硝反应器内设置的喷NH3装置喷出的NH3，脱除烟气中的NO和SO2；然后从所述活性焦出口出来通过所述再生反应器的入口进入到所述再生反应器内；所述活性焦依次经过所述NO脱附区、NO富集区、SO2脱附区、SO2富集区和活性焦冷却区后通过所述筛分装置从所述筛分装置的合格粒径的出口出来，然后通过所述NH3与N2或NH3与空气的混合气体的装置，吸附所述喷NH3和N2或NH3与空气的混合气体并补充新鲜的活性焦后从所述活性焦入口进入到所述脱硝反应器内，开始新的循环。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：所述烟气的温度为110℃-180℃；所述NO脱附区内的温度为150℃-250℃；所述SO2脱附区内的温度为350℃-450℃；所述活性焦冷却区内的温度为80℃-200℃。
8.根据权利要求5-7中任一所述的方法，其特征在于：所述混合气体中所述NH3的体积百分含量为0.01％-1％。
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