CN102500207A - 一种燃煤烟气的脱硫脱硝工艺及其脱硫脱硝装置 - Google Patents

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张波
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Abstract

本发明公开了一种低温等离子体氧化结合氨法湿式吸收的燃煤烟气同时脱硫脱硝工艺，该工艺包括低温等离子体氧化和氨法湿式吸收两个过程，待处理的燃煤烟气首先通过烟道进入低温等离子体反应器，使烟气中40％～50％的NO被氧化成NO2，调理后的烟气进入同时脱硫脱硝喷淋塔，与氨水吸收液充分接触脱除烟气中的SO2和NOx后排放；同时脱硫脱硝喷淋塔底部的吸收液经吸收液循环泵重新送入喷淋层循环使用，并且通过氨水泵不断将氨水槽中的氨水补充进喷淋塔，同时通过母液输送泵排放部分母液。本发明工艺用于燃煤烟气的同时脱硫脱硝处理，具有污染物脱除效果好、设备简单、占地少、操作方便、便于管理的优点。

Description

一种燃煤烟气的脱硫脱硝工艺及其脱硫脱硝装置
技术领域
本发明涉及一种燃煤烟气的脱硫脱硝工艺及其脱硫脱硝装置，具体的说是一种采用低温等离子体氧化结合氨法湿式吸收的燃煤烟气同时脱硫脱硝的工艺及其装置，属于环保中污染物综合净化的技术领域。
背景技术
煤炭作为我国主要的一次能源，在一次能源消费中约占64％，电厂作为燃煤大户，其消费量约占我国煤炭产量的47％。燃煤过程中会产生众多污染物，其中主要有二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)。随着经济的快速发展，以煤为主的能源结构使得我国燃煤烟气的排放量大大增加，SO2和NOx的污染越来越严重，并产生了一系列的问题：SO2、NOx和由它们形成的酸雨、硫酸盐气溶胶、光化学烟雾等会严重威胁人体健康、危害植物生长、腐蚀金属、破坏生态环境等，这些污染物严重影响了人民群众的生活和国民经济的发展。我国制定了严格的SO2和NOx排放标准，经济高效的燃煤烟气同时脱硫脱硝技术将具有广阔的市场应用前景。
氨法湿式脱硫是应用较多的烟气处理技术，可以达到90％～99％的脱硫率，该技术利用一定浓度的氨水为吸收剂，最终的脱硫产物可以作为农用肥。与此同时，氨法湿式脱硝却进展缓慢、工业化应用很少，其原因是燃煤烟气中90％～95％的NOx为NO，而NO的反应活性以及在水中的溶解度都较低，这使得氨法湿式脱硝的脱除率低、能耗大，很难实现该技术的推广与应用。研究表明，NOx的氨法湿式吸收反应主要是按NO和NO2等分子进行的，为了高效吸收NOx，需先将燃煤烟气中的NO部分氧化为NO2，将氧化度(NO2/NOx)提高到50％～60％，使得燃煤烟气中NO和NO2的分子数接近1∶1。
低温等离子体氧化技术是近年来发展起来的一种新型空气净化技术，其作为一种处理量大、能耗低、适应性好、操作简单的环保新技术正受到人们越来越多的关注，等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，低温等离子体氧化的基本原理是：首先在电场的加速作用下产生大量高能电子，然后这些高能电子使烟气中的H2O、O2等分子被激活、电离或离解，产生强氧化性自由基，最后由这些强氧化性自由基将目标治理物氧化。低温等离子体氧化技术是环境污染治理领域中具有很强潜在优势的高新技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种燃煤烟气的脱硫脱硝工艺及其脱硫脱硝装置，实现燃煤烟气中SO2和NOx的综合净化，并可有效提高污染物脱除效率、降低投资运行费用、提高系统集成度、方便管理。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种燃煤烟气的脱硫脱硝工艺，其特征在于该处理工艺的步骤为：
第一步，将来自除尘器的燃煤烟气首先送入低温等离子体反应器，在低温等离子体反应器中的放电处理功率为2～5W/m3，烟气停留时间为3～6秒；
第二步，将由所述低温等离子体反应器处理后的燃煤烟气送入同时脱硫脱硝喷淋塔，燃煤烟气的空塔气速为3.5～4.2m/s，采用浓度为5％～10％的氨水经喷淋系统的雾化喷嘴喷出，与烟气逆流接触脱除燃煤烟气中的SO2和NOx，净化后的燃煤烟气经除雾器除雾后排放。
本发明进一步限定的技术方案是：前述的燃煤烟气的脱硫脱硝工艺，所述同时脱硫脱硝喷淋塔底部的一部分吸收液经吸收液循环泵重新送入喷淋系统循环使用，另一部分所述同时脱硫脱硝喷淋塔底部的吸收液利用母液输送泵排放母液；同时再通过氨水泵不断将氨水补充进所述同时脱硫脱硝喷淋塔的喷淋系统。
前述的燃煤烟气的脱硫脱硝工艺，该工艺配有自动控制系统，自动控制系统根据来气中SO2和NOx浓度的波动，自动调节低温等离子体反应器中放电处理功率和联合脱硫脱硝喷淋塔中吸收剂的用量以及工艺水泵的流量，使之达到最佳平衡关系，取得最佳的污染物脱除率。若来气中SO2和NOx浓度偏低，则自控系统自动调低低温等离子体反应器中放电处理功率和联合脱硫脱硝喷淋塔中吸收剂的用量，反之调高低温等离子体反应器中放电处理功率和联合脱硫脱硝喷淋塔中吸收剂的用量。
前述的燃煤烟气的脱硫脱硝工艺，所述脱硫脱硝喷淋塔的除雾器上定时喷洒工艺水，用以清洗所述除雾器。
进一步的，用于燃煤烟气的脱硫脱硝装置，主要包括低温等离子体反应器、同时脱硫脱硝喷淋塔、工艺水槽、氨水槽、脉冲电源、吸收液循环泵、母液输送泵、氨水泵和工艺水泵，所述低温等离子体反应器的出口与同时脱硫脱硝喷淋塔的进气口相接，所述同时脱硫脱硝喷淋塔底部的吸收液部分通过所述吸收液循环泵重新送入喷淋装置，另一部分则通过安装在所述同时脱硫脱硝喷淋塔底部的母液输送泵排放，所述工艺水槽通过工艺水泵与同时脱硫脱硝喷淋塔的除雾器清洗系统相接，所述氨水槽通过氨水泵与同时脱硫脱硝喷淋塔的喷淋装置相接。
前述的燃煤烟气的脱硫脱硝装置，所述低温等离子体反应器由低温等离子体反应器进口、低温等离子体反应器出口以及若干内线电极和外筒电极构成，低温等离子体反应器与脉冲电源相接；所述低温等离子体反应器的主体由若干个线筒并联而成，并采用线筒式电晕放电方式，所述内线电极和外筒电极分别设置在所述线筒的内外两侧，线筒式电晕放电的内线电极和外筒电极采用同轴式蜂窝结构，这种放电是分布在尖端或曲率半径非常小的电极周围由许多在空间和时间上随机分布的微放电构成，这些微放电的持续时间很短，一般在10ns量级；线筒式电晕放电方式具有结构简单、运行可靠、阻力小的特点。
前述的燃煤烟气的脱硫脱硝装置，所述喷淋装置由多个雾化喷嘴均布组合而成，通过喷嘴喷洒氨水用以吸收燃煤烟气中的SO2和NOx。
本发明的有益效果是：本发明与现有的同时脱硫脱硝工艺相比，本发明具有如下优点：
1.本发明在工艺前部设置低温等离子体反应器，可以将40％～50％的NO催化氧化成NO2，保证后面氨水对NOx的高吸收率；
2.本发明中的同时脱硫脱硝喷淋塔以浓度5％～10％的氨水为吸收剂，在前面低温等离子体氧化的基础上实现对燃煤烟气中SO2和NOx的高脱除率，相比于其它工艺，该工艺在脱硝方面的优势尤为明显；
3.本发明实现低温等离子体反应器与同时脱硫脱硝喷淋塔的有效耦合匹配，并利用自动控制系统优化相关参数，节约投资和运行成本；
4.本发明工艺设备简单、占地少、操作方便、便于管理；
5.本发明的脱硫脱硝生成的产物为硫酸铵和硝酸铵，进行适当的净化、分离和提纯后可以作为农用肥或者化工原料，具有很大的经济效益。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明的低温等离子体反应器示意图。
图3为图2的A-A剖视图。
图中：1.低温等离子体反应器；2.同时脱硫脱硝喷淋塔；3.工艺水槽；4.氨水槽；5.脉冲电源；6.吸收液循环泵；7.母液输送泵；8.氨水泵；9.工艺水泵；10.雾化喷嘴；11.除雾器；12.低温等离子体反应器进口；13.低温等离子体反应器出口；14.内线电极；15.外筒电极。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1
本实施例提供的一种燃煤烟气的脱硫脱硝工艺及其脱硫脱硝装置，其装置结构如图1所示，主要包括低温等离子体反应器1、同时脱硫脱硝喷淋塔2、工艺水槽3、氨水槽4、脉冲电源5、吸收液循环泵6、母液输送泵7、氨水泵8和工艺水泵9，低温等离子体反应器1的出口与同时脱硫脱硝喷淋塔2的进气口相接，同时脱硫脱硝喷淋塔2底部的吸收液部分通过吸收液循环泵6重新送入喷淋装置，另一部分则通过安装在同时脱硫脱硝喷淋塔底部的母液输送泵7排放，工艺水槽3通过工艺水泵9与同时脱硫脱硝喷淋塔的除雾器清洗系统相接，氨水槽4通过氨水泵8与同时脱硫脱硝喷淋塔2的喷淋装置相接。
低温等离子体反应器由低温等离子体反应器进口12、低温等离子体反应器出口13以及若干内线电极14和外筒电极构成15，低温等离子体反应器与脉冲电源相接；低温等离子体反应器的主体由若干个线筒并联而成，并采用线筒式电晕放电方式，内线电极和外筒电极分别设置在线筒的内外两侧，线筒式电晕放电的内线电极和外筒电极采用同轴式蜂窝结构。
本实施例的工艺流程为：来自除尘器的150℃的燃煤烟气经过烟道进入低温等离子体反应器1，燃煤烟气中SO2的浓度为1600mg/Nm3，NOx的浓度为600mg/Nm3，低温等离子体反应器中的放电处理功率为3W/m3，烟气的停留时间为3秒，在反应器中，燃煤烟气中40％～50％的NO被氧化成NO2，使得烟气中NO与NO2的分子数接近1∶1。调理过的烟气进入同时脱硫脱硝喷淋塔2，烟气的空塔气速为3.5m/s，采用的吸收液是浓度为10％的氨水，液气比为5L/m3，氨水经喷淋系统的雾化喷嘴喷出，与烟气逆流接触脱除其中的SO2和NOx；塔底的吸收液经吸收液循环泵6重新送入喷淋层循环使用，并且通过氨水泵8不断将氨水槽4中的氨水补充进喷淋塔，同时通过母液输送泵7排放部分母液。同时每隔一段时间，工艺水槽3中的工艺水通过工艺水泵9进入同时脱硫脱硝喷淋塔2的除雾器清洗系统，用于清洗除雾器。在同时脱硫脱硝喷淋塔中燃煤烟气温度由150℃降至50℃，净化后的燃煤烟气经除雾器除雾后排放。排放的烟气检测结果表明能达到96％的脱硫率和86％的脱硝率。
实施例2
本实施例的装置结构与实施例1相同，区别在于本实施例的工艺流程为：来自除尘器的180℃的燃煤烟气经过烟道进入低温等离子体反应器1，燃煤烟气中SO2的浓度为2000mg/Nm3，NOx的浓度为800mg/N m3，低温等离子体反应器中的放电处理功率为4W/m3，烟气的停留时间为3.5秒，在反应器中，燃煤烟气中40％～50％的NO被氧化成NO2，使得烟气中NO与NO2的分子数接近1∶1。调理过的烟气进入同时脱硫脱硝喷淋塔2，烟气的空塔气速为3.5m/s，采用的吸收液是浓度为10％的氨水，液气比为6L/m3，氨水经喷淋系统的雾化喷嘴喷出，与烟气逆流接触脱除其中的SO2和NOx；塔底的吸收液经吸收液循环泵6重新送入喷淋层循环使用，并且通过氨水泵8不断将氨水槽4中的氨水补充进喷淋塔，同时通过母液输送泵7排放部分母液。同时每隔一段时间，工艺水槽3中的工艺水通过工艺水泵9进入同时脱硫脱硝喷淋塔2的除雾器清洗系统，用于清洗除雾器。在同时脱硫脱硝喷淋塔中燃煤烟气温度由180℃降至85℃，净化后的燃煤烟气经除雾器除雾后排放。排放的烟气检测结果表明能达到95％的脱硫率和87％的脱硝率。
实施例3
本实施例的装置结构与实施例1相同，区别在于本实施例的工艺流程为：来自除尘器的200℃的燃煤烟气经过烟道进入低温等离子体反应器1，燃煤烟气中SO2的浓度为2600mg/N m3，NOx的浓度为700mg/N m3，低温等离子体反应器中的放电处理功率为4W/m3，烟气的停留时间为4秒，在反应器中，燃煤烟气中40％～50％的NO被氧化成NO2，使得烟气中NO与NO2的分子数接近1∶1。调理过的烟气进入同时脱硫脱硝喷淋塔2，烟气的空塔气速为3.5m/s，采用的吸收液是浓度为10％的氨水，液气比为6.5L/m3，氨水经喷淋系统的雾化喷嘴喷出，与烟气逆流接触脱除其中的SO2和NOx；塔底的吸收液经吸收液循环泵6重新送入喷淋层循环使用，并且通过氨水泵8不断将氨水槽4中的氨水补充进喷淋塔，同时通过母液输送泵7排放部分母液。同时每隔一段时间，工艺水槽3中的工艺水通过工艺水泵9进入同时脱硫脱硝喷淋塔2的除雾器清洗系统，用于清洗除雾器。在同时脱硫脱硝喷淋塔中燃煤烟气温度由200℃降至92℃，净化后的燃煤烟气经除雾器除雾后排放。排放的烟气检测结果表明能达到93％的脱硫率和89％的脱硝率。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种燃煤烟气的脱硫脱硝工艺，其特征在于该处理工艺的步骤为：
第一步，将来自除尘器的燃煤烟气首先送入低温等离子体反应器，在低温等离子体反应器中的放电处理功率为2～5W/m3，烟气停留时间为3～6秒；
第二步，将由所述低温等离子体反应器处理后的燃煤烟气送入同时脱硫脱硝喷淋塔，燃煤烟气的空塔气速为3.5～4.2m/s，采用浓度为5％～10％的氨水经喷淋系统的雾化喷嘴喷出，与烟气逆流接触脱除燃煤烟气中的SO2和NOx，净化后的燃煤烟气经除雾器除雾后排放。
2.根据权利要求1所述的燃煤烟气的脱硫脱硝工艺，其特征在于：所述同时脱硫脱硝喷淋塔底部的一部分吸收液经吸收液循环泵重新送入喷淋系统循环使用，另一部分所述同时脱硫脱硝喷淋塔底部的吸收液利用母液输送泵排放母液；同时再通过氨水泵不断将氨水补充进所述同时脱硫脱硝喷淋塔的喷淋系统。
3.根据权利要求1所述的燃煤烟气的脱硫脱硝工艺，其特征在于：该工艺配有自动控制系统，自动控制系统根据来气中SO2和NOx浓度的波动，自动调节低温等离子体反应器中放电处理功率和联合脱硫脱硝喷淋塔中吸收剂的用量以及工艺水泵的流量，使之达到最佳平衡关系。
4.根据权利要求1所述的燃煤烟气的脱硫脱硝工艺，其特征在于：所述脱硫脱硝喷淋塔的除雾器上定时喷洒工艺水，用以清洗所述除雾器。
5.一种燃煤烟气的脱硫脱硝装置，主要包括低温等离子体反应器、同时脱硫脱硝喷淋塔、工艺水槽、氨水槽、脉冲电源、吸收液循环泵、母液输送泵、氨水泵和工艺水泵，其特征在于：所述低温等离子体反应器的出口与同时脱硫脱硝喷淋塔的进气口相接，所述同时脱硫脱硝喷淋塔底部的吸收液部分通过所述吸收液循环泵重新送入喷淋装置，另一部分则通过安装在所述同时脱硫脱硝喷淋塔底部的母液输送泵排放，所述工艺水槽通过工艺水泵与同时脱硫脱硝喷淋塔的除雾器清洗系统相接，所述氨水槽通过氨水泵与同时脱硫脱硝喷淋塔的喷淋装置相接。
6.根据权利要求5所述的燃煤烟气的脱硫脱硝装置，其特征在于：所述低温等离子体反应器由低温等离子体反应器进口、低温等离子体反应器出口以及若干内线电极和外筒电极构成，低温等离子体反应器与脉冲电源相接；所述低温等离子体反应器的主体由若干个线筒并联而成，并采用线筒式电晕放电方式，所述内线电极和外筒电极分别设置在所述线筒的内外两侧，线筒式电晕放电的内线电极和外筒电极采用同轴式蜂窝结构。
7.根据权利要求5所述的燃煤烟气的脱硫脱硝装置，其特征在于：所述喷淋装置由多个雾化喷嘴均布组合而成。
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