CN102600709A - 一种联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的方法及其装置 - Google Patents

一种联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的方法及其装置，由锅炉炉膛出来的烟气经除尘后，在尾部烟道与喷入的臭氧发生氧化反应，将烟气中不溶于水的低价态氮氧化物氧生成易溶于水的高价态氮氧化物，同时使部分低价硫氧化成高价硫；氧化后的烟气先送入脱硫脱硝房底部的曝气槽，通过曝气的方式对烟气进行脱硫脱硝，以除去大部分氮氧化物和氧化硫污染物，然后再通过喷淋的方式进一步脱硫脱硝，以达到烟气排放标准。本发明投资费用低，节省运行成本；减少高品位化学药品、新鲜水的使用量，而且也不易造成二次污染；不仅减少烟气的处理成本，也减少碱性工业废水的中和处理成本，达到了以废治废的目的。

Description

一种联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的方法及其装置
技术领域
本发明涉及燃煤锅炉烟气的处理技术领域，尤其涉及的是一种联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的方法及其装置。
背景技术
我国是燃煤大国，煤炭占我国一次能源消耗总量的70%左右。煤炭燃烧过程中所产生的硫氧化物、氮氧化物对我国大气环境造成了日益严重的危害。目前氮氧化物的脱除技术主要有两类：炉内燃烧脱硝和烟气脱硝。炉内燃烧脱硝技术的脱硝效率在30-50%左右，但该种脱硝技术容易影响锅炉的安全运行，且随着环保要求的进一步提高，该技术难以实现更高的NOX脱除效率。欧美等发达国家普遍采用催化还原技术（SCR）对烟气进行脱硝。该技术脱硝效率高、运行稳定，但存在催化剂失活、磨损、堵塞，还原性物质泄露造成二次污染等问题，且运行和投资费用非常昂贵。通常采用的烟气脱硫方法为石灰/石灰石-石膏湿法，该方法效率比较高。但我国国内对该技术的研究尚未有突破性进展，目前该系统主要从日本进口为主，我国70%的中小型锅炉企业负担不了目前常用脱硫工艺的大量基建投资和高昂的运行费用。此外，石灰/石灰石—石膏湿法脱硫后形成含有大量杂质的低品位石膏，大部分脱硫产物被抛弃处理，对环境造成了二次污染。因此，研究开发低成本、高效率的可以同时脱硫脱硝的技术就显得尤为重要。
目前，已经有不少学者利用臭氧对烟气进行脱硫脱硝，例如专利CN101485957A、CN1923341A等，但这些烟气处理方法中还需要运用到大量氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙等高品位化学药品，这与湿法脱硫有很大的相似之处，同样存在成本高、易造成二次污染等问题。与此同时，我国印染、造纸、制革、化工等企业每年排放大量碱性废水，例如，2007年纺织印染废水的排放量总量高达22.5亿吨，中小型造纸企业排放的碱性废水约有10多亿吨。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的方法及其装置，旨在解决现有的烟气脱硫脱硝技术成本高、易造成二次污染、容易影响锅炉安全运行的问题。
本发明的技术方案如下：一种联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的方法，其中，包括以下步骤：
步骤1：将由锅炉炉膛出来的烟气进行除尘；
步骤2：利用臭氧氧化烟气中低价态的氮氧化物和二氧化硫污染物；
步骤3：利用烟气与碱性废水反应，除去烟气中高价态的氮氧化物和氧化硫污染物；
步骤4：利用烟气与碱性废水继续反应，使烟气达到排放标准。
所述的联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的方法，其中，所述步骤1的烟气除尘通过静电除尘或水膜除尘实现。
所述的联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的方法，其中，所述臭氧利用纯氧或空气制成。
所述的联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的方法，其中，所述臭氧与烟气中NO的摩尔比为0.5～1.5之间。
所述的联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的方法，其中，所述烟气与碱性废水的接触是通过曝气和喷淋两种方式实现的。
所述的联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的方法，其中，所述碱性废水为印染、造纸、制革、化工的碱性工业废水，所述碱性废水PH值控制在10-12.5之间。
一种联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的装置，其中，包括除尘装置、尾部烟道、臭氧发生器、脱硫脱硝房和碱液池：所述除尘装置与脱硫脱硝房通过尾部烟道连接；所述臭氧发生器与尾部烟道连接；所述脱硫脱硝房与碱液池连接。
所述的联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的装置，其中，所述脱硫脱硝装置还包括浓碱池，所述浓碱池与所述碱液池连接。
所述的联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的装置，其中，所述脱硫脱硝房包括设置在脱硫脱硝房底部的曝气槽；设置在脱硫脱硝房顶部的喷淋器；所述曝气槽和喷淋器分别都与碱液池连接。
所述的联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的装置，其中，所述曝气槽包括设置在曝气槽底部中间位置的主烟管；设置在主烟管两侧的支气管；设置在曝气槽一侧的碱性废水进口；设置在与碱性废水进口相对侧的碱性废水出口；
所述支气管上均匀设置有烟孔；所述烟孔的孔径小于等于8mm；
所述主烟管与所述烟道连接；所述支气管与所述主烟管连接；所述碱性废水进口与所述碱液池连接。
本发明的有益效果：本发明通过提供一种联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的方法及其装置，将臭氧氧化与碱性废水脱硫脱硝联合起来，起到同时脱硫脱硝的作用，相比传统的湿法脱硫加催化还原技术脱硝，投资费用降低35～60%，运行成本节省60%左右；本发明相比臭氧氧化加碱水洗涤脱硫脱硝的方法，不仅大大减少氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钙等高品位化学药品，减少新鲜水的使用量，而且也不易造成二次污染；本发明利用碱性废水对烟气进行脱硫脱硝，不仅减少烟气处理成本，同样也减少碱性工业废水的中和处理成本，达到了以废治废、变废为宝的目的。 
附图说明
图1是本发明中一种联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝方法的步骤流程图。
图2是本发明中一种联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝装置的结构图。
图3是本发明中曝气槽的结构示意图。 
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
如图1所示，是本发明联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的方法的步骤流程图。本方法包括以下步骤：
步骤1：将由锅炉炉膛出来的烟气进行除尘；
步骤2：利用臭氧氧化烟气中低价态的氮氧化物和二氧化硫污染物；
步骤3：利用烟气与碱性废水反应，以除去烟气中大部分高价态的氮氧化物和氧化硫污染物；
步骤4：利用烟气与碱性废水继续反应，使烟气达到排放标准。
所述将烟气除尘可通过静电除尘或水膜除尘。
所述臭氧是通过臭氧发生器利用纯氧或空气制成的。
所喷入的臭氧与锅炉烟气中NO的摩尔比为0.5～1.5之间。
所述烟气与碱性废水的接触是通过曝气与喷淋两种方式实现的。
所述碱性废水可以是印染、造纸、制革、化工等碱性工业废水，其PH值应控制在10-12.5之间。
本发明中联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的方法的具体过程为：从锅炉炉膛出来的烟气经静电除尘或水膜除尘后，与喷入的臭氧发生氧化反应，烟气中不溶于水的低价态氮氧化物氧化成易溶于水的高价态氮氧化物，同时部分低价硫氧化成高价硫；氧化后的烟气通过曝气的方式与碱性废水发生脱硫脱硝反应，以除去大部分氮氧化物、氧化硫污染物；烟气继续与碱性废水通过喷淋的方式发生反应，以进一步脱硫脱硝，烟气达到排放标准。
如图2所示，是本发明联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝设备的结构示意图。本脱硫脱硝设备包括炉膛100、除尘装置200、尾部烟道300、臭氧发生器400、脱硫脱硝房500、碱液池600、浓碱池700和烟囱800：所述炉膛100与除尘装置200连接；所述除尘装置200与脱硫脱硝房500通过尾部烟道300连接；所述臭氧发生器400与尾部烟道300连接；所述脱硫脱硝房500与烟囱800连接；所述脱硫脱硝房500还与碱液池600连接；所述碱液池600与所述浓碱池700连接。
所述脱硫脱硝房500包括设置在脱硫脱硝房500底部的曝气槽510；设置在脱硫脱硝房500顶部的喷淋器520。所述曝气槽510和喷淋器520分别都与碱液池600连接。
所述曝气槽510包括设置在曝气槽510底部中间位置的主烟管515和设置在主烟管515两侧的支气管513，所述主烟管515与所述尾部烟道300连接；所述支气管513与所述主烟管515连接；所述支气管513上均匀设置有烟孔514；所述曝气槽510还包括设置在曝气槽510一侧的碱性废水进口511和设置在与碱性废水进口511相对侧的碱性废水出口512。
所述曝气槽510中碱性废水的液位约30～35cm，以保证烟气与碱性废水的充分反应，同时防止风机、水泵等设备的能耗偏大。
所述支烟管513的数量根据烟气的流量确定，支烟管513上设置有数千至数万个烟孔514，烟孔514的孔径≤8毫米：烟孔514的孔径越小，烟气与碱性废水的接触越充分。
所述碱性废水进口511与所述碱液池600连接；经过脱硫脱硝房500后的碱性废水经碱性废水出口512排放至污水处理厂。
所述碱液池600与浓碱池700相连接：当所述碱液池600的碱性废水的PH值偏低（pH值小于10）时，通过浓碱池700调节。碱液池600的容积大小可根据碱性废水产生的水量、水质的一个变化周期为准；如果周期难以把握，可按碱性废水停留时间为8小时的量设计。碱液池600可适应碱性废水排放的不均匀特性。所述浓碱池700的碱性物质主要为氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钙等。
下面结合图2和图3所示，举例说明本装置的实际操作过程。
以某印染厂为例，经检测其排放的碱性废水pH值约为12，废水中OH-1的平均含量为0.01mol/L；印染厂燃煤锅炉的烟气排放量约60000Nm3/h，烟气含硫量约1700mg/m3，NO的浓度约155mg/m3，NOx的浓度约255mg/m3；脱硫后排放烟气的含硫量要低于150mg/m3，NOx含量要低于100mg/m3，则脱硫所需的印染废水量约200m3/h，脱硝所需的臭氧约15kg/h。具体实施如下：1. 烟气经锅炉炉膛100出来，经除尘装置200除尘后，在尾部烟道300与臭氧发生器400喷出的臭氧发生氧化反应，将烟气中不溶于水的低价态氮氧化物氧生成易溶于水的高价态氮氧化物，同时使部分低价硫氧化成高价硫。
2. 氧化后的烟气进入脱硫脱硝房500底部的曝气槽510，在曝气槽510内利用曝气的方式对烟气进行脱硫脱硝。其中曝气槽510具体的结构为：在曝气槽510的底部设置1根主烟管515和10根支烟管513，每根支烟管513上设置有约1.5万个烟孔514，烟孔514的孔径分别为5毫米和7毫米，间隔设置。其中烟孔514的流量控制在4m/s左右；其中曝气槽510的碱性废水液位约32cm。
3. 烟气初步脱硫脱硝后，经曝气槽510的液面逸出，并与从喷淋器520喷洒下来的碱性废水继续发生反应，以进一步脱硫脱硝。
4. 净化后的烟气达到排放标准，经脱硫脱硝房500的顶部送往烟囱800，排向大气。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将由锅炉炉膛出来的烟气进行除尘；
步骤2：利用臭氧氧化烟气中低价态的氮氧化物和二氧化硫污染物；
步骤3：利用烟气与碱性废水反应，除去烟气中高价态的氮氧化物和氧化硫污染物；
步骤4：利用烟气与碱性废水继续反应，使烟气达到排放标准。
2. 根据权利要求1所述的联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于，所述步骤1的烟气除尘通过静电除尘或水膜除尘实现。
3. 根据权利要求1所述的联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于，所述臭氧利用纯氧或空气制成。
4. 根据权利要求1所述的联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于，所述臭氧与烟气中NO的摩尔比为0.5～1.5之间。
5. 根据权利要求1所述的联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于，所述烟气与碱性废水的接触是通过曝气与喷淋两种方式实现的。
6. 根据权利要求1所述的联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于，所述碱性废水为印染、造纸、制革、化工的碱性工业废水，所述碱性废水PH值控制在10-12.5之间。
7. 一种联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的装置，其特征在于，包括除尘装置、尾部烟道、臭氧发生器、脱硫脱硝房和碱液池：所述除尘装置与脱硫脱硝房通过尾部烟道连接；所述臭氧发生器与尾部烟道连接；所述脱硫脱硝房与碱液池连接。
8. 根据权利要求7所述的联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的装置，其特征在于，所述脱硫脱硝装置还包括浓碱池，所述浓碱池与所述碱液池连接。
9. 根据权利要求7所述的联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的装置，其特征在于，所述脱硫脱硝房包括设置在脱硫脱硝房底部的曝气槽；设置在脱硫脱硝房顶部的喷淋器；所述曝气槽和喷淋器分别都与碱液池连接。
10. 根据权利要求9所述的联合臭氧与碱性废水对烟气脱硫脱硝的装置，其特征在于，所述曝气槽包括设置在曝气槽底部中间位置的主烟管；设置在主烟管两侧的支气管；设置在曝气槽一侧的碱性废水进口；设置在与碱性废水进口相对侧的碱性废水出口；
所述支气管上均匀设置有烟孔；所述烟孔的孔径小于等于8mm；
所述主烟管与所述烟道连接；所述支气管与所述主烟管连接；所述碱性废水进口与所述碱液池连接。
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