CN102772986B

CN102772986B - 烟气脱硫脱硝一体化工艺

Info

Publication number: CN102772986B
Application number: CN201210213153.5A
Authority: CN
Inventors: 周琪
Original assignee: BEIJING CLEARTIMES ENVIRONMENTAL PROTECTION ENGINEERING-TECH CO LTD
Current assignee: BEIJING CLEARTIMES ENVIRONMENTAL PROTECTION ENGINEERING-TECH CO LTD
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2032-06-27
Also published as: CN102772986A

Abstract

本发明涉及一种烟气脱硫脱硝一体化工艺，利用包含石灰石、活性焦、催化剂和水的吸收剂浆液吸收并脱除烟气中的NOx和SO₂。本发明的脱硫脱硝工艺具有投资少、操作简单、脱硝效率高的优点；并且使用的吸收剂无毒，无刺激性，危险性小，储运方便、使用成本低；特别适合应用于中小工业锅炉烟气以及生活采暖以及供热水锅炉的脱硫和脱硝。

Description

烟气脱硫脱硝一体化工艺

技术领域

本发明涉及烟气分离和净化的技术领域，具体的说本发明涉及一种在高温雾化的条件下采用气液接触的手段对烟气联合进行脱硫脱硝的工艺。

背景技术

我国是一个工业锅炉生产和使用大国，目前我国在用工业锅炉超过50多万台，数量大，分布广，并且其中的80％以上是燃煤锅炉。目前，我国燃煤工业锅炉具有如下特点：(1)单台锅炉平均容量小，总体能耗水平高，节能减排管理水平低，能源浪费和环境污染严重；(2)锅炉用煤种多变、燃烧方式落后，以层燃锅炉为主，燃烧效率较低，污染物排放强度高；(3)锅炉烟囱低矮、排烟温度高、污染大；(4)在用锅炉量大面广，布局相当分散，污染治理减排难度大。目前我国燃煤工业锅炉燃煤排放二氧化硫超1000万吨、氮氧化合物约200万吨、粉尘约100万吨，是我国仅次于燃煤发电的第二大煤烟型污染源。发达国家和地区对燃煤烟气污染物的逐步控制已经历了近百年的时间，已拥有了成熟的大型燃煤电站锅炉烟气除尘、脱硫和脱硝技术，但在工业锅炉污染治理方面没有成熟的技术可供借鉴。

现有技术中，烟气脱硝的主要方法有选择性催化还原技术(SCR)、选择性非催化还原技术(SNCR)、湿法络合吸收技术、液相氧化-吸收技术、气相氧化-吸收技术等。

SCR是目前最成熟的烟气脱硝技术，它是一种炉后脱硝方法，是利用还原剂(NH3，尿素)在金属催化剂作用下，选择性地与NOx反应生成NO₂和H₂O，而不是被O₂氧化，故称为“选择性”。目前世界上流行的SCR工艺主要分为氨法和尿素法两种。此两种方法都是利用氨对NOx的还原功能，在催化剂的作用下将NOx(主要是NO)还原为对大气没有多少影响的N₂和水，还原剂为NH₃。此外，该技术对中、高硫煤的适应性差，烟气中硫组分可降低催化剂寿命，而我国产的煤含硫量普遍较高。因此，从我国目前的国情来看，SCR难以在我国大力推广。

美日欧等西方国家对燃煤多种污染物一体化脱除技术的研究较为活跃，其中一些技术已处于早期商业化阶段。研究较多的一体化脱除技术有氧化吸收工艺(如光催化法，过氧化氢氧化吸收技术)，还原工艺(如尿素同时脱硫脱硝技术)和湿式络合吸收技术等。

专利申请CN1923341A公开了一种燃煤锅炉烟气臭氧氧化同时脱硫脱硝装置及其方法，但其喷入臭氧的量较大，与一氧化氮的摩尔比约为0.5-1.5，影响了该方法的经济性，并且氧化后易溶于水的高价态氮氧化物NO₂、NO₃或N₂O₅与碱液反应的过程中会生成硝酸盐和亚硝酸盐的混合物，吸收后的废水处理费用高，不利于资源的回收利用。

然而无论使用氧化工艺，还是还原工艺，在现有技术中通常都使用氨水或液氨等还原剂，或者臭氧或双氧水等强氧化剂，从而会导致的诸多问题，例如购置成本和运输成本高；而且这些物质极易挥发，具有强烈的刺激性，储运不当会有爆炸危险。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种烟气脱硫脱硝一体化工艺。本发明的工艺可以同时脱除燃煤工艺锅炉烟气中的粉尘、SO₂和NOx等污染物，而且具有吸收剂无毒、无刺激性，危险性小以及投资和运行成本低等优点，适用于中小型燃煤锅炉烟气的联合脱硫脱硝。

为了解决上述技术问题实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种烟气脱硫脱硝一体化工艺，利用包含石灰石、活性焦、催化剂和水的吸收剂浆液吸收并脱除烟气中的NOx和SO₂，其特征在于：所述工艺包括高速吸收阶段和低速吸收接段；在高速吸收阶段，所述的烟气依次通过催化吸收区、高温雾化氧化区和高速湍流吸收区；在低速吸收区，烟气均匀分布，均匀喷淋的雾化浆液继续吸收烟气中的NO₂和SO₂，净化后的烟气经过除雾后排放；其中所述的催化吸收区包括催化剂层，所述的催化剂层为由主要成分为由活性焦与五氧化二钒形成的烧结体；所述的高温雾化氧化区是指利用雾化装置沿水平方向喷射300-420℃的氧化浆液所形成的高温雾化氧化区域，所述的氧化浆液由水、活性焦和催化剂组成；所述的高速湍流区是指位于高速湍流区下部的竖喷喷嘴向上喷出的吸收浆液与烟气逆向接触所形成的高速湍动的驻波区，所述的吸收浆液由水、活性焦、石灰石和催化剂组成。

在催化吸收区主要化学反应为：2NO+O₂→NO₂；在高温雾化氧化区主要化学反应为：2NO+O₂→2NO₂、3NO₂+H₂O→2HNO₃+NO、SO₂+H₂O→H₂SO₃；在高速湍流吸收区主要化学反应为：2NO+O₂→2NO₂、3NO₂+H₂O→2HNO₃+NO、2HNO₃+CaCO₃→Ca(NO₃)₂+CO₂+H₂O，SO₂+H₂O→H₂SO₃、H₂SO₃→H⁺+HSO₃ ^-、H₂SO₃+CaCO₃→CaSO₃+CO₂+H₂O、HSO₃ ^-+1/2O₂→HSO₄ ^-、HSO₄ ^-→H⁺+SO₄ ^2-。

作为优选地，所述烟气脱硫脱硝一体化工艺中，所述的催化剂层由组成为0.8-1.8wt％的V₂O₅、0.7-1.2wt％的Fe₂O₃和余量的活性焦烧结形成的烧结体构成。所述的烧结体利用V₂O₅、Fe₂O₃和焦煤，通过粉碎、捏合、成型、干燥以及炭化活化步骤烧结形成，所述的炭化活化例如可以在750-950℃炭化活化2-4小时。

作为优选地，所述的氧化浆液由1.2-2.5wt％的活性焦、0.5-1.2wt％的三氧化二铁、0.6-1.2wt％的氧化铜以及余量的水组成。

作为优选地，所述的雾化装置为3-8个，并且沿着同心圆周间隔设置。

作为优选地，所述吸收浆液由1.5-2.5wt％的石灰石、0.5-1.5wt％的活性焦、0.5-1.0wt％的三氧化二铁、0.5-1.0wt％的氧化铜以及余量的水组成。

作为优选地，所述氧化浆液与烟气的比值为3-5L/m³；所述吸收浆液与烟气的比值为10-20L/m³。

作为优选地，在高速吸收阶段，烟气流速为10-35m/s；在低速吸收阶段，烟气流速为3-5m/s。

作为优选地，所述高温蒸汽的温度优选为320-370℃；更优选为350℃。

另外本发明还涉及一种烟气脱硫脱硝一体化系统，其包括吸收塔，吸收塔设有原烟道入口，其特征在于吸收塔包括塔底氧化槽、高速吸收区塔体和低速吸收区塔体，所述高速吸收区塔体由上至下依次设有催化吸收区、高温雾化氧化区和竖喷喷嘴，所述的催化剂层为由主要成分为由活性焦与五氧化二钒形成的烧结体；所述的高温雾化氧化区包括3-8个雾化装置，并且沿着同心圆周间隔设置；所述低速吸收区塔体的中上部设置有由浆液喷嘴组成的多个喷淋层以及除雾层，各浆液喷嘴和竖喷喷嘴分别与塔底氧化槽之间连接有循环管路，循环管路还设有浆液循环泵；所述雾化装置还与高温蒸汽管道连接。

所述的烟气脱硫脱硝一体化系统中，还包括吸收剂配浆槽、吸收剂储仓，吸收剂储仓底部通过闸板门与吸收剂配浆槽相连接，吸收剂配浆槽上部设有工艺水进口，吸收剂配浆槽底部设有浆液出口，浆液输送泵通过该浆液出口将吸收剂浆液输送至吸收塔的循环管路。

所述的烟气脱硫脱硝一体化系统中，吸收塔塔底氧化槽还设有空气入口，空气通过加压风机从空气入口输送入塔底氧化槽。

所述的烟气脱硫脱硝一体化系统中，吸收塔塔底氧化槽的底部设有浆液排放口，塔底氧化槽的吸收剂浆液通过浆液排放口被浆液排放泵输送至旋流器；旋流器对吸收剂浆液进行浓缩分离，较稀的浆液溢流回吸收塔塔底氧化槽中，较浓的底流浆液流入沉淀池中，沉淀池上部的清液溢流至吸收剂配浆槽中。

所述的烟气脱硫脱硝一体化系统中，所述的沉淀池中还具有结晶器，通过结晶分离得到亚硝酸钙晶体产品。

所述的烟气脱硫脱硝一体化系统中，吸收塔塔底氧化槽内设有搅拌器。

所述的烟气脱硫脱硝一体化系统中，在输送烟气的烟道上设置有挡板门，以便于脱硝过程正常运行和发生故障时旁路运行。

所述的烟气脱硫脱硝一体化系统中，还包括电气仪表控制系统。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

(1)与SCR、SNCR所用脱硝剂氨水、液氨或尿素相比，烟气脱硫脱硝一体化工艺所采用的脱硝剂是石灰石、活性焦和催化剂吸收剂无毒，无刺激性，危险性小。而传统方法采用的氨水、液氨等吸收剂由于使用的吸收剂均为NH₃，极易挥发，具有强烈的刺激性，人体吸入过量会导致死亡，储运不当会有爆炸危险。属于受管制的危险化学品，在人口密集地区使用有很大的限制。而烟气脱硫脱硝一体化工艺所用的脱硫脱硝剂：石灰石、活性焦和催化剂等性质稳定，无毒无刺激性，危险性小。另外本发明使用的吸收剂储运方便、使用成本低，而液氨、氨水均为液态，运输存储需要专门的压力容器，对设备的防泄漏等级要求高，如果采用尿素则需要专门的热解装置以生产氨水，运行成本很高。

(2)与SCR、SNCR工艺系统相比，本发明的系统投资和运行成本低，设备结构简单，操作方便易行，运行稳定适应性强，而且脱硫脱硝效率高，原烟气中NOx含量为400-500mg/m³、SO₂含量为4000-4500mg/m³情况下，脱硝效率不低于80％，脱硫效率不低于98％，能够保证烟气出口SO₂含量低于100mg/m³、NOx含量低于100mg/m³达到国家排放标准。

附图说明

图1：本发明一个实施例的烟气脱硫脱硝一体化工艺流程图。

图中附图标记所代表的含义分别为：1-原烟气；2-高温蒸汽；3-空气；4-工艺水；5-吸收剂配浆槽；6-吸收塔；7-烟囱；8-旋流器；9-沉淀池；61-高速吸收区塔体；62-低速吸收区塔体；63-塔底氧化槽；64-竖喷喷嘴；65-喷淋层、66-除雾器；67-催化吸收区；68-高温雾化氧化区。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行详细描述，但附图以及具体实施例不作为对本发明专利的限定。

具体实施例所述的烟气脱硫脱硝一体化系统，其包括吸收塔，吸收塔设有原烟道入口，吸收塔包括塔底氧化槽、高速吸收区塔体和低速吸收区塔体，所述高速吸收区塔体由上至下依次设有催化吸收区、高温雾化氧化区和竖喷喷嘴，所述的催化剂层为由主要成分为由活性焦与五氧化二钒形成的烧结体；所述的高温雾化氧化区包括3-8个雾化装置，并且沿着同心圆周间隔设置；所述低速吸收区塔体的中上部设置有由浆液喷嘴组成的多个喷淋层以及除雾层，各浆液喷嘴和竖喷喷嘴分别与塔底氧化槽之间连接有循环管路，循环管路还设有浆液循环泵；所述雾化装置还与高温蒸汽管道连接；另外所述的烟气脱硫脱硝一体化系统中，还包括吸收剂配浆槽、吸收剂储仓，吸收剂储仓底部通过闸板门与吸收剂配浆槽相连接，吸收剂配浆槽上部设有工艺水进口，吸收剂配浆槽底部设有浆液出口，浆液输送泵通过该浆液出口将吸收剂浆液输送至吸收塔的循环管路；所述的烟气脱硫脱硝一体化系统中，吸收塔塔底氧化槽还设有空气入口，空气通过加压风机从空气入口输送入塔底氧化槽；所述的烟气脱硫脱硝一体化系统中，吸收塔塔底氧化槽的底部设有浆液排放口，塔底氧化槽的吸收剂浆液通过浆液排放口被浆液排放泵输送至旋流器；旋流器对吸收剂浆液进行浓缩分离，较稀的浆液溢流回吸收塔塔底氧化槽中，较浓的底流浆液流入沉淀池中，沉淀池上部的清液溢流至吸收剂配浆槽中；所述的烟气脱硫脱硝一体化系统中，所述的沉淀池中还具有结晶器；所述的烟气脱硫脱硝一体化系统中，吸收塔塔底氧化槽内设有搅拌器；所述的烟气脱硫脱硝一体化系统中，在输送烟气的烟道上设置有挡板门，以便于脱硝过程正常运行和发生故障时旁路运行；所述的烟气脱硫脱硝一体化系统中，还包括电气仪表控制系统。

实施例1

现以一锅炉(10t/h)为例，按照本发明所述的烟气脱硫脱硝一体化工艺进行脱硫脱硝处理。所述的催化剂层由组成为1.2wt％的V₂O₅、1.0wt％的Fe₂O₃和余量的活性焦烧结形成的烧结体构成。所述的氧化浆液由2.0wt％的活性焦、0.8wt％的三氧化二铁、0.9wt％的氧化铜以及余量的水组成；所述的雾化装置为6个，并且沿着同心圆周间隔60度均匀设置；所述吸收浆液由2.0wt％的石灰石、1.0wt％的活性焦、0.8wt％的三氧化二铁、0.7wt％的氧化铜以及余量的水组成；所述氧化浆液与烟气的比值为3L/m³；所述吸收浆液与烟气的比值为15L/m³；在高速吸收阶段，烟气流速为10-25m/s；在低速吸收阶段，烟气流速为3-5m/s。

测试所得基础数据如下：

烟气总流量：12000m³/h；烟气含NOx 500mg/m³、SO₂含量为4000-4500mg/m³。净烟气含NOx 80-100mg/m³，脱硝率达到80％以上；净烟气含SO₂为80-100mg/m³，脱硫效率达到98％以上。

实施例2

现以一锅炉(10t/h)为例，按照本发明所述的烟气脱硫脱硝一体化工艺进行脱硫脱硝处理。所述的催化剂层由组成为1.8wt％的V₂O₅、1.2wt％的Fe₂O₃和余量的活性焦烧结形成的烧结体构成。所述的氧化浆液由1.2wt％的活性焦、1.2wt％的三氧化二铁、1.2wt％的氧化铜以及余量的水组成；所述的雾化装置为6个，并且沿着同心圆周间隔60度均匀设置；所述吸收浆液由2.5wt％的石灰石、1.5wt％的活性焦、1.5wt％的三氧化二铁、1.0wt％的氧化铜以及余量的水组成；所述氧化浆液与烟气的比值为3L/m³；所述吸收浆液与烟气的比值为15L/m³；在高速吸收阶段，烟气流速为10-25m/s；在低速吸收阶段，烟气流速为3-5m/s。

测试所得基础数据如下：

烟气总流量：12000m³/h；烟气含NOx 500mg/m³、SO₂含量为4000-4500mg/m³。净烟气含NOx 60-75mg/m³，脱硝率达到85％以上；净烟气含SO₂为低于80mg/m³，脱硫效率达到98％以上。

实施例3

现以一锅炉(10t/h)为例，按照本发明所述的烟气脱硫脱硝一体化工艺进行脱硫脱硝处理。所述的催化剂层由组成为0.8wt％的V₂O₅、0.7wt％的Fe₂O₃和余量的活性焦烧结形成的烧结体构成。所述的氧化浆液由1.2wt％的活性焦、0.5wt％的三氧化二铁、0.8wt％的氧化铜以及余量的水组成；所述的雾化装置为6个，并且沿着同心圆周间隔60度均匀设置；所述吸收浆液由1.5wt％的石灰石、1.5wt％的活性焦、1.0wt％的三氧化二铁、0.5wt％的氧化铜以及余量的水组成；所述氧化浆液与烟气的比值为5L/m³；所述吸收浆液与烟气的比值为20L/m³；在高速吸收阶段，烟气流速为10-25m/s；在低速吸收阶段，烟气流速为3-5m/s。

测试所得基础数据如下：

比较例1

与实施例1相比，区别仅在于不具有催化剂层。测试所得基础数据如下：

烟气总流量：12000m³/h；烟气含NOx 500mg/m³、SO₂含量为4000-4500mg/m³。净烟气含NOx 120-180mg/m³；净烟气含SO₂为120-150mg/m³。

比较例2

与实施例1相比，区别仅在于不高温雾化氧化区。测试所得基础数据如下：

烟气总流量：12000m³/h；烟气含NOx 500mg/m³、SO₂含量为4000-4500mg/m³。净烟气含NOx 150-200mg/m³；净烟气含SO₂为200-500mg/m³。

本发明的烟气脱硫脱硝一体化系统对中小型工业锅炉烟气脱硝具有极大的经济与社会效益，在我国经济建设过程中值得大力推广。

Claims

1.一种烟气脱硫脱硝一体化工艺，利用吸收浆液吸收并脱除烟气中的NOx和SO₂，其特征在于：所述工艺包括高速吸收阶段和低速吸收阶段；在高速吸收阶段，所述的烟气依次通过催化吸收区、高温雾化氧化区和高速湍流吸收区；在低速吸收区，烟气均匀分布，均匀喷淋的雾化浆液继续吸收烟气中的NO₂和SO₂，净化后的烟气经过除雾后排放；其中所述的催化吸收区包括催化剂层，所述的催化剂层由组成为0.8-1.8wt％的V₂O₅、0.7-1.2wt％的Fe₂O₃和余量的活性焦烧结形成的烧结体构成；所述的高温雾化氧化区是指利用雾化装置沿水平方向喷射300-420℃的氧化浆液所形成的高温雾化氧化区域，所述的氧化浆液由1.2-2.5wt％的活性焦、0.5-1.2wt％的三氧化二铁、0.6-1.2wt％的氧化铜以及余量的水组成；所述的高速湍流区是指位于高速湍流区下部的竖喷喷嘴向上喷出的吸收浆液与烟气逆向接触所形成的高速湍动的驻波区，所述的吸收浆液由1.5-2.5wt％的石灰石、0.5-1.5wt％的活性焦、0.5-1.0wt％的三氧化二铁、0.5-1.0wt％的氧化铜以及余量的水组成。

2.权利要求1所述的烟气脱硫脱硝一体化工艺，其特征在于所述的雾化装置为3-8个，并且沿着同心圆周间隔设置。

3.权利要求1所述的烟气脱硫脱硝一体化工艺，其特征在于所述氧化浆液与烟气的比值为3-5L／m³；所述吸收浆液与烟气的比值为10-20L／m³。

4.权利要求3所述的烟气脱硫脱硝一体化工艺，其特征在于在高速吸收阶段，烟气流速为10-35m／s；在低速吸收阶段，烟气流速为3-5m／s。

5.一种烟气脱硫脱硝一体化系统，其包括吸收塔，吸收塔设有原烟道入口，其特征在于吸收塔包括塔底氧化槽、高速吸收区塔体和低速吸收区塔体，所述高速吸收区塔体由上至下依次设有催化吸收区、高温雾化氧化区和竖喷喷嘴；其中所述的催化吸收区包括催化剂层，所述的催化剂层由组成为0.8-1.8wt％的V₂O₅、0.7-1.2wt％的Fe₂O₃和余量的活性焦烧结形成的烧结体构成；所述的高温雾化氧化区包括3-8个雾化装置，并且沿着同心圆周间隔设置；所述低速吸收区塔体的中上部设置有由浆液喷嘴组成的多个喷淋层以及除雾层，各浆液喷嘴和竖喷喷嘴分别与塔底氧化槽之间连接有循环管路，循环管路还设有浆液循环泵；所述雾化装置还与高温蒸汽管道连接。

6.权利要求5所述的烟气脱硫脱硝一体化系统，其特征在于还包括吸收剂配浆槽、吸收剂储仓，吸收剂储仓底部通过闸板门与吸收剂配浆槽相连接，吸收剂配浆槽上部设有工艺水进口，吸收剂配浆槽底部设有浆液出口，浆液输送泵通过该浆液出口将吸收剂浆液输送至吸收塔的循环管路。

7.权利要求6所述的烟气脱硫脱硝一体化系统，其特征在于所述的烟气脱硫脱硝一体化系统中，吸收塔塔底氧化槽的底部设有浆液排放口，塔底氧化槽的吸收剂浆液通过浆液排放口被浆液排放泵输送至旋流器；旋流器对吸收剂浆液进行浓缩分离，较稀的浆液溢流回吸收塔塔底氧化槽中，较浓的底流浆液流入沉淀池中，沉淀池上部的清液溢流至吸收剂配浆槽中。