CN103566728B - 用于烟气脱硫脱氮的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及净化设备领域。用于烟气脱硫脱氮的设备，包括进气管、回流管、第一多项反应器、吸收塔、第二多项反应器、隔离罩、循环浆料池、蒸汽控温装置、料浆排出装置、浆液循环装置、出气管道、烟囱管道和除雾器。该用于烟气脱硫脱氮的设备的优点是结构新颖，对燃烧产生的烟气脱硫脱氮及粉尘去除效果好。

Description

用于烟气脱硫脱氮的设备

技术领域

本发明涉及空气净化设备领域，尤其是一种用于净化工业燃烧产生的烟气，使烟气脱硫脱氮的设备。

背景技术

工业燃料燃烧产生的工业烟气主要是指工业锅炉的燃烧产生的大量烟气和粉尘，在我国，SO2主要来自燃煤燃烧排放的约占90％，NOx90％来自燃料燃烧，火电企业和金属冶炼企业生产过程中都会产生大量的烟气，因此脱硫脱氮是中国治理燃煤污染改善大气环境的最主要目标。例如金属冶炼中的炼钢厂，其排出的烟气中包含有硫氧化物、氮氧化物、碳化物钢渣及其它的废渣粉尘等；火力电厂排出的烟气中包含有碳化物、硫氧化物、氮氧化物和粉煤灰等。

目前净化工业烟气主要是脱氮、脱硫和除尘，脱硫和除尘一般都是采用传统的水淋法。燃烧后烟气脱氮是控制NOx排放的重要方法，大部分烟气中的NOx都是通过该法进行处理，现有的燃烧后烟气脱氮脱硫技术有以下几种：(1)组合法，是用石灰石石膏法湿式脱SO2(FGD)和选择性催化还原法(SCR)脱NOx组合的技术，德国、日本、美国等国家多数采用这种方法，该组合技术中湿法脱硫效率高，达90％～98％，该组合技术中用氨还原脱氮，缺点是脱氮的催化剂维护比较麻烦，不要不同的加氮。(2)电子束法(EBA)，电子束法是利用电子加速器产生的高能粒子照射，使其SO2和NOx氧化生成硫酸和硝酸，再与添加的氨反应生成硫酸氨和硝酸氨，电子束法处理烟气的优点是用一个过程能同时脱硫脱氮，且去除效率高，不用催化剂，所以不存在催化剂中毒，影响使用寿命的问题，设备结构简单，对烟气条件变化适应性强，容易控制，存在的不足是耗电量大，由此占的运行费用很高，烟气辐射装置还不适合用于大规模应用系统，处理后的烟气仍然存在排放氮、硫酸和一氧化二氮的可能性。(3)活性焦吸附法，用活性焦进行烟气的同时脱硫和脱氮，SO2是通过活性焦的微孔催化吸附作用，生成硫酸储存于焦碳微孔内，NOx是在加氨的条件下，经活性焦的催化作用生成水和氮气再排入大气，优点是脱硫率高，在低温下(100～200℃)能得到高的脱氮率(80％)，因而不需要升温装置，过程中不用水，无需处理装置，没有二次污染问题，不足之处是吸附剂在运行中有磨损消耗，使用成本高，吸附量小，当烟气中NOx含量高时,吸附剂用量多、消耗大，设备体积庞大，所以应用并不广泛。目前同时具有脱硫脱氮功能的设备或方法主要分为两种，一种是如中国专利公开号为“CN103041688A”的“一种烟气同时脱硫脱氮并副产硫酸铵的方法”，或者是如中国专利公开号为“CN103028301A”的“脱硫脱氮除尘器”，都是通过氨脱氮脱硫，烟气温度很高，一般都超过100摄氏度，要将烟气中的废渣粉尘去除和冷却最好的办法就是采用水淋法，实际使用时氮极易溶于水，因此采用氨脱氮脱硫不仅需要复杂的设备和工艺，而且很难同时得到很高的脱氮率和脱硫率。另外一种是如中国专利公开号为“CN102078760A”的“一种烟气脱硫脱氮方法”，利用H2O2脱氮脱硫，其优点是脱氮率高，不足之处是H2O2是作为一种吸收剂使用，脱硫率不理想，H2O2需要不停的从外部加入吸收塔中，大规模使用时不仅原料成本高，并未使用和维护都不方便。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有设备和方法对烟气同时脱硫脱氮净化存在的不足，提供一种结构新颖，可以同时对烟气进行脱硫脱氮净化处理，且脱氮率和脱硫率高，使用成本低的用于烟气脱硫脱氮的设备。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

用于烟气脱硫脱氮的设备，包括进气管、回流管、第一多相反应器、吸收塔、第二多相反应器、隔离罩、循环浆料池、蒸汽控温装置、料浆排出装置、浆液循环装置、出气管道、烟囱管道和除雾器；进气管与吸收塔顶端相连，第一多相反应器安装在进气管内，第二多相反应器安装在吸收塔内，循环浆料池处于吸收塔的底部，隔离罩安装在第二多相反应器与循环浆料池之间的吸收塔内；出气管道的进气端连在吸收塔上，其位置处于循环浆料池与隔离罩之间，出气管道的出气端连在烟囱管道的下部上，回流管的进气端连在出气管道上，回流管的出气端连在进气管上，且回流管连在进气管上的位置处于第一多相反应器之前，回流管上设有抽气控制阀；蒸汽控温装置、料浆排出装置均连通循环浆料池；浆液循环装置包括浆料循环泵、浆料管和浆料注入口，浆料循环泵和浆料注入口连在浆料管上，浆料管的一端连通吸收塔，其位置处于吸收塔内第二多相反应器的上方，浆料管的另一端连通循环浆料池；除雾器安装在烟囱管道内，且除雾器的位置处于出气管道的出气端的上方；所述循环浆料池内设有浆液，浆液主要由炼铁炉渣或炼钢炉渣或粉煤灰和水混合制成，浆液的浓度在5％-20％之间，通过蒸汽控温装置向循环浆料池内注入蒸汽控制循环浆料池内浆液的温度保持在45-80摄氏度之间；抽气控制阀控制回流管抽取出气管道中5％-20％的气体；出气管道中按体积浓度计氢气是空气的0.01-3％。

作为优选，第一多相反应器和第二多相反应器结构相同，均由多个锥形圈和多个锥体挡块组合配装构成，锥体挡块的锥顶对着锥形圈，锥体挡块的底面直径不小于锥形圈小口直径；上述结构的第一多相反应器和第二多相反应器可以使空气中氮化物和氢气进行充分的接触从而提高反应的效率，还可以使硫化物与水和氢气的充分的接触从而提高反应的效率；所述隔离罩是上大下小锥形圈，隔离罩顶端外侧壁与吸收塔内侧壁固定相连，出气管道进气端在吸收塔上的位置处于隔离罩顶端与隔离罩底端之间，隔离罩的结构和出气管道进气端的位置相互配合，保证了烟气的净化率。

作为优选，除雾器包括水淋装置和第三多相反应器，空气通过烟囱管道中的多相反应器并进行水淋处理，对经过净化的空气进行除雾降温和再次过滤，氢气对经过净化的空气中剩余的微量氮化物进行最后的净化反应，剩余的微量粉尘颗粒被水冲下，经过最终净化的空气由烟囱管道排出。

采用了上述的技术方案的用于烟气脱硫脱氮的设备，通过回流管抽取出气管道中混有氢气的空气至进气管，烟气进入进气管就与氢气发生反应，通过氢气对烟气进行脱氮处理，并且通过第一多相反应器和第二多相反应器使烟气与氢气进行紧密的接触，加快了反应的速度；通过浆液循环装置对烟气降温脱硫处理，并使固态的粉尘颗粒和硫化物遇浆液落入循环浆料池中，进一步的通过循环浆料池中的浆液进行脱硫处理，尤其是进行脱氮处理的氢气是由于脱硫处理而在吸收塔内自然产生的，其脱硫脱氮的综合处理是非常环保和有序的，通过脱硫处理产生的氢气的数量可以通过蒸汽控温装置来控制，即通过注入蒸汽调整温度的方式控制氢气产生的数量和进度，与现有的需要额外加入H2O2的方法存在本质的不同，不仅环保生产成本低，而且维护非常的方便，通过料浆排出装置、浆液循环装置和回流管上抽气控制阀的配合，使用非常的安全。烟气脱硫完成后浆液的PH值在4.5-6之间，浆液呈酸性是由于二氧化硫与浆液反应产生了稀硫酸，并且只有浆液呈酸性才能在吸收塔内最合理和安全的条件下产生氢气，浆液PH值过高无法产生氢气或者产生的氢气量不够，不足以完成烟气脱氮，浆液PH值过低容易腐蚀吸收塔内壁和其它配合的部件，致使设备的使用寿命降低。抽气控制阀控制回流管抽取出气管道中5％-20％的气体，出气管道中按体积浓度计氢气是空气的0.01-3％，即保证了氢气使用的安全性，又保证了足够的氢气完成烟气脱硫脱氮的工作。综上所述，该用于烟气脱硫脱氮的设备的优点是结构新颖，对燃烧产生的烟气脱硫脱氮及粉尘去除效果好，对烟气的脱硫率可到98％，对烟气的脱氮率可到90％，对细颗粒物PM2.5的粉尘净化器达到95％。

附图说明

图1：本发明实施例1的结构示意图。

图2：本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1和图2对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。

实施例1

如图1所示的用于烟气脱硫脱氮的设备，包括进气管1、回流管2、第一多相反应器3、吸收塔4、第二多相反应器6、隔离罩11、循环浆料池7、蒸汽控温装置9、料浆排出装置8、浆液循环装置5、出气管道12、烟囱管道13和除雾器14。

进气管1与吸收塔4顶端相连，第一多相反应器3安装在进气管1内，第二多相反应器6安装在吸收塔4内，循环浆料池7处于吸收塔4的底部。隔离罩11安装在第二多相反应器6与循环浆料池7之间的吸收塔4内。出气管道12的进气端连在吸收塔4上，其位置处于循环浆料池7与隔离罩11之间，具体是隔离罩11是上大下小锥形圈，隔离罩11顶端外侧壁与吸收塔4内侧壁固定相连，出气管道12进气端在吸收塔4上的位置处于隔离罩11顶端与隔离罩11底端之间，隔离罩11的结构和出气管道12进气端的位置相互配合，保证了烟气的净化率。出气管道12的出气端连在烟囱管道13的下部上，回流管2的进气端连在出气管道12上，回流管2的出气端连在进气管1上，且回流管2连在进气管1上的位置处于第一多相反应器3之前，回流管2上设有抽气控制阀21。除雾器14安装在烟囱管道13内，且除雾器14的位置处于出气管道12的出气端的上方。

浆液循环装置5包括浆料循环泵52、浆料管51和浆料注入口53，浆料循环泵52和浆料注入口53连在浆料管51上，浆料管51的一端连通吸收塔4，其位置处于吸收塔4内第二多相反应器6的上方，浆料管51的另一端连通循环浆料池7。

蒸汽控温装置9、料浆排出装置8和浆液循环装置5均连通循环浆料池7，循环浆料池7内设有浆液71，浆液71主要由炼铁炉渣或炼钢炉渣或粉煤灰和水混合制成，浆液71的浓度在5％-20％之间，通过蒸汽控温装置9向循环浆料池7内注入蒸汽控制循环浆料池7内浆液71的温度保持在45-80摄氏度之间。抽气控制阀21控制回流管2抽取出气管道12中5％-20％的气体，出气管道12中按体积浓度计氢气是空气的0.01-3％，氢气占空气的比例即氢气的输入量实际是由烟气中氮化物的含量决定的，烟气中氮化物的含量高输入的氢气就多，上述氮化物主要是指氮氧化物，如一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮、三氧化二氮、四氧化二氮和五氧化二氮等。

上述第一多相反应器3和第二多相反应器6结构相同，均由多个锥形圈和多个锥体挡块组合配装构成，锥体挡块的锥顶对着锥形圈，锥体挡块的底面直径不小于锥形圈小口直径，锥体挡块一般由支撑板按在吸收塔4内的中心处。锥形圈和锥体挡块的组合方式多样，可以自由选择。第一多相反应器3和第二多相反应器6可以使空气中氮化物和氢气进行充分的接触从而提高反应的效率，还可以使硫化物与水和氢气的充分的接触从而提高反应的效率。

使用时，烟气的温度不同，一般在100-500摄氏度之间，按烟气的温度和含氮化物输入量不同抽取相应的出气管道中的含氢气的气体，一般烟气温度高时抽入的气体比例低，因为烟气温度高氢气与氮化物反应的效率就高。高温的烟气与回流管2中含氢气的空气混合，经过第一多相反应器3，烟气中的氮化物和氢气充分的混合接触并反应产生氮气和水，烟气继续通过第二多相反应器6，烟气中的氮化物和氢气充分的混合接触并继续反应产生氮气和水，浆料池7内的浆液71通过浆料循环泵52和浆料管51在吸收塔4内对高温的烟气进行降温并与硫化物反应进行脱硫，固态粉尘颗粒及硫化物遇浆液71后落入吸收塔4底部的循环浆料池7中，硫化物落入循环浆料池7内溶解并与浆液71发生化学反应，氮化物主要是二氧化硫，二氧化硫溶于浆液71中并反应生成稀硫酸完成烟气脱硫，稀硫酸使浆液71呈酸性，PH值在4.5-6之间，通过蒸汽控温装置9向循环浆料池7注入蒸汽对浆液71进行加温处理，稀硫酸与浆液71中的活泼金属反应生成氢气，活泼金属是炼铁炉渣或炼钢炉渣中的铁，或者粉煤灰中的铝。一部分氢气与吸收塔4内隔离罩11上方的氮化物继续反应，完成烟气脱氮，烟气经过除氮脱硫后变为了干净的空气。剩余的氢气混在经过净化的干净空气中由出气管道12送至烟囱管道13中，连在出气管道12上的回流管2吸收一部分的干净的含氢气的空气至高温烟气的进口处，即第一多相反应器3之前，重复上述的氢氮反应，剩余干净的空气通过烟囱管道13中的除雾器14直接排出，烟气中硫化物与浆液反应完成脱硫，沉淀物与浆液一起由料浆排出装置8回收再利用，粉尘接触第一多相反应器3和第二多相反应器6遇水沉入浆液中，也被料浆排出装置8回收，氮化物与硫化物脱硫而产生的氢气反应生成氮气和水，水与浆液71混合，氮气直接排出，即排出的经过净化的空气中包含了经过降温的氢气和氮气，通过上述用于烟气脱硫脱氮的设备对烟气的脱硫率可到98％，对烟气的脱氮率可到90％，对细颗粒物PM2.5的粉尘净化器达到95％。由于进入出气管道12中的空气中含有氢气，因此从出气管道12至烟囱管道13顶部之间的所有位置，氢气都在消除空气中剩余的微量氮化物，除氮效果非常好，氢气还会对浆液中的硫化物做还原反应，便于其收取。使用一段时间后，通过料浆排出装置8取出包含固定沉淀物的浆液，并由浆料注入口53注入浆液。

通过蒸汽控温装置9可以控制循环浆料池7中浆液71的温度，同时可以控制制氢的进度。为了加快溶解速度可以在浆液71中加入助熔剂，助溶剂是氟化铵，为了加快硫化物的反应速度和便于后续的沉淀物提取，可以加入混合催化剂制成，混合催化剂由MnO2品位≥35％的软锰矿和硫酸亚铁组成。

上述除雾器14是本领域常规的水洗带金属网的除雾器。

上述循环浆料池7中的浆液71相当于吸收剂。本专利的发明人已经申请了多项分别以炼铁炉渣、炼钢炉渣及粉煤灰加水调制成浆液为吸收剂，用于吸收烟气中的二氧化硫，即通过特殊吸收剂进行脱硫的工艺，专利号包括ZL200710079615.8，ZL201010123046.4,ZL201010137024.3。本专利的烟气脱硫脱氮的设备是在前述发明的基础上，在没有大幅增加成本的前提下经过适当的改进，就实现了设备同时具有脱硫脱氮和除尘的功能，且脱硫率和脱氮率都非常高。

上述用于烟气脱硫脱氮的设备目前已经在唐山市德龙钢铁有限公司的230平米烧结机上进行试验试用，数据如下，烟气量：1440000m3/h，烟气温度：150℃，进口SO2：784mg/Nm3，出口SO2：14mg/Nm3，脱硫效率：98.21％；进口NOX：201mg/Nm3，出口NOX：20mg/Nm3脱氮效率：90％。

通过内部的监测试验，上述用于烟气脱硫脱氮的设备的脱氮分布区间如下，在进气管1内的第一多相反应器3处烟气中的脱氮率大约在40％，在第二多相反应器6处烟气中的脱氮率大约在10％，在隔离罩11处烟气中的脱氮率大约在35％，在出气管道12至烟囱管道13出口之间的脱氮率大约在6％。

实施例2

如图2所示的用于烟气脱硫脱氮的设备，其它结构和参数与实施例1相同，区别仅在于除雾器14由第二水淋装置15和第三多相反应器16构成，第二水淋装置15位置处于第三多相反应器16的上方，第三多相反应器16的结构与第一多相反应器3相同，设置第三多相反应器16可以进一步的对经过净化的空气进行除雾降温和再次过滤，氢气对经过净化的空气中剩余的微量氮化物进行最后的净化反应，剩余的微量粉尘颗粒被水冲下，经过最终净化的空气由烟囱管道排出，脱氮效率更好。

Claims (3)

1.用于烟气脱硫脱氮的设备，其特征在于包括进气管、回流管、第一多相反应器、吸收塔、第二多相反应器、隔离罩、循环浆料池、蒸汽控温装置、料浆排出装置、浆液循环装置、出气管道、烟囱管道和除雾器；进气管与吸收塔顶端相连，第一多相反应器安装在进气管内，第二多相反应器安装在吸收塔内，循环浆料池处于吸收塔的底部，隔离罩安装在第二多相反应器与循环浆料池之间的吸收塔内；出气管道的进气端连在吸收塔上，其位置处于循环浆料池与隔离罩之间，出气管道的出气端连在烟囱管道的下部上，回流管的进气端连在出气管道上，回流管的出气端连在进气管上，且回流管连在进气管上的位置处于第一多相反应器之前，回流管上设有抽气控制阀；蒸汽控温装置、料浆排出装置均连通循环浆料池；浆液循环装置包括浆料循环泵、浆料管和浆料注入口，浆料循环泵和浆料注入口连在浆料管上，浆料管的一端连通吸收塔，其位置处于吸收塔内第二多相反应器的上方，浆料管的另一端连通循环浆料池；除雾器安装在烟囱管道内，且除雾器的位置处于出气管道的出气端的上方；所述循环浆料池内设有浆液，浆液由炼铁炉渣或炼钢炉渣或粉煤灰和水混合制成，浆液的浓度在5％-20％之间，通过蒸汽控温装置向循环浆料池内注入蒸汽控制循环浆料池内浆液的温度保持在45-80摄氏度之间；抽气控制阀控制回流管抽取出气管道中5％-20％的气体；出气管道中按体积浓度计氢气是空气的0.01-3％。

2.根据权利要求1所述的用于烟气脱硫脱氮的设备，其特征在于第一多相反应器和第二多相反应器结构相同，均由多个锥形圈和多个锥体挡块组合配装构成，锥体挡块的锥顶对着锥形圈，锥体挡块的底面直径不小于锥形圈小口直径；所述隔离罩是上大下小锥形圈，隔离罩顶端外侧壁与吸收塔内侧壁固定相连，出气管道进气端在吸收塔上的位置处于隔离罩顶端与隔离罩底端之间。

3.根据权利要求1所述的用于烟气脱硫脱氮的设备，其特征在于除雾器包括水淋装置和第三多相反应器。