CN103736373A

CN103736373A - 一种氧化镁同时脱硫脱硝脱汞的烟气处理方法及装置

Info

Publication number: CN103736373A
Application number: CN201310754091.3A
Authority: CN
Inventors: 程常杰; 莫建松; 王岳军
Original assignee: Zhejiang Tianlan Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Tianlan Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2014-04-23

Abstract

本发明公开了一种氧化镁同时脱硫脱硝脱汞的烟气处理方法及装置，烟气处理方法，包括如下步骤：（1）锅炉烟气经除尘后进入静态混合器中，同时向静态混合器中喷入臭氧，锅炉烟气与臭氧混合氧化；（2）混合氧化后的混合气体从吸收塔底部进入吸收塔内，吸收塔内采用氧化镁浆液循环喷淋；（3）喷淋吸收后的烟气由吸收塔顶部最后由烟囱排出。本发明采用气态氧化剂氧化结合氧化镁浆液吸收，达到一个塔内同时进行脱硫脱硝脱汞的效果，且脱硫脱硝脱汞效果都较好。

Description

一种氧化镁同时脱硫脱硝脱汞的烟气处理方法及装置

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及燃煤锅炉等烟气的处理工艺，尤其是处理涉及同时含氮氧化物（NO_x）、二氧化硫（SO₂）以及汞（Hg）的燃煤烟气时，采用的前端臭氧（O₃）氧化结合后端氧化镁浆液（MgO）湿法吸收的湿法吸收工艺。

背景技术

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、氧化－吸收技术等。SCR是目前最常用的脱硝方法，该技术虽然脱硝效率高，但是基础投资、运行费用昂贵。此外，该技术对中、高硫煤的适应性差，烟气中的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技术难以在国内大力推广。

为了开发经济可行的烟气脱硝技术，各种氧化－吸收脱硝技术相继被提出。它们是利用气相或液相氧化方法将烟气氮氧化物NO_x中溶解度较小的一氧化氮NO氧化成二氧化氮NO₂、五氧化二氮N₂O₅等，然后再用碱性、氧化性或者还原性的吸收液将其吸收。与SCR技术相比，氧化-吸收脱硝技术的投资、运行费用较低，脱硝效率高，对煤种的适应性较好，可应用于各种规模的锅炉。

公开号为CN1768902的中国发明专利说明书分别公开了一种锅炉烟气臭氧氧化脱硝方法。其将碱液作为吸收剂，吸收经过一定程度氧化的氮氧化物，主要思路是利用臭氧O₃、液相强氧化剂或催化氧化手段将一氧化氮部分或全部氧化成二氧化氮时，碱液对氮氧化物吸收的效率并不高；而利用臭氧将一氧化氮全部氧化成五氧化二氮时，脱硝效率能得到极大的提高，但由于五氧化二氮的不稳定性，以及臭氧产生成本和臭氧逃逸等存在的问题，故应用仍受到一定的限制。

公开号为102205203A的中国发明专利说明书公开了一种基于氧化镁法脱硫工艺的联合脱硫脱汞烟气净化工艺及其系统。该工艺通过改进氧化镁法脱硫工艺中的预洗涤塔，采用卤素氧化剂溶液对原烟气进行循环喷淋，将单质Hg⁰充分氧化后，将气相二价离子汞吸收成液相二价离子汞，再通过添加汞稳定剂将废水处理系统中液相而家离子汞转化为稳定的硫化汞沉淀物。该方法既添加了Hg⁰的氧化剂又添加了稳定剂，在经济成本上具有一定的限制，也容易产生二次污染。

发明内容

本发明提供了一种氧化镁同时脱硫脱硝脱汞的烟气处理方法及装置，采用气态氧化剂氧化结合氧化镁浆液吸收的方法，达到一个塔内同时进行脱硫脱硝脱汞的效果，且脱硫脱硝脱汞效果显著。

一种氧化镁同时脱硫脱硝脱汞的烟气处理方法，包括如下步骤：

（1）锅炉烟气经除尘后进入静态混合器中，同时向静态混合器中喷入臭氧，锅炉烟气与臭氧混合氧化；

（2）混合氧化后的混合气体从吸收塔底部进入吸收塔内，吸收塔内采用氧化镁浆液循环喷淋；

（3）喷淋吸收后的烟气由吸收塔顶部最后由烟囱排出。

在工业锅炉尾气中的Hg处理常见问题为：烟气中主要成分为Hg⁰，Hg⁰基本在气相中存在，很难将其吸收处理。而若将Hg⁰氧化后成为Hg²⁺，则能较为容易地被浆液捕集下来，实现较高的脱汞效率。而氧化-吸收工艺也正是顺着这个思路来实现整体工艺的脱汞率。先用臭氧在气相中将Hg⁰氧化成Hg²⁺，然后采用湿法技术将Hg²⁺吸收进浆液中，与脱硫脱硝环节具有极强的协同性，整体工艺经济性较好。

本发明中，在锅炉烟气完成除尘后，在静态混合器内喷入气态氧化物并使之充分混合均匀，在混合装置内，烟气中的NO会被氧化成高价态的NO_x，烟气中存在HCl等气体，在NO_x存在的情况下，会与臭氧反应从而激发出大量的Cl·，Cl·会与Hg⁰反应，Hg被氧化成Hg²⁺；随后烟气被通入联合脱除塔，塔中主要采用氧化镁浆液对进塔烟气进行吸收，氧化镁浆液将首先与烟气中的SO₂反应，将SO₂吸收，生成亚硫酸镁，完成脱硫，累积的亚硫酸镁会与高价态的NO_x发生氧化还原反应，生成亚硝酸根和硫酸根，这一反应能促进NO_x的吸收，得到较高的脱硫脱硝效率，且高价态NO_x对亚硫酸根的消耗，也抑制了湿法吸收中常见的亚硫酸根对浆液中的Hg²⁺的还原；同时，亚硫酸镁浆液在吸收塔内存在比普通钙基湿法脱硫工艺更高的亚硫酸根离子浓度，能与SO₃ ^2-结合生成MgSO₃ ⁰，对于Hg²⁺在液相中的固定有着促进作用。通过以上作用的联合塔外氧化-塔内吸收作用，并协同氧化镁吸收浆液，在一塔内实现较高的脱硫脱硝脱汞效率。

作为优选，所述臭氧的加入量是NO摩尔系数的0.5～2.5倍。进一步优选，所述臭氧的加入量是NO摩尔系数的1.1～1.2倍。

更进一步优选，所述静态混合器中的氧化时间为0.1-5秒。

作为优选，所述静态混合器为文丘里混合器、格栅式混合器或旋流板式混合器。

一种最优选的技术方案，臭氧的加入量是NO摩尔系数的1.2倍，静态混合器中停留时间3秒，采用旋流板式混合器，液气比为5L/m³，pH控制在6.5，吸收塔内喷淋层数为5层，氧化镁浆液的固体浓度为10%，能将出口处NO氧化率达到90%，Hg⁰氧化率达到80%。

作为优选，所述氧化镁浆液的固体浓度为3～40%。

所述吸收塔内控制氧化镁循环液液气比控制在1～40L/m3，pH范围在2～7。

吸收塔内的吸收浆液中还加入氧化抑制剂，所述所说的氧化抑制剂是亚硫酸钠、焦亚硫酸钠、二丁基苯酚、亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠、叔丁基对羟基茴香醚等等几种常见的抗氧化剂中至少一种。浓度范围为2～10000ppm。

本发明还提供了一种氧化镁同时脱硫脱硝脱汞的烟气处理装置，包括依次连接的锅炉烟道、除尘器、吸收塔和烟囱，还包括：

设置在除尘器与吸收塔之间的静态混合器；

以及与所述静态混合器连接的臭氧发生器。

所述吸收塔优选为喷淋塔或填料塔。

与现有的工艺相比，本发明具有如下有益效果：

本发明中在塔外的静态混合设备中进行臭氧氧化，使得臭氧对NO的氧化更为充分，且大大提高了对Hg⁰的氧化率；且采用塔外氧化，使得臭氧在静态混合器中基本消耗，防止了臭氧对塔内循环的亚硫酸根进行氧化，或可能存在的臭氧逃逸等问题。

在吸收塔内采用氧化镁浆液进行吸收，浆液中的亚硫酸根浓度比常规钙法吸收浓度更高，脱硝效率更好，且价格经济可行，而生成的亚硫酸镁能形成中性离子对（MgSO₃ ⁰），不会对浆液中二价汞进行还原，可以较好地固定汞。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是本发明的装置结构示意图。

图中所示附图标记如下：

1-燃煤锅炉 2-锅炉烟道 3-除尘器

4-静态混合器 5-臭氧发生器 6-吸收塔

7-循环泵 8-烟囱 9-氧化镁配料池。

具体实施方式

如图2所示，一种氧化镁同时脱硫脱硝脱汞的烟气处理装置，包括除尘器、静态混合器、吸收塔和烟囱。

燃煤锅炉1通过烟道连接至除尘器3，除尘器3连接至静态混合器4，臭氧发生器5连接至该静态混合器4，静态混合器4的通过烟道连接吸收塔6的烟气入口，吸收塔为湿法吸收塔，具体为喷淋吸收塔，喷淋吸收塔内的喷淋层数为3～6层，通过循环泵7实现吸收塔内吸收浆液的循环喷淋。

吸收塔6外设置氧化镁配料池9，氧化镁配料池9与吸收塔6内的塔釜连通。

吸收塔6顶部带有烟气出口，烟气出口通过烟道连接烟囱8。

静态混合器采用文丘里混合器、格栅式混合器或旋流板式混合器。

本发明的工艺流程如图1所示：

（1）在氧化镁配料池9中配置所需浓度的氧化镁浆液通入吸收塔6，氧化镁浆液的固体浓度一般取3～40%左右。

（2）气相氧化剂由臭氧发生器5制备，然后通过风机鼓入静态混合器4中。

（3）来自燃煤锅炉的烟气经除尘器除尘后进入静态混合器4中，与来自臭氧发生器5的气态氧化剂臭氧充分混合氧化后，从底部进入吸收塔6。

（4）通过循环泵7，可以将塔釜内的氧化镁浆液从顶部重新喷入塔内进行循环吸收

（5）在吸收塔6的塔釜底部浆液中，加入氧化抑制剂。

（6）控制氧化镁循环液液气比控制在1～40L/m³，pH范围在2～7。

（7）吸收塔内处理完成后的烟气经烟囱排入大气中。

在静态混合器中，烟气中的NO会被氧化成高价态的NO_x，烟气中存在HCl等气体，在NO_x存在的情况下，会与臭氧反应从而激发出大量的Cl·，Cl·会与Hg⁰反应，Hg被氧化成Hg²⁺；随后烟气被通入联合脱除塔，塔中主要采用氧化镁浆液对进塔烟气进行吸收，氧化镁浆液将首先与烟气中的SO₂反应，将SO₂吸收，生成亚硫酸镁，完成脱硫，累积的亚硫酸镁会与高价态的NO_x发生氧化还原反应，生成亚硝酸根和硫酸根，这一反应能促进NO_x的吸收，得到较高的脱硫脱硝效率；同时，亚硫酸镁浆液在吸收塔内存在比普通钙基湿法脱硫工艺更高的亚硫酸根离子浓度，能与SO₃ ^2-结合生成MgSO₃ ⁰，对于Hg²⁺在液相中的固定有着促进作用。采用上述方案，预计脱硫率可达95%以上，脱硝率可达90%以上，脱汞率80%以上。

实施例1

用本发明的装置和工艺，在5m³/h规模的实验模拟装置上模拟烟气脱硝过程。烟气量5m³/h，烟气组分如下：O₂为5％，NO为200ppm，SO₂为500ppm，其余为氮气，Hg浓度为20μg/Nm³，烟气温度150摄氏度，压力1个大气压。臭氧按照摩尔比O₃:NO＝1.1的比例喷入，静态混合器中氧化时间为3秒左右，出口处NO的氧化率可达90％，吸收的MgO浆液浓度为5%，加0.1%的入Na₂S₂O₃作为氧化抑制剂，结合喷淋吸收装置，喷淋层数为六层，液气比为5L/m³，pH控制在6.5，脱硫率可达90%，脱硝效率可达85％，脱汞效率80%以上。

实施例2

用本发明的装置和工艺，在5m³/h规模的实验模拟装置上模拟烟气脱硝过程。烟气量5m³/h，烟气组分如下：O₂为12％，NO为230ppm，SO₂为550ppm，Hg浓度为20μg/Nm³，其余为氮气，烟气温度110摄氏度，压力1个大气压。臭氧按照摩尔比O₃:NO＝1.2的比例喷入，静态混合器中氧化时间为3秒左右，出口处NO的氧化率可达95％，吸收的MgO浆液浓度为10%，加入0.5%的Na₂S₂O₃作为氧化抑制剂，pH控制在6.5，结合鼓泡吸收装置，脱硫率可达90%，脱硝效率可达85％以上，脱汞效率80%以上。

实施例3

用本发明的装置和工艺，烟气流量为4000Nm³/h，O₂为9％，NO为250ppm，SO₂为500ppm，Hg浓度为20μg/Nm³，其余为氮气，烟气温度90摄氏度，压力1个大气压。臭氧按照摩尔比O₃:NO＝1.2的比例喷入，静态混合器中氧化时间为3秒左右，出口处NO的氧化率可达95％，吸收的MgO浆液浓度为8%，加入0.5%的二丁基苯酚作为氧化抑制剂，结合喷淋吸收装置，喷淋层数为六层，液气比为5L/m³，pH控制在6.5，脱硫率可达95%，脱硝效率可达90％，脱汞效率80%以上。

实施例4

用本发明的装置和工艺，烟气流量为5000Nm³/h，烟气组分如下：O₂为8％，NO为350ppm，SO₂为1000ppm，Hg浓度为20μg/Nm³，其余为氮气，烟气温度110摄氏度，压力1个大气压。臭氧按照摩尔比O₃:NO＝1.2的比例喷入，静态混合器中氧化时间为3秒左右，吸收的MgO浆液浓度为15%，加入Na₂S₂O₃作为氧化抑制剂，结合喷淋吸收装置，喷淋层数为六层，液气比为8L/m³，pH控制在6，脱硫率可达90%，脱硝效率可达85％以上，脱汞效率80%以上。

实施例5

用本发明的装置和工艺，烟气流量为8000Nm³/h，烟气组分如下：O₂为8％，NO为150ppm，SO₂为300ppm，其余为氮气，Hg浓度为20μg/Nm³，烟气温度120摄氏度，压力1个大气压。臭氧按照摩尔比O₃:NO＝1.2的比例喷入，静态混合器中氧化时间为3秒左右，出口处NO的氧化率可达95％，吸收的MgO浆液浓度为10%，加入1%的Na₂S₂O₃作为氧化抑制剂，结合喷淋吸收装置，喷淋层数为四层，液气比为5L/m³，_pH控制在6.5，脱硫率可达95%，脱硝效率可达80％以上，脱汞效率80%以上。

实施例6

用本发明的装置和工艺，烟气流量为8000Nm³/h，烟气组分如下：O₂为8％，NO为150ppm，SO₂为300ppm，其余为氮气，Hg浓度为20μg/Nm³，烟气温度120摄氏度，压力1个大气压。分别采用塔内氧化和塔外氧化方式喷入臭氧，臭氧按照摩尔比O₃:NO＝1.2的比例喷入，静态混合器中氧化时间为3秒左右，吸收的MgO浆液浓度为10%，加入1%的Na₂S₂O₃作为氧化抑制剂，结合喷淋吸收装置，喷淋层数为五层，液气比为5L/m³，pH控制在6.5。

塔内喷入臭氧的方式可得到脱硫率95%，脱硝率60%，脱汞率50%；若采用塔内静态混合器臭氧氧化方式，混合器出口处NO的氧化率可达95％，脱硫率可达95%，脱硝效率可达85％以上，脱汞率80%以上。

实施例7

用本发明的装置和工艺，烟气流量为8000Nm³/h，烟气组分如下：O₂为8％，NO为150ppm，SO₂为300ppm，其余为氮气，Hg浓度为20μg/Nm³，烟气温度120摄氏度，压力1个大气压。臭氧按照摩尔比O₃:NO＝1.2的比例喷入，静态混合器中氧化时间为3秒左右，出口处NO的氧化率可达95％，所用吸收装置为喷淋吸收装置，喷淋层数为五层，液气比为5L/m³，pH控制在6.5，加入1%的Na₂S₂O₃作为氧化抑制剂。

若采用10%钙基吸收剂，可得到脱硫率95%，脱硝率60%，脱汞率60%；若采用10%的MgO浆液吸收，可得到脱硫率95%，脱硝效率可达85％以上，脱汞率80%以上。

Claims

1.一种氧化镁同时脱硫脱硝脱汞的烟气处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

（3）喷淋吸收后的烟气由吸收塔顶部最后由烟囱排出。

2.根据权利要求1所述烟气处理方法，其特征在于，所述臭氧的加入量是NO摩尔系数的0.5～2.5倍。

3.根据权利要求2所述烟气处理方法，其特征在于，所述臭氧的加入量是NO摩尔系数的1.1～1.2倍。

4.根据权利要求1所述烟气处理方法，其特征在于，所述静态混合器为文丘里混合器、格栅式混合器或旋流板式混合器。

5.根据权利要求1所述烟气处理方法，其特征在于，所述氧化镁浆液的固体浓度为3%～40%。

6.一种实现如权利要求1所述氧化镁同时脱硫脱硝脱汞的烟气处理方法的装置，包括依次连接的锅炉烟道、除尘器、吸收塔和烟囱，其特征在于，还包括：

设置在除尘器与吸收塔之间的静态混合器；

以及与所述静态混合器连接的臭氧发生器。