CN103801176A - 一种臭氧氧化结合喷淋降温的烟气脱硝工艺及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种臭氧氧化结合喷淋降温的烟气脱硝工艺及装置,工艺包括如下步骤:(1)锅炉烟气经除尘后进行喷淋降温,喷淋降温后的烟气进入静态混合器中,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,吸收塔内采用脱硫剂浆液循环喷淋;(3)喷淋吸收后的烟气由吸收塔顶部排出,最后由烟囱排入大气中。本发明与单独的臭氧氧化脱硝工艺相比,减少了臭氧的消耗量,提高了高价态氮氧化物的稳定性和产率,使得臭氧和烟气的混合更加均匀,通过在湿法吸收塔中使用不同的吸收液,可以分别达到回收硝酸和硝酸盐的目的。

Description

一种臭氧氧化结合喷淋降温的烟气脱硝工艺及装置技术领域
[0001] 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,尤其是处理涉及含氮氧化物的燃煤烟气采用臭氧气相氧化方法和湿法吸收相结合并附带喷淋降温的工艺。
背景技术
[0002] 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、氧化一吸收技术等。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。
[0003] 为了开发经济可行的烟气脱硝技术,各种氧化一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NOx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。
[0004] 公开号为CN176890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,极易在高温情况下自行分解,因此在氧化的同时,快速对烟气进行降温阻止五氧化二氮的分解是这项脱硝技术的关键。
发明内容
[0005] 本发明提供了一种臭氧氧化结合喷淋降温的烟气脱硝工艺及装置,解决了臭氧氧化脱硝过程中五氧化二氮易分解的技术问题。
[0006] 一种臭氧氧化结合喷淋降温的烟气脱硝工艺,包括如下步骤:
[0007] (1)锅炉烟气经除尘后进行喷淋降温,喷淋降温后的烟气进入静态混合器中,同时向静态混合器中喷入臭氧,锅炉烟气与臭氧混合氧化;
[0008] ( 2)混合氧化后的混合气体从吸收塔底部进入吸收塔内,吸收塔内采用脱硫剂浆液循环喷淋;
[0009] (3)喷淋吸收后的烟气由吸收塔顶部排出,最后由烟囱排入大气中。
[0010] 本发明中先经过喷淋降温将烟气温度降至20~120摄氏度,而后在静态混合器内喷入臭氧,使烟气和臭氧均匀混合,烟气中的一氧化氮被完全氧化成易被吸收的五氧化二氮,然后在湿法吸收塔内进行高效脱除。
[0011] 本发明强化烟气臭氧氧化同时脱硝技术的脱硝效率问题,提出在臭氧注入点前采用喷淋降温的方法,使烟气温度降至适合五氧化二氮长时间存在的温度区间,防止五氧化二氮分解,增强五氧化二氮的稳定性,并采用静态混合器,将臭氧与烟气混合完全以达到完全混合氧化的目的,二者协同作用提高烟气的脱硝效率。
[0012] 作为优选,所述喷淋降温的吸收液为水、双氧水、次氯酸溶液和氨水中的至少一种。双氧水为浓度为0%〜30%的双氧水,氨水采用浓度为O〜30%的氨水。
[0013] 进一步优选,所述喷淋降温时的液气比为0.01〜3L/m3。进一步优选为lL/m3。降温烟道内烟气流速为I〜15m/s,进一步优选为3m/s
[0014] 作为优选,所述臭氧的加入量是NO摩尔系数的1.0〜2.5倍。
[0015] 作为优选,所述臭氧和锅炉烟气在静态混合器中的混合氧化时间为I〜5秒。进一步优选为3秒。
[0016] 本发明还提供一种实现如所述烟气脱硝工艺的装置,包括,包括依次连接的锅炉烟道、除尘器、吸收塔和烟囱,还包括:
[0017] 设置在除尘器与吸收塔之间的静态混合器;
[0018] 与所述静态混合器连接的臭氧发生器;
[0019] 连接所述除尘器和静态混合器的降温烟道;
[0020] 与所述降温烟道连通的喷淋降温装置。
[0021] 作为优选,所述降温烟道横置,降温烟道的底部带有向下凹陷的集液槽,该集液槽的底部带有喷淋液回流口。
[0022] 进一步优选,所述喷淋降温装置包括:喷淋液箱;
[0023] 位于降温烟道内且位于集液槽上方的喷淋构件,该喷淋构件包括喷淋总管、连通在所述喷淋总管上的若干根喷淋支管以及设置在所述喷淋支管上的若干个喷嘴;
[0024] 连接所述喷淋液箱和喷淋总管的喷淋泵。
[0025] 进一步优选,所述喷淋总管沿烟气流向倾斜设置,朝下的一端位于烟气流向的前端,喷淋支管竖直设置在喷淋总管下方,所有喷淋支管之间相互平行。这样的设置可以使得喷淋后的液滴在烟道中均匀分布,并尽可能的减少在烟道中产生的气阻。
[0026] 作为优选,相邻两根喷淋支管之间的间距为0.2〜2米,每根喷淋支管上相邻两个喷嘴之间的间距为0.1〜I米。
[0027] 更进一步优选,假定烟道尺寸为6米宽与6米高,则相邻两根喷淋支管之间的间距为1.2米,每根喷淋支管上相邻两个喷嘴之间的间距为0.5〜I米。采用该喷淋降温装置后,能将烟温从150°C降低至50°C,对后续脱硝效率,从60%提升至85%以上。作为优选,每个喷淋支管上均设置控制阀,每个喷淋支管独立控制。
[0028] 所述喷淋液回流口通过回流管道连通至喷淋液箱,所述喷淋总管的前端向喷淋液回流口处倾斜,且位于所述喷淋液回流口的后方。本发明中所述的前端、后方等方位关系均是以烟气流向为准。
[0029] 本发明的臭氧结合喷淋降温氧化脱硝的工艺,是针对锅炉炉窑烟气的脱硝工艺,要求烟气经过除尘处理,优选控制温度在120〜300摄氏度、含尘量低于100mg/m3,具体按如下工艺步骤依次进行处理:
[0030] I)喷淋降温装置降低烟气温度
[0031] 所用的喷淋降温装置,为节约空间与成本,采用在烟道中直接喷淋技术,包括雾化喷淋构件,喷淋液箱和喷淋泵,所述喷淋构件连接依次为喷淋液箱,喷淋泵,雾化喷淋装置;烟道底部设置集液槽,对喷淋液进行收集,集液槽与喷淋液箱相连。雾化喷淋喷出喷淋液,达到对装置内的烟气进行降温的目的。
[0032] 所述的喷淋液可以是水,双氧水,次氯酸溶液、氨水其中至少一种。
[0033] 本步骤的喷淋措施有两个主要作用,一是降低烟气的温度到20~120摄氏度的温度区间内,使得后续氧化产生的五氧化二氮不易分解,从而使得氧化产物在吸收塔内能达到更好的吸收效果;二是喷淋产生的水雾可以为后续的反应引入H原子,从而产生羟基自由基(.0Η),特别是直接喷入双氧水溶液等,与臭氧达到协同氧化的目的。此举可以很大程度上提高氧化的效果,达到更好的脱硝效率。
[0034] 2)静态混合器喷入臭氧氧化
[0035] 烟气在通过喷淋降温将温度降至所需的温度区间后进入到静态混合器,同时在静态混合器内喷入臭氧,对烟气中的氮氧化物进行氧化。
[0036] 所用的静态混合器形势可以多样,主要目的是通过混合器的内部构型使得通过混合器的流场发生改变,从而达到使臭氧和烟气完全混合的目的。在反应器中,臭氧和烟气的停留时间为I~5秒。喷入臭氧浓度与烟气中NO摩尔比为O3:Ν0在1.0~2.5之间。
[0037] 所述的静态混合器可以是文丘里管,格栅,带有旋转叶片等各种构型的静态混合设备。
[0038] 3)碱液吸收塔器
[0039] 氧化后的混合烟气从静态混合器中出来以后进入湿法吸收塔,通过湿法吸收装置对烟气中氧化后的高价态氮氧化物进行吸收,从而达到脱硝的最终目的。
`[0040] 所用的湿法吸收塔的主要塔型为喷淋塔,所述的吸收液可以为酸性,中性,或是碱性吸收液。使用酸性吸收液和中性吸收液,可以达到吸收后等到硝酸溶液,经过浓缩后可以得到硝酸的附属产品;使用碱性吸收液,可以得到硝酸盐的附属产品,经过回收后可以作为化肥等使用。
[0041] 所述的酸性吸收液可以是稀硝酸,硫酸等;中性吸收液为水;碱性吸收液可以是氢氧化钠,氢氧化钙,氢氧化钾,氧化钙以及氨水等。
[0042] 与现有工艺相比,本发明具有如下有益效果:
[0043] 本发明工艺与单独的臭氧氧化脱硝工艺相比,减少了臭氧的消耗量,提高了高价态氮氧化物的稳定性和产率,使得臭氧和烟气的混合更加均匀,通过在湿法吸收塔中使用不同的吸收液,可以分别达到回收硝酸和硝酸盐的目的。
附图说明
[0044] 图1是本发明装置的结构示意图。
[0045] 图2是本发明喷淋降温装置的结构示意图。
[0046] 图中所示附图标记如下:
[0047] 1-燃煤锅炉 2-锅炉烟道 3-除尘器
[0048] 4-降温喷淋装置 5-静态混合器 6-吸收塔
[0049] 7-循环泵 8-烟囱 9-降温烟道
[0050] 10-臭氧发生器 401-喷淋总管 402-喷淋支管[0051] 403-喷嘴 404-集液槽 405-喷淋液回流口
[0052] 406-回流管道 407-喷淋液箱 408-喷淋泵
[0053] 409-喷淋液配料池。
具体实施方式
[0054] 如图1和图2所示,一种臭氧氧化结合喷淋降温的烟气脱硝装置,包括除尘器3、降温烟道9、降温喷淋装置4、静态混合器5、吸收塔6、臭氧发生器10和烟囱8。
[0055] 燃煤锅炉I通过锅炉烟道2连接至除尘器3,除尘器3采用电除尘器,除尘器3通过降温烟道9连接至静态混合器5,降温烟道9为横置烟道,其底部向下凹陷(即向下方膨胀)形成集液槽404,集液槽404的最底处形成喷淋液回流口 405。
[0056] 臭氧发生器10连接至静态混合器5,静态混合器5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。
[0057] 吸收塔6外设置浆液配料池,浆液镁配料池与吸收塔6内的塔釜连通。
[0058] 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。
[0059] 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。
[0060] 喷淋降温装置4的结构示意图如图2所示,包括喷淋液配料池409、喷淋液箱407、喷淋泵408、和喷淋构件。
[0061] 喷淋构件包括喷淋总管401、喷淋支管402和喷嘴403,喷淋液箱407置于降温烟道9的下方,喷淋液配料池409连接喷淋液箱407,喷淋液箱407通过管道连接至喷淋总管401,在该连接喷淋液箱407和喷淋总管401的管道上设置一台喷淋泵408。
[0062] 喷淋构件整体位于集液槽404的上方,喷淋总管401整体横置在降温烟道9中,沿烟气流向的前端略向下倾斜,倾斜角度以与水平面的夹角为15~60°为准,喷淋总管401上连通若干根竖直向的喷淋支管402,所有喷淋支管402均位于喷淋总管401的下方,且相邻的两跟喷淋支管之间相互平行,相邻两个喷淋支管之间的间距设置为0.2~1.5米。
[0063] 每根喷淋支管402上设置若干个喷嘴403,喷嘴在喷淋支管上均匀设置,相邻两个喷嘴之间的间距为0.1~1米,每根喷淋支管上一般设置I~5个喷嘴,喷嘴的喷口背向烟气来流,即喷淋液喷出方向与烟气流向同向。
[0064] 喷淋总管的前端以不超过集液槽为宜,喷淋液回流口 405通过回流管道406连接至喷淋液箱。通过以上装置,进行的工艺流程如下:
[0065] (1)燃煤锅炉产生的烟气经锅炉烟道送入除尘器中,经除尘后在降温烟道内进行喷淋降温,喷淋降温后的烟气进入静态混合器中,同时向静态混合器中喷入臭氧,锅炉烟气
与臭氧混合氧化;
[0066] 喷淋泵抽取喷淋液箱内的喷淋吸收液,打入喷淋构件中,由喷淋构件喷入烟气中,喷入方向与烟气流向一致,对烟气降温后的喷淋液收集在集液槽中,由回流管道回流至喷淋液箱;
[0067] 锅炉烟气温度在120-300摄氏度、含尘量低于100mg/m3,喷淋降温后下降至20~120摄氏度;
[0068] 控制喷淋降温的液气比为0.01~3L/m3,降温烟道内烟气流速为I~15m/s ;[0069] 静态混合器中的混合时间为I〜3秒;臭氧的加入量是NO摩尔系数的1.0〜2.5倍;
[0070] (2)混合氧化后的混合气体从吸收塔底部进入吸收塔内,吸收塔内采用吸收浆液循环喷淋;吸收塔内液气比为I〜40L/m3 ;pH值为2〜7 ;吸收浆液可以采用石灰、石灰石、亚硫酸钙、亚硫酸镁,或是硝酸,硫酸等碱性或者酸性吸收剂。
[0071] (3)喷淋吸收后的烟气由吸收塔顶部排出,最后由烟囱排入大气中。
[0072] 实施例1
[0073] 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。烟气组分如下:02为5%,NO为400ppm,其余为氮气,烟气温度150摄氏度,压力I个大气压。吸收塔参数为,采用10%浆液石灰石浆液进行吸收,喷淋层数为四层,液气比为5L/m3,pH控制在6.5。若直接吸收,则尾端脱硝效率为20%。若按照摩尔比O3 = NO = 1.5的比例喷入臭氧,并采用二层喷淋进行喷淋降温,喷淋液体为水,液气比为0.5L/m3,烟气温度降至50摄氏度,进塔处五氧化二氮的生成率可达60%。结合湿法吸收装置,脱硝效率可达85%以上。
[0074] 实施例2
[0075] 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。烟气组分如下:02为5%,NO为400ppm,其余为氮气,烟气温度150摄氏度,压力I个大气压。吸收塔参数为,采用10%浆液石灰石浆液进行吸收,喷淋层数为四层,液气比为5L/m3,pH控制在6.5。按照摩尔比03:N0 = 1.5的比例喷入臭氧,若不采用喷淋降温,则进塔处烟气中五氧化二氮的生成率为15%,结合湿法吸收装置,脱硝效率为60% ;若采用二层喷淋进行喷淋降温,喷淋液体为水,液气比为0.5L/m3,烟气温度可降至50摄氏度,出口处五氧化二氮的生成率可达60%。结合湿法吸收装置,脱硝效率可达85%以上。
[0076] 实施例3
[0077] 采用本发明的装置和工艺:烟气流量为4000Nm3/h,烟气组分如下:02为5%,N0为250ppm,其余为氮气,烟气温度180摄氏度,压力I个大气压。吸收塔参数为,采用10%浆液石灰石浆液进行吸收,喷淋层数为四层,液气比为5L/m3,pH控制在6.5。按照摩尔比03:N0=1.6的比例喷入臭氧,并采用二层喷淋进行喷淋降温,喷淋液体为水,液气比为0.5L/m3,烟气温度可降至50摄氏度,出口处五氧化二氮的生成率可达60%。结合湿法吸收装置,脱硝效率可达90%以上。
[0078] 实施例4
[0079] 采用本发明的装置和工艺:烟气流量为4000Nm3/h,烟气组分如下:02为5%,N0为250ppm,其余为氮气,烟气温度180摄氏度,压力I个大气压。吸收塔参数为,采用10%浆液石灰石浆液进行吸收,喷淋层数为四层,液气比为5L/m3,pH控制在6.5。按照摩尔比03:N0=1.5的比例喷入臭氧,并采用二层喷淋进行喷淋降温,喷淋液体为过氧化氢,液气比为
0.5L/m3,烟气温度可降至45摄氏度,出口处五氧化二氮的生成率可达80%。结合湿法吸收装置,脱硝效率可达95%以上。
[0080] 实施例5
[0081] 采用本发明的装置和工艺:烟气流量为4000Nm3/h,烟气组分如下:02为5%,N0为250ppm,其余为氮气,烟气温度180摄氏度,压力I个大气压。吸收塔参数为,采用10%浆液石灰石浆液进行吸收,喷淋层数为四层,液气比为5L/m3,pH控制在6.5。按照摩尔比03:N0=1.5的比例喷入臭氧,并采用三层喷淋进行喷淋降温,喷淋液体为水,液气比为0.8L/m3,烟气温度可降至40摄氏度,出口处五氧化二氮的生成率可达65%。结合湿法吸收装置,脱硝效率可达90%以上。
[0082] 实施例6
[0083] 采用本发明的装置和工艺:烟气流量为4000Nm3/h,烟气组分如下:02为5%,N0为250ppm,其余为氮气,烟气温度180摄氏度,压力I个大气压。吸收塔参数为,采用5%浆液硝酸进行吸收,喷淋层数为四层,液气比为5L/m3,pH控制在6.5。按照摩尔比03:N0 = 1.5的比例喷入臭氧,并采用两层喷淋进行喷淋降温,喷淋液体为水,液气比为0.5L/m3,烟气温度可降至50摄氏度,出口处五氧化二氮的生成率可达60%。结合湿法吸收装置,脱硝效率可达90%以上,并实现吸收产物的直接资源化利用。

Claims (10)

1.一种臭氧氧化结合喷淋降温的烟气脱硝工艺,其特征在于,包括如下步骤: (1)锅炉烟气经除尘后进行喷淋降温,喷淋降温后的烟气进入静态混合器中,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,吸收塔内采用脱硫剂浆液循环喷淋; (3 )喷淋吸收后的烟气由吸收塔顶部排出,最后由烟囱排入大气中。
2.根据权利要求1所述臭氧氧化结合喷淋降温的烟气脱硝工艺,其特征在于,所述喷淋降温的吸收液为水、双氧水、次氯酸溶液和氨水中的至少一种。
3.根据权利要求1所述臭氧氧化结合喷淋降温的烟气脱硝工艺,其特征在于,所述喷淋降温时的液气比为0.0l〜3L/m3。
4.根据权利要求1所述臭氧氧化结合喷淋降温的烟气脱硝工艺,其特征在于,所述臭氧的加入量是NO摩尔系数的1.0〜2.5倍。
5.根据权利要求1所述臭氧氧化结合喷淋降温的烟气脱硝工艺,其特征在于,所述臭氧和锅炉烟气在静态混合器中的混合氧化时间为I〜5秒。
6.一种实现如权利要求1所述烟气脱硝工艺的装置,包括,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; 与所述静态混合器连接的臭氧发生器; 连接所述除尘器和静态混合器的降温烟道; 与所述降温烟道连通的喷淋降温装置。
7.根据权利要求6所述装置,其特征在于,所述降温烟道横置,降温烟道的底部带有向下凹陷的集液槽,该集液槽的底部带有喷淋液回流口。
8.根据权利要求7所述装置,其特征在于,所述喷淋降温装置包括: 喷淋液箱; 位于降温烟道内且位于集液槽上方的喷淋构件,该喷淋构件包括喷淋总管、连通在所述喷淋总管上的若干根喷淋支管以及设置在所述喷淋支管上的若干个喷嘴; 连接所述喷淋液箱和喷淋总管的喷淋泵。
9.根据权利要求8所述装置,其特征在于,所述喷淋总管沿烟气流向倾斜设置,朝下的一端位于烟气流向的前端,喷淋支管竖直设置在喷淋总管下方,所有喷淋支管之间相互平行。
10.根据权利要求9所述装置,其特征在于,相邻两根喷淋支管之间的间距为0.2〜2米,每根喷淋支管上相邻两个喷嘴之间的间距为0.1〜I米。
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