CN104258702A - 一种电子束烟气脱硫脱硝的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子束烟气脱硫脱硝的方法，包括下列步骤：1)将锅炉产生的烟气与第一次脱硫脱硝的烟气进行热交换，使所述锅炉产生的烟气降温；2)将降温后的烟气混合氨气，再用水喷淋处理，完成第一次脱硫脱硝；3)将第一次脱离脱硝的烟气与锅炉产生的烟气进行热交换，使所述第一次脱硫脱硝的烟气升温；4)将升温后的第一次脱硫脱硝的烟气再进行电子束辐照反应，完成第二次脱硫脱硝。本发明的方法可以有效地利用烟气热量，在脱硫和脱硝的两步处理过程中分别达到SOx和NOx的最佳脱除温度，所需的电子束发生装置的功率要求降低，从而可以显著降低电子束发生装置的投资和运行成本。本发明还公开了应用上述方法的装置。

Description

一种电子束烟气脱硫脱硝的方法及装置

技术领域

本发明涉及烟气净化领域，特别涉及一种利用电子束处理烟气脱硫脱硝的方法及其装置。

背景技术

我国一次性能源结构中煤炭占70％左右，近80％的发电厂依靠煤炭发电。2012年我国煤炭的消耗量已占据了全世界煤炭总消耗量的一半，对煤炭的需求量仍然在逐年上升。由此带来的是严重的环境污染问题，火电厂是我国最主要的大气污染源之一，也是我国二氧化硫和氮氧化物排放总量控制的重点。因此烟气脱硫脱硝的净化问题是我国目前治理环境污染物的重要工作。

利用电子束辐照烟气进行脱硫脱硝的技术是近年来发展起来的燃煤烟气净化技术，目前该技术已进入工业应用阶段。电子束烟气脱硫脱硝技术是一项利用高能电子束辐照含有硫氧化物(SOX)和氮氧化物(NO_x)等污染物的烟气，将烟气中的主要成份电离或激发，产生活性和氧化性很强的自由基，这些自由基以极快的速度氧化烟气中的SOX和NO_X，生成高价态的硫氧化物和氮氧化物，高价态的硫氧化物和氮氧化物与烟气中的水分及加入的氨反应，生成主要成分为硫酸铵和硝酸铵的副产物，通过副产物收集器将其予以除去，使烟气得以净化的技术。

图1为现有电子束辐照烟气脱硫脱硝的装置结构示意图。该电子束辐照烟气脱硫脱硝工艺流程为：先将燃煤锅炉1产生的烟气经过第一烟道2送入烟气预处理塔3，该烟气预处理塔3上安装有喷嘴系统4，可喷出冷却水使烟气降温增湿到脱除反应的适宜条件，再将烟气经过第二烟道5送入辐照反应系统的辐照反应器7中，该辐照反应系统由辐照反应器7和电子加速系统8组成，而在第二烟道5上通过流量控制阀6喷入一定化学计量的氨，然后混合烟气一并进入辐照反应器7中，在电子加速系统8产生的电子束辐照作用下，经过一系列的化学反应后，烟气中的硫氧化物(SOX)和氮氧化物(NO_x)生成硫酸铵和硝酸铵，同处理后的烟气一起经过烟道进入副产物收集器9通过排放管10收集这些产物，并作为化肥使用，经过副产物收集器9处理后的烟气通过烟囱11排入大气中。

上述的现有技术存在以下缺陷：

1)燃煤锅炉产生的烟气须先经过喷水降温，热量未得到有效利用，并且在较多水存在的环境中烟气更易腐蚀设备和管道；

2)脱硫和脱硝在同一反应器中进行同步处理，无法实现脱硫和脱硝均处于最佳的反应和工艺条件；

3)脱硫和脱硝同时处理，需要配置功率很高的电子束发生器，能耗较大。

有鉴于此，本发明提供一种电子束脱硫脱硝的方法及装置，该方法和装置可以较好地克服上述现有技术的缺陷。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题和缺陷，本发明提供了一种电子束烟气脱硫脱硝的方法及装置，该方法和装置能有效地利用烟气热量，显著提高脱硫和脱硝的效率，并降低电子束发生装置的投资和运行成本。

为了实现上述目的，本发明提供了一种电子束烟气脱硫脱硝的方法，包括下列步骤：

1)将锅炉产生的烟气与第一次脱硫脱硝的烟气进行热交换，使所述锅炉产生的烟气降温；

2)将降温后的烟气混合氨气，再用水喷淋处理，完成第一次脱硫脱硝；

3)将第一次脱离脱硝的烟气与锅炉产生的烟气进行热交换，使所述第一次脱硫脱硝的烟气升温；

4)将升温后的第一次脱硫脱硝的烟气再进行电子束辐照反应，完成第二次脱硫脱硝。

在一较佳实施例中：所述第一次脱硫脱硝的化学反应方程式：(需补充)

在一较佳实施例中：所述第二次脱硫脱硝的化学反应方程式：(需补充)

在一较佳实施例中：在步骤2中，所述水喷淋处理的温度为50-80℃。

在一较佳实施例中：在步骤3中，所述第一次脱硫脱硝的烟气升温后的温度为70-100℃。

在一较佳实施例中：在步骤4中，所述电子束辐照反应的温度为70-100℃。

在一较佳实施例中：所述水喷淋处理的方式为雾化喷淋。

一种电子束烟气脱硫脱硝的装置，包括：

烟气-烟气换热器，所述烟气-烟气换热器的锅炉烟气入口与锅炉通过第一烟道相连；

烟气处理塔，所述烟气处理塔上安装有喷淋系统；所述烟气-烟气换热器的锅炉烟气出口与所述烟气处理塔的烟气入口通过第二烟道连接，所述第二烟道上设有喷氨控制阀；所述烟气处理塔的烟气出口通过第三烟道连接所述烟气-烟气换热器的预处理烟气入口；

辐照反应器，该辐照反应器上方安装电子加速器；所述烟气-烟气换热器的预处理烟气出口通过第四烟道连接所述辐照反应器。

在一较佳实施例中：所述烟气处理塔的烟气出口与所述烟气-烟气换热器的预处理烟气入口之间设有第一副产物收集器；所述辐照反应器的出口端连接第二副产物收集器。

在一较佳实施例中：所述喷淋系统为雾化喷淋系统。

在一较佳实施例中：所述锅炉为燃煤锅炉。

本发明还提供了使用上述电子束烟气脱硫脱硝的装置用于处理燃煤锅炉烟气的用途。

本发明将锅炉产生的烟气分别通过烟气处理塔和辐照反应器进行两步脱硫脱硝处理。烟气从锅炉排出后首先通过烟气-烟气换热器降低温度，再与氨气混合后进入烟气处理塔。氨气的用量可根据化学计算量得出。水从烟气处理塔的顶部喷淋而下，与烟气和氨气的混合气进行充分接触，发生化学反应，进行第一次脱硫脱硝处理。

采用雾化喷淋的方法喷出的水雾与烟气和氨气的混合气接触的效率更高，因为喷雾产生的液滴粒径更小，反应表面积更大，更利于化学反应的发生。烟气经过水喷淋后的温度达到50-80℃。根据相关脱硫反应的研究机理表明，脱硫反应主要是依靠热化学反应，而采用电子束辐照反应对脱硫反应的作用效果较不明显。脱硫反应原理为：烟气中的SOx，O₂，H₂O与氨气发生反应生成硫酸铵。实验表明，在温度处于50-80℃时，SOx脱除的效率最佳(最高可达90％)，该步主要是为了脱除烟气中的SOx。当温度高于80℃时，SOx脱除的效率随着温度的升高反而会大幅度下降。在烟气处理塔中，NOx也同时与氧气、氨气、水发生化学反应生成硝酸铵，因此NOx也会被一定程度地脱除。副产物硫酸铵和硝酸铵从烟气处理塔的底部排出，可作为肥料使用。

尚未被脱除的NOx与氨气、水汽、以及其它烟气成分组成的混合气体一起排出烟气处理塔，并通过第三烟道进入烟气-烟气换热器。混合气体通过换热器升高温度后再进入辐照反应器，进行第二步处理，在电子束的照射下剩余的NOx和SOx被进一步脱除。在第二步处理中，烟气中所含有的N₂、O₂、H₂O和CO₂等气体分子经电子束辐照后，转化为大量的·OH，·O，HO₂·等氧化自由基，这些自由基与烟气中的SOx和NOx以极快的速度发生氧化反应生成H₂SO₄和HNO₃(参见文献：Electron-beam flue-gas treatment for multicomponentair-pollution control，Applied Energy 75(2003)145154)。所产生的雾状H₂SO₄和HNO₃与NH₃反应生成白色粉末状的硫酸氨和硝酸铵。相关脱硝反应的研究机理表明，在第二步处理中，电子束辐照反应对脱硝反应的作用因素较大。实验表明，辐照反应器中的混合气体温度为70-100℃，在该温度下NOx达到最佳的脱除效率，被比较彻底地转化为硝酸铵。

本发明的有益效果在于：

本发明的方法和装置可以有效地利用烟气热量，进行烟气-烟气充分换热，并在上述的两步处理过程中分别达到SOx和NOx的最佳脱除温度，可以显著提高脱硫和脱硝的效率。在第一步烟气处理塔的处理中，大量的SOx和NOx已经被脱除，进入第二步辐照反应器中的NOx和SOx处理量较少，因此所需的电子束发生装置的功率要求降低，从而可以显著降低电子束发生装置的投资和运行成本。本发明的方法和装置可广泛应用于燃煤锅炉烟气的处理。

附图说明

图1是现有的电子束烟气脱硫脱硝装置的结构示意图；

图2是本发明实施例1的电子束烟气脱硫脱硝装置的结构示意图；

图3是本发明实施例2的电子束烟气脱硫脱硝装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

参见图2，本发明将烟气分别通过烟气处理塔和辐照反应器进行两步处理。锅炉1产生的烟气温度为130℃，烟气中SOx含量为300ppm,NOx含量为200ppm。

图2所示的电子束烟气脱硫脱销装置各组件及连接关系如下：

烟气-烟气换热器3的锅炉烟气入口31与锅炉1通过第一烟道21相连；

烟气处理塔5，所述烟气处理塔5上安装有喷淋系统6；所述烟气-烟气换热器3的锅炉烟气出口32与所述烟气处理塔5的烟气入口51用第二烟道22连接，所述第二烟道22上设有喷氨控制阀4；烟气处理塔5的烟气出口52通过第三烟道23连接烟气-烟气换热器3的预处理烟气入口33；烟气-烟气换热器3的预处理烟气出口34通过第四烟道24连接辐照反应器7；所述辐照反应器7上方安装电子加速器8。

烟气从锅炉1排出后首先通过第一烟道21进入烟气-烟气换热器3降低温度，再进入第二烟道22与经过喷氨控制阀4控制流量的氨气混合后进入烟气处理塔5。氨气的用量可根据化学计算量得出。通过控制喷淋系统6使烟气处理塔5内的温度在50℃；通过控制喷淋系统6的喷嘴孔径控制喷淋水的雾化效果。喷淋水通过喷淋系统6从烟气处理塔5的顶部喷淋而下，与烟气和氨气的混合气进行充分接触，发生化学反应，进行第一步脱硫脱硝处理：烟气中的SOx，O₂，H₂O与氨气发生反应生成硫酸铵，NOx也同时与氧气、氨气、水发生化学反应生成硝酸铵。

采用雾化喷淋的方法喷出的水雾与烟气和氨气的混合气接触的效率更高，更利于化学反应的发生。该步主要目的是脱除烟气中的SOx。在烟气处理塔5中，NOx也同时与氨气、水发生化学反应生成硝酸铵，因此NOx也会被大量地脱除。副产物硫酸铵和硝酸铵从烟气处理塔的底部9排出，可作为肥料使用。尚未被脱除的NOx与氨气、水汽、以及其它烟气成分组成的混合气体一起排出烟气处理塔5，并通过第三烟道23进入烟气-烟气换热器3。混合气体通过烟气-烟气换热器3升高温度至70℃后再进入辐照反应器7，进行第二步脱硫脱硝处理，在电子加速器8产生的电子束的照射下NOx和SOx发生化学反应被进一步脱除，烟气中所含有的N₂、O₂、H₂O和CO₂等气体分子经电子束辐照后，转化为大量的·OH，·O，HO₂·等氧化自由基，这些自由基与烟气中的SOx和NOx以极快的速度发生氧化反应生成H₂SO₄和HNO₃。

副产物硝酸铵和少量硫酸铵从辐照反应器7的底部10排出，并作为化肥使用。经过辐照反应器7处理后的烟气通过烟囱11排入大气中。

本实施例中，在设定电子束剂量为3kGy时，二氧化硫和氮氧化物的脱除指标分别可达92％和75％。根据现有技术，在相同的条件下二氧化硫和氮氧化物的脱除指标仅为70％和42％。

实施例2

参见图3，本发明将烟气分别通过烟气处理塔和辐照反应器进行两步处理。锅炉1产生的烟气温度为150℃，烟气中SOx含量为280ppm,NOx含量为200ppm。

图3所示的电子束烟气脱硫脱销装置各组件及连接关系如下：

烟气-烟气换热器3，所述烟气-烟气换热器3的锅炉烟气入口31与锅炉1通过第一烟道21相连；烟气处理塔5，所述烟气处理塔5上安装有喷淋系统6；所述烟气-烟气换热器3的锅炉烟气出口32与所述烟气处理塔5的烟气入口51通过第二烟道22连接，所述第二烟道22上设有喷氨控制阀4；所述烟气处理塔5的烟气出口52通过第三烟道23连接第一副产物收集器12的入口端，第一副产物收集器的出口端连接烟气-烟气换热器3的预处理烟气入口33；所述烟气-烟气换热器3的预处理烟气出口34通过第四烟道24连接辐照反应器7的入口端71，所述辐照反应器7的出口端72连接第二副产物收集器13；所述辐照反应器7上方安装电子加速器8。

烟气从锅炉1排出后首先通过第一烟道21进入烟气-烟气换热器3降低温度，再进入第二烟道22与经过喷氨控制阀4控制流量的氨气混合后进入烟气处理塔5。氨气的用量可根据化学计算量得出。通过控制喷淋系统6使烟气处理塔5内的温度在80℃；通过控制喷淋系统6的喷嘴孔径控制喷淋水的雾化效果。喷淋水通过喷淋系统6从烟气处理塔5的顶部喷淋而下，与烟气和氨气的混合气进行充分接触，发生化学反应，进行第一步脱硫脱硝处理，

采用雾化喷淋的方法喷出的水雾与烟气和氨气的混合气接触的接触表面积更大，更有利于化学反应的发生。该步主要目的是脱除烟气中的SOx。在烟气处理塔5中，NOx也同时与氨气、水发生化学反应生成硝酸铵，因此NOx也会被大量地脱除。烟气处理塔5处理后的烟气一起经过第四烟道24进入第一副产物收集器12通过排放管9收集这些副产物，副产物可作为肥料使用。尚未被脱除的NOx与氨气、水汽、以及其它烟气成分组成的混合气体一起排出烟气处理塔5，并通过第三烟道23进入烟气-烟气换热器3。混合气体通过烟气-烟气换热器3升高温度至100℃后再进入辐照反应器7，进行第二步脱硫脱硝处理，在电子加速器8产生的电子束的照射下NOx和SOx发生化学反应被进一步脱除。

第二副产物收集器13收集剩余的反应副产物硝酸铵和硫酸铵，副产物可作为肥料使用。经过副产物收集器13处理后的烟气通过烟囱11排入大气中。

本实施例中，在设定电子束剂量为3kGy时，二氧化硫和氮氧化物的脱除指标分别可达80％和85％。根据现有技术，在相同的条件下二氧化硫和氮氧化物的脱除指标仅为67％和21％。

出于说明的目的，已经参考具体实施例给出了上述描述。然而，上述示例性论述并不是要穷举将本发明限制到所公开的确切形式。鉴于上述教导，可以有许多修改和变化。选择和描述了这些实施例是为了更好地解释本发明的原理及其实际应用，由此使本领域的其他技术人员能够最好地利用本发明以及适合于所构想的具体用途的各个实施例和各种修改。

Claims (10)

1.一种电子束烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于包括下列步骤：

1)将锅炉产生的烟气与第一次脱硫脱硝的烟气进行热交换，使所述锅炉产生的烟气降温；

2)将降温后的烟气混合氨气，再用水喷淋处理，完成第一次脱硫脱硝；

3)将第一次脱离脱硝的烟气与锅炉产生的烟气进行热交换，使所述第一次脱硫脱硝的烟气升温；

4)将升温后的第一次脱硫脱硝的烟气再进行电子束辐照反应，完成第二次脱硫脱硝。

2.根据权利要求1所述的一种电子束烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于：在步骤2中，所述水喷淋处理的温度为50-80℃。

3.根据权利要求1所述的一种电子束烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于：在步骤3中，所述第一次脱硫脱硝的烟气升温后的温度为70-100℃。

4.根据权利要求1所述的一种电子束烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于：在步骤4中，所述电子束辐照反应的温度为70-100℃。

5.根据权利要求1所述的一种电子束烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于：所述水喷淋处理的方式为雾化喷淋。

6.一种电子束烟气脱硫脱硝的装置，其特征在于包括：

烟气-烟气换热器，所述烟气-烟气换热器的锅炉烟气入口与锅炉通过第一烟道相连；

烟气处理塔，所述烟气处理塔上安装有喷淋系统；所述烟气-烟气换热器的锅炉烟气出口与所述烟气处理塔的烟气入口通过第二烟道连接，所述第二烟道上设有喷氨控制阀；所述烟气处理塔的烟气出口通过第三烟道连接所述烟气-烟气换热器的预处理烟气入口；

辐照反应器，该辐照反应器上方安装电子加速器；所述烟气-烟气换热器的预处理烟气出口通过第四烟道连接所述辐照反应器。

7.根据权利要求6所述的一种电子束烟气脱硫脱硝的装置，其特征在于：所述烟气处理塔的烟气出口与所述烟气-烟气换热器的预处理烟气入口之间设有第一副产物收集器；所述辐照反应器的出口端连接第二副产物收集器。

8.根据权利要求6或7所述的一种电子束烟气脱硫脱硝的装置，其特征在于：所述喷淋系统为雾化喷淋系统。

9.根据权利要求6或7或8所述的一种电子束烟气脱硫脱硝的装置，其特征在于：所述锅炉为燃煤锅炉。

10.一种将权利要求6至9中任一项所述的电子束烟气脱硫脱硝的装置用于处理燃煤锅炉烟气的用途。