CN104338423A

CN104338423A - 一种用于烟气同时脱硫脱硝的填料塔

Info

Publication number: CN104338423A
Application number: CN201310332400.8A
Authority: CN
Inventors: 张�杰; 仰鹏飞; 李发荣
Original assignee: WUHAN WISDOM TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUHAN WISDOM TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2015-02-11

Abstract

本发明公开了一种用于烟气同时脱硫脱硝的填料塔，包括：1.1烟气出口、1.2喷淋装置、1.3丝网除雾器、1.4永磁场、1.5分层、间隔布置的规整泡沫陶瓷填料、1.6烟气进口及1.7废酸液搜集出口。本发明的优点是主要利用填料比表面吸附的水膜来吸收烟气中的SO₂和NO_x，反应生成的亚硫酸和亚硝酸被分别被催化氧化成硫酸和硝酸，吸收和解吸同步进行。废酸液可另外分离、提纯成回用水、硫酸和硝酸产品。

Description

一种用于烟气同时脱硫脱硝的填料塔

技术领域

本发明属于化学工程和环境工程交叉领域，具体地说涉及一种用于烟气同时脱硫脱硝的填料塔。

背景技术

填料塔是气液传质过程的常用设备，在工业各个领域得到了广泛的应用。目前，用于烟气脱硫或脱硫脱硝的塔器主要是喷淋塔（洗涤塔），很少使用填料塔，气相（烟气）和液相（还原剂或吸收剂）都是连续相。从传质的角度来看，效率并不高，因此其脱硫效率或脱硫脱硝效率都不理想，并随循环使用的液相的成分不断改变而相应波动。同时还有产生二次污染，运行成本较高，较难维护等缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述塔器在烟气脱硫或脱硫脱硝中的缺陷，研发一种在不需要外加还原剂或吸收剂（液相）的情况下，主要利用烟气中的水分来脱除烟气中的SO₂和NO_x的新型填料塔。在分析研究烟气中各组分化学反应模式（见图4）之后，研制了一种既能强化气液传质，又具有所需催化特性的填料，结合永磁场对气溶胶粒子的凝并作用、丝网除雾器的除雾功能以及喷淋装置的调节作用，将它们在一个长方体形的主塔体结构内抽屉式有序布置，构成了一种新型的填料塔。即本发明是采用以下技术方案来实现的：

一种用于烟气同时脱硫脱硝的填料塔，其结构图如图1所示，包括：1.1烟气出口、1.2喷淋装置、1.3丝网除雾器、1.6烟气进口及1.7废酸液搜集出口，其特征在于它还包括1.4永磁场及1.5分层、间隔布置的规整泡沫陶瓷填料。

所述一种用于烟气同时脱硫脱硝的填料塔，其特征在于主要利用填料比表面吸附的水膜来吸收烟气中的SO₂和NO_x。填料比表面吸附的水膜中的水份来源有两个：一是填料比表面直接从烟气中吸附的水份，二是除雾器落下的水滴（使水膜处于不断更新状态），受控的1.2喷淋装置只起辅助作用。气液逆流操作，气相（烟气）为连续相，液相（除雾器落下的水滴）为离散相。

所述一种用于烟气同时脱硫脱硝的填料塔，其特征在于1.4永磁场按此三个步骤搭建（1）在支持承上多块尺寸相同的矩形永磁体极性相反等距并列放置，长边与填料的长边走向相同；（2）矩形永磁体沿一个方向均匀充分磁化且达到饱和状态；（3）矩形永磁体有较小的厚长比。

所述一种用于烟气同时脱硫脱硝的填料塔，其特征在于1.5分层、间隔布置的规整泡沫陶瓷填料是自主研发的新型填料，其在填料塔中的布置也有别于现有的乱堆或整砌，具有如此两项特性（1）规整泡沫陶瓷填料的厚度一般在30～50mm，其材质中至少含有60%的三氧化二铬，孔径不小于5ppi（超宏孔），孔隙率90%左右；（2）分层、间隔布置，其布置层数不少于7层。

所述一种用于烟气同时脱硫脱硝的填料塔，其脱硫脱硝机理如下：

将原烟气冷却到101.88℃以下的某一温度（硝酸在无光照的条件下热解温度为101.88℃，烟气冷却的最佳温度为80℃），然后引入填料塔， SO₂ 、NO、NO₂ 、O₂、 H₂O、O₂相互充分接触，反复发生连锁的化学反应后，烟气中SO₂、NO、NO₂被脱除且分离出H₂O 、H₂SO₄和HNO₃的混合溶液，排出的烟气的组分接近正常空气的组分；

烟气进入填料塔后，SO₂、NO、NO₂、O₂、H₂O在填料塔中布置的规整的多功能液泡沫陶瓷填料的孔隙中绕行时，与附着在其比表面上的H₂O、O₂及自身之间相互充分接触，反复发生连锁的化学反应，其反应模式简并如图4所示。所涉及的化学反应式如下：

一级反应：

SO₂+ NO₂+ H₂O= H₂SO₄+ NO (1)

SO₂+ H₂O= H₂SO₃ (2)

4NO+2 H₂O+3 O₂ =4HNO₃ (3)

NO+ NO₂+ H₂O=2HNO₂ (4)

3NO₂+ H₂O=2HNO₃+NO (5)

4NO₂+2H₂O + O₂=4HNO₃ (6)

二级反应：

2H₂SO₃+ O₂=2H₂SO₄ (7)

2HNO₃+3SO₂+2H₂O=2NO+3H₂SO₄ (8)

2HNO₂ + O₂=2HNO₃ (9)

2NO+O₂=2NO₂ (10)

三级反应：

2NO+ O₂ =2NO₂ (11)

SO₂的脱除有三种途径：通过反应（1）、（8）、（2）与（7）。反应式（1）和（8）表明脱硫脱硝塔是一种硝化法生产硫酸的塔式装置（NO₂起催化剂的作用），而反应式（2）和（7）表明填料塔是一种利用水直接吸收低浓度SO₂ 生产硫酸的塔式装置。现行的硫酸生产装置都采用两转一吸的工艺，先将SO₂直接催化氧化成SO₃再用水吸收制成硫酸。而在这里主要是先用水吸收SO₂生成H₂SO₃，再将H₂SO₃催化氧化成H₂SO₄。

NO₂的脱除有三种途径：通过反应（4）、（5）、（6）与（9），所产生的中间产物（以及SO₂ 的脱除时的中间产物）NO被氧化成NO₂后再重复这三种途径进行脱除。NO除被氧化成NO₂按前述方式被脱除外，自身也有两种脱除途径：通过反应（3）和（4）。HNO₂很不稳定，只能存在于很稀的冷溶液中，溶液浓缩或加热时，就分解成H₂O和N₂O₃，后者又会分解成NO₂和NO。但水膜中含有大量的溶解氧，HNO₂遇到O₂在加热的条件下很快反应生成HNO₃（HNO₃ 在101.88℃以下是热稳定的），同时，加热Cr₂O₃至80摄氏度左右，能加快这一氧化反应速率。根据化学反应式进行简单的数学计算表明，有限几次的反复反应就可以基本上脱除NO₂和NO。不难看出该填料塔也是一种直接吸收低浓度NO₂（NO）生产硝酸的装置。

本发明的优点是在将烟气控制在一定的温度和压力条件下，主要利用填料比表面吸附的水膜来吸收烟气中的SO₂和NO_x，反应生成的亚硝酸和亚硫酸被分别被催化氧化成硝酸和硫酸。由于处在不断的更新状态中，解吸是与吸收同步进行。质量浓度大小排序：水、硫酸、硝酸。废酸液可另外分离、提纯成回用水、硝酸和硫酸产品。

本发明的另外一个优点是使用其构建的烟气同时脱硫脱硝系统对燃煤品种及含硫率适应性强、稳定性和脱硫脱硝效率较高、运维简单及成本很低。

附图说明：

图1、图2和图3是本发明一种用于烟气同时脱硫脱硝的填料塔的结构示意图，图1为正视图，图2为左视图，图3为俯视图，图1中的图例说明如下：

1.1烟气出口

1.2喷淋装置

1.3丝网除雾器

1.4永磁场

1.5规整泡沫陶瓷填料

1.6烟气进口

1.7废酸液搜集出口

图4是烟气中各组分化学反应模式

图5是实施例中的系统结构示意图，图5中的图例说明如下：

实施方式：

将所述一种用于烟气同时脱硫脱硝的填料塔应用于烟气的脱硫脱硝，填料塔的泛点气速可按公知的方法来计算，考虑到其液相是离散相，泛点气速可以适当调整，最好在丝网除雾器的最佳除雾速度范围之内。对于气量较小的烟气采用单塔来构建脱硫脱硝系统，对于大气量的烟气则采用多塔并联来构建系统。

实施例：

我国单机5万千瓦及以下供热机组有一千多台，经济效益较差，但又必须存在，环保压力很大。为叙述简便，以某纸业有限公司热电厂安装的一台6000千瓦的背压机为例来说明如何使用本发明实现其烟气的脱硫脱硝。

一设计烟气量2.2万m³/h，计算泛点气速为3.5m/h,取操作气速为2.9 m/h，填料塔主体结构选择为正方形体，由此计算出横截面正方形边长为2.10 m；

二填料规格：厚度50mm，其材质中含有90%的三氧化二铬，孔径5ppi，孔隙率90%，总共布置7层，填料层间隔距离10cm,最下一层填料与烟气进口相距50cm;

三永磁场由4块永磁体按如下方式布置：磁体间的距离为50cm,与塔壁面对的磁体与塔壁相距30cm,下端与相邻填料层25cm;

四丝网除雾器与永磁场上端相距50cm;

五喷淋装置接小型恒压水泵机组，与丝网除雾器上端相距30cmm;

六按前述要求，采用棕色、耐高温（280℃以上）无碱玻璃钢制成填料塔主体结构、抽屉式支承、上紧缩口及下紧缩口，将烟气出口、喷淋装置、丝网除雾器、永磁场、填料层、烟气进口等有序布置，即制造出填料塔；

七使用该填料塔构建同时脱硫脱硝系统，其结构示意图如图5所示。重要辅助设备：风机使用离心风机，热管烟气降温器由南京圣诺热管有限公司制造，烟气分析仪及温度、压力、流量测量仪表等由北京雪迪龙制造。控制子系统采用工控机-PLC构建。

Claims

1.一种用于烟气同时脱硫脱硝的填料塔，包括：1.1烟气出口、1.2喷淋装置、1.3丝网除雾器、1.6烟气进口及1.7废酸液搜集出口，其特征在于它还包括1.4永磁场及1.5分层、间隔布置的规整泡沫陶瓷填料。

2.根据权利要求1所述的用于烟气同时脱硫脱硝的填料塔，其特征在于主要利用填料比表面吸附的水膜来吸收烟气中的SO₂和NO_x，受控的1.2喷淋装置只起辅助作用。

3.根据权利要求1所述的用于烟气同时脱硫脱硝的填料塔，其特征在于1.4永磁场按此三个步骤搭建（1）在支持承上多块尺寸相同的矩形永磁体极性相反等距并列放置，长边与填料的长边走向相同；（2）矩形永磁体沿一个方向均匀充分磁化且达到饱和状态；（3）矩形永磁体有较小的厚长比。

4.根据权利要求1所述的用于烟气同时脱硫脱硝的填料塔，其特征在于1.5分层、间隔布置的规整泡沫陶瓷填料具有如此两项特性（1）规整泡沫陶瓷填料的厚度一般在30～50mm，其材质中至少含有60%的三氧化二铬，孔径不小于5ppi（超宏孔），孔隙率90%左右；（2）分层、间隔布置时，其层数不少于7层。