CN104383798A - 一种烟气脱硫脱硝的净化回收系统 - Google Patents

Abstract

一种烟气脱硫脱硝的净化回收系统，它包括氧化吸收塔、分离再生系统和浓缩结晶干燥装置；所述氧化吸收塔包括氧化池、烟气入口、喷淋填料层、雾化氧化层、除雾器和烟气出口。烟气从烟气入口进入氧化吸收塔，将其中的氮氧化物、硫氧化物和重金属氧化吸收后形成吸收液，净化的烟气经除雾器去除水分通过烟气出口排出。吸收液在分离再生系统的阴离子交换设备中将阴离子置换于床层内；用氨水对床层实施再生，再生后的铵盐溶液进入浓缩结晶干燥装置，结晶干燥后形成复合铵肥。本发明能够一体化脱除烟气中的硫氧化物、氮氧化物和重金属，避免了现有技术中氨逃逸和铵盐气溶胶的问题，具有设备简单、产物资源化的特点。

Description

一种烟气脱硫脱硝的净化回收系统

技术领域

本发明涉及烟气净化领域，特别是一种燃煤过程中所排放烟气的净化回收系统。

背景技术

    随着经济发展对于能源的需求日趋增加，燃煤使用量也大幅增加。然而煤在燃烧过程中会释放大量的烟气，这些含有二氧化硫、氮氧化物和重金属等的烟气如不能得到有效处理，会带来严重的环境污染问题。    

    传统的工业烟气脱硫、除氮的方法是在窑炉尾部加装脱硫装置（如石灰石石膏法脱硫）和脱硝设备（如SCR装置）分别用于脱除二氧化硫和氮氧化物。由于这种治理方式脱硫和脱硝设备独立运行，整个工艺系统复杂、占地面积大，投资及运行费用较高，上述设备同时去除重金属的能力较低。因此对中小型企业来讲，采用这种模式净化烟气的可实施性较差。尤其目前燃煤锅炉普遍采用先进的低氮燃烧技术，锅炉尾部加装SCR装置是否经济值得商讨。

目前烟气脱硫脱硝的研究比较倾向于脱硫脱硝一体化技术，其中的臭氧氧化方法、亚氯酸盐氧化方法，运行成本较高，不易推广。氨法脱硫脱硝工艺因可实现产物资源化，受到广大研究者的青睐。专利CN101053747 中提出了将氮氧化物预氧化、氨吸收的脱硫脱硝工艺，但需消耗大量双氧水、臭氧等氧化剂，同时脱硝仍需消耗氨，成本较高；专利CN2712446 和CN101934191A分别提出了多级串联式和塔内分层氨法脱硫脱硝装置，这些工艺方法面临的共同问题是生成的亚硫铵易在塔内结块，塔内形成铵盐气溶胶，气溶胶随烟排放增加了氨的消耗。因此在烟气脱硫脱硝的同时，如何避免使加入的氨逃逸及铵盐气溶胶排放，成为该生产工艺亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种烟气脱硫脱硝的净化回收系统，它能够一体化脱除烟气中的硫氧化物、氮氧化物和重金属，避免了现有技术中氨逃逸和铵盐气溶胶的问题，并具有设备简单、产物资源化的特点。

    本发明的技术问题是以下述技术方案解决的：

 一种烟气脱硫脱硝的净化回收系统，它包括氧化吸收塔、分离再生系统和浓缩结晶干燥装置；所述氧化吸收塔包括从下到上依次设置的氧化池、烟气入口、喷淋填料层、雾化氧化层、除雾器和烟气出口；烟气从烟气入口进入氧化吸收塔，经过喷淋填料层和雾化氧化层将其中的氮氧化物、硫氧化物和重金属氧化吸收，并在氧化池中进一步氧化成含有硝酸盐和硫酸盐的吸收液，净化的烟气经除雾器去除水分通过烟气出口排出。所述分离再生系统包括沉淀分离池、阴离子交换设备、氨水储罐和交换液槽，吸收液经沉降分离池沉淀后上清液进入阴离子交换设备，其中的阴离子被置换于床层内，排出液流至交换液槽；用氨水溶液对床层实施再生，再生出的铵盐溶液进入浓缩结晶干燥装置，浓缩结晶干燥后形成复合铵肥。 

上述烟气脱硫脱硝的净化回收系统，所述喷淋填料层包括第一喷淋填料层及其上部的第二喷淋填料层，所述雾化氧化层设置在两层喷淋填料层之间；喷淋填料层由填料及上部的喷淋管组成，第一喷淋填料层的第一喷淋管与沉淀分离池连接；第二喷淋填料层的第二喷淋管与交换液槽和缓冲液槽连接，缓冲液为碳酸钠和碳酸氢钠的碱性溶液。

上述烟气脱硫脱硝的净化回收系统，所述氧化吸收塔内气液的反应温度为40℃-60℃，总液气比为12-18L/m³。

上述烟气脱硫脱硝的净化回收系统，所述阴离子交换设备进行分离操作为沉降分离池中的上清液经前置过滤器进入阴离子交换设备的顶端入口，离子交换后置换液由底部出口流出进入交换液槽；再生操作为氨水溶液从氨水罐经由侧壁入口进入阴离子交换设备，将其中的强酸阴离子置换后形成含有铵盐的洗脱液，洗脱液从侧壁出口流出至浓缩结晶干燥装置。

上述烟气脱硫脱硝的净化回收系统，所述阴离子交换设备采用交换基团为伯、仲、叔胺基的弱碱性阴离子交换树脂。

        本发明通过氧化吸收、分离再生、浓缩结晶干燥三个核心过程，一体化完成烟气的脱硫、脱硝、脱汞，在简化工艺流程的同时，具有设备投资少、运行成本低、氨逃逸少的特点，且具备脱除重金属的能力。在达标排放工业废气的同时，还可生产复合化肥，实现副产物资源化。

1、本发明将烟气的脱硫、脱硝过程联合进行，在氧化吸收塔内采用两个吸收层和两个氧化段的分层段交替进行氧化吸收的模式，节省了氧化剂的雾化喷入量，降低了脱除成本。

2、由于氨水不直接通入塔内，而是将从氧化吸收塔流出的吸收液通入弱碱性阴离子交换设备产生铵盐，因此氨水不直接参与吸收过程，避免了现有氨法脱硫脱硝技术中的氨逃逸和铵盐气溶胶问题。在阴离子交换设备中氨水通过阴离子交换过程再生吸收液，产生含有铵盐的洗脱液，氨水只在再生步骤中作为再生液使用，利用率高，氨消耗量相对较低。 

3、塔内的烟气采用碳酸钠和碳酸氢钠的缓冲液作为喷淋液，产物为硫酸钠或亚硫酸钠，避免了以氨水作为喷淋液产生的亚硫酸铵易结垢并粘附塔壁的问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中各标号清单为：1、烟气入口，2、支撑多孔板，3、中间填料，4、雾化喷管，5、缓冲液槽，6、第一喷淋管，7、除雾器，8、烟气出口，9、氧化风机，10、空气喷管，11、氧化池，12、沉降分离池，13、交换液槽，14、浓缩结晶干燥装置，15、阴离子交换设备，16、氧化剂槽，17、氨水罐，18、限位多孔板，19、第二喷淋管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明包括氧化吸收塔、分离再生系统和浓缩结晶干燥装置14。

所述氧化吸收塔为喷淋填料式氧化吸收塔，采用分层段交替氧化吸收的模式运行，两个氧化段和双吸收层交替分布在塔内。塔体从下到上依次为氧化池11（内含空气鼓泡层）、烟气入口1、第一喷淋填料层、雾化氧化层、第二喷淋填料层、除雾器7和烟气出口8。所述氧化池11设置在氧化吸收塔的底部，用于汇集其上部各层喷淋的吸收液。氧化池内的空气鼓泡层由氧化风机9提供空气，进入设置在氧化池11中的空气喷管10鼓泡而成。烟气入口1设置在氧化吸收塔下部，其入口向下倾斜，可防止氧化池11中的吸收液倒灌进入吸收塔前烟道。

所述第一喷淋填料层和第二喷淋填料层结构相同，都由填料层和其上部的喷淋管组成，填料层从下至上包括支撑多孔板2、中间填料3及限位多孔板18。中间填料3位于上下两个多孔板之间，其中下部的支撑多孔板2可以均匀分布气流，且具有支撑中间填料3的作用，上部的限位多孔板18用来防止中间填料被气流流化后冲击填料层上部的喷淋管和喷淋管上的喷嘴。中间填料3采用塑料拉西环，以增加两种流体间的接触表面。为防止壁流现象，喷淋管附近加设脱硫增强环。第一喷淋填料层中的第一喷淋管6与沉降分离池12连接，第一喷淋管的喷淋液为从氧化池11连通到沉降分离池12的吸收液，吸收液的pH值为5-9。第二喷淋填料层的第二喷淋管19与交换液槽13和缓冲液槽5连接，第二喷淋管的喷淋液中含有缓冲剂碳酸钠和碳酸氢钠的碱性溶液。  

所述雾化氧化层由一系列雾化喷管4、缓冲液槽5和氧化剂槽16组成，氧化剂槽16连通至缓冲液槽5后与雾化喷管4连接，一并提供雾化液，雾化液的pH值为7.0-10.5。氧化剂槽16是过氧化氢溶液，缓冲液槽5是碳酸钠和碳酸氢钠缓冲液。所述除雾器7为水洗型除雾器，可以为高效型丝网除雾器。   

     具体氧化吸收过程为：燃煤锅炉中产生的烟气从设置在氧化吸收塔中下部的烟气入口1进入氧化吸收塔，上升至第一喷淋填料层，第一喷淋管的喷淋液为含有缓冲液的氢氧化钠碱性溶液能够去除烟气中大部分硫氧化物、卤化氢等酸性气体。未吸收的二氧化硫、氮氧化物和部分重金属如Hg⁰在雾化氧化层喷出的氧化剂作用下氧化，氧化后的物质被雾化氧化层上方的第二喷淋填料层二次吸收。净化后的烟气经除雾器7除去水分，通过水平的烟气出口8排出。进入液相的低价硫氧化物和低价氮氧化物进入底部的氧化池11，在氧化池11的空气鼓泡层中对吸收液中的亚硝酸盐和亚硫酸盐进行二次氧化。其中，氧化吸收塔中通入喷淋液中的钠离子与烟气含有的硫氮的摩尔比为1.7-2.1，塔内气液的反应温度为40℃-60℃，总液气比控制在12-18L/m³。各段具体反应过程如下：

1、第一喷淋填料层

采用碳酸氢钠做脱硫剂，将其喷射到烟气中，吸收烟气中的SO₂，其化学反应方程式如下：

NaHCO₃+H₂O+SO₂ →NaHSO₃+ H₂CO₃→NaHSO₃+H₂O +CO₂         (1)

2、雾化氧化层

利用氧化剂过氧化氢对气相的氮氧化物、重金属等进行喷雾强制其氧化，其化学反应方程式如下： 

NO+H₂O₂ →NO₂                                              (2)

NO+NO₂ →N₂O₃                                               (3)

Hg+ H₂O₂ →HgO+H₂O                                          (4)

3、第二喷淋填料层

采用碳酸钠做脱硫剂，将其喷射到烟气中，吸收烟气中的氮氧化物和在第一喷淋填料层未被吸收的二氧化硫，其化学反应方程式如下：

Na₂CO₃+H₂O+SO₂ →NaHSO₃+NaHCO₃                            (5)

   2Na₂CO₃+H₂O+N₂O₃ →2NaNO₂+2NaHCO₃                           (6)

4、氧化池氧化

利用压缩空气作氧化剂对亚硫酸盐和亚硝酸盐进行强制氧化。 

 NaHSO₃+1/2O₂ →NaHSO₄                               (7)

NaNO₂+1/2O₂ →2NaNO₃                                             (8)

所述分离再生系统包括沉淀分离池12、前置过滤器、三套阴离子交换设备15、氨水储罐17和交换液槽13。吸收液经氧化池11底部排液口进入沉降分离池12，沉降分离池12用于沉淀分离重金属物质如氧化汞，沉淀后上清液的一部分经泵返回第一喷淋填料层的第一喷淋管6；另一部分经前置过滤器过滤后进入阴离子交换设备15。阴离子交换设备15采用主要交换基团为伯、仲、叔胺基的弱碱性离子交换树脂，用氨水再生。离子交换设备进行分离操作时，顶端入口对应底部出口，顶端入口与前置过滤器相连接，底部出口与交换液槽13相连接，沉降分离池12中的上清液体经前置过滤器进入阴离子交换设备15，其中的硫酸根离子和硝酸根离子等强酸阴离子交换到弱碱性离子交换树脂上，交换下形成含有氢氧化钠的碱性溶液进入交换液槽13，交换液槽中的溶液经泵返回氧化吸收塔的第二喷淋填料层。

当交换液槽13的流出液pH低于6.3后，用氨水溶液对阴离子交换设备15进行洗脱再生。再生操作时，侧壁入口与侧壁出口相对应，侧壁入口在阴离子交换设备15的下部，侧壁出口在阴离子交换设备15的上部。侧壁入口与氨水罐17连接，侧壁出口与浓缩洁晶干燥装置14连接，氨水溶液进入阴离子交换设备15，将其中的强酸阴离子置换后形成含有铵盐的洗脱液，进入浓缩洁晶干燥装置14。三套离子交换设备采用一台运行、一台备用、一再生的并列模式。

浓缩洁晶干燥装置14由多级降膜蒸发器和结晶干燥机组成，浓缩蒸发器温度范围：60-170℃，工作压力-0.1-0.3MPa。含有铵盐的洗脱液经过降膜蒸发器浓缩后进入结晶干燥机结晶干燥，生成复合铵肥。

以下对本发明的工作过程做进一步说明：

燃煤锅炉中产生的烟气从烟气入口1进入氧化吸收塔内，上升至第一喷淋填料层，去除大部分的硫氧化物、卤化氢等酸性气体。未吸收的二氧化硫、氮氧化物和部分重金属如Hg⁰在雾化层喷出的氧化剂过氧化氢的作用下实现氧化吸收，进入液相。为保证多污染物的同时脱除效率，雾化层上方增设第二喷淋填料层。净化后的烟气经双层除雾器7除水后，通过水平的烟气出口8排出。

吸收硫氧化物、氮氧化物和重金属后的溶液落入氧化池11中。溶液中未被氧化的亚硫酸盐和亚硝酸盐被风机9经空气喷管10鼓入的空气氧化成硫酸盐和硝酸盐。氧化后溶液经下部排液口进入沉降分离池12，在溶液pH大于5时，其中重金属如汞转化为沉降物沉降去除。沉降分离池12的上清液一部分返回氧化吸收塔，另一部分经过滤器和排液泵进入阴离子交换设备15，其中的硫酸根离子、硝酸根离子等阴离子被置换于床层内，排出液至交换液槽13。当出水pH小于6.3时，以氨水溶液为再生液对床层实施再生，再生出铵盐溶液。铵盐溶液进入浓缩洁晶干燥装置14进行浓缩结晶干燥后形成复合铵肥。

Claims (5)

1.一种烟气脱硫脱硝的净化回收系统，其特征在于，它包括氧化吸收塔、分离再生系统和浓缩洁晶干燥装置（14）；其中，所述氧化吸收塔包括从下到上依次设置的氧化池（11）、烟气入口（1）、喷淋填料层、雾化氧化层、除雾器（7）和烟气出口（8）；烟气从烟气入口（1）进入氧化吸收塔，经过喷淋填料层和雾化氧化层将其中的氮氧化物、硫氧化物和重金属氧化吸收，并在氧化池（11）中进一步氧化成含有硝酸盐和硫酸盐的吸收液，净化的烟气经除雾器（7）去除水分后通过烟气出口（8）排出； 

所述分离再生系统包括沉淀分离池（12）、阴离子交换设备（15）、氨水储罐（17）和交换液槽（13），吸收液经沉降分离池（12）沉淀后上清液进入阴离子交换设备（15），其中的阴离子被置换于床层内，排出液流至交换液槽（13）；用氨水溶液对床层实施再生，生成的铵盐溶液进入浓缩洁晶干燥装置（14），浓缩结晶干燥后形成复合铵肥。

2.根据权利要求1所述的烟气脱硫脱硝的净化回收系统，其特征在于，所述喷淋填料层包括第一喷淋填料层及其上部的第二喷淋填料层，所述雾化氧化层设置在两层喷淋填料层之间；喷淋填料层由填料及上部的喷淋管组成，第一喷淋填料层的第一喷淋管（6）与沉淀分离池（12）连接；第二喷淋填料层的第二喷淋管（19）与交换液槽（13）和缓冲液槽（5）连接，缓冲液为碳酸钠和碳酸氢钠的碱性溶液。

3.根据权利要求2所述的烟气脱硫脱硝的净化回收系统，其特征在于，所述氧化吸收塔内气液的反应温度为40℃-60℃，总液气比为12-18L/m³。

4.根据权利要求3所述的烟气脱硫脱硝的净化回收系统，其特征在于，所述阴离子交换设备（15）进行分离操作为将沉降分离池（12）中的上清液经前置过滤器泵入阴离子交换设备（15）的顶端入口，离子交换后置换液由底部出口流出进入交换液槽（13）；再生操作为氨水溶液从氨水罐（17）经由侧壁入口进入阴离子交换设备（15），将其中的阴离子置换后形成含有铵盐的洗脱液，洗脱液由侧壁出口流出进入浓缩结晶干燥装置（14）。

5.根据权利要求4所述的烟气脱硫脱硝的净化回收系统，其特征在于，所述阴离子交换设备（15）采用交换基团为伯、仲、叔胺基的弱碱性阴离子交换树脂。