CN104437039A - 湿法脱硫后的脱硝除雾装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿法脱硫后的脱硝除雾装置，包括筒体，所述筒体的上、下两端分别设置有进气口和排气口；其结构由对湿法脱硫后的烟气进行脱硝作用的脱硝部分和对湿法脱硫后的烟气进行除雾作用的除雾部分组成；其所述对湿法脱硫后的烟气进行脱硝作用的脱硝部分包括喷射氧化剂的喷嘴和静电通道；所述对湿法脱硫后的烟气进行除雾作用的除雾部分包括供湿烟气自上向下进行螺旋线运动的静电通道；所述筒体内设置静电通道；所述进气口内设置喷嘴，所述进气口与筒体之间通过蜗壳式进气管相互连接，所述蜗壳式进气管贯穿筒体的侧壁后与静电通道相连通；所述排气口贯穿筒体下端面后与静电通道相连通。

Description

湿法脱硫后的脱硝除雾装置及方法

技术领域

本发明涉及一种燃煤锅炉烟气治理的反应器，具体地说是一种湿法脱硫后的脱硝除雾装置及方法。 

背景技术

我国是煤炭使用大国，但煤炭燃烧排放的SO₂、NO_x等气态污染物既危害环境，又制约着国民经济和社会的可持续发展，因此，旨在解决有关燃煤大气污染物控制的基础研究和技术开发一直以来备受关注。 

烟气脱硫技术主要包括湿法、干法和半干法三种，干法和半干法由于脱硫效率低，应用范围十分有限，相比之下，湿法烟气脱硫技术自2000年在国内发展以来，表现出工艺成熟、运行稳定、脱硫效率高、负荷适应性强等优势，目前我国超过90％的大型火电机组均采用石灰石-石膏湿法脱硫技术。 

然而，湿法脱硫技术也存在一定的不足之处，随着湿法脱硫项目中GGH烟气换热设备的取消，烟囱排烟温度降低，石膏雨、白烟现象变得普遍，严重影响了居民生活、电厂生产及周围环境。此外，石膏雨、气溶胶进入到大气中，有可能通过化学反应形成细小颗粒物，影响环境中PM2.5浓度，成为导致灰霾产生的因素之一。为了避免石膏雨、气溶胶被夹带至环境中，有必要设置除雾器，对湿法脱硫后烟气进行进一步脱除。 

烟气脱硝则主要有还原法和吸收法两种，其中还原法包括选择性催化还原(SCR)技术和选择性非催化还原(SNCR)技术。SCR法脱硝效率高，但是前期投入及运行成本高，工艺流程较复杂，反应温度控制要求高，催化剂价格昂贵且易由于烧结、中毒、堵塞、磨损等问题失效，氨逃逸还会在一定程度上引起二次污染。SNCR法脱硝效率仅35～45％，脱硝效率不高，且反应温度高，能耗相对较高。吸收法主要针对烟气中NO₂/NO摩尔比>1的情况。由于NO不溶于水，湿法脱硫对NO没有脱除效果，但如果将NO经化学氧化或者催化氧化为NO₂后再吸收处理，就能达到良好的脱硝效果。 

燃煤烟气治理之初，SO₂、NO_x的控制一般采用通过建立不同设备的方法分别加以脱除，但是这样难免导致反应体系复杂，设备占地面积大，投资运行成本高，因此近年来，国内外对同时脱硫脱硝的研究开发工作十分活跃。如果能够实现湿法脱硫后烟气的脱硝除雾一体化，也必将拥有良好的发展前景和深远的现实意义。 

发明内容

本发明的目的是提供一种高效低阻的湿法脱硫后的脱硝除雾装置及方法，可同时实现湿法脱硫后烟气的脱硝和除雾，以解决中小型锅炉湿法脱硫后污染物的进一步脱除难题。 

为了解决上述问题，本发明提出一种湿法脱硫后的脱硝除雾装置，包括筒体，所述筒体的上、下两端分别设置有进气口和排气口；其结构由对湿法脱硫后的烟气进行脱硝作用的脱硝部分和对湿法脱硫后的烟气进行除雾作用的除雾部分组成；其所述对湿法脱硫后的烟气进行脱硝作用的脱硝部分包括喷射氧化剂的喷嘴和静电通道；所述对湿法脱硫后的烟气进行除雾作用的除雾部分包括供湿烟气自上向下进行螺旋线运动的静电通道；所述筒体内设置静电通道；所述进气口内设置喷嘴，所述进气口与筒体之间通过蜗壳式进气管相互连接，所述蜗壳式进气管贯穿筒体的侧壁后与静电通道相连通；所述排气口贯穿筒体下端面后与静电通道相连通。 

作为对本发明所述的一种湿法脱硫后的脱硝除雾装置的改进：所述静电通道由芒刺型的导流电极和筒体的圆筒状内侧壁构成的放电极板组成；所述导流电极设置在筒体内的中间位置，并接负高压的电极，所述放电极板接地。 

作为对本发明所述的一种湿法脱硫后的脱硝除雾装置的进一步改进：所述排气口通过排气管与静电通道相连通，所述排气管的入口位于导流电极的正下方。 

作为对本发明所述的一种湿法脱硫后的脱硝除雾装置的进一步改进：所述筒体下端设置为锥角α为50～60°的倒圆锥形的除雾液斗；所述排气口通过排气管贯穿除雾液斗后与静电场所在的空间相连通；所述进气口切向贯穿筒体上侧的侧壁后与静电场所在的空间相连通。 

作为对本发明所述的一种湿法脱硫后的脱硝除雾装置的进一步改进：相对应于湿烟气的进气量设置进气口的截面面积，形成15～20m/s的烟气定流速通道。 

作为对本发明所述的一种湿法脱硫后的脱硝除雾装置的进一步改进：所述导流电极与筒体内壁间距d_c为400到600mm；所述导流电极直径D_c为导流电极与筒体内壁间距d_c的2～3倍；所述筒体内壁直径D₀为导流电极直径D_c的1～2倍；所述进气口的宽度b与导流电极和筒体内壁的间距d_c相同，进气口的高度a为宽度b的2～3倍；所述排气管直径D_e为导流电极直径D_c的0.5～1倍；所述导流电极的高度h₁为高度a的5～10倍，导流电极底部距排气管入口的距离L为1～2m。 

一种湿法脱硫后的脱硝除雾方法：将脱硝和除雾相互结合。 

作为对本发明所述的一种湿法脱硫后的脱硝除雾方法的改进：所述脱硝步骤如下：湿 烟气以15～20m/s的流速通过进气口，由进气口的喷嘴喷射O₃后，湿烟气中的NO被O₃氧化生成NO₂；由NO氧化而来的NO₂与湿烟气内的液滴进行传质吸收反应；同时由于烟气旋转带来NOx与液滴之间的充分混合，以及静电作用带来的液滴反应活性的加强，促进了NOx的充分吸收；湿烟气通过喷嘴后，经蜗壳式进气管向静电通道运动，在静电通道内形成螺旋线向下的运动，湿烟气中的液滴在烟气螺旋线向下的运动过程中因旋转产生的离心力作用下，实现气液两相分离；同时，液滴在静电场作用下，向筒体的圆筒状内侧运动，并在达到筒体内侧壁后，由于重力作用向下流向除雾液斗，完成高效脱除。 

作为对本发明所述的一种湿法脱硫后的脱硝除雾方法的进一步改进：喷嘴所喷射的O₃与湿烟气中的NO_x之间的比值控制在0.5～1.5之间。 

作为对本发明所述的一种湿法脱硫后的脱硝除雾方法的进一步改进：所述湿烟气以螺旋线的形式沿着筒体的内侧壁向下运动时，通过如下两个方面进行除雾：一方面：湿烟气通过螺旋线的形式沿着筒体的内侧壁向下运动所产生的离心力，使得湿烟气内气、液两相分离；而所述湿烟气中气、液两相分离后的液滴和气溶胶通过自身的重力作用进入除雾液斗；另外一方面：通过螺旋线的形式沿着筒体的内侧壁向下运动，并进入静电场时，湿烟气中的含尘液滴被荷上负电荷，在电场力作用下向放电极板运动，被放电极板捕集后便自上而下沿着筒体的内侧壁流入除雾液斗；以上步骤中，通过除雾液斗收集的液滴和气溶胶经排水口排出。 

本发明的一种湿法脱硫后的脱硝除雾装置及方法与现有技术比较，具有如下的有益效果： 

(1)针对当前中小型锅炉湿法脱硫后污染物的进一步脱除难题，本发明可以实现湿烟气脱硝和高效除雾同时进行； 

(2)装置切向进气(利用蜗壳式进气管)，蜗壳式进气管切向进气后产生，气体产生离心力，再利用该离心作用除雾；同时筒体中间设置芒刺型导流电极，接负高压，利用湿式静电除雾；两者复合，实现气溶胶和小液滴的高效脱除； 

(3)通入臭氧，使烟气中的NO被氧化为NO₂：NO+O₃＝NO₂+O₂，由于NO₂可在湿烟气中被吸收，解决了NO不溶于水，不易被吸收去除的难题，实现NO_x的有效去除； 

(4)烟气出口设置为下排气口，气流旋转向下，直至出口，一方面可以减小气体扰动，另一方面可增加烟气在筒体中的停留时间，加强烟气与臭氧的混合，提高反应效率； 

(5)导流电极置于筒体中间，可增加烟气旋转，克服内漩涡，提高除雾效果； 

(6)荷电后的液滴反应活性增强，提高对NOx传质吸收能力，进一步提高NOx的吸收效果。 

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。 

图1是本发明装置的主要结构示意图； 

图2是本发明装置中烟气入口处喷嘴的分布示意图 

图3是图1中锥角α、导流电极7与筒体1内壁间距d_c、导流电极7直径D_c、筒体1内壁直径D₀、导流电极7的高度h₁、导流电极7底部距排气管8入口的距离L以及进气与出气的详细标注示例； 

图4是图2中的进气口(2)的宽度b、进气口(2)的高度a、以及O₃喷射的详细标注示例。 

具体实施方式

实施例1、图1给出了一种湿法脱硫后的脱硝除雾装置及方法，结合了脱硝和除雾的两种功能。 

本发明的湿法脱硫后的脱硝除雾装置及方法包括筒体1，筒体1内为圆筒状的内腔(通过圆筒状的内腔，可以使得从侧面进入筒体1内的气流形成螺旋线的运动模式)，筒体1的圆筒状的内腔内设置有静电场(即静电通道)，该静电场通过两部分组成，其中一部分为筒体1的圆筒状的内腔壁构成的放电极板6，另外一部分为导流电极7，该导流电极7为芒刺型电极，即在圆筒型导流柱上增设多排规则芒刺所构成；导流电极7置于筒体1内圆筒状内腔的中间位置，接负高压，而放电极板6(即筒体1内圆筒状内腔的内侧壁)接地；筒体1的外侧壁设置有进气口2，进气口2与筒体1之间通过切向设置的蜗壳式进气管相互连接(经过进气口2的气体通过蜗壳式进气管后，可以在筒体1内圆筒状内腔形成从上至下的螺旋线运动轨迹)；在进气口2内均匀的分布有喷嘴5；该进气口2横截面的面积尺寸设置根据湿烟气的进气量设定，由于湿烟气的进气量为固定值，通过该固定值，可以计算出设定15～20m/s的烟气定流速通道所需要的横截面值，再根据计算后的横截面值设定进气口2，就可以在进气口2内形成15～20m/s的烟气定流速通道(当废气的流速达不到15m/s这个临界值时，则在筒体1内无法形成有效的离心力，会导致除雾效果下降；如果废气的流速超过了20m/s的流速，则在废气筒体1内的运动速度过快，而停留时间过少，造成NO和O₃之间的反应效率降低，无法达到预定的效果)；以上所述的蜗壳式进气管贯穿筒体1后与筒体1内静电场所在的空间相连通；由于此处蜗壳式进气管的水平切向设置，使得进气口2与筒体1内腔形成垂直关系，而此时，当气流以一定的速度通过进气口2，该气流只要再经过蜗壳式进气管，就可以形成在圆筒状的内腔侧壁上形成螺旋线的运 动轨迹；这种螺旋线的运动轨迹在不需要增加筒体1长度的同时，极大的增加了该气流在筒体1内停留的时间，而且，会产生离心力，实现气相与液相的分离。 

导流电极7的直径D_c为导流电极7与筒体1内壁间距d_c的2～3倍(由于需要形成静电场，所以此处导流电极7与筒体1内壁间距d_c的取值为400～600mm；由于放电间隙大小直接决定放电电压的大小，而目前的高压供电电源只能达到100kV左右的电压，所以放电间隙取400～600mm)；筒体1直径D₀为导流电极7直径D_c的1～2倍；进气口2的烟气入口宽度b与导流电极7与筒体1内壁间距d_c相同，进气口2的烟气入口高度a为宽度b的2～3倍；在进气口2内，喷嘴5在进气口2的横截面内均匀的分布(如图2所示)，确保当有气体流过进气口2的时候，喷嘴5喷出的物质能均匀的融入到该气体之中；通过在筒体1的下端设置有排气口3，形成下排气形式(下排气能够解决上排气产生内漩涡，从而使烟气短路，降解脱硝和除雾效果)，排气口3通过排气管8贯穿筒体1的侧壁后与筒体1的内腔相连通；排气管直径D_e为导流电极7直径D_c的0.5～1倍，导流电极7高度h₁为烟气入口高度a的5～10倍，导流电极7底部距排气管8顶部距离L为1～2m；排水口4设置成除雾液斗形式，液斗锥角α为50～60°(液滴中含有石膏等小颗粒，为了避免颗粒的在液斗中的凝结，同时考虑到液体的流动较缓慢，将液斗锥角α为50～60°)。 

实际使用的步骤如下： 

1、将脱硫后的湿烟气接入进气口2，根据湿烟气的流速，通过限制进气口2的截面积，继而将湿烟气进入进气口2的流速控制在15～20m/s； 

2、脱硝： 

湿烟气以15～20m/s的流速通过进气口2，进气口2内的喷嘴5喷射臭氧(O₃)，根据湿烟气中的NO_x含量，将O₃/NO_x比控制为0.5～1.5； 

此时，湿烟气中的部分NO被O₃氧化生成NO₂：NO+O₃＝NO₂+O₂；此时产生的NO₂溶于湿烟气的液滴中； 

通过以上步骤的湿烟气继续以15～20m/s的流速通过蜗壳式进气管后，进入到静电通道，并使得湿烟气沿着圆筒状内腔侧壁形成螺旋线的运动轨迹； 

在静电场内，由于气流旋转向下，不仅能够增加湿烟气的停留时间，同时还能加强混合，有助于O₃与湿烟气中的NO继续发生氧化反应，由NO氧化而来的NO₂也可继续与湿烟气中的液滴进行传质吸收反应，从而实现NO_x的高效脱除。 

3、除雾：此步骤分为如下的两个方面： 

一方面，湿烟气切向进入本发明的装置，由于蜗壳式进气管，在圆筒状内腔侧壁形成 螺旋线的运动轨迹，继而运用该湿烟气沿着螺旋线高速旋转运动时产生的离心力，使得湿烟气内的气液两相得到有效分离，湿烟气中的液滴和气溶胶可在自身重力作用下进入除雾液斗； 

另一方面，湿烟气进入筒体1，当湿烟气中的含尘液滴通过静电场(即静电通道)时，便被荷上负电荷，在电场力作用下向放电极板6(即筒体1的内侧壁)运动，被放电极板6捕集后便自上而下沿着筒体1的内侧壁流入除雾液斗； 

除雾液斗中的液滴和气溶胶汇集后经排水口4排出。 

通过以上两个步骤的复合，有利于实现气溶胶和小液滴的高效脱除。此外，导流电极7置于筒体1中间，可增加气流旋转，克服内漩涡，提高除雾效果。 

4、经过脱硝除雾后的湿烟气经排气管8从排气口3排出。 

排气口3设置成下排气形式，气流旋转向下，直至出口，有利于减少内外漩涡之间的串流，流动阻力降低。 

由于NO本身不溶于水，所以传统的湿法脱硫装置基本上不具备脱硝效果，要想采用吸收法高效脱除NO_x，必须将NO氧化成NO₂等高价态氮氧化物，所以本发明采用O₃作为氧化性添加剂。另外，在液相NO氧化过程中，为了提高氧化吸收效果，必须提高反应的停留时间和接触面积，所以在本发明中，采用多点喷射法，保证O₃与烟气的充分混合，而且将排气口3设置为下排气方式，使气流旋转向下，不仅能克服上排气口设置导致的气体直接进入内漩涡，从而影响脱硝除雾效果，而且能够增加烟气停留时间，加强混合，提高脱硝效率。 

对比例1：在专利201320124471.4《一种用于脱硫塔的烟气除雾装置》中，提出了一种烟气除雾装置，但是跟本发明的装置相比，该专利的结构明显复杂，其除雾装置需要由复数组固定支片、挡片及可沿塔体活动的活动支架组成，而且该装置仅仅起到除雾作用，不能在除雾的同时实现脱硝。相对应的，在本发明中，一方面采用离心力及重力除雾，另一方面采用湿式静电除雾，两者不仅结构简单，而且经复合，有利于实现气溶胶和小液滴的高效脱除。此外，本发明在除雾的同时，在装置中喷射O₃用以氧化湿烟气中的NO，生成的NO₂易溶于水，可与液滴进行传质吸收反应，在湿烟气中被吸收脱除，真正实现了湿烟气脱硝和高效除雾同时进行，解决了当前中小型锅炉湿法脱硫后污染物的进一步脱除难题。 

对比例2：在专利201210313549.7《磁声场协同氧化-吸收法烟气脱硝装置》中，提出了一种磁声场协同氧化-吸收法烟气脱硝装置，但是跟本发明的装置相比，明显结构复杂， 且其采用的是上排气口，整体阻力较大，此外，该装置仅仅起到脱硝作用，不能在脱硝的同时实现除雾。而相对应的，在本发明中，设置下排气口，使气流旋转向下，有利于减少内外漩涡之间的串流，降低流动阻力，且有利于增加烟气停留时间，加强混合，提高脱硝效率；同时，本发明可在脱硝的同时对烟气进行除雾，实现脱硝和高效除雾一体化。 

采用此发明装置和方法对石灰石石膏法脱硫后的部分烟气进行脱硝除雾处理：烟气流量1000m³/h，处理前粉尘浓度35mg/m³，NOx浓度223mg/m³； 

处理过程中，控制O₃/NO_x为1，控制烟气流速为18m/s，处理后粉尘排放浓度为3.5mg/m³，NOx排放浓度78mg/m³，很好的解决了石灰石石膏法烟气脱硫后的石膏雨问题，同时脱硝效率达到65％。 

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种湿法脱硫后的脱硝除雾装置，包括筒体(1)，所述筒体(1)的上、下两端分别设置有进气口(2)和排气口(3)；其特征在于：其结构由对湿法脱硫后的烟气进行脱硝作用的脱硝部分和对湿法脱硫后的烟气进行除雾作用的除雾部分组成； 

其所述对湿法脱硫后的烟气进行脱硝作用的脱硝部分包括喷射氧化剂的喷嘴(5)和静电通道； 

所述对湿法脱硫后的烟气进行除雾作用的除雾部分包括供湿烟气自上向下进行螺旋线运动的静电通道； 

所述筒体(1)内设置静电通道； 

所述进气口(2)内设置喷嘴(5)，所述进气口(2)与筒体(1)之间通过蜗壳式进气管相互连接，所述蜗壳式进气管贯穿筒体(1)的侧壁后与静电通道相连通； 

所述排气口(3)贯穿筒体(1)下端面后与静电通道相连通。 

2.根据权利要求1所述的一种湿法脱硫后的脱硝除雾装置，其特征在于：所述静电通道由芒刺型的导流电极(7)和筒体(1)的圆筒状内侧壁构成的放电极板(6)组成； 

所述导流电极(7)设置在筒体(1)内的中间位置，并接负高压的电极，所述放电极板(6)接地。 

3.根据权利要求2所述的一种湿法脱硫后的脱硝除雾装置，其特征在于：所述排气口(3)通过排气管(8)与静电通道相连通，所述排气管(8)的入口位于导流电极(7)的正下方。 

4.根据权利要求3所述的一种湿法脱硫后的脱硝除雾装置，其特征在于：所述筒体(1)下端设置为锥角α为50～60°的倒圆锥形的除雾液斗； 

所述排气口(3)通过排气管(8)贯穿除雾液斗后与静电场所在的空间相连通； 

所述蜗壳式进气管的气口切向贯穿筒体(1)上侧的侧壁后与静电通道相连通。 

5.根据权利要求4所述的一种湿法脱硫后的脱硝除雾装置，其特征在于：相对应于湿烟气的进气量设置进气口(2)的截面面积，形成15～20m/s的烟气定流速通道。 

6.根据权利要求4、5所述的一种湿法脱硫后的脱硝除雾装置，其特征在于：所述导流电极(7)与筒体(1)内壁间距d_c为400到600mm； 

所述导流电极(7)直径D_c为导流电极(7)与筒体(1)内壁间距d_c的2～3倍； 

所述筒体(1)内壁直径D₀为导流电极直径D_c的1～2倍； 

所述进气口(2)的宽度b与导流电极(7)和筒体(1)内壁的间距d_c相同，进气口(2) 的高度a为宽度b的2～3倍； 

所述排气管(8)直径D_e为导流电极(7)直径D_c的0.5～1倍； 

所述导流电极(7)的高度h₁为高度a的5～10倍，导流电极(7)底部距排气管(8)入口的距离L为1～2m。 

7.一种湿法脱硫后的脱硝除雾方法，其特征在于：将脱硝和除雾相互结合。 

8.根据权利要求7所述的一种湿法脱硫后的脱硝除雾方法，其特征在于：所述脱硝步骤如下： 

湿烟气以15～20m/s的流速通过进气口(2)，由进气口(2)的喷嘴(5)喷射O₃后，湿烟气中的NO被O₃氧化生成NO₂；由NO氧化而来的NO₂与湿烟气内的液滴进行传质吸收反应；同时由于烟气旋转带来NOx与液滴之间的充分混合，以及静电作用带来的液滴反应活性的加强，促进了NOx的充分吸收； 

湿烟气通过喷嘴(5)后，经蜗壳式进气管向静电通道运动，在静电通道内形成螺旋线向下的运动，湿烟气中的液滴在烟气螺旋线向下的运动过程中因旋转产生的离心力作用下，实现气液两相分离； 

同时，液滴在静电场作用下，向筒体(1)的圆筒状内侧运动，并在达到筒体(1)内侧壁后，由于重力作用向下流向除雾液斗，完成高效脱除。 

9.根据权利要求8所述的一种湿法脱硫后的脱硝除雾方法，其特征在于：喷嘴(5)所喷射的O₃与湿烟气中的NO_x之间的比值控制在0.5～1.5之间。 

10.根据权利要求9所述的一种湿法脱硫后的脱硝除雾方法，其特征在于：所述湿烟气以螺旋线的形式沿着筒体(1)的内侧壁向下运动时，通过如下两个方面进行除雾： 

一方面：湿烟气通过螺旋线的形式沿着筒体(1)的内侧壁向下运动所产生的离心力，使得湿烟气内气、液两相分离；而所述湿烟气中气、液两相分离后的液滴和气溶胶通过自身的重力作用进入除雾液斗； 

另外一方面：通过螺旋线的形式沿着筒体(1)的内侧壁向下运动，并进入静电场时，湿烟气中的含尘液滴被荷上负电荷，在电场力作用下向放电极板(6)运动，被放电极板(6)捕集后便自上而下沿着筒体(1)的内侧壁流入除雾液斗； 

以上步骤中，通过除雾液斗收集的液滴和气溶胶经排水口(4)排出。