CN104667715A - 烟气脱硫脱硝除尘一体化装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种烟气脱硫脱硝除尘一体化装置及工艺，此装置包括氨储罐、流化床膜反应器、脱硫剂储罐、脱硫反应器，其特征是将脱硫脱硝除尘一体化，降低运行成本、减小设备占地面积。烟气脱硫脱硝除尘过程如下：原烟气在进入流化床膜反应器前由氨储罐注入氨气，含有氨气的烟气由底部进入流化床膜反应器的气体分布器与催化剂接触，烟气中的NOx与NH3发生氧化还原反应；脱硝后的气体进入流化床上部膜分离器，气体中携带的粉尘及催化剂被膜分离器截留；气体由脱硫剂储罐喷射脱硫剂进行脱硫。
Description
技术领域
本发明涉及烟气净化领域，具体涉及一种烟气脱硫脱硝除尘一体化装置及工艺。
背景技术
燃煤烟气中的SO2 、NOX 及粉尘所引起的酸雨和光化学烟雾等环境污染己成为影响人类生存环境的严重问题，随着近年来环保要求的提高，同时控制SO2 、NOX 和粉尘排放的要求更加紧迫。相对于单独应用传统的脱硫、脱硝、除尘技术，联合脱硫脱硝除尘技术在经济性、资源利用效率方面具有优势，我国燃煤污染日趋严重，大力发展低费用、高效率的燃煤污染防治技术是当务之急，因此具有费用低、结构紧凑等优点的联合脱硫脱硝除尘技术受到越来越多的重视。
选择性催化还原脱硝（SCR）技术近几年来发展较快，在西欧和日本得到了广泛的应用，目前氨催化还原法是应用得最多的技术。它具有没有副产物，不形成二次污染，装置结构简单，并且脱除效率高（可达90%以上），运行可靠，便于维护等优点。目前SCR脱硝催化剂的形式主要为波纹板式、蜂窝式及板式等，存在活性表面小、易损失等问题。
目前的一些除尘装置，如湿式除尘、静电除尘、袋式除尘等，都或多或少存在一些缺点。湿式除尘从除尘器中排出的泥浆要进行处理，否则会造成二次污染；不适用于憎水性和水硬性粉尘，在寒冷地区要防止冬季结冰。静电除尘设备复杂，维护管理费用高；对粉尘比电阻有一定的要求，不能使所有粉尘都获得较高的净化效率。袋式除尘布袋易磨损、寿命短，需频繁更换滤袋，且不耐高温。
目前工业烟气脱硫脱硝除尘多为分步进行，存在工艺流程复杂、设备占地面积大及维护成本高等问题。
专利CN1712108A 公开的一种烟气脱硫脱硝工艺缺点是严格分为上下两段，中间连接处较狭窄，不易控制洁性焦下移速度，再生气体中CO含量少，难以分离，而且在烟气温度120～180℃之间，采用CO作为还原剂NOX脱除效率较低，脱硝效果不如全部采用NH3作为还原剂时的脱除效率。同等条件下，采用CO作为还原剂比NH3 时脱硝效率低10%～30% 。
专利CN1911491A 公开了脱硫脱硝方法，该方法在一个反应器内进行，上部脱硝，下部脱硫。该发明的缺点在于一个反应器内烟气流向不容易控制，脱硫后的部分烟气容易贴着反应器壁直接从脱硝出口进入烟囱排出，这部分烟气由于没有与NH3混合均匀，导致脱硝效率低；喷NH3口分为上下两个，在排烟作用下， NH3 不能均匀分布在上部脱硝洁性焦床层，导致烟气中NO 脱除率低。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种烟气脱硫脱硝除尘一体化装置及工艺，该装置和工艺运行成本低、占地面积小、可以同时脱硫脱硝除尘。
本发明的技术方案如下：
一种烟气脱硫脱硝除尘一体化装置，包括氨储罐（Ⅰ）、流化床膜反应器（Ⅱ）、脱硫剂储罐（Ⅲ）、脱硫反应器（Ⅳ）；
所述流化床膜反应器（Ⅱ）包括流化床壳体（5）、气体分布器（3）、膜分离器（7），流化床壳体（5）下部为倒锥形，底部设有气体进口（2），气体分布器（3）内置于流化床壳体（5）倒锥形下部的上方，装填脱硝催化剂（4）；膜分离器（7）内置于流化床壳体（5）上部，由花板（11）和若干无机膜管（6）构成，花板（11）与流化床壳体（5）各侧壁密封连接，无机膜管（6）一端密封，另一端开口，开口的一端自下而上插入花板（11）至开口露出；花板（11）与流化床壳体（5）顶部之间为集气室（12），集气室（12）设有气体出口（10）和反吹气体入口（9）；
所述氨储罐（Ⅰ）通过管道和流化床膜反应器（Ⅱ）底部的气体进口（2）连接，流化床膜反应器（Ⅱ）集气室的气体出口（10）和脱硫反应器（Ⅳ）的气体入口连接，脱硫剂储罐（Ⅲ）和脱硫反应器（Ⅳ）的脱硫剂入口连接。
所述无机膜管（6）的数量根据烟气处理量进行调整，无机膜管（6）的外径为3～100mm，平均孔径为2～20μm。
所述无机膜管（6）的材料为陶瓷、金属或陶瓷-金属复合材料；所述陶瓷材料包括氧化铝、氧化锆或碳化硅，金属材料包括不锈钢或铁铬合金。
所述氨储罐（Ⅰ）出口设置电磁阀一（1），所述脱硫剂储罐Ⅲ出口设置电磁阀二（13）。
利用上述烟气脱硫脱硝除尘一体化装置进行烟气脱硫脱硝除尘的工艺，包括如下步骤：
步骤一、氨储罐（Ⅰ）向原烟气（A）中注入氨气（B），含有氨气的烟气（C）通过管道由流化床膜反应器（Ⅱ）底部的气体进口（2）进入流化床膜反应器（Ⅱ）与脱硝催化剂（4）接触，烟气中的NOx 与NH3发生氧化还原反应；
步骤二、 脱硝后的气体进入流化床膜反应器（Ⅱ）上部，气体中携带的粉尘及催化剂被膜分离器（7）截留，脱硝除尘后的气体（E）进入集气室（12），经汇集后，脱硝除尘后的气体（E）经集气室（12）的气体出口（10）进入脱硫反应器（Ⅳ），反吹气体入口（9）处于关闭状态；
步骤三、脱硫剂储罐（Ⅲ）向脱硫反应器（Ⅳ）中喷射脱硫剂（F）对脱硝除尘后的气体（E）进行脱硫，脱硫脱硝除尘后的气体（G）排入大气。
步骤一所述脱硝催化剂（4）为颗粒状，粒径为20～200μm，种类为钛系、铬系或钒系，在流化床膜反应器Ⅱ中处于流化状态。
步骤三所述脱硫剂（F）为石灰石-石膏、碳酸钠、碳酸氢钠、磷铵或氧化镁，脱硫方法为湿法脱硫。
当膜分离器（7）跨膜压差增加至初始压差的1.5倍时，自动采用反吹气体（D）进入集气室（12）对膜分离器（7）进行间歇反吹清洗，使附着在膜面上的滤饼脱落；所述反吹气体（D）为压缩空气，反吹压力为0.1～0.5MPa，反吹脉冲宽度为0.1～0.5s。
本发明的有益效果：本发明脱硫脱硝除尘一体化装置将目前SCR技术所用的催化剂由负载型改成悬浮型，增加催化剂表面积，减少活性表面损失；分离膜既可以截留烟气中的粉尘，也可以回收催化剂；将脱硫脱硝除尘集合，增加资源利用率；该装置和工艺运行成本低、占地面积小、可以同时脱硫脱硝除尘。
附图说明
图1为本发明烟气脱硫脱硝除尘一体化装置示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。
一种烟气脱硫脱硝除尘一体化装置，如图1所示，包括氨储罐Ⅰ、流化床膜反应器Ⅱ、脱硫剂储罐Ⅲ、脱硫反应器Ⅳ；
所述流化床膜反应器Ⅱ包括流化床壳体5、气体分布器3、膜分离器7，流化床壳体5下部为倒锥形，底部设有气体进口2，气体分布器3内置于流化床壳体5倒锥形下部的上方，装填脱硝催化剂4；膜分离器7内置于流化床壳体5上部，由花板11和若干无机膜管6构成，花板11与流化床壳体5各侧壁密封连接，无机膜管6一端密封，另一端开口，开口的一端自下而上插入花板11至开口露出；花板11与流化床壳体5顶部之间为集气室12，集气室12设有气体出口10和反吹气体入口9；
所述氨储罐Ⅰ开口设置电磁阀一1，通过管道和流化床膜反应器Ⅱ底部的气体进口2连接，流化床膜反应器Ⅱ集气室的气体出口10和脱硫反应器Ⅳ的气体入口连接，脱硫剂储罐Ⅲ开口设置电磁阀二13和脱硫反应器Ⅳ的脱硫剂入口连接。
所述无机膜管6既可以截留烟气中的粉尘，也可以回收催化剂，其数量根据烟气处理量进行调整。无机膜管6的外径为3～100mm，平均孔径为2～20μm。无机膜管6的材料为陶瓷、金属或陶瓷-金属复合材料；所述陶瓷材料包括氧化铝、氧化锆或碳化硅，金属材料包括不锈钢或铁铬合金。
利用上述烟气脱硫脱硝除尘一体化装置进行烟气脱硫脱硝除尘的工艺，包括如下步骤：
步骤一、氨储罐Ⅰ向原烟气A中注入氨气B，含有氨气的烟气C通过管道由流化床膜反应器Ⅱ底部的气体进口2进入流化床膜反应器Ⅱ与脱硝催化剂4接触，烟气中的NOx 与NH3发生氧化还原反应；其中，所述脱硝催化剂4为颗粒状，粒径为20～200μm，种类为钛系、铬系或钒系，在流化床膜反应器Ⅱ中处于流化状态，增加催化剂表面积，减少活性表面损失。
步骤二、 脱硝后的气体进入流化床膜反应器Ⅱ上部，气体中携带的粉尘及催化剂被膜分离器7截留，脱硝除尘后的气体E进入集气室12，经汇集后，脱硝除尘后的气体E经集气室12的气体出口10进入脱硫反应器Ⅳ，反吹气体入口9处于关闭状态。
步骤三、脱硫剂储罐Ⅲ向脱硫反应器Ⅳ中喷射脱硫剂F对脱硝除尘后的气体E进行湿法脱硫，脱硫脱硝除尘后的气体G排入大气；其中，所述脱硫剂F为石灰石-石膏、碳酸钠、碳酸氢钠、磷铵或氧化镁。
当膜分离器7跨膜压差增加至初始压差的1.5倍时，自动采用反吹气体D进入集气室12对膜分离器7进行间歇反吹清洗，使附着在膜面上的滤饼脱落；所述反吹气体D为压缩空气，流量由电磁阀三8控制，反吹压力为0.1～0.5MPa，反吹脉冲宽度为0.1～0.5s。
实施例1
本实施例脱硝催化剂为TiO2，平均粒径20μm，无机膜管的材料为氧化铝，平均孔径2μm，膜管外径3mm，脱硫剂为石灰石-石膏。
跨膜压差增至1.5KPa时进行脉冲产吹，反吹时间0.1s，反吹压力0.1MPa。
本实施例NOX脱除效率95%，SO2脱除效率90%，氧化铝无机膜管对粉尘的去除效率可达100%。
实施例2
本实施例脱硝催化剂为CrOx，平均粒径200μm，无机膜管的材料为碳化硅，平均孔径20μm，膜管外径100mm，脱硫剂为碳酸钠。
跨膜压差增至1.5KPa时进行脉冲产吹，反吹时间0.3s，反吹压力0.3MPa。
本实施例NOX脱除效率94%，SO2脱出效率93%，碳化硅无机膜管对粉尘的去除效率可达100%。
实施例3
本实施例脱硝催化剂为CrOx，平均粒径200μm，无机膜管的材料为氧化锆，平均孔径20μm，膜管外径100mm，脱硫剂为氧化镁。
跨膜压差增至1.5KPa时进行脉冲产吹，反吹时间0.5s，反吹压力0.5MPa。
本实施例NOX脱除效率95%，SO2脱出效率94%，氧化锆无机膜管对粉尘的去除效率可达100%。
实施例4
本实施例脱硝催化剂为V2O5，平均粒径100μm，无机膜材料为不锈钢金属，平均孔径10μm，膜管外径50mm，脱硫剂为磷铵。
跨膜压差增至1.5KPa时进行脉冲产吹，反吹时间0.1s，反吹压力0.1MPa。
本实施例NOX脱除效率96%，SO2脱出效率95%，不锈钢金属无机膜管对粉尘的去除效率可达100%。
实施例5
本实施例脱硝催化剂为V2O5，平均粒径100μm，无机膜材料为铁铬合金，平均孔径15μm，膜管外径50mm，脱硫剂为碳酸氢钠。
跨膜压差增至1.5KPa时进行脉冲产吹，反吹时间0.1s，反吹压力0.1MPa。
本实施例NOX脱除效率95%，SO2脱出效率96%，铁铬合金无机膜管对粉尘的去除效率可达100%。
Claims (8)
1.一种烟气脱硫脱硝除尘一体化装置，其特征在于，包括氨储罐（Ⅰ）、流化床膜反应器（Ⅱ）、脱硫剂储罐（Ⅲ）、脱硫反应器（Ⅳ）；
所述流化床膜反应器（Ⅱ）包括流化床壳体（5）、气体分布器（3）、膜分离器（7），流化床壳体（5）下部为倒锥形，底部设有气体进口（2），气体分布器（3）内置于流化床壳体（5）倒锥形下部的上方，装填脱硝催化剂（4）；膜分离器（7）内置于流化床壳体（5）上部，由花板（11）和若干无机膜管（6）构成，花板（11）与流化床壳体（5）各侧壁密封连接，无机膜管（6）一端密封，另一端开口，开口的一端自下而上插入花板（11）至开口露出；花板（11）与流化床壳体（5）顶部之间为集气室（12），集气室（12）设有气体出口（10）和反吹气体入口（9）；
所述氨储罐（Ⅰ）通过管道和流化床膜反应器（Ⅱ）底部的气体进口（2）连接，流化床膜反应器（Ⅱ）集气室的气体出口（10）和脱硫反应器（Ⅳ）的气体入口连接，脱硫剂储罐（Ⅲ）和脱硫反应器（Ⅳ）的脱硫剂入口连接。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硫脱硝除尘一体化装置，其特征在于，所述无机膜管（6）的数量根据烟气处理量进行调整，无机膜管（6）的外径为3～100mm，平均孔径为2～20μm。
3.根据权利要求1所述的烟气脱硫脱硝除尘一体化装置，其特征在于，所述无机膜管（6）的材料为陶瓷、金属或陶瓷-金属复合材料；所述陶瓷材料包括氧化铝、氧化锆或碳化硅，金属材料包括不锈钢或铁铬合金。
4.根据权利要求1所述的烟气脱硫脱硝除尘一体化装置，其特征在于，所述氨储罐（Ⅰ）出口设置电磁阀一（1），所述脱硫剂储罐（Ⅲ）出口设置电磁阀二（13）。
5.利用权利要求1-4任一权利要求所述的烟气脱硫脱硝除尘一体化装置进行烟气脱硫脱硝除尘的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、氨储罐（Ⅰ）向原烟气（A）中注入氨气（B），含有氨气的烟气（C）通过管道由流化床膜反应器（Ⅱ）底部的气体进口（2）进入流化床膜反应器（Ⅱ）与脱硝催化剂（4）接触，烟气中的NOx 与NH3发生氧化还原反应；
步骤二、 脱硝后的气体进入流化床膜反应器（Ⅱ）上部，气体中携带的粉尘及催化剂被膜分离器（7）截留，脱硝除尘后的气体（E）进入集气室（12），经汇集后，脱硝除尘后的气体（E）经集气室（12）的气体出口（10）进入脱硫反应器（Ⅳ），反吹气体入口（9）处于关闭状态；
步骤三、脱硫剂储罐（Ⅲ）向脱硫反应器（Ⅳ）中喷射脱硫剂（F）对脱硝除尘后的气体（E）进行脱硫，脱硫脱硝除尘后的气体（G）排入大气。
6.根据权利要求5所述的烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺，其特征在于，步骤一所述脱硝催化剂（4）为颗粒状，粒径为20～200μm，种类为钛系、铬系或钒系，在流化床膜反应器（Ⅱ）中处于流化状态。
7.根据权利要求5所述的烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺，其特征在于，步骤三所述脱硫剂（F）为石灰石-石膏、碳酸钠、碳酸氢钠、磷铵或氧化镁，脱硫方法为湿法脱硫。
8.根据权利要求5所述的烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺，其特征在于，当膜分离器（7）跨膜压差增加至初始压差的1.5倍时，自动采用反吹气体（D）进入集气室（12）对膜分离器（7）进行间歇反吹清洗，使附着在膜面上的滤饼脱落；所述反吹气体（D）为压缩空气，反吹压力为0.1～0.5MPa，反吹脉冲宽度为0.1～0.5s。
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