CN104759191A - 一种用煤气、天然气净化工业窑炉、锅炉烟气的工作系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用煤气、天然气净化工业窑炉、锅炉烟气的系统，由以下关键的系统组成：煤气(天然气)小型净化器、带环型喷射气体和收敛-均流-扩张形成高效的混流装置，带有对NO_X选择性改造的低温LSCR催化剂及带喷淋的鼓泡吸收塔组成的一体化反应-吸收装置等组成，可以达到对烟气中NO_X的有效去除。有益的效果为可广泛使用在锅炉、窑炉烟气的高效净化。

Description

一种用煤气、天然气净化工业窑炉、锅炉烟气的工作系统

技术领域

本发明涉及环保领域，具体涉及烟气的净化技术。

背景技术

自从2012年以来，由于空气环境的日益恶化，中国开始了对大气污染的从严治理，要求对工业窑炉、锅炉烟气以NO_X排放控制为代表的技术方法有新的要求，目前常规使用的SNCR和NH₃-SCR法由于存在着种种缺陷，而迫切需要采用新的升级替代手段。

NH₃-SCR法的主要缺陷：

技术方面的缺陷：

脱硝催化剂是SCR法烟气脱硝的核心技术，一般占总装置投资成本的30％～50％，评价催化剂的反应性能的指标：活性、选择性、稳定性(包括化学稳定性、耐热稳定性、抗毒稳定性和机械稳定性)，目前的SCR催化剂主要成分为锐钛型TiO₂为主要载体，催化剂为V₂O₅-WO₃-MoO₃等金属氧化物和根据烟气条件配套的微量组分，为保证效率和控制溢氨，反应温度为300～400℃，因此通常把反应器布置在省煤器和空预器之间，该区域为高灰高温，带来一系列的技术问题：

(1)催化剂的磨损：有烟灰中颗粒物随烟气的撞击产生，在目前SCR法环境下，颗粒物浓度一般在10000～30000mg／m³；

(2)采用NH₃作为还原剂，而与NO_X还原反应产物有水生成，加上烟气中因煤本身含湿，易于生成粘性较强的亚硫铵等和飞灰一块来吸附催化剂表面，导致催化剂的钝化和堵塞；

(3)砷中毒：烟气中的氧化砷扩散进入催化剂，并在这个温度使-活性与非活性的区域(370℃左右)固化；

(4)碱金属中毒：即碱金属和催化剂表面的活性位接触，致使失活，由于煤种差异(As，Ca，Na，K，Mg，S，Cl等元素含量不同)因而要针对性设计催化剂的组分和结构。

这些原因导致催化剂的寿命短，仅2～3年，因而需要专门在高温高灰条件下的吹灰系统与之配合，同时对NH₃与烟气的混合也需要专门的精确控制及混流装置。

环保与氨逸问题

(1)由于SCR专用催化剂中常含有V₂O₅，MoO₅等微毒物质，同时长期使用中可能在催化剂中聚集重金属以及砷等元素，为避免对土壤和水体的影响，失效的催化剂主要作为危险固体废弃物专门处理，一般为压碎后填埋并有严格的填埋要求。

(2)还原剂采用液氨，储存，使用均有严格的要求，吉林德惠的氨爆炸事件使液氨的使用过程中存在安全隐患，同时若采用尿素做还原剂需增加投资。

(3)采用氨作还原剂存在着形式HCN剧毒物的可能性。

投资运行的经济问题

一般大型电厂>30万kw机组的SCR脱硝装置前几年的平均装置约为238元／kw左右，近年来由于催化剂的国产化，均降低至145元／kw的水平。

催化剂的价格目前约在2.5万元／m³～3.5万元／m³水平，30万kw机组的SCR系统投资约为：4350万元，催化剂约为400m³，约1000～1400万元／套，寿命为3年，年折旧为333～467万元／年，运行费用按75元／kw，(据脱硝补贴电价0.008元／kwh计算)约为2250万元／年，平均锅炉蒸汽吨位大约为：投资4.15万元／ty，其中催化剂为1～1.4万元／ty，催化剂年折旧：0.33～0.467万元／ty，运行费用约为2～2.14万元／ty。

因此，我们采用低温选择性还原催化剂，用焦炉煤气、天然气作还原剂替代原有的氨或尿素，在110-150℃低温段工作，取得良好的效果，脱除NOX率为85-95％。可泛用于玻璃窑、水泥窑、锅炉、化工、钢铁烧结、焦化厂等领域。

发明内容

基本的原理为：煤气、天然气中含有大量的氢气、甲烷及一氧化碳等还原性气体，在高温下工作会还原催化剂中含有的金属氧化物催化剂，而在低温下，即<200℃条件，在催化剂作用下对烟气中的NO_X有良好的还原作用。

主要还原反应为：

由于煤气、天然气容易获取，即使没有来源也可以通过煤气发生器进行制取，大幅降低运行费用和NH₃的消耗。鉴于H₂、CH₄还原性高于NH₃，反应温度应控制在合适的范围内，该项技术的应用难点有：

1)焦炉煤气、天然气等中间含有相当的煤焦油和H2S，H2S的存在和烟气中的SO₂一起会在催化剂表面形成克劳斯反应，生成单质硫，粘附催化剂表面导致失效煤焦油也会在催化剂表面吸附，导致催化效率下降，因此需要进行预净化，其净化的装置如图所示，经过一个带喷淋的小型鼓泡吸收塔21，通过鼓泡管22经水浴23净化，由于硫化氢能溶于水，0℃时1mol水能溶解2.6mol的H₂S，同时H2S中S为-2价，具有较强的还原性，很容易被SO₂、NO_X氧化，因而可以把吸收H2S的废水引入脱硫吸收塔中利用，而比水轻的煤焦油上浮，可用上浮物的排出管25引入，在小型斜板沉降池24中，用粉煤灰吸附处理，所滤的水可回用吸收塔5中，吸附后的粉煤灰可用于锅炉内燃烧去除。

2)由于焦炉煤气中有氢气和CH₄及其它烷烃物，其活性不一样，在低温催化剂中需要针对性地增强对NO_X的选择性，一般情况下，用我们所开发的HC-LSCR／O催化剂，在H₂条件下和NO_X的选择性为4∶1，大大超过理论计算的浓度，即H₂、CH₄等易在催化剂表面氧化，特别在类似玻璃窑、钢铁烧结机烟气条件下，O₂含量大于10％时，所付代价较大，因而要引入微量的In、Ga、Ce等进行改造和配伍使用。

应用该原理形成的技术方案为：

安装在除尘器，烟气通过一个用环型喷射煤气或天然气的装置在一个收缩-膨胀装置中形成充分混合，混合气体经过低温催化剂形成还原反应，并经换热后喷淋增湿，由鼓泡塔水浴吸收并得到净化，最后除湿后排入大气。

附图说明

图为本发明的结构示意图

1-除尘器，2-引风机，3-气体混合器，4-混合格栅，5-进口烟道，6-燃气喷射环，7-低温催化剂，8-均流器，9-烟气换热器，10-喷淋管，11-鼓泡管，12-冲激管，13-蒸发结晶器，14-除雾引风机，15-烟道出口，16-烟囱，17-干燥器，18-水力旋流器，19-溶液箱，20-吸收液，21-煤气(天然气)净化器，21-锁闭器，22-除雾器，23-鼓泡管，24-吸收液(水)，25-小型斜板沉淀器，26-煤焦油去除管27-煤气净化器

具体实施方式

烟气经除尘器1、引风机2后在气体混合器3中和经燃气喷射环6喷射的焦炉煤气或天然气混合，经混流格栅4混合均匀后进入催化-吸收一体化塔5中经均流器8均流后流经低温催化剂7进行反应脱除NO_X和CO、H₂、CH₄类经烟气换热器9换热降温到60-70℃，经喷淋器10喷淋增湿降温可脱除部分SO₂和部分未反应的NO_X，经鼓泡管11流入吸收塔底舱和吸收液反应脱除SO₂，部分NO_X和PM(颗粒物)，经锁闭器21进一步脱除NH₃或SO₂，经除雾器22后，由旋转除雾引风机14离心脱湿并加速沿出口烟道15进入烟囱16后排入大气，如果采用氨吸收剂则副产物处理为：饱和吸收液20经蒸发结晶器13蒸发其中部分水分后，由水力旋流器18离心甩出部分水从而结晶，结晶物干燥器17干燥后，生成硫(硝)铵化肥结晶，水力旋流出的水分流入溶液箱19中回用。

Claims (5)

1.一种用煤气、天然气净化工业窑炉、锅炉烟气的工程系统，用甲烷、氢气及其它烷烃在有氧条件下选择性催化还原烟气中的NO_X，需要用去除H₂S、煤焦油等物质后的煤气(天然气)经环型喷射后与烟气高效混合，在低温110-150℃条件下经低温催化反应后，由喷淋、鼓泡的组合方式和吸收液反应净化。

2.根据1中所述的特征一为：所使用的煤气、天然气用小型带喷淋的鼓泡塔进行水净化，所吸附的H₂S的水溶液可以在脱硫吸收塔内由烟气中的SO₂、NO_X进一步氧化脱除H₂S。可以用含Fe³⁺的络合物液相催化剂在塔内对H₂S进行氧化生成单质硫经旋流分离器脱除液相催化剂后经过分离、干燥、熔融生成单质硫。

3.根据1中所述的特征二为：所用净化后的煤气、天然气用环型喷射装置和收敛-均流-扩张的高效混合装置所组合，该装置的特征为混合后的烟气经收敛压缩后在中间均流，并经扩张所膨胀形成较好混流效果。

4.根据1中所述特征三为在HC-LSCR／O所用催化剂中引入Ga、In、Ce元素的组合成分改善催化剂对N₂的选择性，减少H₂、CH₄等的催化氧化程度，节约成本。

5.根据1中所述特征四为：采用偏置式催化反应-喷淋-鼓泡-集烟处理的复合式一体化装置，可以实现脱硫率≥98％，二次除尘率>80％，NO_X脱除率≥90％的烟气综合脱除净化效果。