CN104772018A - 一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及火电厂尾气处理方法。一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，它包括：用来降低烟气温度的一次换热器；低低温静电高效除尘器，它连接在一次换热器之后；氧化反应器，它位于低低温静电高效除尘器之后，且连接有臭氧发生器和/或等离子发生器；合成反应器，它连接在氧化反应器之后并连接有喷氨系统及铵盐排出口；湿式静电深度除尘器，它连接在氧化反应器之后；用来提高脱硫脱硝后的烟气温度的二次换热器，它一端连接湿式静电深度除尘器之后，另一端连接烟囱。一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统的脱硫脱硝方法，它包括：一次换热；一次除尘；氧化阶段；合成铵盐；二次除尘；二次换热；烟气经过管式换热器进行第二次换热，温度升高，排入烟囱。

Description

一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统及方法

技术领域

本发明涉及火电厂尾气处理方法，尤其涉及一种火电厂烟气的脱硫脱硝。

背景技术

SO₂、NO_X是大气污染和酸雨的主要来源，而酸雨造成了巨大的经济损失，已成为制约我国经济社会可持续发展的主要因素。火电厂是我国SO₂、NOx排放大户，根据国家相关方针政策，在“十二五”期间及可以预见的未来，除关停小型火电厂外，电力行业的减排重点为加强脱硝脱硝新技术的投入研发，设施的升级改造与运行管理。

目前主要的脱硫技术有煤燃烧前脱硫，湿法、干法、半干法脱硫，海水烟气脱硫，电子束烟气脱硫工艺，较为成熟的技术是石灰石-石膏湿法烟气脱硫(FGD)，脱除效率可达95％以上。对NOx的控制分为两类，一类是控制燃煤过程中NOx的生成，主要有低氧燃烧法、两段燃烧法和烟气再循环法等。另一类是通过物理化学方法进行脱除，主要有催化、吸收、吸附、放电等。其中广泛应用的是选择性催化还原法(SCR)，脱除效率达90％以上。其他的脱硫脱硝技术还包括等离子体法、催化法、吸附法等，但只有少数进入生产应用。

目前国内外广泛使用的是石灰石-石膏湿式烟气脱硫和NH₃选择催化还原技术脱硝的组合。该技术的脱硫脱硝效率虽然高，但是投资和运行成本昂贵。

现有脱硫脱硝技术普遍存在设备复杂，占地面积大，投资和运行成本高等问题。例如目前较为成熟的是石灰石-石膏湿式烟气脱硫(FGD)和NH₃选择催化还原技术(SCR)脱硝，但是石灰石/石膏法的缺点也是比较明显的：初期投资费用太高、运行费用高、占地面积大、系统管理操作复杂、磨损腐蚀现象较为严重、副产物-石膏很难处理(由于销路问题只能堆放)、废水较难处理；当锅炉负荷出现大幅变化时，特别在低负荷运转时选择性催化还原法(SCR)是不能正常工作的，无法保证脱销的效率、控制NO_X的排放指标，反应器的占地面积大，锅炉改造成本高，设备投资大，改造甚至影响锅炉的运行效率，其触媒使用量大，约占设备总投资的50％；烟气成分复杂，某些污染物可使催化剂中毒，触媒易受损害，寿命短。高分散度的粉尘微粒可覆盖催化剂的表面，使其活性下降。催化剂寿命短，更换周期频繁，增大运行成本。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统及方法。本发明降低设备投资和运行成本低，简化工艺，消除二次污染，增加企业效益的同时为环保事业做出贡献。

本发明一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，它包括：

用来降低烟气温度的一次换热器；

低低温静电高效除尘器，它连接在一次换热器之后以对烟气进行初步除尘；

氧化反应器，它位于低低温静电高效除尘器之后，且连接有臭氧发生器和/或等离子发生器；

合成反应器，它连接在氧化反应器之后并连接有喷氨系统及铵盐排出口；

湿式静电深度除尘器，它连接在氧化反应器之后；

用来提高脱硫脱硝后的烟气温度的二次换热器，它一端连接湿式静电深度除尘器之后，另一端连接烟囱。

所述的一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，所述一次换热器和二次换热器的传热介质流向和烟气流向相反，且二次换热器的传热介质的出口连接到一次换热器的传热介质进口。

所述的一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，所述氧化反应器分旋流混合区、扩散混合区、主反应区和增压区，旋流混合区带有切向的烟气进入口和轴向的臭氧旋转喷射机构，主反应区内设有均流板。

所述的一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，所述氧化反应器带有烟气回流旁路和吹扫旁路。

所述的一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，所述合成反应器下部为烟气进口，顶部为烟气出口，氨水洗涤液进口设在合成反应器上部，铵盐排出口设在合成反应器下部，合成反应器还带有氨水洗涤液的回收循环管路。

所述的一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，氧化反应器进出口位置安装CEMS烟气监测系统，实时在线监测NO_X和SO₂浓度，监测数据反馈给臭氧发生器，臭氧发生器带有可根据监测数据实时调节O₃供给量的自动控制系统。

所述的一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，合成反应器进出口位置安装CEMS烟气监测系统，实时在线监测NO_X、SO₂、NH₃浓度，喷氨系统带有可根据监测数据实时调节喷氨量的自动控制系统。

所述的一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统的脱硫脱硝方法，它包括：

一次换热：烟气经过管式换热器进行第一次换热，温度降低；

一次除尘：烟气经过低低温静电高效器，进行第一次除尘净化；

氧化阶段：烟气与O₃在氧化反应器中混合，发生氧化还原反应，O₃由臭氧发生器和/或等离子发生器提供，在氧化发生器中，NO被氧化成NO₂，部分SO₂被氧化成SO₃，Hg被氧化成Hg²⁺；

合成铵盐：在合成反应器中，烟气组分中的NO₂、SO₂、SO₃与氨水发生反应，生成NH₄NO₃和(NH₄)₂SO₄，设置喷淋吸收装置，采用氨水喷淋方式，生成的铵盐随洗涤液排出，回收利用；

二次除尘：烟气经过湿式静电深度除尘器，进行第二次除尘净化，可进一步脱除烟气中可能残余的SO₂、SO₃、NO₂及可能存在的NH₃；

二次换热：烟气经过管式换热器进行第二次换热，温度升高，排入烟囱，可防止低温腐蚀。

本发明的工艺原理是：利用O₃的强氧化性，在氧化发生器中将烟气中的NO_X氧化成高价态的NO₂，SO₂氧化成SO₃(此反应进行程度很小)，Hg被氧化成Hg²⁺，然后通过喷淋装置向合成反应器内喷入氨水，烟气组分NO₂、SO₂、SO₃与氨水反应，最终转化成NH₄NO₃和(NH₄)₂SO₄；Hg²⁺溶于水，随吸收液排出。相比传统的分别脱硫脱硝技术，氨法一体化脱硫脱硝工艺设备简单，投资少，运行及维护成本低；减小设备的占地面积，简化系统设别管理操作，提高设备在复杂恶劣工况下的运行稳定性，减少二次污染；增效环保。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明

图1为所述一体化脱硫脱硝系统示意图；

图2为所述氧化反应器示意图；

图3为所述合成反应器示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，它包括：

用来降低烟气温度的一次换热器1；

低低温静电高效除尘器2，它连接在一次换热器之后以对烟气进行初步除尘；

氧化反应器3，它位于低低温静电高效除尘器之后，且连接有臭氧发生器和/或等离子发生器；

合成反应器4，它连接在氧化反应器之后并连接有喷氨系统及铵盐排出口；

湿式静电深度除尘器5，它连接在氧化反应器之后；

用来提高脱硫脱硝后的烟气温度的二次换热器6，它一端连接湿式静电深度除尘器之后，另一端连接烟囱7。

所述的一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，所述一次换热器和二次换热器的传热介质流向和烟气流向相反，且二次换热器的传热介质的出口连接到一次换热器的传热介质进口。

请参阅图2所述的一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，所述氧化反应器3分旋流混合区301、扩散混合区302、主反应区303和增压区304，旋流混合区带有切向的烟气进入口和轴向的臭氧旋转喷射机构305，主反应区内设有均流板309、310。

所述的一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，所述氧化反应器带有烟气回流旁路311和吹扫旁路312。

所述的一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，氧化反应器进出口位置安装CEMS烟气监测系统，实时在线监测NO_X和SO₂浓度，监测数据反馈给臭氧发生器和/或等离子发生器，臭氧发生器和/或等离子发生器带有可根据监测数据实时调节O₃供给量的自动控制系统(图中未能显示)。

所述的一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，所述合成反应器4下部为烟气进口401，顶部为烟气出口402，氨水洗涤液进口403设在合成反应器上部，铵盐排出口404设在合成反应器下部，合成反应器还带有氨水洗涤液的回收循环管路405。

所述的一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，合成反应器进出口位置安装CEMS烟气监测系统，实时在线监测NO_X、SO₂、NH₃浓度，喷氨系统带有可根据监测数据实时调节喷氨量的自动控制系统。

所述的一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统的脱硫脱硝方法，它包括：

一次换热：烟气经过管式换热器进行第一次换热，温度降低；

一次除尘：烟气经过低低温静电高效器，进行第一次除尘净化；

氧化阶段：烟气与O₃在氧化反应器中混合，发生氧化还原反应，O₃由臭氧发生器和/或等离子发生器提供，在氧化发生器中，NO被氧化成NO₂，部分SO₂被氧化成SO₃，Hg被氧化成Hg²⁺；反应式如下：

NO+O₃→NO₂+O₂   (1)

2NO₂+O₃→N₂O₅+O₂   (2)

N₂O₅+H₂O→2HNO₃   (3)

SO₂+O₃→SO₃+O₂   (4)

Hg+O₃→HgO+O₂   (5)

${\mathrm{SO}}_2+H_{2}O\→H^{+}+{\mathrm{HSO}}_3^{-}\→{2H}^{+}+{\mathrm{SO}}_4^{2-}---\left(6\right)$

${\mathrm{HSO}}_3^{-}+{0.5O}_2\→{\mathrm{SO}}_4^{2-}+H^{+}---\left(7\right)$

${\mathrm{SO}}_3^{2-}+{0.5O}_2\→{\mathrm{SO}}_4^{2-}---\left(8\right).$

合成铵盐：在合成反应器中，烟气组分中的NO₂、SO₂、SO₃与氨水发生反应，生成NH₄NO₃和(NH₄)₂SO₄，设置洗涤液喷淋装置，采用氨水喷淋方式，生成的铵盐随洗涤液排出，回收利用；反应式为：

${\mathrm{NH}}_3\·H_{2}O\→{\mathrm{NH}}_4^{+}+{\mathrm{OH}}^{-}---\left(9\right)$

${\mathrm{SO}}_4^{2-}+{2\mathrm{NH}}_4^{+}\→{\left({\mathrm{NH}}_4\right)}_2{\mathrm{SO}}_4---\left(10\right)$

${\mathrm{NO}}_3^{-}+{\mathrm{NH}}_4^{+}\→{\mathrm{NH}}_4{\mathrm{NO}}_3---\left(11\right).$

二次除尘：烟气经过湿式静电深度除尘器，进行第二次除尘净化，可进一步脱除烟气中可能残余的SO₂、SO₃、NO₂及可能存在的NH₃；

二次换热：烟气经过管式换热器进行第二次换热，温度升高，排入烟囱，可防止低温腐蚀。

Claims (8)

1.一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，它包括：

用来降低烟气温度的一次换热器；

低低温静电高效除尘器，它连接在一次换热器之后以对烟气进行初步除尘；

氧化反应器，它位于低低温静电高效除尘器之后，且连接有臭氧发生器和/或等离子发生器；

合成反应器，它连接在氧化反应器之后并连接有喷氨系统及铵盐排出口；

湿式静电深度除尘器，它连接在氧化反应器之后；

用来提高脱硫脱硝后的烟气温度的二次换热器，它一端连接湿式静电深度除尘器之后，另一端连接烟囱。

2.根据权利要求1所述的一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，所述一次换热器和二次换热器的传热介质流向和烟气流向相反，且二次换热器的传热介质的出口连接到一次换热器的传热介质进口。

3.根据权利要求1所述的一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，所述氧化反应器分为旋流混合区、扩散混合区、主反应区和增压区，旋流混合区带有切向的烟气进入口和轴向的臭氧旋转喷射机构，主反应区内设有均流板。

4.根据权利要求3所述的一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，所述氧化反应器带有烟气回流旁路和吹扫旁路。

5.根据权利要求1所述的一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，所述合成反应器下部为烟气进口，顶部为烟气出口，氨水洗涤液进口设在合成反应器上部，铵盐排出口设在合成反应器下部，合成反应器还带有氨水洗涤液的回收循环管路。

6.根据权利要求1所述的一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，氧化反应器进出口位置安装CEMS烟气监测系统，实时在线监测NO_X和SO₂浓度，监测数据反馈给臭氧发生器，臭氧发生器带有可根据监测数据实时调节O₃供给量的自动控制系统。

7.根据权利要求1所述的一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，合成反应器进出口位置安装CEMS烟气监测系统，实时在线监测NO_X、SO₂、NH₃浓度，喷氨系统带有可根据监测数据实时调节喷氨量的自动控制系统。

8.一种根据权利要求1所述的一种火电厂烟气一体化脱硫脱硝系统的脱硫脱硝方法，其特征在于，它包括：

一次换热：烟气经过管式换热器进行第一次换热，温度降低；

一次除尘：烟气经过低低温静电高效器，进行第一次除尘净化；

氧化阶段：烟气与O₃在氧化反应器中混合，发生氧化还原反应，O₃由臭氧发生器和/或等离子发生器提供，在氧化发生器中，NO被氧化成NO₂，部分SO₂被氧化成SO₃，Hg被氧化成Hg²⁺；

合成铵盐：在合成反应器中，烟气组分中的NO₂、SO₂、SO₃与氨水发生反应，生成NH₄NO₃和(NH₄)₂SO₄；设置喷淋吸收装置，采用氨水喷淋方式，生成的铵盐随洗涤液排出，回收利用；

二次除尘：烟气经过湿式静电深度除尘器，进行第二次除尘净化，可进一步脱除烟气中可能残余的SO₂、SO₃、NO₂及可能存在的NH₃；

二次换热：烟气经过管式换热器进行第二次换热，温度升高，排入烟囱，可防止低温腐蚀。