CN104941410B - 活性分子o3低温两步氧化烟气硫硝一体化脱除方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及烟气污染物治理技术领域,旨在提供一种活性分子O3低温两步氧化烟气硫硝一体化脱除方法及装置。该方法包括:除尘后的烟气由烟道依次进入烟道反应器和湿法洗涤塔;活性分子O3分两个阶段参与反应:一部分由烟道反应器的前端喷入,将烟气中的NO氧化为NO2;剩余的由烟道反应器末端或湿法洗涤塔中段喷入,继续将烟气中的NO2氧化生成NO3或N2O5;硫氧化物与NO3或N2O5在湿法洗涤塔中被浆液一并吸收,实现硫硝污染物的一体化脱除;经处理后的烟气送入烟囱实现排放。本发明降低了脱硫脱硝系统的投资成本、实现了同时脱硫脱硝,系统跟随燃烧负荷调节灵活、工艺简单、脱硝效率90%以上、脱硫效率95%以上,废液可回收氮肥和硫元素,具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及烟气污染物治理技术领域,尤其涉及O3低温两步氧化烟气硫硝一体化脱除的方法及装置。
背景技术
化石燃料燃烧产生了大量的污染物,包括硫氧化物、氮氧化物等,其排放量已严重超出环境的自净能力,近年来频发的雾霾天气即是对人类的警告。因此必须对化石燃料燃烧产生的污染物进行治理。
目前针对燃烧设备的脱硫技术可分为三类:干法、半干法、湿法。其中,干法、半干法投资运行成本低,但脱硫效率不高,大型燃烧设备产生的烟气广泛采用高效的石灰石/石膏湿法脱硫技术(WFGD),该技术脱硫效率高、运行稳定,经过多年的发展该技术已达到较高的应用成熟度。
目前针对燃烧设备的脱硝技术可分为两类:炉内燃烧脱硝和燃烧后烟气脱硝。前者主要有LNB(Low NOx Burner)技术、OFA(Over Fire Air)技术、再燃技术等,均是通过调整燃烧过程来控制NOx的产生,目前成熟的低NOx燃烧改造方案可将NOx排放浓度控制在200~300mg/Nm3左右,但与炉型、燃烧方式、燃料种类关系密切,低NOx燃烧改造尚不足以满足日益严格的环保排放标准,需要辅以燃烧后的烟气脱硝进一步净化。燃烧后烟气脱硝目前主要有SNCR(Selective Non-Catalytic Reduction)和SCR(Selective CatalyticReduction)技术。SNCR技术在适合脱硝反应的“温度窗口”(850℃~1100℃)内喷入还原剂将烟气中的氮氧化物还原为无害的氮气和水,该技术不采用催化剂,投资成本和运行成本低,系统简单,但脱硝效率随炉型及炉膛尺寸影响较大,一般为30%~70%,同时可能存在还原剂逃逸问题,造成二次污染。SCR技术采用催化剂,在280-420℃范围内,利用还原剂将氮氧化物还原为氮气和水,脱硝效率高,投资和维护成本高、系统复杂、占空间较大。
综上所述,目前成熟的污染物治理技术功能单一、系统复杂、占地面积庞大,且难以兼顾成本和污染物治理效果两方面的问题,有些技术还会造成二次污染(如SCR失活催化剂的处置问题、脱硫石膏供大于求的问题)。尤其针对工业锅炉、窑炉(如炭黑尾气炉、玻璃窑炉、冶金炉等),炉内喷入氨水、尿素等还原剂可能会影响工艺过程或产品品质,而SCR则缺乏合适的温度窗口,因此开发适用除尘后低温烟气的同时脱硫 脱硝技术,结合合理的副产物资源化处理,是缓解当前环境危机尤其是工业锅炉、窑炉的污染物治理的重要发展方向。
向烟气中喷入活性分子进行气相氧化后进行湿法洗涤是一项近年来比较热门的同时脱硫脱硝技术。原理:第一步,用活性分子O3将烟气中原有的不溶于水的NO氧化为溶于水的NO2、N2O3或者更高价态的氮氧化物;第二步,反应后的烟气经过湿法洗涤塔,利用反应后污染物的水溶性,将其固定到洗涤塔内的浆液中,从而实现污染物的脱除;第三步,烟气中的SO2和氧化后的NOx分别以易溶于水的NO3 -和微溶物质CaSO4的形式存在于浆液中,经过压滤后固液分离,相应的硫氮元素则以石膏和硝酸钙溶液的形式进行分离,硝酸盐溶液经过蒸发结晶得到纯度较高的硝酸钙固体。污染物高效控制的同时实现烟气中污染物的资源化回收。
如CN1923341公开了一种利用臭氧同时氧化SO2和NO的方法,在烟气110~150℃温度区间内喷入臭氧,将NO氧化为高价态氮氧化物,而后经由碱液吸收、结晶,从而回收氮元素。CN101337152中,利用臭氧分别氧化NO和SO2,而后进行湿法洗涤吸收,国内外文献和实验研究均表明臭氧选择性氧化NO,对于SO2的氧化几乎可以忽略。CN101053747和CN101822937A中只是对于活性分子(O3或者H2O2)氧化NO进行了简单的研究和说明。
本发明专利与之前专利的区别在于:(1)将活性分子O3与NO的反应根据其反应动力学特性分为两步,第一步将NO氧化为NO2,第二步将NO2氧化为更易溶于水的NO3和N2O5;(2)详细介绍说明了两步反应中活性分子O3具体的喷入位置、各自喷入活性分子的比例,O3与NOx气相反应所需要的温度;(3)应用本专利,NOx和SO2的脱除效率可同时达到90%和95%以上,高于之前专利中提及的同时脱硫脱硝效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,克服现有技术中各种烟气污染物治理技术功能单一、系统复杂、占地面积大、投资和运行成本高、副产物利用率低的问题,针对目前同时脱硫脱硝技术具体实施参数不明确、污染物脱除效率低、副产物回收困难等特点,提供一种详细介绍O3低温两步氧化烟气硫硝一体化脱除的方法及装置。
为解决技术问题,本发明的解决方案是:
提供一种活性分子O3低温两步氧化烟气硫硝一体化脱除方法,包括:除尘后的烟气经余热回收装置降温后,由烟道依次进入烟道反应器和湿法洗涤塔;经空气稀释后的活性分子O3分两个阶段参与反应:一部分活性分子O3由烟道反应器的前端喷入,将烟气中的NO氧化为NO2;剩余的活性分子O3由烟道反应器末端或湿法洗涤塔中段喷入,继续将烟气中的NO2氧化生成NO3或N2O5;其中,第一部分活性分子O3的喷入量为总 量的1/2~2/3,第二部分的喷入量为总量的1/3~1/2;活性分子O3总量与烟气中氮氧化物总量的摩尔比为1.2~2.5;在湿法洗涤塔中,烟气中的硫氧化物与NO3或N2O5一并被浆液吸收,实现硫硝污染物的一体化脱除;经处理后的烟气由除雾器除去雾滴后,经引风机送入烟囱实现排放。
本发明中,经余热回收装置换热后的烟气温度为60℃~130℃。
本发明中,对于湿法洗涤塔排出的废浆液,采取压滤后蒸发结晶的方式进行硫元素和氮元素的回收。
本发明中,在湿法洗涤塔内,液气比≥5L/Nm3,喷淋层不少于二层,烟气的停留时间≥2s;所述浆液是由K、Na、Ca、Mg、NH3形成的碱或者碳酸盐中的一种或者几种,浆液的pH值≥4.5。
本发明进一步提供了用于前述方法的活性分子O3低温两步氧化烟气硫硝一体化脱除装置,包括与湿法洗涤塔相连的烟道,在烟道内部或烟道的中间位置设置烟道反应器,烟道反应器之前的烟道上设余热回收装置用于烟气降温;活性分子发生装置用于产生活性分子O3,其出口与稀释风机的出口相接后再分为两路送气管:一路接至烟道反应器的前端,另一路接至烟道反应器的末端或湿法洗涤塔的中段,每一路送气管的末端均布设多个喷孔;湿法洗涤塔的底部设石膏脱水装置,上部设除雾器,顶部经引风机接至烟囱。
本发明中,氮硫元素回收装置经管路接至湿法洗涤塔的底部,用于硫元素和氮元素的回收。在不同的装置中进行氮元素和硫元素的回收,避免造成二次污染。
本发明中,所述烟道反应器内部设有烟道隔栅,引导烟气定向流动,用于强化烟气与活性分子O3的混合效果。
本发明中,所述烟道反应器是由耐氧化与酸碱腐蚀的不锈钢材料(如304、316或316L等不锈钢)或碳钢加防腐工艺制作而成的设备。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明降低了脱硫脱硝系统的投资成本、实现了同时脱硫脱硝,系统跟随燃烧负荷调节灵活、工艺简单、脱硝效率90%以上、脱硫效率95%以上,废液可回收氮肥和硫元素,具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的第一种工艺流程图(部分活性分子在烟道反应器后端靠近湿法洗涤塔处喷入);
图2为图1中对应装置的结构原理图;
图3为本发明的第二种工艺流程图(部分活性分子在湿法洗涤塔内喷入);
图4为图3中对应装置的结构原理图。
附图标记:1—烟道,2—活性分子产生装置,3—烟道反应器,4—湿法洗涤塔,5—引风机,6—烟囱,7—石膏脱水装置,8—氮硫元素回收装置,9—烟道隔栅,10—除雾器,11—稀释风机,12—余热回收装置。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明中,活性分子产生装置2、湿法洗涤塔4、氮硫元素回收装置8均有成熟的现有技术可以直接利用,其本身不属于本发明创新内容,故不再赘述。
本发明中的活性分子O3低温两步氧化烟气硫硝一体化脱除装置如图2、4所示。脱除装置包括与湿法洗涤塔相连的烟道1,在烟道1中间位置设置烟道反应器3(也可以在内部单独设置反应器设备)。烟道反应器3是由耐氧化与酸碱腐蚀的不锈钢材料或碳钢加防腐工艺制作而成的设备。其内部设有烟道隔栅9,用于强化烟气与活性分子O3的混合效果。
烟道反应器3之前的烟道1上设余热回收装置12用于烟气降温;活性分子发生装置2用于产生活性分子O3,其出口与稀释风机11的出口相接后再分为两路送气管:一路接至烟道反应器3的前端,另一路接至烟道反应器3的末端(图2所示)或湿法洗涤塔4的中段(图4所示),每一路送气管的末端均布设多个喷孔;湿法洗涤塔4的底部设石膏脱水装置7,上部设除雾器10,顶部经引风机5接至烟囱6。氮硫元素回收装置8经管路接至湿法洗涤塔4的底部,用于硫元素和氮元素的回收。
本发明中的活性分子O3低温两步氧化烟气硫硝一体化脱除方法,包括:
除尘后的烟气经余热回收装置12降温后(经余热回收装置换热后的烟气温度为60℃~130℃),由烟道1依次进入烟道反应器3和湿法洗涤塔4;经空气稀释后的活性分子O3分两个阶段参与反应:一部分活性分子O3由烟道反应器3的前端喷入,将烟气中的NO氧化为NO2;剩余的活性分子O3由烟道反应器3末端(图2所示)或湿法洗涤塔4中段(图4所示)喷入,继续将烟气中的NO2氧化生成NO3或N2O5;其中,第一部分活性分子O3的喷入量为总量的1/2~2/3,第二部分的喷入量为总量的1/3~1/2;活性分子O3总量与烟气中氮氧化物总量的摩尔比为1.2~2.5;在湿法洗涤塔4中,烟气中的硫氧化物与NO3或N2O5一并被浆液吸收,实现硫硝污染物的一体化脱除;经处理后的烟气由除雾器10除去雾滴后,经引风机5送入烟囱6实现排放。
在湿法洗涤塔内,液气比≥5L/Nm3,喷淋层不少于二层,烟气的停留时间≥2s;所述浆液是由K、Na、Ca、Mg、NH3形成的碱或者碳酸盐中的一种或者几种,浆液的pH值≥4.5。对于湿法洗涤塔排出的废浆液,采取压滤后蒸发结晶的方式进行硫元素和氮元素的回收。
具体实施方式1(结合图1、图2说明)
该方法如下所述,来流烟气进入烟道反应器3之前先经过余热回收装置12(换热器)将烟温控制在60℃~130℃,而活性分子O3经稀释风机11稀释后分为两部分,第一部分在烟道反应器3前端喷入,将烟气中的NO氧化为NO2,第二部分剩余的活性分子O3则在烟道反应器3后端均匀喷入,将烟气中的NO2氧化为更易与水反应的NO3或者N2O5,而烟气中的SO2具有很强的水溶性,因而进入所述湿法洗涤塔4后氮氧化物和硫氧化物会被塔内空间中的液滴快速高效除去,从而实现NOx和SO2的同时脱除。同时污染物溶解于浆液生成的硝酸盐和硫酸盐可根据其水溶性不同将其进行分离回收,从而实现污染物的资源化回收。
具体实施方式2(结合图3、图4说明)
该方法具体如下所述,来流烟气进入烟道反应器3之前先经过余热回收装置12(换热器)将烟温控制在60℃~130℃,而活性分子O3经稀释风机11稀释后分为两部分,第一部分在烟道反应器3前端喷入,将烟气中的NO氧化为NO2,第二部分剩余的活性分子O3则在洗涤塔4内部均匀喷入,将烟气中的NO2氧化为更易与水反应的NO3或者N2O5,而烟气中的SO2具有很强的水溶性,因而进入所述湿法洗涤塔4后氮氧化物和硫氧化物会被塔内空间中的液滴快速高效除去,从而实现NOx和SO2的同时脱除。同时污染物溶解于浆液生成的硝酸盐和硫酸盐可根据其水溶性不同将其进行分离回收,从而实现污染物的资源化回收。
Claims (6)
1.一种活性分子O3低温两步氧化烟气硫硝一体化脱除方法,其特征在于,包括:
除尘后的烟气经余热回收装置降温后,由烟道依次进入烟道反应器和湿法洗涤塔;
经空气稀释后的活性分子O3分两个阶段参与反应:一部分活性分子O3由烟道反应器的前端喷入,将烟气中的NO氧化为NO2;剩余的活性分子O3由烟道反应器末端或湿法洗涤塔中段喷入,继续将烟气中的NO2氧化生成NO3或N2O5;其中,第一部分活性分子O3的喷入量为总量的1/2~2/3,第二部分的喷入量为总量的1/3~1/2;活性分子O3总量与烟气中氮氧化物总量的摩尔比为1.2~2.5;
在湿法洗涤塔中,烟气中的硫氧化物与NO3或N2O5一并被浆液吸收,实现硫硝污染物的一体化脱除;经处理后的烟气由除雾器除去雾滴后,经引风机送入烟囱实现排放;
对于湿法洗涤塔排出的废浆液,采取压滤后蒸发结晶的方式进行硫元素和氮元素的回收。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,经余热回收装置换热后的烟气温度为60℃~130℃。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在湿法洗涤塔内,液气比≥5L/Nm3,喷淋层不少于二层,烟气的停留时间≥2s;所述浆液是由K、Na、Ca、Mg、NH3形成的碱或者碳酸盐中的一种或者几种,浆液的pH值≥4.5。
4.一种用于权利要求1所述方法的活性分子O3低温两步氧化烟气硫硝一体化脱除装置,包括与湿法洗涤塔相连的烟道,其特征在于:在烟道内部或烟道的中间位置设置烟道反应器,烟道反应器之前的烟道上设余热回收装置用于烟气降温;活性分子发生装置用于产生活性分子O3,其出口与稀释风机的出口相接后再分为两路送气管:一路接至烟道反应器的前端,另一路接至烟道反应器的末端或湿法洗涤塔的中段,每一路送气管的末端均布设多个喷孔;湿法洗涤塔的底部设石膏脱水装置,上部设除雾器,顶部经引风机接至烟囱;氮硫元素回收装置经管路接至湿法洗涤塔的底部,用于硫元素和氮元素的回收。
5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述烟道反应器内部设有烟道隔栅,用于强化烟气与活性分子O3的混合效果。
6.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述烟道反应器是由耐氧化与酸碱腐蚀的不锈钢材料或碳钢加防腐工艺制作而成的设备。
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