CN105013323A - 一种焦炉烟道气节能减排脱硫脱硝一体化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种焦炉烟道气节能减排脱硫脱硝一体化系统，包括预处理系统、气相催化反应系统、液相催化反应系统、脱硫脱硝系统、副产物处理系统，所述预处理系统依次通过气相催化反应系统、液相催化反应系统与脱硫脱硝系统连接，所述脱硫脱硝系统的出口与副产物处理系统连接。本发明的脱硫、脱硝一体化系统脱硫脱硝效率高，运行成本低，使用寿命长，安全环保节能。

Description

一种焦炉烟道气节能减排脱硫脱硝一体化系统

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种焦炉烟道气节能减排脱硫脱硝一体化系统。

背景技术

近年来，各大城市都出现严重的雾霾天气，已经成为影响国民健康的重大问题，这一严重环境问题的首要指向便是我国近年来大规模工业化过程中的工业烟气污染物排放。一般而言，工业烟气主要以能源消耗为来源，涉及到多种污染物的排放，最为常见的就是粉尘、硫氧化物和氮氧化物三大污染物。国内对于硫化物的排放控制技术目前已经基本普及，而烟气除尘技术由于未受到足够的重视而发展缓慢，氮氧化物的排放则处于后发状态，直到近几年才开始由火电行业逐渐普及。

我国已是世界第一焦炭生产大国、消耗大国和出口大国。现有800多家焦化厂，2000多座焦炉，焦炭年产能高达4.5亿吨/年。由于技术水平、能源价格、产业政策等多方面的原因，致使焦炉250-320度高温烟气直接排放，浪费了大量的废热能源。

新的《炼焦行业污染物排放标准》和《环保法》2015年1月1日起同时执。新标准颁布以前，只对烟道气中的SO₂进行实时监测，而新标准的不仅对SO₂的排放标准提高，而且对NO_x的排放指标进行明确规定：

新标准中规定，现有焦炉到2014年12月31日执行：

SO₂  100mg/m³  NO_x  800mg/m³

新建焦炉、现有焦炉到2015年1月1日执行：

SO₂  50mg/m³  NO_x  500mg/m³

随着新标准的实施以及近年来国家一系列节能、环保政策的密切出台，标志着焦化企业环境治理已经到了一个新的阶段：烟道气的治理不能只局限于余热回收，而是节能环保综合治理，焦化企业必须面对这一严峻现实。

焦炉烟道气的主要特点：焦化企业烟气是焦炉煤气(或高炉煤气)焚烧后排放的废气，其灰尘含量大约在100mg/l、二氧化硫含量200-600mg/l，NO_x含量600-800mg/l，从以上数据看，焦炉烟道气的尘、硫、硝含量虽然不高，但也超出了国家现有排放标准，不能直接排放。由于焦炉烟气的工况与锅炉烟气有很大的不同，锅炉烟气除尘、脱硝、脱硫的工艺投资及运行成本都很高，其投资不适用于焦炉烟气。

由于前些年我国对焦炉烟道气长期执行较高的环境标准，焦炉烟道气脱硫技术在国内还没有得到大量推广和应用，相关工艺开发和技术积累都远远不足。随着国家节能减排力度的不断加强，焦化行业加快了建设焦炉烟道气脱硫设施的步伐。

控制SO₂的技术可分为燃烧前、燃烧中和燃烧后控制技术。烟气脱硫技术属于燃烧后控制技术。现有烟气脱硫技术大致包括湿法脱硫、半干法脱硫和干法脱硫。湿法烟气脱硫技术是目前烟气脱硫的主要技术，国内80％电厂的烟气脱硫采用了石灰石/石灰-石膏法的半干法脱硫技术。半干法脱硫技术中，旋转喷雾干燥法应用最为广泛，世界脱硫市场的占有率已超过10％。近两年来，活性炭脱硫脱硝一体化技术在烧结烟气处理及电厂烟气处理装置上得到了较多应用。

早在20世纪八九十年代，我国就已开始NO_X减排技术研究，由于当时着眼点是投资少而又易于加装改造的减排措施，因此各式各样的低NO_X燃烧器和炉膛设计陆续研制完成，并且取得了一定的效果，但终因其NO_X去除率低，不能满足日益严格的环保标准要求，被迫转向发展高效脱硝(NO_X)技术，目前，相对较成熟的烟气脱硝技术主要有选择性催化还原技术(Selective Catalytic Reduction，简称SCR)和选择性非催化还原技术(Selective Non-CatalyticReduction，简称SNCR)；此外，还有一些湿法脱除氮氧化物的技术。但我国在焦炉烟道气脱硝方面还没有大量推广和应用。

焦炉烟道气中除SO₂外还含有大量的NO_X且温度高达300摄氏度，需开发具备同时节能脱硫、脱硝的一体化技术，由于焦炉烟道气的SO₂和NO_X浓度都不高，但总量都非常大，若分别安装脱硫、脱硝装置，不但占地面积大，而且投资、运行费用高，因此研制和开发脱硫、脱硝一体化新型烟气净化工艺，它的技术和经济性明显优于单独脱硫和单独脱氮技术，因此，是一种更有发展前途和推广价值的新一代烟气净化技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种脱硫脱硝效率高、运行成本低、使用寿命长的焦炉烟道气节能减排脱硫脱硝一体化系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种焦炉烟道气节能减排脱硫脱硝一体化系统，包括预处理系统、气相催化反应系统、液相催化反应系统、脱硫脱硝系统、副产物处理系统，所述预处理系统依次通过气相催化反应系统、液相催化反应系统与脱硫脱硝系统连接，所述脱硫脱硝系统的出口与副产物处理系统连接，所述气相催化反应系统包括臭氧发生器、臭氧激活装置和臭氧注入区，所述臭氧发生器的入口与纯氧储罐连接，所述臭氧发生器的出口通过臭氧激活装置与管道上的臭氧注入区连接，所述臭氧注入区的入口与预处理系统连接，所述液相催化反应系统由双氧水储罐、双氧水激活装置和位于管道上的喷淋区组成，所述双氧水储罐通过双氧水激活装置与喷淋区连接，所述气相催化反应系统的臭氧注入区的出口通过反应区与液相催化反应系统的喷淋区的入口连接，所述喷淋区的出口与脱硫脱硝系统的入口连接。

具体地，所述预处理系统包括余热回收装置和等离子净化器，所述余热回收装置一端与烟气进口连接，另一端通过增压风机与等离子净化器连接，所述等离子净化器的出口与臭氧注入区连接。

具体地，所述脱硫脱硝系统包括吸收塔、氨水储罐，所述吸收塔的下部连接有循环泵，循环泵通过管道连接至吸收塔的上部，所述氨水储罐通过氨水输送泵连接至吸收塔。

具体地，所述副产物处理系统由氧化池、压滤机、精滤装置、缓冲装置和结晶装置组成，所述氧化池一端与吸收塔连接，另一端与压滤机的入口连接，所述压滤机的出口与精滤装置连接，精滤装置通过缓冲装置与结晶装置连接。

本发明脱硫、脱硝一体化系统的原理：将现有经余热回收后的烟气，通过原有烟道引入吸收塔，在进入吸收塔之前的烟道中设置等离子净化器，烟气进入等离子净化器，对烟气进行预处理，将烟气中含有的水、细微颗粒、氧通过高压脉冲电晕放电，在常温下获得非平衡高低温等离子体，为臭氧及双氧水对一氧化氮的氧化提供了良好的反应条件。在烟气温度为220℃以下将臭氧注入混合反应装置内，使臭氧与烟气充分混合，将烟气中不溶于水的NO氧化成易溶于水的高价态氮氧化物，包括NO₂、N₂O₃、N₂O₅，极短的时间内完成反应。在吸收塔与引风机之间的烟道中，雾化喷淋经催化激活后的双氧水溶液，将烟气中残余的NO氧化成易溶于水的高价态氮氧化物。然后进入吸收塔，喷淋吸收液将烟气中被氧化的氮氧化物吸收，确保NO_x排放浓度在200mg/Nm³以下。脱硫、脱硝液经强氧化后固液分离，固体物与煤灰同样利用，液体可蒸发结晶作农肥原料。

焦炉烟道气温度高达300度，除SO₂外还含有大量的NO_X，需开发具备节能环保同时脱硫、脱硝的一体化技术，由于焦炉烟道气的SO₂和NO_X浓度都不高，但总量都非常大，若分别安装脱硫、脱硝装置，不但占地面积大，而且投资、运行费用高，因此研制和开发脱硫、脱硝一体化新型烟气净化工艺的技术和经济性明显优于单独脱硫和单独脱氮技术。

本发明的脱硫、脱硝一体化系统具有以下有益效果：

1、首先进行余热回收，综合考虑节能、环保一体化，达到烟气资源化利用的目的，改变烟气治理只有投入、没有产出的问题；

2、脱硫效率高达95％以上，能将高硫量的烟气排放绝对值控制在100mg/Nm³以下，脱硝去除率可自行设定，能做到精确50mg/Nm³；

3、脱硫脱硝共用1个吸收塔，节省设备投资和占地面积；

4、脱硫脱硝过程都在余热回收后进行，即在低温状态下(150-280摄氏度)一次性完成，可避免余热系统的腐蚀，不影响余热回收系统的使用寿命，确保余热回收系统稳定运行；

5、脱硫、脱硝液经强氧化后固液分离，固体物与煤灰同样利用，液体可蒸发结晶作农肥原料，蒸发水可循环利用，接近零排放、资源化；

6、采用臭氧气相氧化、激活双氧水液相氧化的方式，大幅降低运行成本；

7、设备的设计有前瞻性，预留了增加臭氧反应器的位置，如需提高排放标准，只要在原设备旁增加臭氧发生器即可满足脱除率，另外本系统可布置在脱硫塔进口烟道位置，无需对原有设备进行任何改动，这样就不会对原有设备产生任何破坏，保持原生产工艺正常稳定，保持系统的运行效率和运行安全，并大幅度节省了用户的设备投资。

附图说明

图1是本发明脱硫脱硝一体化系统的结构示意图。

图中，1、预处理系统，2、气相催化反应系统，3、纯氧储罐，4、臭氧发生器，5、臭氧激活装置，6、双氧水储罐，7、双氧水激活装置，8、液相催化反应系统，9、吸收塔，10、循环泵，11、氨水储罐，12、氨水输送泵，13、喷淋区，14、反应区，15、臭氧注入区，16、等离子净化器，17、增压风机，18、余热回收装置，19、烟气进口，20、氧化池，21、压滤机，22、精滤装置，23、缓冲装置，24、结晶装置，25、脱硫脱硝系统，26、副产物处理系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种焦炉烟道气节能减排脱硫脱硝一体化系统，包括预处理系统1、气相催化反应系统2、液相催化反应系统8、脱硫脱硝系统25、副产物处理系统26，所述预处理系统1依次通过气相催化反应系统2、液相催化反应系统8与脱硫脱硝系统25连接，所述脱硫脱硝系统25的出口与副产物处理系统26连接，所述气相催化反应系统2包括臭氧发生器4、臭氧激活装置5和臭氧注入区15，所述臭氧发生器4的入口与纯氧储罐3连接，所述臭氧发生器4的出口通过臭氧激活装置5与管道上的臭氧注入区15连接，所述臭氧注入区15的入口与预处理系统1连接，所述液相催化反应系统8由双氧水储罐6、双氧水激活装置7和位于管道上的喷淋区13组成，所述双氧水储罐6通过双氧水激活装置5与喷淋区13连接，所述气相催化反应系统2的臭氧注入区15的出口通过反应区14与液相催化反应系统8的喷淋区13的入口连接，所述喷淋区13的出口与脱硫脱硝系统25的入口连接。将臭氧注入混合反应装置的臭氧注入区15内，使臭氧与烟气充分混合，将烟气中不溶于水的NO氧化成易溶于水的高价态氮氧化物，包括NO₂、N₂O₃、N₂O₅，极短的时间内完成反应。在吸收塔与引风机之间的烟道中，雾化喷淋经催化激活后的双氧水溶液，将烟气中残余的NO氧化成易溶于水的高价态氮氧化物。

具体地，所述预处理系统1包括余热回收装置16和等离子净化器16，所述余热回收装置18一端与烟气进口19连接，另一端通过增压风机17与等离子净化器16连接，所述等离子净化器16的出口与臭氧注入区15连接。利用热管余热回收装置18对烟气进行余热回收。从焦炉来的300度的循环冷却烟气经过余热锅炉温度降至120度以下，同时产生0.8Mpa蒸汽与外部蒸汽管网并网，实现对废热烟气的余热利用，达到节能环保。烟气进入等离子净化器16，对烟气进行预处理，将烟气中含有的水、细微颗粒、氧通过高压脉冲电晕放电，在常温下获得非平衡高低温等离子体，为臭氧及双氧水对NO的氧化提供了良好的反应条件。

具体地，所述脱硫脱硝系统25包括吸收塔9、氨水储罐11，所述吸收塔9的下部连接有循环泵10，循环泵10通过管道连接至吸收塔9的上部，所述氨水储罐通11过氨水输送泵12连接至吸收塔9。烟气中的NO被氧化成高价态氮氧化物后随烟气一起进入吸收塔9，在吸收塔中完成脱硫脱硝的吸收过程。

具体地，所述副产物处理系统26由氧化池20、压滤机21、精滤装置22、缓冲装置23和结晶装置24组成，所述氧化池20一端与吸收塔9连接，另一端与压滤机21的入口连接，所述压滤机21的出口与精滤装置22连接，精滤装置22通过缓冲装置23与结晶装置24连接。

本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (4)

1.一种焦炉烟道气节能减排脱硫脱硝一体化系统，其特征在于，包括预处理系统、气相催化反应系统、液相催化反应系统、脱硫脱硝系统、副产物处理系统，所述预处理系统依次通过气相催化反应系统、液相催化反应系统与脱硫脱硝系统连接，所述脱硫脱硝系统的出口与副产物处理系统连接，所述气相催化反应系统包括臭氧发生器、臭氧激活装置和臭氧注入区，所述臭氧发生器的入口与纯氧储罐连接，所述臭氧发生器的出口通过臭氧激活装置与管道上的臭氧注入区连接，所述臭氧注入区的入口与预处理系统连接，所述液相催化反应系统由双氧水储罐、双氧水激活装置和位于管道上的喷淋区组成，所述双氧水储罐通过双氧水激活装置与喷淋区连接，所述气相催化反应系统的臭氧注入区的出口通过反应区与液相催化反应系统的喷淋区的入口连接，所述喷淋区的出口与脱硫脱硝系统的入口连接。

2.根据权利要求1所述的焦炉烟道气节能减排脱硫脱硝一体化系统，其特征在于，所述预处理系统包括余热回收装置和等离子净化器，所述余热回收装置一端与烟气进口连接，另一端通过增压风机与等离子净化器连接，所述等离子净化器的出口与臭氧注入区连接。

3.根据权利要求1所述的焦炉烟道气节能减排脱硫脱硝一体化系统，其特征在于，所述脱硫脱硝系统包括吸收塔、氨水储罐，所述吸收塔的下部连接有循环泵，循环泵通过管道连接至吸收塔的上部，所述氨水储罐通过氨水输送泵连接至吸收塔。

4.根据权利要求1所述的焦炉烟道气节能减排脱硫脱硝一体化系统，其特征在于，所述副产物处理系统由氧化池、压滤机、精滤装置、缓冲装置和结晶装置组成，所述氧化池一端与吸收塔连接，另一端与压滤机的入口连接，所述压滤机的出口与精滤装置连接，精滤装置通过缓冲装置与结晶装置连接。