CN105597534B - 一种氨法‑塔外氧化脱硫脱硝的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氨法脱硫同时脱硝的装置和方法,该装置包括氧化喷淋装置、脱硫脱硝塔和塔外氧化罐,脱硫脱硝塔自上而下可分为除雾段、水喷淋段、水洗层、脱硫段、脱硝段和塔底循环液池。烟气首先流经氧化喷淋装置,再从脱硫脱硝塔的下部进入,依次流经脱硝段和脱硫段。烟气与吸收液充分相接触后脱硫脱硝,然后从上部排出,喷淋出的吸收液流进底部的循环液池经过塔外循环管路分别输送至脱硝段和脱硫段。底部循环液池中的液体按照结晶系统所需浓度的要求定期的排出一定浓度的循环液至氧化罐中进行氧化。采用塔外氧化和氧化喷淋的方法可靠地保证了脱硫脱硝塔底部循环液中的有效成分的浓度,使得脱硫脱硝效率达到最高。
Description
技术领域
本发明属于燃煤污染物脱除领域,具体涉及一种氨法-塔外氧化脱硫脱硝的装置和方法。
背景技术
氮氧化物是大气环境的主要污染物之一,主要来源于化石燃料的燃烧和汽车排放的尾气。伴随着我国经济的持续高速发展,能源消耗增加,大气中的NOx的排放量也迅速增加。因此在全国内开展对大气NOx的污染控制已迫在眉睫。二氧化硫的大量排放使城市的空气污染不断加重并导致严重的酸雨。如果不对二氧化硫加以控制,受二氧化硫污染的城市数量将进一步增加,酸雨污染的区域范围将进一步扩大,污染程度将进一步加重,对生态环境的危害愈演愈烈,造成更大的经济损失。
目前许多电厂都有现行的脱硫脱硝设备,但因为其投资大、运行费用高,同时还要消耗大量资源。开发与湿法脱硫技术相集成的脱硫、脱硝一体化技术是一个热门的研究方向。随着氨法脱硫技术的广泛运用,氨法脱硫的优势日益凸显。氨法脱硫在烟气脱硫的同时能够产生副产品硫酸铵化肥等有价值的产品,而且不产生任何二次污染,但是其脱硝能力并不高。如果能够开发出一种高效脱硫脱硝且耗氨量低的方法必将对氨法脱硫脱硝产生深远的影响。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供一种在原有的氨法脱硫的工艺上设置塔外氧化罐和利用催化氧化的方法来完成同时脱硫脱硝的方法,脱硫脱硝效率较高。
为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:一种氨法-塔外氧化脱硫脱硝的装置,该装置包括依次连接的氧化喷淋装置、脱硫脱硝塔和塔外氧化罐,还包括水供给系统和氨气罐,所述脱硫脱硝塔包括从上至下依次设置的除雾段、水喷淋段、水洗层、脱硫段、脱硝段和塔底循环液池,所述除雾段的顶部设置有排气口,所述水喷淋段和塔底循环液池均与水供应系统连接,所述塔底循环液池与脱硫段之间设置有循环管路和加压泵,以及塔底循环液池与脱硝段之间也设置有循环管路和加压泵,所述循环管路流向为从下至上,所述脱硫脱硝塔上脱硝段和塔底循环液池之间的部位与氧化喷淋装置连接,所述氧化喷淋装置上设置有烟气进口,所述塔底循环液池与塔外氧化罐连接,塔外氧化罐中反应液上层位置与塔底循环液池之间通过回流管路连接,氨气罐分别与塔底循环液池和塔外氧化罐连接。
优选的本发明装置还设置有补充空气系统,所述补充空气系统与塔外氧化罐连接。
优选的本发明装置所述补充空气系统与塔外氧化罐之间设置有氧化风机。
优选的本发明装置还设置有旋流器和循环泵,所述旋流器的出口与所述塔外氧化罐连接,所述旋流器的进口与所述循环泵的出口连接,所述循环泵的进口与所述塔外氧化罐连接。
优选的本发明装置设置有与所述旋流器连接的干燥器,所述干燥器下面设置有硫酸铵储藏设备。
本发明还涉及一种氨法-塔外氧化脱硫脱硝的方法,该方法包括以下步骤:烟气从烟气进口进入后首先流经氧化喷淋装置时,在氧化剂作用下与氧气反应使得部分NO转化为NO2,继续向上流动过程中和喷淋液充分接触,脱硫脱硝,然后从塔的上部排出,各段喷淋层中的喷淋液在重力作用下流回塔底循环液池,在塔底循环液池的底部通入氨气来调整循环液的PH,循环液经过循环管路重新输送到脱硫段和脱硝段,当循环液中的亚硫酸铵的浓度在7%-13%,将塔釜中循环液排出至塔外氧化罐内进行氧化,通过水供给系统向循环液池补充水量。
优选的本发明氨法-塔外氧化脱硫脱硝的方法,通过补充空气系统向塔外氧化罐中注入氧气,通过氨气罐向塔外氧化罐中注入氨气。
优选的本发明氨法-塔外氧化脱硫脱硝的方法,所述脱硫段的PH为5.0-6.5,温度为35℃-55℃;所述脱硝段的PH为5.0-6.5,温度为45℃-180℃;所述循环液池中的PH为5.5-6.5,温度为35℃-45℃;所述塔外氧化罐中的PH为7.0-8.0,以保证溶液中的氢离子反应掉,得到较更为纯净的硫酸铵,所以在运行过程中要保证氨气的用量。
优选的本发明氨法-塔外氧化脱硫脱硝的方法,所述氧化喷淋段中所采用的氧化剂包括以柠檬酸为络合剂,采用溶胶-凝胶法制备出复合氧化物催化剂,双氧水、高锰酸钾等强氧化剂。
优选的本发明氨法-塔外氧化脱硫脱硝的方法,所述塔外氧化罐中反应生成的硫酸铵化肥经分离、干燥后收集储藏。
本发明主要涉及到脱硫、脱硝、亚硫酸铵氧化和循环液池中的反应。各段具体的原理如下:
(1)氧化喷淋装置反应
2NO+O2=2NO2
在氧化喷淋装置7,部分NO被氧化为NO2,因为NO2更容易和硫酸铵反应,从而提高整个脱硫脱硝的效率。
(2)脱硫段5反应
SO2+NH3·H2O=(NH4)2SO3
SO2+(NH4)2SO3+H2O=2NH4HSO3
在脱硫段5主要用氨来吸收二氧化硫,同时亚硫酸铵对二氧化硫也具有一定的吸收能力。
(3)脱硝段6的反应
2(NH4)2SO3+2NO=2(NH4)2SO4+N2↑
4(NH4)2SO3+2NO2=4(NH4)2SO4+N2↑
2NH4HSO3+2NO=2NH4HSO4+N2↑
4NH4HSO3+2NO2=4NH4HSO4+N2↑
在氨法脱硫脱硝工艺系统中,NOx和亚硫酸铵的反应很快。利用脱硫产生的(NH4)2SO3对NOx有一定的还原吸收能力来脱除NOx从而可以保证较高的脱除效率。
(4)循环液池19中的反应
NH3+H2O=NH3·H2O
NH3·H2O+NH4HSO3=(NH4)2SO3+H2O
在反应过程中随着SO2的逐渐吸入使得溶液中的酸性增强,进而导致了NH4HSO3的增多,然而NH4HSO3对SO2没有吸收能力,所以要向反应溶液中通入NH3来调节循环液的pH,以便溶液有最佳的吸收SO2能力和最小的氨耗量。
(5)塔外氧化罐11中的主要反应
NH4HSO3+NH3=(NH4)2SO3
(NH4)2SO3+1/2O2=(NH4)2SO4
在塔外氧化罐11中由于液体的主要成分是(NH4)2SO3和NH4HSO3((NH4)2SO3的浓度达到10%),为了更充分的利用氮元素,采用向塔外氧化罐11中加氨气的办法使得NH4HSO3还原为(NH4)2SO3,然后再被氧化为稳定的硫酸铵化肥。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)脱硫脱硝效率高。
在脱硫脱硝塔1内,氨水与烟气充分接触,属于气-液反应,瞬时完成,同时利用催化剂使得部分NO转化为NO2,NO2与亚硫酸根有更快的反应速率。相同反应条件下,是反应速率最快的整个系统脱硝效率能够维持在70%-80%之间,而脱硫效率可维持在95%以上。
(2)同步多功能一体化。
具有良好的脱硫和除尘功能,同时NOx产生瞬间反应生成氮气和水完成脱硝功能。
(3)系统阻力小
由于反应塔属于喷射塔,塔本体阻力比填料塔阻力小,仅为填料塔阻力的1/3。经过阻力计算以及多次实际应用,测试证明塔本体阻力小于1000Pa。
(4)脱硫反应温度区间可变范围大
在35℃-180℃反应塔内,脱硫效率依然能够达到95%以上。液体pH值控制在生成(NH4)2SO3范围之内,进而降低了设备的腐蚀。循环液的温度越高,硫铵的溶解度越大,运行中一般控制在使循环液接近饱和结晶的浓度以下,使其在塔外结晶,有效避免堵塞现象。
(5)适应烟气量和烟气含硫量的变化
脱硫系统具有较高的可靠性及灵活性,当烟气量发生变化时,控制系统自动及时进行脱硫剂浓度和用量调节。当脱硫剂浓度增加时,系统采用独特的结构设计有效防止气态氨的逃逸。进而避免脱硫剂的浪费和可能造成的环境污染问题。
(6)运行成本低
氨法-塔外氧化脱硫脱硝技术是将脱硝与氨法脱硫结合,利用脱硫吸收液作为脱硝吸收剂,大幅度减少了目前脱硝工程还原剂和相关设备等运行费用。
附图说明
图1为本发明氨法-塔外氧化脱硫脱硝的装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述,本部分的描述仅是示范性和解释性,不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
如图1所示,本发明装置包括依次连接的氧化喷淋装置7、脱硫脱硝塔1和塔外氧化罐11,还包括水供给系统16和氨气罐17,所述脱硫脱硝塔1包括从上至下依次设置的除雾段2、水喷淋段3、水洗层4、脱硫段5、脱硝段6和塔底循环液池19,所述除雾段2的顶部设置有排气口,所述水喷淋段3和塔底循环液池19均与水供应系统16连接,所述塔底循环液池19与脱硫段5之间设置有循环管路10和加压泵,以及塔底循环液池19与脱硝段6之间也设置有循环管路和加压泵,所述循环管路流向为从下至上,所述脱硫脱硝塔1上脱硝段6和塔底循环液池19之间的部位与氧化喷淋装置7连接,所述氧化喷淋装置7上设置有烟气进口8,所述塔底循环液池19与塔外氧化罐11连接,塔外氧化罐11中反应液上层位置与塔底循环液池19之间通过回流管路连接,氨气罐17分别与塔底循环液池19和塔外氧化罐11连接。
来自锅炉尾部的烟气和烟气进口8相连,流过氧化喷淋装置7后,烟气进入反应塔向上流动,经过脱硝段6和脱硫段5。和传统的布置方式不同,本发明采用沿着烟气的流向依次为脱硝段6、脱硫段5,采用此布置方法目的为利用氨和二氧化硫反应得到的亚硫酸铵和亚硫酸氢铵来和氮氧化物反应,从而提高氮氧化物的吸收率,反应后的循环液在重力的作用下流回循环液池19。水供给系统16和循环液池19相连接且和氨气输送管路布置在同一侧,这样可以简化设备安装过程。
进一步的本发明装置还设置有补充空气系统18,所述补充空气系统18与塔外氧化罐11连接。所述补充空气系统18与塔外氧化罐11之间设置有氧化风机9。
优选的实施例装置还设置有旋流器12和循环泵13,所述旋流器12的出口与所述塔外氧化罐11连接,所述旋流器12的进口与所述循环泵13的出口连接,所述循环泵13的进口与所述塔外氧化罐11连接。
进一步的本发明装置还设置有与所述旋流器12连接的干燥器(14),所述干燥器14下面设置有硫酸铵储藏设备15。
本发明装置使用时烟气从烟气进口8进入后首先流经氧化喷淋装置7时,在氧化剂作用下与氧气反应使得部分NO转化为NO2,继续向上流动过程中和喷淋液充分接触,脱硫脱硝,然后从塔的上部排出,各段喷淋层中的喷淋液在重力作用下流回塔底循环液池19,在塔底循环液池19的底部通入氨气来调整循环液的PH,循环液经过循环管路10重新输送到脱硫段5和脱硝段6,当循环液中的亚硫酸铵的浓度在7%-13%,将塔釜中循环液排出至塔外氧化罐11内进行氧化,通过水供给系统16向循环液池19补充水量,通过补充空气系统18向塔外氧化罐11中注入氧气,通过氨气罐17向塔外氧化罐11中注入氨气。所述脱硫段5的pH为5.0-6.5,温度为35℃-55℃;所述脱硝段6的pH为5.0-6.5,温度为45℃-180℃;所述循环液池19中的pH为5.5-6.5,温度为35℃-45℃;所述塔外氧化罐11中的PH为7.0-8.0,以保证溶液中的氢离子反应掉,得到更为纯净的硫酸铵,所以在运行过程中要保证氨气的用量。所述氧化喷淋段7中所采用的氧化剂优选以柠檬酸为络合剂,采用溶胶-凝胶法制备出复合氧化物催化剂,双氧水、高锰酸钾等强氧化剂。所述塔外氧化罐11中反应生成的硫酸铵化肥经旋流器12分离、干燥器14干燥后用硫酸铵储藏设备15收集储藏。
本发明的氨法-塔外氧化脱硫脱硝装置和方法耗氨量为0.38kg/kg NOx,以及少量催化氧化剂及电耗,脱硝成本小于5.5元/kg NOx,较SCR减少近35%。
应用实例:
现以200MW的煤粉炉锅炉为例。
基本数据:
3x200MW发电机组,配备670t/h锅炉,烟气总流量1400000m3/h,
其中烟气含硫量SO2 3000mg/Nm3
氮氧化物450mg/Nm3
净烟气中含硫量SO2 120mg/Nm3
氮氧化物 95mg/Nm3
其中可知脱硫效率在96%以上,脱硝效率在78.89%以上。
主要工艺参数:
脱硝喷淋层喷淋量15400m3/h pH 5.8
脱硫喷淋层喷淋量124600m3/h pH 6.5
压降 1000pa
塔气流速3.5m/s
液气比10L/m3
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种氨法-塔外氧化脱硫脱硝的装置,其特征在于,该装置包括依次连接的氧化喷淋装置(7)、脱硫脱硝塔(1)和塔外氧化罐(11),还包括水供给系统(16)和氨气罐(17),所述脱硫脱硝塔(1)包括从上至下依次设置的除雾段(2)、水喷淋段(3)、水洗层(4)、脱硫段(5)、脱硝段(6)和塔底循环液池(19),所述除雾段(2)的顶部设置有排气口,所述水喷淋段(3)和塔底循环液池(19)均与水供给系统(16)连接,所述塔底循环液池(19)与脱硫段(5)之间设置有循环管路(10)和加压泵,以及塔底循环液池(19)与脱硝段(6)之间也设置有循环管路和加压泵,所述循环管路流向为从下至上,所述脱硫脱硝塔(1)上脱硝段(6)和塔底循环液池(19)之间的部位与氧化喷淋装置(7)连接,所述氧化喷淋装置(7)上设置有烟气进口(8),所述塔底循环液池(19)与塔外氧化罐(11)连接,塔外氧化罐(11)中反应液上层位置与塔底循环液池(19)之间通过回流管路连接,氨气罐(17)分别与塔底循环液池(19)和塔外氧化罐(11)连接;所述脱硫脱硝塔(1)为喷射塔。
2.根据权利要求1所述的氨法-塔外氧化脱硫脱硝的装置,其特征在于,还设置有补充空气系统(18),所述补充空气系统(18)与塔外氧化罐(11)连接。
3.根据权利要求2所述的氨法-塔外氧化脱硫脱硝的装置,其特征在于,所述补充空气系统(18)与塔外氧化罐(11)之间设置有氧化风机(9)。
4.根据权利要求3所述的氨法-塔外氧化脱硫脱硝的装置,其特征在于,还设置有旋流器(12)和循环泵(13),所述旋流器(12)的出口与所述塔外氧化罐(11)连接,所述旋流器(12)的进口与所述循环泵(13)的出口连接,所述循环泵(13)的进口与所述塔外氧化罐(11)连接。
5.根据权利要求4所述的氨法-塔外氧化脱硫脱硝的装置,其特征在于,设置有与所述旋流器(12)连接的干燥器(14),所述干燥器(14)下面设置有硫酸铵储藏设备(15)。
6.一种氨法-塔外氧化脱硫脱硝的方法,其特征在于,该方法采用如权利要求1至5任意一项所述的氨法-塔外氧化脱硫脱硝的装置,所述方法包括以下步骤:
烟气从烟气进口(8)进入后首先流经氧化喷淋装置(7)时,在氧化剂作用下与氧气反应使得部分NO转化为NO2,继续向上流动过程中和喷淋液充分接触,脱硫脱硝,然后从塔的上部排出,各段喷淋层中的喷淋液在重力作用下流回塔底循环液池(19),在塔底循环液池(19)的底部通入氨气来调整循环液的PH,循环液经过循环管路(10)重新输送到脱硫段(5)和脱硝段(6),当循环液中的亚硫酸铵的浓度在7%-13%,将塔釜中循环液排出至塔外氧化罐(11)内进行氧化,通过水供给系统(16)向循环液池(19)补充水量。
7.根据权利要求6所述的氨法-塔外氧化脱硫脱硝的方法,其特征在于,通过补充空气系统(18)向塔外氧化罐(11)中注入氧气,通过氨气罐(17)向塔外氧化罐(11)中注入氨气。
8.根据权利要求7所述的氨法-塔外氧化脱硫脱硝的方法,其特征在于,所述脱硫段(5)的pH为5.0-6.5,温度为35℃-55℃;所述脱硝段(6)的pH为5.0-6.5,温度为45℃-180℃;所述循环液池(19)中的pH为5.5-6.5,温度为35℃-45℃;所述塔外氧化罐(11)中的PH为7.0-8.0。
9.根据权利要求8所述的氨法-塔外氧化脱硫脱硝的方法,其特征在于,所述氧化喷淋装置(7)中所采用的氧化剂包括以柠檬酸为络合剂,采用溶胶-凝胶法制备出的复合氧化物催化剂,以及双氧水和/或高锰酸钾。
10.根据权利要求9所述的氨法-塔外氧化脱硫脱硝的方法,其特征在于,所述塔外氧化罐(11)中反应生成的硫酸铵化肥经分离、干燥后收集储藏。
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