CN105879621A - 一种实现近零排放的两段式双循环脱硫脱硝装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种实现近零排放的两段式双循环脱硫脱硝装置，包括：沿烟气流向依次设置的一一级脱硝装置，一一级脱硫装置及一二级脱硫脱硝装置。其中，在二级脱硫脱硝装置安装臭氧格栅。在烟气经过一级脱硝和一级脱硫以后，通过臭氧格栅向烟气中喷入臭氧，将剩余的二氧化硫和氮氧化物氧化成易于被溶液吸收的高价氧化物，再通过二级独立喷淋系统实现对含硫和含氮氧化物的吸收。达到燃煤烟气含硫和含氮污染物近零排放水平。同时提供基于上述装置的实现近零排放的两段式双循环脱硫脱硝方法。
Description
技术领域
本发明涉及环保技术领域，特别涉及一种用于燃煤烟气深度净化的脱硫脱硝装置，具体涉及一种实现近零排放的两段式双循环脱硫脱硝装置及方法。
背景技术
目前，各地区大气污染物排放按照总量控制，特别是燃煤火电机组已经被要求全面执行污染物超低排放标准。2015年12月2日召开中华人民共和国国务院常务会议决定全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造，大幅降低发电煤耗和污染排放。意味着我国燃煤火电厂排放烟气中氮氧化物的浓度都将不超过50mg/Nm3，二氧化硫排放将不超过35mg/Nm3。我国燃煤烟气脱硝主要采取SCR脱硝技术，脱硫主要采用湿法脱硫工艺，SCR脱硝技术原理是通过向烟气中喷入氨气作为还原剂，在脱硝催化剂的作用下，将烟气中的氮氧化物还原为N2。根据SCR脱硝反应特性，受到工艺条件的限制，达到较低的排放水平，为了达到更高的脱硝效率，实现氮氧化物的深度脱除，需要向烟气中喷入更大量的氨气，以促进还原反应的进行。当喷入氨气量过高时，容易导致脱硝系统后部氨逃逸量大幅度增加，由于烟气中存在一定浓度的SO3，在氨气存在的情况下，会产生硫酸氢铵，导致烟气下游设备出现严重的腐蚀和堵塞。所以迫切需要解决SCR脱硝系统过高的脱硝效率与氨逃逸之间矛盾。另外，为了达到更高的脱硫效率，需要在脱硫系统中增设多层喷淋，一方面加大了环保设施建设成本，另一方面导致脱硫塔高度不断增加，严重威胁环保设施运行安全。
综上，为了采用传统工艺进行脱硫脱硝处理，为了提高脱除效率，一方面会导致环保设施建设和运行成本大幅度增加，另一方面导致环保设施产生诸多衍生问题，例如脱硫系统吸收塔高度过高，SCR脱硝系统出现ABS问题，氨逃逸问题等，直接威胁发电系统运行安全性。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的是提供一种实现近零排放的两段式双循环脱硫脱硝装置及方法，针对我国燃煤烟气二氧化硫和氮氧化物排放最新环保标准。在烟气经过一级脱硝和一级脱硫以后，通过臭氧格栅向烟气中喷入臭氧，将剩余的二氧化硫和氮氧化物氧化成易于被溶液吸收的高价氧化物，再通过二级独立喷淋系统实现对含硫和含氮氧化物的吸收。达到燃煤烟气含硫和含氮污染物近零排放水平。利用该系统可以降低SCR脱硝系统在氮氧化物深度控制导致的氨逃逸问题，并实现最终氮氧化物达到零排放的水平。充分发挥了SCR脱硝性能稳定和臭氧氧化脱除氮氧化物彻底的优点，避免由于SCR深度脱硝导致的严重的硫酸氢铵堵塞和腐蚀问题，提高SCR脱硝系统下游设备的安全性。在更低的二氧化硫排放标准形势下，脱硫塔高度大大增加的问题，可以有效降低脱硫系统建设造价和运行成本。
为达上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种实现近零排放的两段式双循环脱硫脱硝装置，包括：
沿烟气流向依次设置的一一级脱硝装置，一一级脱硫装置及一二级脱硫脱硝装置；
所述一级脱硝装置包括依次连接的一入口烟道，设置于入口烟道内的一喷氨格栅，及与所述入口烟道连通的一SCR脱硝反应器；
所述一级脱硫装置包括：设置于一塔体内形成浆液循环的一主浆液池及一级喷淋层；
所述二级脱硫脱硝装置包括：一臭氧格栅，形成浆液循环的一二级喷淋层，一二级喷淋浆液收集池，一二级浆液回收管及一辅助浆液池。
烟气在经过SCR脱硝反应器进行一级脱硝以后，进入一级喷淋层进行一级脱硫处理，分别经过一级脱硝和一级脱硫处理以后的烟气，通过臭氧格栅被喷入臭氧，对烟气中剩余的氮氧化物和二氧化硫进行氧化，几乎全部氧化后的含硫和含氮氧化物经过二级喷淋层进行吸收，达到氮氧化物和二氧化硫的近零排放水平，经过两级净化后的烟气通过出口烟道排出。
进一步地，所述臭氧格栅布置在一级喷淋层上部，具有多个喷嘴，可均匀喷入臭氧。
进一步地，所述二级喷淋浆液收集池采用锥形底面，所述锥形底面上均布有多个向上的凸起，所述凸起顶端或侧面上开设有通气孔。
通过在收集池的底面上采取开孔凸槽式设计，经过一级喷淋层进行一级脱硫处理后的烟气，可以通过二级喷淋浆液收集池流入二级脱硫脱硝装置。且所收集的二级喷淋浆液不会淋入主浆液池。
二级脱硫脱硝装置的喷淋浆液由二级喷淋浆液收集池收集后，通过二级浆液回收管，汇入辅助浆液池，然后再由循环浆液泵将浆液泵入二级喷淋层，实现浆液的循环利用。
进一步地，所述二级脱硫脱硝装置还包括，位于二级喷淋层上方的一除雾器及与塔体顶壁或侧壁连通的一出口烟道。
进一步地，还包括设置于连通所述一级脱硝装置及以及脱硫装置的的一脱硝出口烟道内的空气预热器和/或除尘器和/或风机。根据不同工况需求选取配置。
基于上述装置的一种实现近零排放的两段式脱硝方法，包括以下步骤：
通过SCR法对烟气进行一级脱硝；
通过石灰石-石膏法对烟气进行一级脱硫；
烟气与臭氧混合，将烟气中经过一级脱硝及一级脱硫后剩余的氮氧化物和二氧化硫氧化为高价氧化物；
烟气与雾化后的碱性吸收剂逆向接触进行二级脱硫脱硝。
进一步地，通过SCR法进行一级脱硝时，喷入的氨气量保证氨氮比小于1。
进一步地，臭氧通入烟气的浓度比例为30-100ppm。
燃煤烟气首先经过一级脱硝装置和一级脱硫装置进行二氧化硫和氮氧化物的初步脱除，在第一阶段脱硝中，控制SCR脱硝反应系统出口氨逃逸浓度不超过3ppm。经过第一阶段脱硝后的烟气，送入脱硫塔内进行一级脱硫，经过一级脱硫后的烟气，通过臭氧格栅在烟道中均匀喷入臭氧，实现烟气中氮氧化物和二氧化硫的氧化，生成易被溶液吸收的高价氧化物。高价氧化物被烟气携带进入二级脱硫脱硝装置，绝大多数含硫和含氮氧化物被二级浆液喷淋吸收，达到近零排放水平。本发明充分发挥了SCR脱硝，湿法脱硫和臭氧氧化吸收脱硫脱硝的优势，实现真正意义的氮氧化物和二氧化硫近零排放。
附图说明
图1为本发明一实施例中实现近零排放的两段式双循环脱硫脱硝装置示意图。
附图标记说明：1—一级脱硝装置；2—一级脱硫装置；3—二级脱硫脱硝装置；4—入口烟道；5—喷氨格栅；6—SCR脱硝反应器7—脱硝出口烟道；8—主浆液池；9—一级喷淋层；10—臭氧格栅；11—二级喷淋浆液收集池；12—二级喷淋层；13—除雾器；14—出口烟道；15—二级浆液回收管；16—辅助浆液池。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面配合所附图对本发明的特征和优点作详细说明。
如图1所绘示的实施例中，实现近零排放的两段式双循环脱硫脱硝装置，包括：
沿烟气流向依次设置的一级脱硝装置1，一级脱硫装置2及二级脱硫脱硝装置3；分别由虚线框出。
具体地，一级脱硝装置1包括依次连接的入口烟道4，设置于入口烟道4内的喷氨格栅5，及与入口烟道4连通的SCR脱硝反应器6；
一级脱硫装置2包括：设置于一塔体内形成浆液循环的主浆液池8及一级喷淋层9；
二级脱硫脱硝装置3包括：臭氧格栅10，形成浆液循环的二级喷淋层12，二级喷淋浆液收集池11，二级浆液回收管15及辅助浆液池16。
烟气在经过SCR脱硝反应器6进行一级脱硝以后，进入一级喷淋层9进行一级脱硫处理，分别经过一级脱硝和一级脱硫处理以后的烟气，通过臭氧格栅10被喷入臭氧，对烟气中剩余的氮氧化物和二氧化硫进行氧化，几乎全部氧化后的含硫和含氮氧化物经过二级喷淋层12进行吸收，达到氮氧化物和二氧化硫的近零排放水平，经过两级净化后的烟气通过出口烟道排出。
臭氧格栅10布置在一级喷淋层9的上方，具有多个喷嘴，可均匀喷入臭氧。
二级喷淋浆液收集池11采用锥形底面，该锥形底面上均布有多个向上的凸起，该凸起顶端或侧面上开设有通气孔。
通过在收集池的底面上采取开孔凸槽式设计，经过一级喷淋层进行一级脱硫处理后的烟气，可以通过二级喷淋浆液收集池流入二级脱硫脱硝装置。且所收集的二级喷淋浆液不会淋入主浆液池。
二级脱硫脱硝装置3的喷淋浆液由二级喷淋浆液收集池收集后，通过二级浆液回收管，汇入辅助浆液池，然后再由循环浆液泵将浆液泵入二级喷淋层，实现浆液的循环利用。
二级脱硫脱硝装置3还包括，位于二级喷淋层12上方的除雾器13及与塔体顶壁(如图所示)的出口烟道14。在其他实施例中，出口烟道也可以与塔体侧壁连通。
在另外的实施例中，还可包括设置于连通所述一级脱硝装置及以及脱硫装置的的脱硝出口烟道7内的空气预热器和/或除尘器和/或风机。根据不同工况需求选取配置。
基于上述装置的实现近零排放的两段式脱硝方法，包括以下步骤：
通过SCR法对烟气进行一级脱硝；
通过石灰石-石膏法对烟气进行一级脱硫；
烟气与臭氧混合，将烟气中经过一级脱硝及一级脱硫后剩余的氮氧化物和二氧化硫氧化为高价氧化物；
烟气与雾化后的碱性吸收剂逆向接触进行二级脱硫脱硝。
通过SCR法进行一级脱硝时，喷入的氨气量保证氨氮比小于1。
臭氧通入烟气的浓度比例为30-100ppm。
二级脱硫脱硝选用的碱性吸收剂可以是钠碱，如氢氧化钠、碳酸钠等，也可以是钙碱，如氧化钙、氢氧化钙等。针对不同的工艺调整碱性吸收剂的pH值，为了便于工艺操作，可在一级脱硝、一级脱硫的出口分别设置烟气成分测量装置，以便针对性地调节碱性吸收剂浓度和pH值，具体调节思路可参照下文工程实例脱硝脱硫过程中的烟气在各阶段的各成分浓度，本领域技术人员在了解本发明公开的内容的基础上，当可知晓如何将碱性吸收剂调节至适合的浓度和pH值，在此不再赘述。
本发明所述用于烟气氮氧化物零排放的脱硝装置，针对我国最新燃煤烟气污染物排放控制要求，综合考虑SCR脱硝系统面临的高脱硝效率与氨逃逸加大和硫酸氢铵导致的烟气下游设备腐蚀和堵塞风险，以及湿法脱硫系统在深度脱硫需求下建设和运行成本大幅度增加的现实问题。首先利用SCR脱硝系统实现对烟气的一级脱硝，利用湿法脱硫系统实现对烟气的一级脱硫。剩余的氮氧化物和二氧化硫采用臭氧氧化后在二级脱硫脱硝装置内绝大部分被吸收，达到最佳的环保效果，实现燃煤烟气氮氧化物和二氧化硫的近零排放。
本发明为提高系统运行可靠性，喷氨格栅采用耐磨金属材质，臭氧格栅采用耐腐蚀材质。为保证第一阶段还原脱硝和第二阶段的臭氧氧化都有较高的效率，喷氨格栅和臭氧格栅在烟道内部采取多喷头布置方式，提高反应成分的均匀性。本发明可以根据系统需要，在进出口烟道布置换热面，除尘器，风机等附加设备，满足本发明的应用范围。
采用本发明的装置和方法，无需喷入过量氨气，将一级脱硝装置出口位置的氨逃逸量控制在不超过3ppm水平即可，对于熟悉脱硝工艺的本领域技术人员，了解本发明装置的结构和方法的流程后，当可通过对相关调整设置SCR脱硝控制逻辑实现对氨逃逸量进行相应控制，在此不再赘述。
以一实际脱硝脱硫工程为例，600MW的燃煤发电机组，其排放烟气风量为2000000Nm3/h，氮氧化物含量为400mg/Nm3，SO2浓度为1500mg/Nm3，采用常规SCR法和常规石灰石-石膏湿法烟气脱离技术进行处理，要达到NOx排放浓度低于25mg/Nm3，SO2排放浓度低于20mg/Nm3，脱硝效率要达到94％，脱硫效率要达到99％。SCR系统运行期间实际氨氮比要超过1，经过SCR脱硝系统后，将形成氨逃逸浓度不低于30-50ppm，将导致大量硫酸氢铵的生成，脱硝系统运行2周以后，将出现脱硝系统下游设备造成腐蚀及阻塞的情况。采用常规石灰石-石膏湿法脱硫技术达到排放目标，脱硫系统液气比接近30，脱硫系统必须采用大流量浆液泵，脱硫塔喷淋层数不低于5层，脱硫塔高度要进行抬升，脱硫塔基础加固和系统阻力都将大大增加。从而导致系统建设和运行费用庞大。
采用本发明实施例中所述的装置，对同样的烟气进行处理，由于增加了二级臭氧脱硝环节，对SCR脱硝系统的NOx减排水平和一级脱硫系统对SO2的减排水平要求大大降低，可以控制SCR脱硝出口NOx水平在80-100mg/Nm3，SCR脱硝系统脱硝效率仅需要达到80％左右，根据SCR脱硝系统特性，氨氮比控制在0.8(一般均在1以下)即可，SCR脱硝系统氨逃逸浓度水平大幅度降低，可以严格控制在不超过3ppm左右，下游设备腐蚀及阻塞的情况大大改善。而且氧化后的高价NOx几乎可以完全被吸收液吸收，NOx排放浓度可以达到近零排放。一级脱硫系统出口SO2浓度水平可以控制在100-200mg/Nm3，一级脱硫系统的液气比仅需要15左右即可，脱硫塔高度和浆液循环系统要求都大幅度下降，由于二级吸收液对二氧化硫氧深度氧化后的产物几乎全部吸收，二级脱硫脱硝后的SO2排放浓度可以达到近零排放。采用本技术一方面可以实现氮、硫氧化物的近零排放，另一方面降低环保系统建设成本和运行成本。
Claims (8)
1.一种实现近零排放的两段式双循环脱硫脱硝装置，其特征在于，包括：
沿烟气流向依次设置的一一级脱硝装置，一一级脱硫装置及一二级脱硫脱硝装置；
所述一级脱硝装置包括一入口烟道，设置于入口烟道内的一喷氨格栅，及与所述入口烟道连通的一SCR脱硝反应器；
所述一级脱硫装置包括：设置于一塔体内形成浆液循环的一主浆液池及一级喷淋层；
所述二级脱硫脱硝装置包括：一臭氧格栅，形成浆液循环的一二级喷淋层，一二级喷淋浆液收集池，一二级浆液回收管及一辅助浆液池。
2.如权利要求1所述的实现近零排放的两段式双循环脱硫脱硝装置，其特征在于，所述臭氧格栅布置在一级喷淋层上方，具有多个喷嘴。
3.如权利要求1所述的实现近零排放的两段式双循环脱硫脱硝装置，其特征在于，所述二级喷淋浆液收集池采用锥形底面，所述锥形底面上均布有多个向上的凸起，所述凸起顶端或侧面上开设有通气孔。
4.如权利要求1所述的实现近零排放的两段式双循环脱硫脱硝装置，其特征在于，所述二级脱硫脱硝装置还包括，位于二级喷淋层上方的一除雾器及与塔体顶壁或侧壁连通的一出口烟道。
5.如权利要求1所述的实现近零排放的两段式双循环脱硫脱硝装置，其特征在于，还包括设置于连通所述一级脱硝装置及以及脱硫装置的的一脱硝出口烟道内的空气预热器和/或除尘器和/或风机。
6.一种实现近零排放的两段式脱硝方法，包括以下步骤：
通过SCR法对烟气进行一级脱硝；
通过石灰石-石膏法对烟气进行一级脱硫；
烟气与臭氧混合，将烟气中经过一级脱硝及一级脱硫后剩余的氮氧化物和二氧化硫氧化为高价氧化物；
烟气与雾化后的碱性吸收剂逆向接触进行二级脱硫脱硝。
7.如权利要求6所述的实现近零排放的两段式脱硝方法，其特征在于，通过SCR法进行一级脱硝时，喷入的氨气量保证氨氮比小于1。
8.如权利要求6所述的实现近零排放的两段式脱硝方法，其特征在于，臭氧通入烟气的浓度比例为30-100ppm。
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