CN106178913A - 一种烟气净化系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃煤烟气污染物净化领域，公开了一种烟气净化系统及方法，该烟气净化系统包括依次连通的脱硫塔(10)、氧化塔(20)以及脱硝塔(30)，所述氧化塔中容纳有氧气；所述脱硫塔具有用于与烟气输送管道(100)连通的烟气入口以及用于向脱硫塔的塔体内供应亚硝基硫酸溶液的第一供应装置；所述脱硝塔具有用于与所述氧化塔的出口连通的入口以及用于向所述脱硝塔的塔体内供应硝酸溶液的第二供应装置。由于本发明提供的烟气净化系统是采用亚硝基硫酸、硝酸溶液实现二氧化硫、氮氧化物以及汞的脱除，因此相比于现有技术中采用的先经FGD工艺脱硫，再经SCR工艺脱硝的方式，运行成本明显降低，设备投资较小，而且设备占地面积也较小，应用范围广泛。

Description

一种烟气净化系统及方法
技术领域
本发明涉及燃煤烟气污染物净化，具体地，涉及一种烟气净化系统及方法。
背景技术
随着经济社会的发展，人们对环境污染问题越来越重视，其中，温室效应和酸雨现象是污染环境的两个重要因素。而大气中的二氧化碳(CO2)的增多是引起温室效应的主要原因，同时二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)以及汞(Hg)是造成酸雨现象的重要因素，而燃煤电站是CO2、SO2和NOx的主要排放源之一，因此，要想改善环境，需要对燃煤电站排放的烟气进行净化。
目前，对于二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOX)的脱除大多采用石灰石(石灰)-石膏湿法脱硫装置(FGD)和选择性催化还原(SCR)脱硝装置，而对于汞(Hg)的脱除主要是采用吸附法，包括添加各种脱汞吸附剂，例如，活性炭基、钙基和飞灰基吸收剂以及一些新型吸附剂等。
然而，石灰石(石灰)-石膏湿法脱硫装置(FGD)和选择性催化还原(SCR)脱硝装置的投资成本巨大，而且SCR脱硝装置中使用的催化剂和液氨还原剂价格昂贵，而且装置庞大，运行成本较高，同时会产生大量的固体副产物，难以资源化利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种烟气净化系统及方法，以克服现有技术中存在的成本高、装置庞大以及产生的大量固体副产物难以资源化利用的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种烟气净化系统，该烟气净化系统包括依次连通的脱硫塔、氧化塔以及脱硝塔，所述氧化塔中容纳有氧气；所述脱硫塔具有用于与烟气输送管道连通的烟气入口以及用于向所述脱硫塔的塔体内供应亚硝基硫酸溶液的第一供应装置；所述脱硝塔具有用于与所述氧化塔的出口连通的入口以及用于向所述脱硝塔的塔体内供应硝酸溶液的第二供应装置。
优选地，所述脱硫塔的所述烟气入口的高度低于所述脱硫塔的用于供应亚硝基硫酸溶液的位置的高度，和/或，所述脱硝塔的所述入口的高度低于所述脱硝塔的用于供应硝酸溶液的位置的高度。
优选地，所述第一供应装置包括用于将所述脱硫塔底部的液体循环至所述脱硫塔的亚硝基硫酸循环泵，所述亚硝基硫酸循环泵连接有用于形成亚硝基硫酸的氮氧化物供应源。
优选地，所述亚硝基硫酸循环泵用于将从所述脱硫塔底部流出的一部分液体循环至所述脱硫塔；所述烟气净化系统包括用于接收从所述脱硫塔底部流出的另一部分液体的硫酸收集装置。
优选地，所述氧化塔的出口与所述亚硝基硫酸循环泵连通，以向所述亚硝基硫酸循环泵提供用于形成亚硝基硫酸的氮氧化物。
优选地，所述第二供应装置包括用于将所述脱硝塔底部的液体循环至该脱硝塔的硝酸循环泵。
优选地，所述硝酸循环泵用于将从所述脱硝塔底部流出的一部分液体循环至所述脱硝塔；所述烟气净化系统包括用于接收从所述脱硝塔的底部流出的另一部分液体的硝酸收集装置。
优选地，所述脱硫塔为多个，多个所述脱硫塔串联设置；和/或，所述脱硝塔为多个，多个所述脱硝塔串联设置。
优选地，所述烟气净化系统包括与所述脱硝塔的出口连通的二氧化碳收集装置。
优选地，该烟气净化系统包括依次位于所述烟气输送管道与所述脱硫塔之间的用于吸收烟气中的水分的吸附器以及用于压缩烟气的压缩机。
本发明还提供一种烟气净化方法，该方法包括以下步骤：利用亚硝基硫酸脱除烟气中的二氧化硫和部分汞单质；通过氧气将烟气中的一氧化氮氧化为二氧化氮；利用硝酸脱除烟气中的氮氧化物和剩余的汞单质。
优选地，所述烟气净化方法通过所述烟气净化系统实施。
通过上述技术方案，能够协同脱除烟气中的二氧化硫、二氧化氮以及汞，由于本发明是采用亚硝基硫酸、硝酸溶液实现二氧化硫、二氧化氮以及汞的脱除，因此相比于现有技术中采用的先经FGD工艺脱硫，再经SCR工艺脱硝的方式，运行成本明显降低，设备投资较小，而且设备占地面积也较小，应用范围广泛。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的具体实施方式提供的烟气净化系统的结构示意图。
附图标记说明
10：脱硫塔； 20：氧化塔；
30：脱硝塔； 40：硫酸收集装置；
50：亚硝基硫酸循环泵； 51：循环管道；
60：硝酸收集装置； 70：硝酸循环泵；
80：水分吸附器； 90：压缩机；
100：烟气输送管道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
基于现有技术中的烟气净化系统存在的成本高、装置庞大以及产生的大量固体副产物难以资源化利用的问题，本发明提供一种能够解决上述技术问题的烟气净化系统，为了能够充分的理解本发明，下文将参考附图对本发明提供的烟气净化系统进行详细的描述。
适当地参考图1，根据本发明的一个方面，本发明的实施方式提供的烟气净化系统包括依次连通的脱硫塔10、氧化塔20以及脱硝塔30，所述氧化塔20中容纳有氧气，其中，所述脱硫塔10具有用于与烟气输送管道100连通的烟气入口以及用于向脱硫塔10的塔体内供应亚硝基硫酸溶液的第一供应装置，并且所述脱硝塔30具有用于与氧化塔20的出口连通的入口以及用于向所述脱硝塔30的塔体内供应硝酸溶液的第二供应装置。
本发明提供的烟气净化系统能够协同脱除烟气中的二氧化硫、氮氧化物以及汞单质，具体地，锅炉排出的烟气通过烟气输送管道100进入(可以理解的是，这里的“进入”包括间接进入)所述脱硫塔10中，并在脱硫塔10的塔体中与第一供应装置供应的亚硝基硫酸溶液接触，烟气中的二氧化硫被氧化为三氧化硫并被亚硝基硫酸溶液吸收(也就是三氧化硫转化为硫酸)，而且在此过程中烟气中的一部分汞也被氧化吸收形成汞盐。同时，脱除了二氧化硫和汞的烟气从脱硫塔10出来进入氧化塔20，烟气中的一氧化氮被氧化塔20中的氧气氧化为二氧化氮(在氧化塔内发生的反应为：2NO+O2＝2NO2，该反应较佳的反应温度为30～-25℃，优选的反应温度为10～-15℃，最佳的反应温度为5～-5℃)，从氧化塔20出来的烟气进入脱硝塔30，并在脱硝塔30的塔体中与第二供应装置供应的硝酸溶液接触，从而使烟气中的二氧化氮被硝酸溶液吸收(也就是将二氧化氮转化为硝酸)，同时烟气中的剩余汞等重金属也同时被吸收并转化成相应的汞盐等重金属盐，脱除了二氧化硫、氮氧化物以及汞等污染物后的烟气通过脱硝塔30的出口排出。
由于本发明提供的烟气净化系统是采用亚硝基硫酸、硝酸溶液实现二氧化硫、氮氧化物以及汞的脱除，因此相比于现有技术中采用的先经FGD工艺脱硫，再经SCR工艺脱硝的方式，运行成本明显降低，设备投资较小，而且设备占地面积也较小，应用范围广泛。
其中，从脱硝塔30的出口排出的烟气可以直接排放到大气中，当然，如果将本发明提供的烟气净化系统用于富氧燃烧，则可以在脱硝塔30的出口设置二氧化碳收集装置，以收集高纯度的二氧化碳，从而降低富氧燃烧模式下的经济成本。
优选地，为了使烟气能够充分地与亚硝基硫酸溶液以及硝酸溶液接触，所述脱硫塔10的烟气入口的高度低于脱硫塔10的用于供应亚硝基硫酸溶液的位置的高度，和/或，所述脱硝塔30的所述入口的高度低于脱硝塔30的用于供应硝酸溶液的位置的高度，从而使烟气分别与亚硝基硫酸溶液、硝酸溶液的接触均为逆向接触。其中，亚硝基硫酸溶液以及硝酸溶液都可以采用喷淋的方式提供至脱硫塔10和脱硝塔30的塔体，在本实施方式中，亚硝基硫酸溶液以及硝酸溶液均由上至下喷淋，从而实现烟气与亚硝基硫酸溶液、硝酸溶液的逆向接触。
其中，所述第一供应装置包括用于将脱硫塔10底部的液体循环至脱硫塔10的亚硝基硫酸循环泵50(可以理解的是，脱硫塔10底部的液体可以通过循环管道51循环至脱硫塔10)，所述亚硝基硫酸循环泵50连接有用于形成亚硝基硫酸的氮氧化物供应源。其中，这里的氮氧化物主要指二氧化氮。
考虑到节约成本以及系统长久运行可能会生成大量的硫酸，因此需要设置硫酸收集装置，具体的，所述亚硝基硫酸循环泵50用于将从脱硫塔10底部流出的一部分液体循环至脱硫塔10；所述烟气净化系统包括用于接收从脱硫塔10底部流出的另一部分液体的硫酸收集装置40。
优选地，上述用于形成亚硝基硫酸中的氮氧化物可以来自烟气净化系统本身，具体地，所述氧化塔20的出口与亚硝基硫酸循环泵50连通，以向亚硝基硫酸循环泵50提供用于形成亚硝基硫酸的氮氧化物。也就是说，烟气从氧化塔20出来后一部分进入脱硝塔30，另一部分进入循环管道51形成亚硝基硫酸后，被亚硝基硫酸循环泵50提供至脱硫塔10的塔体内。
其中，为了方便地向脱硝塔30的塔体提供硝酸溶液，所述第二供应装置包括用于将脱硝塔30底部的液体循环至该脱硝塔30的硝酸循环泵70。另外，考虑到节约成本以及系统长久运行可能会生成大量的硝酸，因此需要设置硝酸收集装置，具体地，所述硝酸循环泵70用于将从脱硝塔30底部流出的一部分液体循环至该脱硝塔30；所述烟气净化系统包括用于接收从脱硝塔30的底部流出的另一部分液体的硝酸收集装置60。
为了能够保证脱硫塔10和脱硝塔30的脱硫、脱硝以及脱汞的效率，所述脱硫塔10可以为多个，多个脱硫塔10串联设置，和/或，所述脱硝塔30为多个，多个脱硝塔30串联设置。可以理解的是，脱硫塔10和脱硝塔30的数量可以根据需要净化的烟气量的不同进行选择，一般地，脱硫塔10和脱硝塔30较佳的台数为1～6台，优选的台数为2～4台。
另外，从锅炉出来的烟气可以先除去烟气中的水蒸气，然后加压后进入脱硫塔10的塔体，具体地，如图1所示，所述烟气净化系统包括依次位于烟气输送管道100与所述脱硫塔10之间的用于吸收烟气中的水分的吸附器80以及用于压缩烟气的压缩机90。其中，压缩机出口较佳的操作压力为2～4MPa，优选的操作压力为2.5～3.8MPa，最佳的操作压力为3～3.5MPa，可以理解的是，压缩机的出口压力可以根据脱硫塔10以及脱硝塔30的塔体中的压力需求进行设定，一般地，脱硫塔10以及脱硝塔30的塔体中的较佳的操作压力为1～4MPa，优选的操作压力为2～3MPa，最佳的操作压力为2.2～2.8MPa。其中，根据实际情况，压缩机可以设置为三级压缩，也就是说，经吸附器脱水后的烟气可以先经压缩机三级加压使得烟气压力达到2.5MPa以上(例如，3MPa)，加压后的烟气由压缩机出口排出并冷却，然后进入脱硫塔10，并进行后续的脱硫、脱硝以及脱汞。当然，从锅炉出来的烟气也可以先进行除尘冷凝，然后再进入吸附器80脱水。
由上文可以看出，本发明中的烟气净化系统，对于二氧化硫、氮氧化物等污染物的净化全过程不经过压缩机，避免了对压缩机的腐蚀。
而且，当将本发明中提供的烟气净化系统应用于富氧燃烧时，一氧化氮在高压低温富氧情况下能够转化为高沸点的二氧化氮，把低沸点的一氧化氮转化为沸点比二氧化碳更高的二氧化氮，便于气体的分离。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种烟气净化方法，该方法包括以下步骤：利用亚硝基硫酸脱除烟气中的二氧化硫和部分汞单质；通过氧气将烟气中的一氧化氮氧化为二氧化氮；利用硝酸脱除烟气中的氮氧化物和剩余的汞单质。优选地，所述烟气净化方法通过上述烟气净化系统实施，具体实施如上文所述。
本发明提供的烟气净化方法能够一体化脱硫、脱硝以及脱汞，而且还能够回收二氧化碳，在脱硫、脱硝时使用的亚硝基硫酸、硝酸溶液，相比于现有技术中采用的FGD工艺、SCR工艺，经济效益明显，运行成本低，设备投资小，设备占地小。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.一种烟气净化系统，其特征在于，该烟气净化系统包括依次连通的脱硫塔(10)、氧化塔(20)以及脱硝塔(30)，所述氧化塔(20)中容纳有氧气；
所述脱硫塔(10)具有用于与烟气输送管道(100)连通的烟气入口以及用于向所述脱硫塔(10)的塔体内供应亚硝基硫酸溶液的第一供应装置；
所述脱硝塔(30)具有用于与所述氧化塔(20)的出口连通的入口以及用于向所述脱硝塔(30)的塔体内供应硝酸溶液的第二供应装置。
2.根据权利要求1所述的烟气净化系统，其特征在于，所述脱硫塔(10)的所述烟气入口的高度低于所述脱硫塔(10)的用于供应亚硝基硫酸溶液的位置的高度，和/或，所述脱硝塔(30)的所述入口的高度低于所述脱硝塔(30)的用于供应硝酸溶液的位置的高度。
3.根据权利要求1所述的烟气净化系统，其特征在于，所述第一供应装置包括用于将所述脱硫塔(10)底部的液体循环至所述脱硫塔(10)的亚硝基硫酸循环泵(50)，所述亚硝基硫酸循环泵(50)连接有用于形成亚硝基硫酸的氮氧化物供应源。
4.根据权利要求3所述的烟气净化系统，其特征在于，所述亚硝基硫酸循环泵(50)用于将从所述脱硫塔(10)底部流出的一部分液体循环至所述脱硫塔(10)；
所述烟气净化系统包括用于接收从所述脱硫塔(10)底部流出的另一部分液体的硫酸收集装置(40)。
5.根据权利要求3所述的烟气净化系统，其特征在于，所述氧化塔(20)的出口与所述亚硝基硫酸循环泵(50)连通，以向所述亚硝基硫酸循环泵(50)提供用于形成亚硝基硫酸的氮氧化物。
6.根据权利要求1所述的烟气净化系统，其特征在于：所述第二供应装置包括用于将所述脱硝塔(30)底部的液体循环至该脱硝塔(30)的硝酸循环泵(70)。
7.根据权利要求6所述的烟气净化系统，其特征在于：所述硝酸循环泵(70)用于将从所述脱硝塔(30)底部流出的一部分液体循环至所述脱硝塔(30)；
所述烟气净化系统包括用于接收从所述脱硝塔(30)的底部流出的另一部分液体的硝酸收集装置(60)。
8.根据权利要求1所述的烟气净化系统，其特征在于，所述脱硫塔(10)为多个，多个所述脱硫塔(10)串联设置；和/或，所述脱硝塔(30)为多个，多个所述脱硝塔(30)串联设置。
9.根据权利要求1所述的烟气净化系统，其特征在于，所述烟气净化系统包括与所述脱硝塔(30)的出口连通的二氧化碳收集装置。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的烟气净化系统，其特征在于，该烟气净化系统包括依次位于所述烟气输送管道(100)与所述脱硫塔之间的用于吸收烟气中的水分的吸附器(80)以及用于压缩烟气的压缩机(90)。
11.一种烟气净化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
利用亚硝基硫酸脱除烟气中的二氧化硫和部分汞单质；
通过氧气将烟气中的一氧化氮氧化为二氧化氮；
利用硝酸脱除烟气中的氮氧化物和剩余的汞单质。
12.根据权利要求11所述的烟气净化方法，其特征在于，所述烟气净化方法通过权利要求1-10中任意一项所述的烟气净化系统实施。
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