CN106474890A - 一种去除烟气中污染物的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种去除烟气中污染物的装置及方法，包括锅炉，所述锅炉的烟气依次通过脱硝装置、氧化装置、空气预热器、烟气冷却器、低低温除尘器、脱硫装置和烟气再热器，再由烟囱排出。本发明可实现脱硫过程中同时去除烟气中氮氧化物及汞；在氨法脱硫系统之前采用强氧化剂对烟气中的游离汞进行氧化，通过补入适当的助剂将离子态的Hg2+固定，再在除尘系统将Hg2+随烟尘一起去除；NOX被氧化后采用SNCR工艺即可满足环保要求，无需采用高投资的SCR工艺，减少投资；采用低低温除尘技术，减低脱硫系统入口烟尘浓度，确保脱硫系统无需采用湿式电除尘即可满足超低排放的要求。

Description

一种去除烟气中污染物的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种去除烟气中污染物的装置及方法，具体涉一种氨法脱硫过程中同时去除烟气中氮氧化物及汞的装置及方法。
背景技术
根据国务院【煤电节能减排升级及行动改造计划（2014-2020）】及环境保护部《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的要求，大气污染物排放浓度限值在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米。
目前的燃煤锅炉均配置除尘、脱硝、脱硫及湿式电除尘系统，由于除尘、脱硝及脱硫系统由不同供应商提供，互为独立，在项目的实施过程中忽视了脱硫系统的协同除尘功能，导致烟气治理的投资偏高，并且仍然不能满足超低排放的要求。
随着国家环保要求的提高，“十三•五”期间，烟气脱汞将是下一个重点方向，按照目前的状况势必要再上一套脱汞装置，企业的环保压力越来越大。因此，无论从宏观（国家）层面还是微观（企业）层面均急需一种投资省、烟气综合治理效果好的工艺技术及设备，以确保燃煤锅炉的烟气满足超低排放的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有燃煤锅炉的烟气净化装置及方法的诸多不足，提供一种投资省、烟气综合治理效果好的装置及方法。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案：一种去除烟气中污染物的装置，包括锅炉，所述锅炉的烟气依次通过脱硝装置、氧化装置、空气预热器、烟气冷却器、低低温除尘器和脱硫装置，再由烟囱排出。
所述脱硫装置和烟囱之间还设置有烟气再热器。
所述脱硫装置包括脱硫塔，所述脱硫塔内部顶端设置有高效除雾器，所述高效除雾器的下方设置有若干用于喷吸收液的喷淋层，每一所述喷淋层上均设置有若干喷嘴，所述脱硫塔的中部设置有烟气入口；所述烟气入口顶端和最下层所述喷淋层之间设置有烟气均布装置。
喷淋层为2~4层。
所述烟气均布装置包括水平设置的平板，所述平板上设置有若干用于穿过烟气的小孔，全部所述小孔的面积占所述平板的面积的30-50%；所述平板的面积等于所述脱硫塔的横截面积。
烟气均布装置是一个由耐高温、耐腐蚀材料制成，小孔的尺寸为DN20-40，由于烟气均布装置上的烟气通流面积低于脱硫塔的横截面积，故可以确保烟气通过烟气均布装置后的流速更加均匀，从而实现烟气均布的目的。
所述烟气冷却器的温度范围为80~95℃。
所述氧化装置内设置有强氧化剂喷入口和助剂喷入口，所述强氧化剂喷入口与装有强氧化剂的容器一相连，所述助剂喷入口与装有助剂的容器二相连。
所述强氧化剂包括双氧水、臭氧或次氯酸钠溶液；所述助剂包括氯化钙溶液或脱硫废水。
所述污染物包括氮氧化物、硫化物和汞。
硫化物包括二氧化硫。
一种去除烟气中污染物的方法，包括以下步骤：
S01，锅炉为燃煤锅炉，燃煤锅炉采用炉内低氮燃烧技术；
S02，锅炉的烟气通入采用SNCR法脱硝的脱硝装置中进行脱硝，降低脱硝过程中SO2的氧化率，抑制SO3的生成；
S03，脱硝装置的排出烟气通入氧化装置，在烟气中喷入强氧化剂将单质汞Hg氧化为离子态的汞Hg2+，同步喷入助剂来固化离子态的汞Hg2+；脱硝装置的排出烟气通入氧化装置，在烟气中喷入强氧化剂同时将NO氧化为NO2；
S04，氧化装置的排出高温烟气通入空气预热器进行降温冷却；
S05，空气预热器的排出烟气通入烟气冷却器，使烟尘温度降低至80~95℃，得低温烟气；
S06，烟气冷却器的排出烟气通入低低温除尘器，由于低温烟气的比电阻下降、击穿电压上升，使烟气中的飞灰颗粒增大，同时在低温条件下Hg、Hg2+和SO3均吸附凝结在飞灰颗粒上；
S07，低低温除尘器的排出烟气通入脱硫装置，进行脱硫、烟气经吸收液吸收净化降低雾滴中的铵盐浓度；再通过高效除雾器降低烟气中的雾滴浓度；
S08，脱硫装置的排出烟气直接由烟囱排出。
S07和S08之间还设置有烟气再热步骤；S04中空气预热器将烟气温度降至120~250℃。
本发明的显著特点是：可实现脱硫过程中同时去除烟气中氮氧化物及汞；在氨法脱硫系统之前采用强氧化剂对烟气中的游离汞进行氧化，通过补入适当的助剂将离子态的Hg2+固定， 再在除尘系统随烟尘一起去除；NOX被氧化后采用SNCR即可满足环保要求，无需采用高投资的SCR方案，减少投资；采用低低温除尘技术，减低脱硫系统入口烟尘浓度，确保脱硫系统无需采用湿式电除尘即可满足超低排放的要求。
本发明的有益效果是：
1.燃煤锅炉采用炉内低氮燃烧技术，从源头上降低NO的生成；
2.炉外采用高效SNCR脱硝工艺取代SCR工艺实现脱硝功能，大幅度降低脱硝的投资及运行费用，降低脱硝过程中SO2的氧化率，抑制SO3的生成；
3.在烟气中喷入强氧化剂将单质汞（Hg）氧化为离子态的汞（Hg2+）而脱除；通过补入适当的助剂（优先考虑充氯化钙或脱硫废水）来固化氧化后的汞（氯化汞）；强氧化剂在氧化游离汞的同时将烟气中的NO氧化为NO2，在条件合适的情况下采用SNCR取代SCR实现脱硝功能；
4.在空气预热器后增设烟气冷却器，使原烟气温度降低至80~95℃（低于SO3的露点），由于低温烟尘的比电阻下降、击穿电压上升，使飞灰颗粒增大，同时在低温条件下SO3吸附凝结在飞灰颗粒上；不仅能够提高烟尘粒径，而且可以使吸附在飞灰颗粒上的单质汞Hg、二价汞Hg2+和SO3同时去除，大幅度提高了除尘系统的除尘效率，使原烟气含尘量不高于10mg/Nm3；
5.采用低低温、高频电源、移动电极板等高效除尘技术实现高效除尘的目的，可以同步脱除SO3及汞，确保脱硫塔入口含尘量在5-10mg/Nm3之间；
6.脱硫塔是高效脱硫系统的关键设备，脱硫塔采用双塔双循环或单塔多循环工艺，使得脱硫塔内烟气分布更加均匀，通过采用高效喷淋层技术确保塔内浆液的高覆盖率，通过优化喷嘴的型号（采用切向实心锥喷嘴取代常规的切向空心锥喷嘴）及布置方式（现有单层喷嘴的覆盖率为常规的120-150%，现多层喷嘴将覆盖率提高到200-300%） ，以拦截更多的浆液液滴及粒径增长后的烟尘颗粒，确保脱硫及烟尘捕捉效果，通过采用组合式高效除雾器降低净烟气的雾滴含量、进一步去除残留的微小颗粒物及汞，使净化后的烟气达标排放；
由于在氧化装置内脱汞时部分NO被氧化为NO2，NOX与硫酸铵盐反应而去除，具体去除原理如下：
NO 部分被强氧化剂氧化成NO2，建立如下平衡：NO+【O】= NO2
溶解于吸收液中的NO2与亚硫酸铵（NH4）2SO3反应生成（NH4）2SO4 与N2，建立如下平衡：
2（NH4）2SO3 + NO2 = 2（NH4）2SO4 + 1/2N2 ↑
溶解于吸收液中的NO与亚硫酸铵（NH4）2SO3反应生成（NH4）2SO4与N2，建立如下平衡：
（NH4）2SO3+ NO = （NH4）2SO4+ 1/2N2↑
溶解于吸收液中的NO2与亚硫酸氢铵NH4HSO3反应生成NH4HSO4 与N2，建立如下平衡：
4NH4HSO3+2NO2 → 4NH4HSO4+N2↑
（NH4）2SO4易溶于水，通过喷淋层的吸收液洗涤去除；
7.强氧化剂优选双氧水，强氧化剂通过专用的装置注入高温烟气中，为了确保氧化效果，必须选择合适的烟气温度区域(温度范围在250-280°之间)及加入方式（强氧化剂采用压缩空气雾化成细小的微滴，以提高氧化反应的速度，防止高温下强氧化剂分解），确保雾化均匀及氧化效率；
8.本发明无需增设脱汞装置，仅需氧化装置即可实现脱汞，投资省、烟气综合治理效果好。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中脱硫装置的结构示意图；
图3为本发明中烟气均布装置的结构示意图。
图中：1为高效除雾器、2为喷淋层、3为喷嘴、4为烟气入口、5为烟气均布装置、6为平板、7为小孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
如图1~图3所示，本具体实施例提供一种去除烟气中污染物的装置，包括锅炉，所述锅炉的烟气依次通过脱硝装置、氧化装置、空气预热器、烟气冷却器、低低温除尘器、脱硫装置和烟气再热器，再由烟囱排出。
所述脱硫装置包括脱硫塔，所述脱硫塔内部顶端设置有高效除雾器1，所述高效除雾器1的下方设置有若干用于喷水的喷淋层2，每一所述喷淋层2上均设置有若干喷嘴3，所述脱硫塔的中部设置有烟气入口4；所述烟气入口4顶端和最下层所述喷淋层2之间设置有烟气均布装置5。
喷淋层为2层。
所述烟气均布装置5包括水平设置的平板6，所述平板6上设置有若干用于穿过烟气的小孔7，全部所述小孔7的面积占所述平板6的面积的30%；所述平板6的面积等于所述脱硫塔的横截面积。
所述烟气冷却器的冷却温度为80℃。
所述氧化装置内设置有强氧化剂喷入口和助剂喷入口，所述强氧化剂喷入口与装有强氧化剂的容器一相连，所述助剂喷入口与装有助剂的容器二相连。
所述强氧化剂为双氧水溶液；所述助剂为氯化钙溶液。
所述污染物包括氮氧化物、硫化物和汞。
一种去除烟气中污染物的方法，包括以下步骤：
S01，锅炉为燃煤锅炉，燃煤锅炉采用炉内低氮燃烧技术；
S02，锅炉的烟气通入采用SNCR法脱硝，降低脱硝过程中SO2的氧化率，抑制SO3的生成；
S03，脱硝装置的排出烟气通入氧化装置，在烟气中喷入强氧化剂将单质汞Hg氧化为离子态的汞Hg2+，同步喷入助剂来固化离子态的汞Hg2+；
S04，氧化装置的排出高温烟气通入空气预热器进行降温冷却至120-250℃；
S05，空气预热器的排出烟气通入烟气冷却器，使烟气温度降低至80℃，得低温烟气；
S06，烟气冷却器的排出烟气通入低低温除尘器，由于低温烟气的比电阻下降、击穿电压上升，使烟气中的飞灰颗粒增大，同时在低温条件下Hg、Hg2+和SO3均吸附凝结在飞灰颗粒上；
S07，低低温除尘器的排出烟气通入脱硫装置，进行脱硫、烟气水洗净化降低雾滴中的铵盐浓度；再通过高效除雾器1降低烟气中的雾滴浓度；
S08，脱硫装置的排出烟气通入烟气再热器进行再热；
S09，烟气再热器的排出烟气直接由烟囱排出。
实施例2：如图1~图3所示，本具体实施例提供一种去除烟气中污染物的装置，包括锅炉，所述锅炉的烟气依次通过脱硝装置、氧化装置、空气预热器、烟气冷却器、低低温除尘器和脱硫装置，再由烟囱排出。
所述脱硫装置包括脱硫塔，所述脱硫塔内部顶端设置有高效除雾器1，所述高效除雾器1的下方设置有若干用于喷吸收液的喷淋层2，每一所述喷淋层2上均设置有若干喷嘴3，所述脱硫塔的中部设置有烟气入口4；所述烟气入口4顶端和最下层所述喷淋层2之间设置有烟气均布装置5。
喷淋层为4层。
所述烟气均布装置5包括水平设置的平板6，所述平板6上设置有若干用于穿过烟气的小孔7，全部所述小孔7的面积占所述平板6的面积的50%；所述平板6的面积等于所述脱硫塔的横截面积。
所述烟气冷却器的温度范围为95℃。
所述氧化装置内设置有强氧化剂喷入口和助剂喷入口，所述强氧化剂喷入口与装有强氧化剂的容器一相连，所述助剂喷入口与装有助剂的容器二相连。
所述强氧化剂为臭氧；所述助剂为脱硫废水，脱硫废水中含有氯离子。
所述污染物包括氮氧化物、硫化物和汞。
一种去除烟气中污染物的方法，包括以下步骤：
S01，锅炉为燃煤锅炉，燃煤锅炉采用炉内低氮燃烧技术；
S02，锅炉的烟气通入采用SNCR法脱硝的脱硝装置中进行脱硝，降低脱硝过程中SO2的氧化率，抑制SO3的生成；
S03，脱硝装置的排出烟气通入氧化装置，在烟气中喷入强氧化剂将单质汞Hg氧化为离子态的汞Hg2+，同步喷入助剂来固化离子态的汞Hg2+；
S04，氧化装置的排出高温烟气通入空气预热器进行降温冷却，将烟气温度降至120~250℃；
S05，空气预热器的排出烟气通入烟气冷却器，使烟尘温度降低至95℃，得低温烟气；
S06，烟气冷却器的排出烟气通入低低温除尘器，由于低温烟气的比电阻下降、击穿电压上升，使烟气中的飞灰颗粒增大，同时在低温条件下Hg、Hg2+和SO3均吸附凝结在飞灰颗粒上；
S07，低低温除尘器的排出烟气通入脱硫装置，进行脱硫、烟气经吸收液吸收净化降低雾滴中的铵盐浓度；再通过高效除雾器1降低烟气中的雾滴浓度；
S08，脱硫装置的排出烟气直接由烟囱排出。
实施例3：如图1~图3所示，本实施例与实施例1的区别仅在于，喷淋层为3层；全部所述小孔7的面积占所述平板6的面积的40%；烟气冷却器的冷却温度为85℃；强氧化剂为次氯酸钠溶液；助剂为氯化钙溶液。
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)

1.一种去除烟气中污染物的装置，其特征在于：包括锅炉，所述锅炉的烟气依次通过脱硝装置、氧化装置、空气预热器、烟气冷却器、低低温除尘器和脱硫装置，再由烟囱排出。
2.根据权利要求1所述一种去除烟气中污染物的装置，其特征在于：所述脱硫装置和烟囱之间还设置有烟气再热器。
3.根据权利要求1所述一种去除烟气中污染物的装置，其特征在于：所述脱硫装置包括脱硫塔，所述脱硫塔内部顶端设置有高效除雾器（1），所述高效除雾器（1）的下方设置有若干用于喷吸收液的喷淋层（2），每一所述喷淋层（2）上均设置有若干喷嘴（3），所述脱硫塔的中部设置有烟气入口（4）；所述烟气入口（4）顶端和最下层所述喷淋层（2）之间设置有烟气均布装置（5）。
4.根据权利要求3所述一种去除烟气中污染物的装置，其特征在于：所述烟气均布装置（5）包括水平设置的平板（6），所述平板（6）上设置有若干用于穿过烟气的小孔（7），全部所述小孔（7）的面积占所述平板（6）的面积的30-50%；所述平板（6）的面积等于所述脱硫塔的横截面积。
5.根据权利要求1所述一种去除烟气中污染物的装置，其特征在于：所述烟气冷却器的温度范围为80~95℃。
6.根据权利要求1所述一种去除烟气中污染物的装置，其特征在于：所述氧化装置内设置有强氧化剂喷入口和助剂喷入口，所述强氧化剂喷入口与装有强氧化剂的容器一相连，所述助剂喷入口与装有助剂的容器二相连。
7.根据权利要求6所述一种去除烟气中污染物的装置，其特征在于：所述强氧化剂包括双氧水、臭氧或次氯酸钠溶液；所述助剂包括氯化钙溶液或脱硫废水。
8.根据权利要求1~7任一项所述一种去除烟气中污染物的装置，其特征在于：所述污染物包括氮氧化物、硫化物和汞。
9.根据权利要求1~7任一项所述一种去除烟气中污染物的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S01，锅炉为燃煤锅炉，燃煤锅炉采用炉内低氮燃烧技术；
S02，锅炉的烟气通入采用SNCR法脱硝的脱硝装置中进行脱硝，降低脱硝过程中SO2的氧化率，抑制SO3的生成；
S03，脱硝装置的排出烟气通入氧化装置，在烟气中喷入强氧化剂将单质汞Hg氧化为离子态的汞Hg2+，同步喷入助剂来固化离子态的汞Hg2+；
S04，氧化装置的排出高温烟气通入空气预热器进行降温冷却；
S05，空气预热器的排出烟气通入烟气冷却器，使烟尘温度降低至80~95℃，得低温烟气；
S06，烟气冷却器的排出烟气通入低低温除尘器，由于低温烟气的比电阻下降、击穿电压上升，使烟气中的飞灰颗粒增大，同时在低温条件下Hg、Hg2+和SO3均吸附凝结在飞灰颗粒上；
S07，低低温除尘器的排出烟气通入脱硫装置，进行脱硫、烟气经吸收液吸收净化降低雾滴中的铵盐浓度；再通过高效除雾器（1）降低烟气中的雾滴浓度；
S08，脱硫装置的排出烟气直接由烟囱排出。
10.根据权利要求9所述一种去除烟气中污染物的方法，其特征在于：S07和S08之间还设置有烟气再热步骤；S04中空气预热器将烟气温度降至120~250℃。
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