CN107008128A - 基于臭氧低温氧化的烟气脱硝处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于臭氧低温氧化的烟气脱硝处理系统，包括臭氧制备单元以及脱硝处理单元，其中：所述臭氧制备单元包括与外部气源相连的臭氧机组以及与所述臭氧机组的冷却液入口相连的冷却单元，所述脱硝处理单元包括混合反应器以及洗涤塔，其中，所述混合反应器的入口分别与臭氧机组的臭氧出口以及烟气来气相连，其出口与洗涤塔相连。本发明还公开了所述烟气脱硝处理系统的处理方法，其处理步骤包括：1)烟气与臭氧制备单元制备的臭氧在混合反应器中进行混合氧化反应；2)经臭氧氧化后的烟气进入到洗涤塔中进行喷淋洗涤，洗涤后的清洁烟气可外排，废液可外排回收处理。本发明的处理系统及方法，工作稳定可靠、处理效率高且能耗低。

Description

基于臭氧低温氧化的烟气脱硝处理系统及方法
技术领域
本发明涉及一种利用臭氧进行烟气脱硫脱硝以及烟气污染物的处理系统以及相应的处理方法；属于环保技术领域。
背景技术
烟气污染物的主要来源是燃料的燃烧，这些燃料包括煤、焦炭、重油、柴油、煤气、天然气等。而伴随燃料燃烧产生的有害物质，如：二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、重金属汞(Hg)等，其总量很大，如不经过处理，会造成严重的大气污染以及环境污染，危害人类健康。
烟气处理是复杂的过程，从技术经济和效率的角度考虑，采用多种技术的联合脱除(净化)技术是未来的发展方向。利用低温等离子体技术脱除烟气中的氮氧化物、硫氧化物是目前最具前景的烟气中和治理技术之一，而介质阻挡放电(Dielectric BarrierDischarge，DBD)作为大气压下产生低温等离子体的常用方法，在烟气治理领域有着良好的应用前景。
1998年，美国林德气体旗下BOC公司的臭氧低温氧化技术(LoTOX)获得美国环保局的最佳可行性技术奖及最佳减排奖。其是一种低温氧化过程，是利用臭氧氧化氮氧化物(主要是NO和NO2)，使其生成氮的高价氧化物NOx(如N2O5)。这些氧化物不仅是可溶的，而且具有活性，因此可采用传统的湿法或干化洗涤工艺轻易地将其与其它危险的有害物质分离。
专利CN100354022公开了一种锅炉烟气臭氧氧化脱硝方法，并具体公开了：在温度范围为100-150℃的锅炉烟道低温段喷入臭氧O3将锅炉烟气中的NO氧化成易溶于水的高价态氮氧化物NO2、NO3或N2O5，然后使用碱液水洗锅炉烟气以脱除烟气中的氮氧化物。然而，这只是一种初步的技术方案。
众多工业应用案例表明，臭氧低温氧化技术用于烟气脱硝，其在建设投资、污染物去除、工艺运行管理的简单性等方面，比其它工艺具有更明显的优势。然而，臭氧发生器的造价、系统的稳定性和可靠性以及制取臭氧的费用等制约了该工艺的进一步推广。例如，现有的基于臭氧的脱硝系统，其大多采用传统的管式臭氧发生器，由于其饱受诟病的弊端，此类处理系统基本上属于一种昂贵的、粗放的、不可靠的系统，并不能满足实用的需要。而上述的LoTOX提出的臭氧低温氧化脱硝工艺，由于处理对象(污染物)的复杂性以及处理方法(工艺)个案之间的差异，其难以满足实际需要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种组态灵活、升级方便、既可与已有的工艺、系统无缝连接，又可方便进行拓展(如联合脱硫/脱硝系统、多种污染物协同脱硝系统等)的烟气臭氧低温氧化脱硝处理系统。此外，本发明的另一目的在于提供一种臭氧低温氧化脱硝处理方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于臭氧低温氧化的烟气脱硝处理系统，包括臭氧制备单元以及脱硝处理单元，其中：所述臭氧制备单元包括与外部气源相连的臭氧机组以及与所述臭氧机组的冷却液入口相连的冷却单元，所述脱硝处理单元包括混合反应器以及洗涤塔，其中，所述混合反应器的入口分别与臭氧机组的臭氧出口以及烟气来气相连，其出口与洗涤塔相连。
优选的是：所述臭氧制备单元还包括设置于外部气源与臭氧机组之间的氧气预处理单元。
优选的是：所述臭氧机组包括至少一组臭氧发生器模块，所述臭氧发生器模块包括介质阻挡放电组件。
优选的是：所述臭氧制备单元还包括设置于臭氧机组与脱硝处理单元之间的臭氧监测组件，以及，对臭氧制备单元的各处理设备以及监测组件进行控制的PLC控制单元。
优选的是：所述脱硝处理单元还包括设置于臭氧机组的臭氧出口与混合反应器之间的臭氧分配器。
优选的是：所述脱硝处理单元还包括设置于烟气入口与混合反应器之间的烟气入口监控组件，以及设置于所述洗涤塔的烟气出口处的烟气出口传感器。
优选的是：所述烟气脱硝处理系统还包括设置于烟气入口与混合反应器之间的烟气预处理单元，所述烟气预处理单元为SCR处理单元、SNCR处理单元以及除尘降温单元中的至少一种。
优选的是：所述洗涤塔的洗涤液入口前设置有洗涤液储槽，洗涤塔的废液出口设置有回收处理单元，所述回收处理单元处理产生的清液与洗涤液储槽相连。
优选的是：所述烟气脱硝处理系统还包括对整个处理系统进行监测以及自动化控制的中央控制单元/工作站。
本发明的另一目的在于提供一种利用如上所述的烟气脱硝处理系统进行烟气脱硝的处理方法，其包括以下处理步骤：1)烟气与臭氧制备单元制备的臭氧在混合反应器中进行混合氧化反应；2)经臭氧氧化后的烟气进入到洗涤塔中进行喷淋洗涤，洗涤后的清洁烟气可外排，废液可外排回收处理。
本发明的有益效果在于，本发明的烟气脱硝处理系统采用模块化、智能化、嵌入式设计方式，通过设置在多个工艺点的监控组件，可实时监控臭氧制备过程中的产量、质量(浓度)以及氧化脱硝工艺点的工况，实现了臭氧的精准投放以及最佳的氧化脱硝效果。并且，本发明的处理系统，工作稳定可靠、处理效率高、能耗低，既可与已有的工艺、处理系统以及控制系统等无缝连接，又可针对实际情况再次进行升级拓展，组态灵活，升级方便。
附图说明
图1示出了本发明所述的基于臭氧低温氧化的烟气脱硝处理系统的结构示意图；
图2根据本发明的另一种实施方式，示出了所述基于臭氧低温氧化的烟气脱硝处理系统的另一种结构示意图，其中，臭氧制备单元未示出。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
如图1所示，本发明所述的基于臭氧低温氧化的烟气脱硝处理系统，包括脱硝处理单元1以及臭氧制备单元2，其中，所述臭氧制备单元2包括臭氧机组25、氧气预处理单元24以及冷却单元22，所述氧气预处理单元24的入口与外部气源如，空分制氧机组或液氧储罐相连，其出口与臭氧机组25的氧气入口相连。来自于外部气源的氧气经氧气预处理单元24干燥、冷冻、过滤、调压等处理后进入到臭氧机组25中。所述冷却单元22的冷却液出口与臭氧机组25的冷却液入口相连，来自于冷却单元22的冷却液在臭氧机组中经过热交换后，通过臭氧机组25的冷却液出口送出并返回至所述冷却单元22中。在本发明中，所述臭氧机组25包括至少一组臭氧发生器模块，所述臭氧发生器模块包括介质阻挡放电(DBD)组件，所述介质阻挡放电组件可采用本领域已知的任何适用于产生臭氧的DBD组件，在此不再赘述。所述臭氧机组25产生的臭氧经机组的臭氧出口以及相应的臭氧管线输送至脱硝处理单元1中。进一步地，所述臭氧管线上设有位于所述臭氧机组25与脱硝处理单元1之间的臭氧监测组件23，所述臭氧监测组件23包括但不限于适用于监测臭氧机组25所产生的臭氧的浓度、流量以及压力等参数的传感器、变送器、检测仪表如，温度计、压力计等。此外，所述臭氧制备单元2还包括对单元中各处理设备以及监控组件进行控制的PLC控制单元21。
所述脱硝处理单元1包括通过管道顺次连接设置的臭氧分配器19、混合反应器18以及洗涤塔16，其中，所述臭氧分配器19的臭氧入口与臭氧制备单元2中臭氧机组26的臭氧出口相连，臭氧机组26中产生的臭氧经臭氧分配器19调节压力、流量后进入到混合反应器15中。优选的是，所述臭氧分配器19将臭氧机组26产生的臭氧调整为多路输出，并连接至混合反应器15的多个注入点。所述混合反应器15的气体入口分别与臭氧分配器19的臭氧出口以及待处理的烟气入口相连，在所述混合反应器15中，烟气中低价态、难溶于水的NO、NO2、Hg与臭氧迅速反应生成高价态、易溶于水的N2O5、Hg2+随后被送入洗涤塔16的底部。所述洗涤塔16的顶部设置有与洗涤塔16外部的洗涤液相连的喷淋组件，洗涤液经泵组件17的提升进入到洗涤塔16中并对进入到洗涤塔16内的烟气进行喷淋洗涤以去除烟气中的N2O5、Hg2+等污染物，经处理后产生的清洁气体可由洗涤塔上部的烟气出口排出，而洗涤产生的废液可经洗涤塔底部的废液出口排出。在实际操作过程中，所述洗涤塔16可根据实际工况采用本领域已知的各类型的洗涤塔，如，无填料洗涤塔、含填料类洗涤塔、多段式洗涤塔或单段式洗涤塔等，还可通过对泵组件17的控制，调整进入到洗涤塔16中洗涤液的喷射量以及喷射速度，以达到最佳的洗涤效果。本领域技术人员可以理解的是，在实际操作过程中，所述洗涤液可根据实际情况采用清水、弱碱液、脱硫浆料以及其它洗涤液，针对不同的处理对象，与不同结构的洗涤塔协同作用，进而实现联合脱硝、脱硫以及脱汞等效果。此外，在本发明中，所述脱硝处理单元1还可包括设置于烟气入口与混合反应器18之间的风机13以及烟气入口监控组件12，所述烟气入口监控组件12可包括但不限于适用于监测进入混合反应器18前的入口烟气成分的传感器14以及适用于调节烟气流量、压力以及温度的变送器，如流量变送器、压力变送器、温度变送器等。所述洗涤塔16顶部的烟气出口处还可设置一烟气出口传感器15以监测并判断经洗涤后的烟气是否能够外排。此外，所述脱硝处理单元1还包括对单元中各处理设备以及监控组件进行控制的PLC控制单元11。
根据本发明的另一实施方式，如图2所示，所述烟气脱硝处理系统还可包括设置于烟气入口与混合反应器18之间的烟气预处理单元41，所述烟气预处理单元41包括SCR处理单元、SNCR处理单元以及除尘降温单元中的至少一种，以使得烟气先经SCR处理、SNCR处理和/或除尘、降温处理后再进入到混合反应器18中与臭氧进行氧化反应。此外，所述洗涤塔16的洗涤液入口前还设置有洗涤液储槽42，洗涤塔16的废液出口处还设有回收处理单元43，其中，所述回收处理单元43可包括例如是过滤组件等处理组件，以对洗涤塔16中洗涤产生的废液进行例如过滤等处理，处理产生的清液可送入洗涤液储槽42中，产生的浓液可进行回收进一步处理。此外，本发明所述的烟气脱硝处理系统还可包括对整个处理系统进行监测以及自动化控制的中央控制单元/工作站3。所述中央控制单元/工作站3可根据系统中各监控组件采集的现场信息以及上级指令，通过PLC控制单元11向脱硝处理单元1下达指令，通过对臭氧分配器19以及风机13的控制，调整混合反应器18中的臭氧投加量以及反应时间，从而达到最佳的烟气氧化效果，而通过对泵组件17的控制，则可调整洗涤塔16中洗涤液的喷射量以及喷射速度，以达到洗涤塔内最佳的洗涤效果。此外，所述中央控制单元/工作站3还可通过系统内的各监测组件传来的进口烟气成分、出口烟气成分、烟气流量、温度、压力以及臭氧浓度、流量、压力等数据，通过PLC控制单元21相臭氧制备单元下达指令，以实时根据所传送的烟气数据来调整输出臭氧的浓度、流量以及压力等，从而精准控制臭氧的投放量。
本发明还提供了一种利用所述烟气脱硝处理系统对烟气进行处理的方法，其处理步骤包括：1)烟气与臭氧制备单元1制备的臭氧在混合反应器18中进行混合反应，使得烟气中低价态、难溶于水的NO、NO2、Hg与臭氧迅速反应生成高价态、易溶于水的N2O5、Hg2+；2)经臭氧氧化后的烟气进入到洗涤塔16中进行洗涤以去除烟气中的N2O5、Hg2+等易溶于水的污染物，洗涤后的清洁烟气可外排，废液可外排回收。
进一步地，所述处理步骤还可包括：在步骤1)的烟气氧化反应前，先对烟气进行SCR处理/SNCR处理和/或除尘降温处理。更进一步地，可对步骤2)中洗涤产生的废液进行例如过滤处理，处理产生的清液可作为洗涤液返回至洗涤塔中，处理产生的浓液可回收进一步处理。
本发明的烟气脱硝处理系统，克服了传统技术无法与臭氧制备系统有机融合的弊端，在臭氧制备、分配、投放段采用系统化、智能化设计，通过在多个工艺点设置监控组件，以实时监控臭氧制备过程中的产量、质量(浓度)以及氧化脱硝工艺点的工况，实现了臭氧的精准投放以及最佳的氧化脱硝效果。并且，本发明的处理系统，工作稳定可靠、处理效率高、能耗低，且可与已有的工艺、处理系统以及控制系统等无缝连接，又可针对实际情况再次进行升级拓展，组态灵活，升级方便。
综上所述仅为本发明较佳的实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化、修饰、以及局部的改动，皆应属于本发明的技术范畴。

Claims (10)

1.一种基于臭氧低温氧化的烟气脱硝处理系统，包括臭氧制备单元以及脱硝处理单元，其特征在于：所述臭氧制备单元包括与外部气源相连的臭氧机组以及与所述臭氧机组的冷却液入口相连的冷却单元，所述脱硝处理单元包括混合反应器以及洗涤塔，其中，所述混合反应器的入口分别与臭氧机组的臭氧出口以及烟气来气相连，其出口与洗涤塔相连。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硝处理系统，其特征在于：所述臭氧制备单元还包括设置于外部气源与臭氧机组之间的氧气预处理单元。
3.根据权利要求1所述的烟气脱硝处理系统，其特征在于：所述臭氧机组包括至少一组臭氧发生器模块，所述臭氧发生器模块包括介质阻挡放电组件。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的烟气脱硝处理系统，其特征在于：所述臭氧制备单元还包括设置于臭氧机组与脱硝处理单元之间的臭氧监测组件，以及，对臭氧制备单元的各处理设备以及监测组件进行控制的PLC控制单元。
5.根据权利要求1所述的烟气脱硝处理系统，其特征在于：所述脱硝处理单元还包括设置于臭氧机组的臭氧出口与混合反应器之间的臭氧分配器。
6.根据权利要求1所述的烟气脱硝处理系统，其特征在于：所述脱硝处理单元还包括设置于烟气入口与混合反应器之间的烟气入口监控组件，以及设置于所述洗涤塔的烟气出口处的烟气出口传感器。
7.根据权利要求1-3中任意一项或权利要求5或6所述的烟气脱硝处理系统，其特征在于：所述烟气脱硝处理系统还包括设置于烟气入口与混合反应器之间的烟气预处理单元，所述烟气预处理单元为SCR处理单元、SNCR处理单元以及除尘降温单元中的至少一种。
8.根据权利要求1-3中任意一项或权利要求5或6所述的烟气脱硝处理系统，其特征在于：所述洗涤塔的洗涤液入口前设置有洗涤液储槽，洗涤塔的废液出口设置有回收处理单元，所述回收处理单元处理产生的清液与洗涤液储槽相连。
9.根据权利要求1-3中任意一项或权利要求5或6所述的烟气脱硝处理系统，其特征在于：所述烟气脱硝处理系统还包括对整个处理系统进行监测以及自动化控制的中央控制单元/工作站。
10.一种利用如权利要求1所述的烟气脱硝处理系统进行烟气脱硝的处理方法，其特征在于：所述处理方法包括以下处理步骤：1)烟气与臭氧制备单元制备的臭氧在混合反应器中进行混合氧化反应；2)经臭氧氧化后的烟气进入到洗涤塔中进行喷淋洗涤，洗涤后的清洁烟气可外排，废液可外排回收处理。
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