CN107051168A - 一种烟气低温脱硝的一体化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种烟气低温脱硝的一体化装置及方法，其包括吸收塔、曝气管道、混合器、双氧水储罐、强效剂储罐、增效剂储罐、喷淋系统、除雾器、旋流器、微纳米气泡发生器，喷淋系统包括循环泵和喷淋装置，吸收塔设烟气进口；于塔内，在烟气进口上方依次设旋流器、喷淋装置及除雾器；曝气管道终端与微纳米气泡发生器进气口相连，发生器出气口设在塔内底部；循环泵进液口与塔底部连通，其出液口与喷淋装置连接；双氧水储罐、强效剂储罐及增效剂储罐出液口分别与混合器进液口相连，其出液口连接在循环泵与喷淋装置之间的管路上。本发明可主要利用双氧水作为氧化剂，降低了投资及运营成本，对低温烟气中的氮氧化物具有高的氧化效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种烟气低温脱硝的装置及方法，尤其涉及一种烟气低温脱硝的一体化装置及方法，属于烟气脱硝领域。
背景技术
随着我国大气环境形势的日益严峻，控制大气污染物排放的环保标准也不断提高。目前，按照最新的标准(GB 28662-2012)，我国所有烧结机烟气排放的NOx浓度不得超过300mg/Nm3。在现有的排放标准下，国内大约16％的烧结机需要安装脱硝效率在50％以上的脱硝设备。
目前针对烧结机烟气还没有成熟的脱硝技术，现在正在进行工程示范的技术主要有低温SCR法和氧化吸收法。对于低温SCR法，其在低温运行时，低温SCR催化剂表面容易生成硫酸铵、硫酸氢铵堆积，两者较难去除，并且氮氧化物浓度波动大，喷氨量难以控制，容易造成氨泄漏，形成二次污染。这些问题使得氧化吸收法成为低温烟气脱硝的发展方向。氧化吸收法首先将NOx中的NO氧化成溶于水的NO2、N2O3、N2O5等高价态氮氧化物，然后再通过溶液吸收形成亚硝酸盐或硝酸盐，其具有工艺简单、占地小、投资少等优点。氧化吸收法一般使用臭氧和双氧水做氧化剂。臭氧在氧化过程中，没有二次污染，但初期投资成本较高，并且臭氧使用量大，产生1kg臭氧需消耗约7度电，导致运行成本居高不下，而减小用量会生成较多的NO2，非高价态N2O5，造成吸收困难。双氧水价格低、来源广，无二次污染，是一种绿色氧化剂。但是液相双氧水氧化脱硝一般用于500℃左右的高温，在处于低温(≤280℃)的烟气中氧化活性较差，不易利用。
因此，本领域亟需开发提高双氧水的氧化效率及可靠性，降低投资运营成本的低温湿法脱硝系统及方法。
CN105013323A公开了一种采用臭氧氧化、双氧水液态激活工艺对焦炉烟道气脱硫脱硝的一体化系统，烟气经臭氧氧化、双氧水氧化，可同时去除NOx、SO2。该技术以臭氧氧化为主，双氧水氧化为辅，因此臭氧运行成本较高，导致烟气脱硫、脱硝成本升高，另外该案采用双氧水液态激活及喷淋方式，催化剂的活性组分容易流失，并且催化剂容易中毒、失活。
CN 205570056 U公开了一种低温烟气脱硫脱硝一体化的装置，该装置同时集成有等离子脱硝技术、H2O2催化活化技术和臭氧高级氧化脱硝技术中两种或三种，可根据烟气的不同工况协同调节两种脱硝技术，提高了NOx的脱除效率。该案利用组合工艺，多个工艺设备投资较大，氧化过程中仍是以臭氧氧化为主，其他氧化方法为辅，运行成本仍然较高，在该温度下过氧化氢的活性较差，对烟气中NO的氧化效率很低，达不到理想的脱除效果。
综上可知，本领域亟需开发一种新的烟气低温脱硝系统及工艺，以使其能够主要利用双氧水作为氧化剂，从而降低投资及运营成本，同时希望提高双氧水氧化低温烟气中NOx的效率，以能达到国家的排放标准。
发明内容
本发明旨在解决H2O2氧化烟气NOx时，液相H2O2氧化效率不高的问题，目的之一在于提供一种烧结烟气脱硝的装置，使其主要利用双氧水对低温烟气(≤280℃，例如烧结机烟气)进行氧化，并能达到较高的NOx去除率，满足国家相关排放标准。
本发明的另一目的在于提供一种烟气的脱硝方法，其应用前述一体化装置。
为实现上述目的，一方面，本发明提供一种烟气脱硝的一体化装置，其包括吸收塔、曝气管道、混合器、双氧水储罐、强效剂储罐、增效剂储罐、喷淋系统、除雾器、旋流器、微纳米气泡发生器，所述喷淋系统包括循环泵和喷淋装置(喷淋管路及管路终端的喷淋头)，其中：
所述旋流器包括多个并排布置的气旋筒，每一气旋筒由导流叶片、筒壁和中心柱组成；所述导流叶片外侧固定连接于筒壁，内侧固定连接于中心柱；
所述吸收塔的塔身设有烟气进口；于所述吸收塔内，在所述烟气进口上方设置所述旋流器，于所述旋流器上方设置向下喷淋的所述喷淋装置，于所述喷淋装置上方设置所述除雾器；所述吸收塔的塔顶设有烟气出口；
所述曝气管道的终端与所述微纳米气泡发生器的进气口相连，所述微纳米气泡发生器的出气口设置在所述吸收塔的内底部，以使其能于塔底向所述吸收塔内曝入微纳米气泡；
所述循环泵的进液口通过管路与所述吸收塔的底部连通，其出液口通过管路与所述喷淋装置连接；
所述双氧水储罐、强效剂储罐及增效剂储罐的出液口分别通过管路与所述混合器的进液口相连，所述混合器的出液口通过管路连接在所述循环泵与喷淋装置之间的管路上。
本发明一体化装置可主要利用双氧水作为氧化剂，降低了投资及运营成本。利用本发明装置，使用H2O2氧化低温烧结烟气中的NO，具有高的氧化效率。本装置投资运营成本低，技术可靠，维护方便，无二次污染且能回收副产物。需要说明的是，本发明装置适用的对象不限于低温的烧结烟气，一般温度不大于280℃的烟气均可适用于本发明的一体化装置。
本发明所述微纳米气泡发生器可商购获得，其能产生直径在10微米左右到数百纳米之间的气泡。
本发明旋流器包括多个并排布置的气旋筒，每一气旋筒由导流叶片、筒壁和中心柱组成；所述导流叶片外侧固定连接于筒壁，内侧固定连接于中心柱。烟气在升力和离心力的双重作用下旋转上升，同时氧化液体由上而下喷淋，在气旋筒单元内形成一层悬浮的氧化液体，与上升烟气交汇，形成气液两相的剧烈旋转及扰动，从而增加氧化液与烟气中NOx的接触时间与气液接触比表面积，以很少的循环液量达到氧化烟气并吸收的目的。
作为本发明上述一体化装置的一具体实施方式，其中，所述一体化装置还包括蒸发浓缩装置，该蒸发浓缩装置通过管路与所述吸收塔底部相连。多次循环后的循环液可排入蒸发浓缩装置，回收硝酸。
作为本发明上述一体化装置的一具体实施方式，其中，所述一体化装置还包括预氧化装置，所述预氧化装置与所述吸收塔的烟气进口相连。所述预氧化装置包括紫外照射预氧化装置或喷射臭氧预氧化装置。可根据实际脱硝情况，开启或不开启预氧化装置。
作为本发明上述一体化装置的一具体实施方式，其中，所述微纳米气泡发生器为5台，出气口呈梅花形均匀布置在所述吸收塔的塔底。一般地，所述微纳米气泡发生器的出气口的出口方向垂直朝上。
作为本发明上述一体化装置的一具体实施方式，其中，所述除雾器为屋脊式除雾器，优选为两层屋脊式除雾器。净化后的烟气经过两层除雾装置后，可大幅减少携带的雾滴及尘颗粒，从而达标排放。
作为本发明上述烟气低温脱硝的一体化装置的一具体实施方式，其中，所述一体化装置包括多套喷淋系统；优选两套喷淋系统，该两套喷淋系统中的喷淋管路呈上下两排设置，每排4支喷淋管路，所述混合器的出液口通过管路分别连接在每套喷淋系统中循环泵的出液口与喷淋装置之间的连接管路上。塔内设有多层喷淋装置可进一步提高烟气NOx的吸收效果。
另一方面，本发明提供一种烟气脱硝方法，所述方法利用所述的烟气脱硝的一体化装置，该方法包括：
向所述双氧水储罐、强效剂储罐、增效剂储罐分别添加双氧水水溶液、强效剂及增效剂(填充量优选为40～80％，更优选为60～70％)；
所述双氧水水溶液优选为质量分数为11％～15％的双氧水溶液；
所述强效剂包括NaOH、Ca(OH)2、FeSO4和尿素中的一种或多种的水溶液，优选该水溶液中溶质质量分数为2％～38％，更优选该水溶液为质量分数为3％～7％的NaOH和质量分数为12％～24％的尿素水溶液；
所述增效剂包括甲醇、乙醇、丙三醇和正丁醇中的一种或者多种的水溶液，优选该水溶液中溶质质量分数为2％～8％，更优选该水溶液为质量分数为3～5％的正丁醇水溶液；
使烟气经预氧化或不经预氧化后从所述烟气入口进入所述吸收塔，同时，使双氧水与强效剂及增效剂均匀混合形成复合氧化液，然后送至所述喷淋系统进行喷淋，进入的烟气在上升过程中经过所述旋流器的旋流作用后与由上至下喷淋的氧化液充分接触，烟气中的氮氧化物被氧化后随喷淋溶液囤积在吸收塔的塔底，所述循环泵将塔底的液体再次提升至喷淋装置，进行多次循环喷淋，同时通过所述曝气管道及微纳米气泡发生装置向囤积在塔底的喷淋溶液曝入微纳米气泡，被氧化后的烟气经所述除雾装置后排出所述吸收塔；
本发明强效添加剂作用是强化H2O2的分解，提升双氧水氧化吸收NO效率。增效添加剂作用是：有效抑制双氧水的无效分解，增强H2O2的有效利用率。强效剂及增效剂的加入可强化H2O2的分解，增强氧化效果，同时提高H2O2的有效利用率。烟气中的NO被迅速氧化，转化为易溶于水的NO2、N2O3、N2O5等高价态氮氧化物。本发明微纳米气泡发生装置可产生大量直径在10微米左右到数百纳米之间的气泡，这种气泡是介于微米气泡和纳米气泡之间，具有常规气泡所不具备的物理与化学特性，微纳米气泡在水中上升速度慢、停留时间长、溶解效率高，微纳米气泡破裂瞬间，由于气液界面消失的剧烈变化，界面上集聚的高浓度离子将积蓄的化学能一下子释放出来，此时可激发产生大量的羟基自由基，羟基自由基具有超高的氧化还原电位，具有超强氧化效果，可以强化NOx的氧化以及吸收。
优选地，所述强效剂与所述双氧水的体积比为1：8～10；
优选地，所述增效剂与所述双氧水的体积比为1～5:100。
作为本发明上述的烟气脱硝方法的一具体实施方式，其中，被曝入的气体包括空气和/或O3，优选O3。
作为本发明上述的烟气脱硝方法的一具体实施方式，其中，所述脱硝方法还包括于脱硝完成后，将循环的氧化液过滤后送入所述蒸发浓缩装置进行蒸发浓缩回收。
作为本发明上述的烟气脱硝方法的一具体实施方式，其中，所述吸收塔内的浆液(氧化液)与烟气接触时间2～4s，烟气在所述吸收塔1内停留时间4.5～7s，液/气比(浆液/气体)8～14L/m3，烟气流速2.5～5m/s；
喷淋层管路每层流量600～900Nm3/h，曝气管道曝入气体为空气，曝气量为400～600Nm3/h。
作为本发明上述的烟气脱硝方法的一具体实施方式，其中，该烟气为烧结机烟气；优选地，所述烧结机烟气的温度≤280℃。
本发明具有如下有益技术效果
(1)本发明一体化装置采用组合氧化脱硝的一塔式结构，改变了以往脱硝设备分体结构的繁杂设置。
(2)本发明采用羟基自由基、增设添加剂激活双氧水氧化的方式，大幅降低运行成本，要求高的地区，可将NOx排放值控制在50mg/m3以下。
(3)吸收液资源化，溶液可以硝酸的形式回收利用，无二次污染。
(4)负荷或NOx含量和酸性气体或颗粒物对工艺性能都没有不利影响。
(5)本发明属于后燃烧处理方法，在工艺末端对烟气进行处理，对原有工艺没有干扰。整个系统无需固定的催化剂床层，且不影响系统的水力学条件，因而稳定可靠。
附图说明
图1为本发明实施例1的烟气低温脱硝的一体化装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1中旋流器的俯视图；
图3为本发明实施例1中旋流器的气旋筒示意图；
图中标号具有如有意义：1：吸收塔；2：烟气入口；3：旋流器；4：曝气管道；5：微纳米气泡发生器；6：循环泵；7：混合器；8：喷淋装置；9：除雾器；10：直排烟囱；11：蒸发浓缩装置；12：双氧水储罐；13：强效剂储罐；14：增效剂储罐；3-1：导流叶片；3-2：筒壁 3-3：中心柱。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。实施例中，各原始试剂材料均可商购获得，未注明具体条件的实验方法为所属领域熟知的常规方法和常规条件，或按照仪器制造商所建议的条件。
实施例1
请参见图1，其为本实施例烟气低温脱硝的一体化装置的结构示意图，其包括吸收塔1、曝气管道4、混合器7、双氧水储罐12、强效剂储罐13、增效剂储罐14、喷淋系统、除雾器9、旋流器3、微纳米气泡发生器5，所述喷淋系统包括循环泵6和喷淋装置8：
请参见图2及图3，其分别为旋流器的俯视图及旋流器的气旋筒示意图，所述旋流器3包括多个并排布置的气旋筒，每一气旋筒由导流叶片3-1、筒壁3-2和中心柱3-3组成；所述导流叶片3-1外侧固定连接于筒壁3-2，内侧固定连接于中心柱3-3；
所述吸收塔1的塔身设有烟气进口2；于所述吸收塔1内，在所述烟气进口2上方设置旋流器3，于所述旋流器3上方设置向下喷淋的所述喷淋装置8，于所述喷淋装置3上方设置所述除雾器9；所述吸收塔1的塔顶设有作为烟气出口的直排烟囱10；
所述曝气管道4的终端与所述微纳米气泡发生器5的进气口相连，所述微纳米气泡发生器5的出气口设置在所述吸收塔1内的底部，以使其能于塔底向所述吸收塔1内曝入微纳米气泡；
所述循环泵6的进液口通过管路与所述吸收塔1的底部连通，其出液口通过管路与所述喷淋装置8连接；
所述双氧水储罐12、强效剂储罐13及增效剂储罐14的出液口分别通过管路与所述混合器7的进液口相连，所述混合器7的出液口通过管路连接在所述循环泵6与喷淋装置8之间的管路上。
本实施例中，所述一体化装置还包括蒸发浓缩装置11，该蒸发浓缩装置11通过管路与所述吸收塔1底部相连。
本实施例中，所述微纳米气泡发生器3均匀布置于吸收塔的底部；所述微纳米气泡发生器为5台，呈梅花形均匀布置在所述吸收塔的塔底。
本实施例中，所述除雾器为屋脊式除雾器。
本实施例中，所述旋流器包括17个气旋筒，结构如图2，图3所示。
本实施例中，所述一体化装置包括两套喷淋系统，该两套喷淋系统中的喷淋管路呈上下两排设置，每排4支喷淋管路，所述混合器的出液口通过管路分别连接在每套喷淋系统中循环泵的出液口与喷淋装置之间的连接管路上。
本实施例提供一种烟气脱硝方法，其利用上述的烟气脱硝的一体化装置，该方法包括：
向所述双氧水储罐、强效剂储罐、增效剂储罐分别添加溶液质量分数为15％的双氧水的水溶液、强效剂及增效剂；所述强效剂为水溶液，该水溶液中含质量浓度4.5％的NaOH和质量浓度18％的尿素；所述增效剂为质量浓度4.6％的正丁醇水溶液；
运行过程中使含648mg/Nm3的NO(按含氧量9％计算)，温度为180℃，5.6万Nm3/h的烧结烟气不经预氧化后从所述烟气入口2进入所述吸收塔1，同时，使双氧水与强效剂及增效剂均匀混合形成氧化液，然后送至所述喷淋系统进行喷淋，进入的烟气在上升过程中经过所述旋流器3的旋流作用后与由上至下喷淋的氧化液充分接触，烟气中的氮氧化物被氧化后随喷淋溶液囤积在吸收塔1的塔底，所述循环泵6将塔底的液体再次提升至喷淋装置8，进行多次循环喷淋，同时通过所述曝气管道4及微纳米气泡发生装置5向囤积在塔底的喷淋溶液曝入微纳米气泡，被氧化后的烟气经所述除雾装置后排出所述吸收塔；
所述强效剂与所述双氧水的水溶液的体积比为1：9；
所述增效剂与所述双氧水的水溶液的体积比为3:100。
塔内氧化液与烟气接触时间3.5s，烟气在所述吸收塔1内停留时间5.5s，液/气比(浆液/气体))10.5L/m3，烟气流速3.7m/s。
喷淋层管路喷淋液包含了新进入的来自于混合器的氧化液以及来自于吸收塔底部的氧化液，每层流量810Nm3/h。曝气管道曝入气体为空气，曝气量为500Nm3/h。
经上述工艺后，出口低温烟气的氮氧化物浓度为75mg/Nm3(按含氧量9％计算)，脱硝率为88.4％，可达标排放。
对比例1
关闭微纳米气泡发生器，停止曝气，其他工况与实施例1的工况相同，出口低温烟气中氮氧化物的浓度为205mg/Nm3(按含氧量9％计算)，脱硝率为68.3％。
对比例2
不使用强效剂，改用等体积的水代替，其他工况与实施例1的工况相同，出口低温烟气中氮氧化物的浓度为169mg/Nm3(按含氧量9％计算)，脱硝率为73.9％。
对比例3
不使用增效剂，改用等体积的水代替，其他工况与实施例1的工况相同，出口低温烟气中氮氧化物的浓度为136mg/Nm3(按含氧量9％计算)，脱硝率为79％。最后说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的实施过程和特点，而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的保护范围当中。
Claims (10)
1.一种烟气脱硝的一体化装置，其包括吸收塔、曝气管道、混合器、双氧水储罐、强效剂储罐、增效剂储罐、喷淋系统、除雾器、旋流器、微纳米气泡发生器，所述喷淋系统包括循环泵和喷淋装置，其中：
所述旋流器包括多个并排布置的气旋筒，每一气旋筒由导流叶片、筒壁和中心柱组成；所述导流叶片外侧固定连接于筒壁，内侧固定连接于中心柱；
所述吸收塔的塔身设有烟气进口；于所述吸收塔内，在所述烟气进口上方设置所述旋流器，于所述旋流器上方设置向下喷淋的所述喷淋装置，于所述喷淋装置上方设置所述除雾器；所述吸收塔的塔顶设有烟气出口；
所述曝气管道的终端与所述微纳米气泡发生器的进气口相连，所述微纳米气泡发生器的出气口设置在所述吸收塔的内底部，以使其能于塔底向所述吸收塔内曝入微纳米气泡；
所述循环泵的进液口通过管路与所述吸收塔的底部连通，其出液口通过管路与所述喷淋装置连接；
所述双氧水储罐、强效剂储罐及增效剂储罐的出液口分别通过管路与所述混合器的进液口相连，所述混合器的出液口通过管路连接在所述循环泵与喷淋装置之间的管路上。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硝的一体化装置，其中，所述一体化装置还包括蒸发浓缩装置，该蒸发浓缩装置通过管路与所述吸收塔底部相连。
3.根据权利要求1所述的烟气脱硝的一体化装置，其中，所述一体化装置还包括预氧化装置，所述预氧化装置与所述吸收塔的烟气进口相连。
4.根据权利要求1所述的烟气脱硝的一体化装置，其中，所述微纳米气泡发生器为5台，出气口呈梅花形均匀布置在所述吸收塔的塔底。
5.根据权利要求1所述的烟气脱硝的一体化装置，其中，所述除雾器为屋脊式除雾器。
6.根据权利要求1所述的烟气脱硝的一体化装置，其中，所述一体化装置包括多套喷淋系统；优选两套喷淋系统，该两套喷淋系统中的喷淋管路呈上下两排设置，每排设置4支喷淋管路；
所述混合器的出液口通过管路分别连接在每套喷淋系统中循环泵的出液口与喷淋装置之间的连接管路上。
7.一种烟气脱硝方法，所述方法利用权利要求1～6中任一项所述的烟气脱硝的一体化装置，该方法包括：
向所述双氧水储罐、强效剂储罐、增效剂储罐分别添加双氧水水溶液、强效剂及增效剂；
所述双氧水水溶液优选为质量分数为11％～15％的双氧水溶液；
所述强效剂包括NaOH、Ca(OH)2、FeSO4和尿素中的一种或多种的水溶液，优选该水溶液中溶质质量分数为2％～38％，更优选该水溶液为质量分数为3％～7％NaOH和质量分数为12％～24％尿素水溶液；
所述增效剂包括甲醇、乙醇、丙三醇和正丁醇中的一种或者多种的水溶液，优选该水溶液中溶质质量分数为2％～8％，更优选该水溶液为质量分数为3％～5％的正丁醇水溶液；
使烟气经预氧化或不经预氧化后从所述烟气入口进入所述吸收塔，同时，使双氧水与强效剂及增效剂均匀混合形成复合氧化液，然后送至所述喷淋系统进行喷淋，进入的烟气在上升过程中经过所述旋流器的旋流作用后与由上至下喷淋的氧化液充分接触，烟气中的氮氧化物被氧化后随喷淋溶液囤积在吸收塔的塔底，所述循环泵将塔底的液体再次提升至喷淋装置，进行多次循环喷淋，同时通过所述曝气管道及微纳米气泡发生装置向囤积在塔底的喷淋溶液曝入微纳米气泡，被氧化后的烟气经所述除雾装置后排出所述吸收塔；
优选地，所述强效剂与所述双氧水的体积比为1：8～10；
优选地，所述增效剂与所述双氧水的体积比为1～5:100；
优选地，所述脱硝方法还包括于脱硝完成后，将循环的氧化液过滤后送入蒸发浓缩装置进行蒸发浓缩回收。
8.根据权利要求7所述的烟气脱硝方法，其中，被曝入的气体包括空气和/或O3，优选O3。
9.根据权利要求7所述的脱硝方法，其中，所述吸收塔内的浆液与烟气接触时间2～4s，烟气在所述吸收塔1内停留时间4.5～7s，液/气比(浆液/气体)8～14L/m3，烟气流速2.5～5m/s；
喷淋层管路每层流量600～900Nm3/h，曝气管道曝入气体为空气，曝气量为400～600Nm3/h。
10.根据权利要求6～9中任一项所述的脱硝方法，其中，该烟气为烧结机烟气；优选地，所述烧结机烟气的温度≤280℃。
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