CN107131516A - 一种内循环去除燃煤电厂烟气中氮氧化物的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内循环去除燃煤电厂烟气中氮氧化物的系统及方法，燃煤锅炉的出口通过热交换器连接至烟气混合器的入口，且烟气混合器的出口通过烟气输送管线连接水滑石吸附床一端的烟气输入口，水滑石吸附床另一端的烟气输出口连接至烟气排放部件；所述热交换器的散热出风口经脱附管线连接至水滑石吸附床的空气输入口，水滑石吸附床的空气输出口通过脱附回流管线连接至燃煤锅炉。本发明布置结构简单紧凑、可操作性强，将NOx的预氧化、吸附、脱附和还原各步骤有机结合起来，在处理过程中将NOx限制在一个内循环净化系统中，真正实现了NOx的最终去除和零排放；且本发明不需要还原剂，大大降低了脱硝成本，具有很强的推广应用价值。

Description

一种内循环去除燃煤电厂烟气中氮氧化物的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种内循环去除燃煤电厂烟气中氮氧化物的系统及方法，属于环保净化设备。
背景技术
氮氧化物(NOx)是大气中主要污染物之一。其中燃煤电厂燃烧产生的烟气是NOx的主要固定排放源，因此，对电厂烟气进行脱硝是减少氮氧化物排放总量、缓解大气污染的有效方法。
由于电厂烟气具有体积大、NOx浓度低的特殊性，普通吸收法、吸附法等用于气体去除的常规方法在烟气脱硝中效果不明显，因此应用较少。当前众多研究团队将烟气脱硝的希望寄托在了NOx还原法，尤其是以氨气、尿素等为还原剂的SCR及SNCR法被广泛研究，其中SCR法中关于低温高性能催化剂的开发成为了烟气脱硝领域的主要研究内容。然而上述两种方法尽管有着较高的NOx脱除效率，但也均存在着严重缺陷，例如：还原剂的大量消耗大大增加了脱硝成本，另外实际运行中还存在着难以克服的氨泄漏问题，极易造成二次污染和对工作人员的伤害。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种能够高效地去除烟气中的氮氧化物，且可操作性好、能够大大降低脱硝成本，可以消除安全隐患、杜绝二次污染的内循环去除燃煤电厂烟气中氮氧化物的系统及方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种内循环去除燃煤电厂烟气中氮氧化物的系统，包括燃煤锅炉和烟气排放部件，还包括空气风机Ⅱ，所述燃煤锅炉的出口通过一热交换器连接至一烟气混合器的入口，且烟气混合器的出口通过烟气输送管线连接水滑石吸附床一端的烟气输入口，水滑石吸附床另一端的烟气输出口连接至烟气排放部件；
所述空气风机Ⅱ正对热交换器的散热进风口，且热交换器的散热出风口经脱附管线连接至水滑石吸附床的空气输入口，水滑石吸附床的空气输出口通过脱附回流管线连接至燃煤锅炉的入口。
优选的，所述烟气输送管线通过三通阀组Ⅰ连接两个或两个以上的水滑石吸附床，且多个水滑石吸附床的烟气输出口通过三通阀组Ⅱ连接至烟气排放部件；脱附管线通过三通阀组Ⅳ分别与各个水滑石吸附床的空气输入口连接，各个水滑石吸附床的空气输出口通过三通阀组Ⅲ连接至脱附回流管线上。
进一步的，所述烟气混合器的进风口设有空气风机Ⅰ。
优选的，所述烟气排放部件为排放烟囱。
本发明还提供了一种内循环去除燃煤电厂烟气中氮氧化物的方法，包括如下步骤：
步骤一：预氧化过程：燃煤锅炉中的高温烟气从出口首先进入热交换器，温度降低后经脱硫除尘处理进入烟气混合器，与此同时通过空气风机Ⅰ向烟气混合器吹送空气，空气在烟气混合器中与烟气中的NOx进行反应，使其中的大部分NO氧化为NO，
步骤二：吸附净化：混合反应后的烟气经三通阀组Ⅰ进入水滑石吸附床，其中的氮氧化物在吸附条件下被水滑石吸附床吸附；被吸附净化后的烟气经三通阀组Ⅱ通过烟囱排出，水滑石吸附床吸附饱和后进入接下来的热脱附过程，此时切换三通阀组Ⅰ和三通阀组Ⅱ，使混合后的烟气进入并列的另一个水滑石吸附床继续吸附净化；
步骤三：热脱附过程：空气风机Ⅱ吹出的空气从散热进风口进入热交换器，经加热后的高温空气从热交换器的散热出风口经脱附管线进入吸附饱和的水滑石吸附床的空气输入口，吸附的NOx被高温空气脱附，脱附后的含有NOx的空气通过三通阀组Ⅲ经脱附回流管线输送回燃煤锅炉，一个水滑石吸附床脱附完毕后切换三通阀组Ⅲ和三通阀组Ⅳ，对并列的另一个水滑石吸附床进行热脱附处理；
步骤四：脱附后的含有NOx的空气经脱附回流管线输送回燃煤锅炉后，在燃煤锅炉内与炽热的煤炭反应，NOx被还原为氮气，继续从燃煤锅炉的出口排出进入烟气输送管线，其中残余的NOx继续被热脱附后的水滑石吸附床吸附，从而形成持续循环吸附净化，还能促进C的氧化过程。
作为上述方法的优选方案，所述水滑石吸附床中的吸附剂为钴铝水滑石。
作为上述方法的优选方案，所述步骤二中的吸附条件为吸附温度30～300℃，烟气空速500～100000h-1。
作为上述方法的另一个优选方案，所述步骤三中的高温空气温度为200～700℃，空速为50～1000h-1。
作为上述方法的另一个优选方案，所述步骤四中的燃煤锅炉温度为900～1200℃。
作为上述方法的最优选方案，所述步骤二中的吸附条件为吸附温度150～200℃，烟气空速5000h-1；所述步骤三中的高温空气温度为600～700℃，空速为500～1000h-1；所述步骤四中的燃煤锅炉温度为970～980℃。
与现有技术相比，本发明具有以下突出优势：
(1)本发明布置结构简单紧凑、可操作性强，首先将NOx氧化为NO2，并在水滑石吸附床中吸附和浓缩，利用热空气脱附后返回至初始的燃煤锅炉进行再还原，从而将NOx的预氧化、吸附、脱附和还原各步骤有机结合起来，通过多次循环基本清除了烟气中的氮氧化物，且本发明用到的水滑石吸附剂吸附容量大、吸附温度窗口宽，可以实现高效吸附；
(2)本发明不需要采用外加的还原剂，直接利用循环过程中燃煤锅炉自身的煤炭产生还原反应，达到了高效去除烟气中氮氧化物的目的，在处理过程中将NOx限制在一个内循环净化系统中，经烟气排放部件排放出去的都是不含NOx的空气，正常情况下不会有NOx向外界排放，真正实现了NOx的最终去除和零排放，这是目前其他技术中完全没有实现的；同时NOx在返回到燃煤锅炉后，还促进了燃煤锅炉中煤炭的充分氧化，可以降低燃烧产生的CO含量；
(3)本发明组合使用到的各个部件价格低廉，且不需要还原剂，大大降低了脱硝成本，不会有氨泄漏的问题，杜绝了二次污染、避免了对工作人员的伤害，具有很强的推广应用价值。
(4)本发明选用的热交换器置于燃煤锅炉出口，一方面用于降低烟气温度，另一方面利用烟气的热能提升了从空气风机Ⅱ吹出的用于NOx脱附的空气温度，不需要单独的空气加热装置，降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中，1.燃煤锅炉，1-1.烟气输送管线，2-1.空气风机Ⅰ，2-2.空气风机Ⅱ，3.烟气混合器，4-1.三通阀组Ⅰ，4-2.三通阀组Ⅱ，4-3.三通阀组Ⅲ，4-4.三通阀组Ⅳ，5.水滑石吸附床，6.热交换器，7.烟气排放部件，8-1.脱附管线，8-2.脱附回流管线，9.脱硫除尘装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种内循环去除燃煤电厂烟气中氮氧化物的系统，包括燃煤锅炉1和空气风机Ⅱ2-2，所述燃煤锅炉1的出口通过一热交换器6连接至一烟气混合器3的入口，且烟气混合器3的出口通过烟气输送管线1-1连接水滑石吸附床5一端的烟气输入口，水滑石吸附床5另一端的烟气输出口连接至烟气排放部件7；
所述空气风机Ⅱ2-2正对热交换器6的散热进风口，且热交换器6的散热出风口经脱附管线8-1连接至水滑石吸附床5的空气输入口，水滑石吸附床5的空气输出口通过脱附回流管线8-2连接至燃煤锅炉1的入口。
优选的，为了提高脱硝的效率，保证整个系统持续不间断工作，所述烟气输送管线1-1通过三通阀组Ⅰ4-1连接两个或两个以上的水滑石吸附床5，且多个水滑石吸附床5的烟气输出口通过三通阀组Ⅱ4-2连接至烟气排放部件7；脱附管线8-1通过三通阀组Ⅳ4-4分别与各个水滑石吸附床5的空气输入口连接，各个水滑石吸附床5的空气输出口通过三通阀组Ⅲ4-3连接至脱附回流管线8-2上。
优选的，为了进一步增加烟气中的氧含量，提升NOx的氧化效果，所述烟气混合器3的进风口设有空气风机Ⅰ2-1。
优选的，在热交换器6和烟气混合器3之间设有脱硫除尘装置9。燃煤锅炉1中的高温烟气经热交换器6后温度降低，再经脱硫除尘装置9脱硫除尘处理后进入烟气混合器3，一方面使本装置在脱除氮氧化物的同时脱硫除尘，另一方面降低了处理烟气中腐蚀性元素硫的含量，从而减少对各部件的腐蚀，延长了整个系统的使用寿命、降低了维护成本。
优选的，所述烟气排放部件7为排放烟囱。
下面列举一些实施例：
实施例1
内循环去除燃煤电厂烟气中氮氧化物的方法包括如下步骤：
步骤一：预氧化过程：燃煤锅炉1中的高温烟气从出口首先进入热交换器6，温度降低后经脱硫除尘装置9脱硫除尘处理后进入烟气混合器3，与此同时通过空气风机Ⅰ2-1向烟气混合器3吹送空气，空气风机Ⅰ2-1使烟气混合器3中的氧含量达到8～20％；空气在烟气混合器3中与烟气中的NOx进行反应，使其中的大部分NO氧化为NO2，经烟气混合器3混合处理后烟气中NO2/NOx的比值可达15～87％。
步骤二：吸附净化：混合反应后的烟气经三通阀组Ⅰ4-1进入水滑石吸附床5，其中的氮氧化物在吸附条件下被水滑石吸附床5吸附；被吸附净化后的烟气经三通阀组Ⅱ4-2通过烟囱排出，水滑石吸附床5吸附饱和后进入接下来的热脱附过程，此时切换三通阀组Ⅰ4-1和三通阀组Ⅱ4-2，使混合后的烟气进入并列的另一个水滑石吸附床5继续吸附净化；
步骤三：热脱附过程：空气风机Ⅱ2-2吹出的空气从散热进风口进入热交换器6，经加热后的高温空气从热交换器6的散热出风口经脱附管线8-1进入吸附饱和的水滑石吸附床5的空气输入口，吸附的NOx被高温空气脱附，脱附后的含有NOx的空气通过三通阀组Ⅲ4-3经脱附回流管线8-2输送回燃煤锅炉1，一个水滑石吸附床5脱附完毕后切换三通阀组Ⅲ4-3和三通阀组Ⅳ4-4，对并列的另一个水滑石吸附床5进行热脱附处理；
步骤四：脱附后的含有NOx的空气经脱附回流管线8-2输送回燃煤锅炉1后，在燃煤锅炉1内与炽热的煤炭反应，NOx被还原为氮气，继续从燃煤锅炉1的出口排出进入烟气输送管线，其中残余的NOx继续被热脱附后的水滑石吸附床5吸附，从而形成持续循环吸附净化。
在该实施例中，水滑石吸附床5中所用的吸附剂为钴铝水滑石，吸附温度为200℃、空速为5000h-1。脱附温度为600℃、空速为500h-1。燃煤锅炉温度为970℃，NOx出口浓度为32mg/m3。
实施例2-7区别于实施例1所采用的吸附剂及各步骤的工艺参数，其余条件同实施例1。
实施例1-7各步骤的工艺参数和效果如表1所示。
表1
燃煤锅炉氮氧化物排放国家标准是：新建锅炉NOx出口浓度300mg/m3,在用锅炉NOx出口浓度400mg/m3，可见，本发明相比国家标准NOx出口浓度有了相当明显的降低。
水滑石是一种阴离子型层状化合物，又称阴离子粘土，其是由带正电荷的金属氢氧化物层和板间带负电荷的平衡离子构成，自然界中存在的水滑石为镁铝的羟基碳酸化合物，分子式为Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O，其中心金属离子Mg2+和Al3+可以被其他等价金属离子同晶取代，从而合成类水滑石类层状化合物，分子式为[M2+M3+x(OH)2]An-x/n·mH2O。所以，本发明用钴铝水滑石、铜铝水滑石……等名称。

Claims (10)

1.一种内循环去除燃煤电厂烟气中氮氧化物的系统，包括燃煤锅炉(1)和烟气排放部件(7)，其特征在于，还包括空气风机Ⅱ(2-2)，所述燃煤锅炉(1)的出口通过一热交换器(6)连接至一烟气混合器(3)的入口，且烟气混合器(3)的出口通过烟气输送管线(1-1)连接水滑石吸附床(5)一端的烟气输入口，水滑石吸附床(5)另一端的烟气输出口连接至烟气排放部件(7)；
所述空气风机Ⅱ(2-2)正对热交换器(6)的散热进风口，且热交换器(6)的散热出风口经脱附管线(8-1)连接至水滑石吸附床(5)的空气输入口，水滑石吸附床(5)的空气输出口通过脱附回流管线(8-2)连接至燃煤锅炉(1)的入口。
2.根据权利要求1所述的一种内循环去除燃煤电厂烟气中氮氧化物的系统，其特征在于，所述烟气输送管线(1-1)通过三通阀组Ⅰ(4-1)连接两个或两个以上的水滑石吸附床(5)，且多个水滑石吸附床(5)的烟气输出口通过三通阀组Ⅱ(4-2)连接至烟气排放部件(7)；脱附管线(8-1)通过三通阀组Ⅳ(4-4)分别与各个水滑石吸附床(5)的空气输入口连接，各个水滑石吸附床(5)的空气输出口通过三通阀组Ⅲ(4-3)连接至脱附回流管线(8-2)上。
3.根据权利要求1所述的一种内循环去除燃煤电厂烟气中氮氧化物的系统，其特征在于，所述烟气混合器(3)的进风口设有空气风机Ⅰ(2-1)。
4.根据权利要求1所述的一种内循环去除燃煤电厂烟气中氮氧化物的系统，其特征在于，所述烟气排放部件(7)为排放烟囱。
5.一种内循环去除燃煤电厂烟气中氮氧化物的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：预氧化过程：燃煤锅炉(1)中的高温烟气从出口首先进入热交换器(6)，温度降低后经脱硫除尘处理进入烟气混合器(3)，与此同时通过空气风机Ⅰ(2-1)向烟气混合器(3)吹送空气，空气在烟气混合器(3)中与烟气中的NOx进行反应，使其中的大部分NO氧化为NO2，
步骤二：吸附净化：混合反应后的烟气经三通阀组Ⅰ(4-1)进入水滑石吸附床(5)，其中的氮氧化物在吸附条件下被水滑石吸附床(5)吸附；被吸附净化后的烟气经三通阀组Ⅱ(4-2)通过烟囱排出，水滑石吸附床(5)吸附饱和后进入接下来的热脱附过程，此时切换三通阀组Ⅰ(4-1)和三通阀组Ⅱ(4-2)，使混合后的烟气进入并列的另一个水滑石吸附床(5)继续吸附净化；
步骤三：热脱附过程：空气风机Ⅱ(2-2)吹出的空气从散热进风口进入热交换器(6)，经加热后的高温空气从热交换器(6)的散热出风口经脱附管线(8-1)进入吸附饱和的水滑石吸附床(5)的空气输入口，吸附的NOx被高温空气脱附，脱附后的含有NOx的空气通过三通阀组Ⅲ(4-3)经脱附回流管线(8-2)输送回燃煤锅炉(1)，一个水滑石吸附床(5)脱附完毕后切换三通阀组Ⅲ(4-3)和三通阀组Ⅳ(4-4)，对并列的另一个水滑石吸附床(5)进行热脱附处理；
步骤四：脱附后的含有NOx的空气经脱附回流管线(8-2)输送回燃煤锅炉(1)后，在燃煤锅炉(1)内与炽热的煤炭反应，NOx被还原为氮气，继续从燃煤锅炉(1)的出口排出进入烟气输送管线，其中残余的NOx继续被热脱附后的水滑石吸附床(5)吸附，从而形成持续循环吸附净化。
6.根据权利要求5所述的一种内循环去除燃煤电厂烟气中氮氧化物的方法，其特征在于，所述水滑石吸附床(5)中的吸附剂为钴铝水滑石。
7.根据权利要求5所述的一种内循环去除燃煤电厂烟气中氮氧化物的方法，其特征在于，所述步骤二中的吸附条件为吸附温度30～300℃，烟气空速500～100000h-1。
8.根据权利要求5或7所述的一种内循环去除燃煤电厂烟气中氮氧化物的方法，其特征在于，所述步骤三中的高温空气温度为200～700℃，空速为50～1000h-1。
9.根据权利要求8所述的一种内循环去除燃煤电厂烟气中氮氧化物的方法，其特征在于，所述步骤四中的燃煤锅炉温度为900～1200℃。
10.根据权利要求9所述的一种内循环去除燃煤电厂烟气中氮氧化物的方法，其特征在于，所述步骤二中的吸附条件为吸附温度150～200℃，烟气空速5000h-1；所述步骤三中的高温空气温度为600～700℃，空速为500～1000h-1；所述步骤四中的燃煤锅炉温度为970～980℃。
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