CN108014632A - 基于高活性固体吸收剂的烟气污染物联合脱除系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于高活性固体吸收剂的烟气污染物联合脱除系统。所述基于高活性固体吸收剂的烟气污染物联合脱除系统包括氧化反应烟道、脱硫脱硝脱汞反应器、除尘单元和乏吸收剂储送、活化及增湿单元；所述氧化反应烟道内设有臭氧喷射组件；所述氧化反应烟道的出口与所述脱硫脱硝脱汞反应器的入口相连接；所述脱硫脱硝脱汞反应器的出口与所述除尘单元相连接；所述除尘单元的烟气出口依次连接引风机和烟囱；所述除尘单元的落灰口的出口与所述乏吸收剂储送、活化及增湿单元相连接。采用本发明系统进行污染物的脱除时，利用半干式吸收的方法，耗水量少，最终产物为固态，无需处理废水，工艺简单。因此，本发明脱除系统可广泛用于工业烟气处理过程中。

Description

基于高活性固体吸收剂的烟气污染物联合脱除系统
技术领域
本发明涉及基于高活性固体吸收剂的烟气污染物联合脱除系统，属于烟气净化领域。
背景技术
目前环保标准日益严格，但中小型的工业锅炉、工业窑炉往往具有容量小、污染物浓度高、场地小、污染物治理难度大等特点，造成治理与改造困难。相对于大型电站锅炉的低排放，集约化、紧凑化、一体化的除尘、脱硫、脱硝协同脱除技术是工业锅炉低排放的发展方向。
公开号CN104474857A的专利公开了活性分子前置氧化吸收燃煤烟气中NO和SO2的方法和装置，利用活性分子臭氧的强氧化性，但下游采用的湿法碱液吸收工艺，尽管脱硫脱硝效率较高，但耗水量大且废液处理工艺较为复杂。
公开号CN105056749A专利公开了一种同时脱除烟气中氮氧化物和硫氧化物的方法，该专利利用钙基脱硫剂对NO的催化氧化作用，但实际工业测试发现这种催化氧化效率并不高，从而导致脱硝率较低，本专利中也提到NOx的脱除率仅为65%以上。另外由于采用循环流化床塔内喷水的增湿方式，易造成反应器内喷嘴堵塞，局部物料过湿造成物料粘壁等问题。
公开号CN200610102077.5专利公开了一种锅炉烟气同时脱硫脱硝脱汞的方法及装置，在循环流化床反应器内喷入富氧高活性吸收剂同时脱硫脱硝脱汞，但氮氧化物脱除效率较低，且采用湿式吸收剂制备（消化）工艺，工序较为繁琐。
发明内容
为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供基于高活性固体吸收剂的烟气污染物联合脱除系统，所述系统采用高氧化活性的臭氧对烟气进行前置氧化，再利用高活性粉煤灰作为氧化后烟气中SO2、SO3、高价氮氧化物及汞化物等污染物的吸收剂，脱除率高且成本低，耗水量少，无需处理废水，工艺简单，可广泛用于工业烟气处理过程中。
本发明所提供的一种基于高活性固体吸收剂的烟气污染物联合脱除系统，它包括氧化反应烟道、脱硫脱硝脱汞反应器、除尘单元、乏吸收剂储送、活化及增湿单元；
所述氧化反应烟道内设有臭氧喷射组件；
所述氧化反应烟道的出口与所述脱硫脱硝脱汞反应器的入口相连接；
所述脱硫脱硝脱汞反应器的出口与所述除尘单元相连接；
所述除尘单元的烟气出口依次连接引风机和烟囱；
所述除尘单元的落灰口的出口与所述乏吸收剂储送、活化及增湿单元相连接。
本发明中，所述乏吸收剂指的是具有吸收潜力，但尚需活化处理的吸收剂。
所述的烟气污染物联合脱除系统中，所述氧化反应烟道为锅炉尾部烟道，从而与燃烧系统无缝对接，将锅炉燃烧产生粉煤灰直接作为吸收剂，在同一装置中利用粉煤灰中的活性物质吸收氧化后烟气中的SO2、SO3、高价氮氧化物及汞化物等污染气体，大大降低了运行成本和占地面积。
所述的烟气污染物联合脱除系统中，所述臭氧喷射组件通过管道连接臭氧制备及输送单元，为防止所述臭氧喷射组件被烟气中粉煤灰堵塞，沿烟气流向布置所述臭氧喷射组件；
所述臭氧制备及输送单元包括依次连接的液氧储罐、液氧蒸发器和臭氧发生器。
所述的烟气污染物联合脱除系统中，所述氧化反应烟道内于所述臭氧喷射组件的下游处设有预混构件，强化氧化剂O3与烟气的混合均匀度。
所述的烟气污染物联合脱除系统中，所述脱硫脱硝脱汞反应器为立管式反应器；
所述脱硫脱硝脱汞反应器的入口和出口分别位于所述脱硫脱硝脱汞反应器的下部和上部；
所述脱硫脱硝脱汞反应器内于其下部设有加速喷射构件，可以加强所述脱硫脱硝脱汞反应器内烟气与固态颗粒流场的湍流程度，所述加速喷射构件具体可为文丘里式，根据烟气处理量，可设1+N个；
所述的烟气污染物联合脱除系统中，所述脱硫脱硝脱汞反应器的内壁上于其中上部固定有水管，所述水管的游离端连接精细雾化喷嘴，可以实现对粉煤灰吸收剂的二级增湿；
所述精细雾化喷嘴沿烟气流的方向布置，以避免灰堵塞所述精细雾化喷嘴；
所述脱硫脱硝脱汞反应器的出口处设有返料构件（如挡板），使得部分固体物料返回所述脱硫脱硝脱汞反应器的中上部重新参与反应。
所述的烟气污染物联合脱除系统中，所述除尘单元包括连接的初级除尘器和精除尘器；
所述预除尘器或所述初级除尘器为旋风式除尘器、重力式除尘器和百叶窗式除尘器中任一种；
所述精除尘器为布袋除尘器、电除尘器和电袋结合除尘器中任一种。
本发明提供的一种烟气污染物联合脱除系统中，所述乏吸收剂储送、活化及增湿单元包括依次相连接的储料仓、输送装置、活化器和增湿混合器；
所述除尘单元与所述储料仓之间设有锁气阀，以防止串气对除尘效果的负面影响；
所述储料仓呈倒锥形，其锥角大于70°，有利于固体颗粒物的流动；
所述储料仓的仓壁上设有流化装置和空气炮；
所述储料仓壁面上设有称重装置，用于固体颗粒物输送量的计量；
所述输送装置为回转卸料阀或螺旋给料器；
所述活化器上设有精细雾化喷嘴或蒸汽喷口，并可预留外加固体吸收剂加料口；
所述活化器为连续式或间歇式出料方式，如采用间歇式出料则采用2+N个活化器并联布置，通过延长活化时间进一步提高乏吸收剂的活化效果；
所述增湿混合器与所述脱硫脱硝脱汞反应器通过布料器相连通；
所述布料器呈圆形、方形或簸箕形。
所述的烟气污染物联合脱除系统中，所述除尘单元的烟气出口与所述引风机之间连接一烟气循环烟道旁路，所述烟气循环烟道旁路的另一端与所述脱硫脱硝脱汞反应器的入口管路相连接；
所述烟气循环烟道旁路上设有循环风机；
通过所述烟气循环烟道旁路将所述除尘单元排出的部分烟气返回至所述脱硫脱硝脱汞反应器中，根据锅炉负荷变化调节循环烟气量，以保证锅炉不同负荷下反应器内实际气速满足设计要求。
为得到具有高吸收活性的粉煤灰，建议锅炉燃料采用高钙煤种（当煤中含硫量为0.5～1%时，灰分中CaO含量＞10%～20%）；如燃料为含钙量低于要求，可在煤中掺入一定量的CaCO3、Ca(OH)2或CaO，或者外购高活性粉煤灰作为吸收剂。
本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点：
本发明将氧化脱硝和循环流化床脱硫相耦合，利用经活化后具有高比表面积及高吸收活性的粉煤灰作为吸收剂，实现脱硫、脱硝、脱汞及除尘一体化。由于NO2的存在对硫氧化物的脱除具有促进作用，该方法比常规循环流化床的脱硫效率要高。另外臭氧氧化转化率高（90%以上）且寿命长，对温度要求不高，特别适合处理锅炉尾部低温烟气，对烟道布置要求不高。采用本发明系统进行脱除时的脱硫和脱硝效率分别为90%和80%以上，在常规工业锅炉或窑炉烟气污染物排放浓度范围内，二氧化硫和氮氧化物的排放能够达到甚至超过国家环保要求，且运行及设备成本低。
为提高固体吸收剂的脱除效果，本发明系统对工艺及反应器结构进行了优化，如单独设置活化器，提高乏吸收剂的吸收活性；在反应器中上部设二级增湿喷口，并在出口处设返料构件使部分固体颗粒物反流至反应器中上部，强化反应器后半段的吸收效果；另外通过固态物料循环，提高反应器内固体活性物的浓度，Ca/（S+0.5N）数量级在几十甚至上百，大大增强了对SO2和高价态NOx的吸收几率，同时提高了吸收剂的利用率。
为得到反应器内所需的温度及相对湿度，本发明系统采分段增湿方式，且以固体颗粒增湿为主，严格控制二级增湿水的喷入量，在保证吸收效果的同时，避免了喷浆法或完全在反应器内增湿可能造成的物料粘壁，喷嘴或浆液输送喷射装置堵塞等负面影响。
采用本发明系统进行污染物的脱除时，利用半干式吸收的方法，耗水量少，最终产物为固态，无需处理废水，工艺简单。因此，本发明脱除系统可广泛用于工业烟气处理过程中。
附图说明
图1为本发明提供的烟气污染物联合脱除系统的结构示意图。
图中各标记如下：
1锅炉、111液氧储罐、112氧蒸发器、113臭氧发生器、114管道、115臭氧喷射组件、21氧化反应烟道、22预混构件、3脱硫脱硝脱汞反应器、31加速喷射构、32返料构件、33水管、34精细雾化喷嘴、41初级除尘器、42精除尘器、5锁气阀、6储料仓、7输送装置、8活化器、9增湿混合器、10布料器、12引风机、13循环风机、14烟囱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，为本发明提供的烟气污染物联合脱除系统的结构示意图，该脱除系统与锅炉1相连接，锅炉1的尾部烟道作为氧化反应烟道21。氧化反应烟道21内设臭氧喷射组件115，该臭氧喷射组件115与臭氧制备及输送单元通过管道114相连接，为防止该喷射组件115被烟气中粉煤灰堵塞，将其沿烟气流向布置，该臭氧制备及输送单元包括依次连接的液氧储罐111、液氧蒸发器112和臭氧发生器113。在氧化反应烟道21内于臭氧喷射组件115的下游处设有预混构件22，强化臭氧与烟气的混合均匀度。在氧化反应烟道21内通过喷入O3将烟气中反应活性较低的NO和零价汞生成活性更高的高价氮氧化物及汞化物。氧化反应烟道21的的出口与脱硫脱硝脱汞反应器3的入口相连接，将经氧化后的烟气携带粉煤灰输入至脱硫脱硝脱汞反应器3内，与含湿固体循环物料充分接触，通过循环物料的水分蒸发，烟温在极短时间内降到所需的反应温度及相对湿度，在此反应条件下，新鲜粉煤灰及循环物料中的碱金属活性组分与烟气中的SO2、SO3/高价氮氧化物发生反应将其脱除，另外粉煤灰对汞化物及其它重金属污染物有很好的吸附作用。为了加强脱硫脱硝脱汞反应器3内部烟气与固态颗粒物流场的湍流程度，在脱硫脱硝脱汞反应器3内于其下部设置加速喷射构件31，具体可为文丘里式，根据烟气处理量，可设1+N个。脱硫脱硝脱汞反应器3的内壁上于其中上部固定有水管33，该水管33的游离端连接精细雾化喷嘴34，可以实现对粉煤灰吸收剂的二级增湿，该精细雾化喷嘴34沿烟气流的方向布置，以避免灰堵塞喷嘴。脱硫脱硝脱汞反应器3的出口处设有返料机构32，使得部分固体物料返回脱硫脱硝脱汞反应器3的中上部重新参与反应。脱硫脱硝脱汞反应器3的出口与除尘单元相连接，用于将脱除污染物后的烟气进行除尘。其中，除尘单元包括连接的初级除尘器41和精除尘器42，初级除尘器41可选择旋风式除尘器、重力式除尘器和百叶窗式除尘器中任一种，精除尘器42可选择布袋除尘器、电除尘器和电袋结合除尘器中任一种。该除尘单元的落灰口通过锁气阀5与乏吸收剂储送、活化及增湿单元相连接，锁气阀5的作用是防止串气对除尘效果的负面影响。该乏吸收剂储送、活化及增湿单元包括依次连接的储料仓6、输送装置7、活化器8和增湿混合器9，储料仓6呈倒锥形，其锥角大于70°，有利于循环灰的流动，储灰缓冲仓6的仓壁上设有流化装置和疏灰炮，且储灰缓冲仓6内设有称重装置，用于循环灰量的计量；循环灰输送装置7为回转卸料阀或螺旋给料器。活化器8上设有精细雾化喷嘴81、蒸汽喷口82和预留钙基固体吸收剂加料口83。为了灰水混合的均匀度，在增湿混合器9内设置精细雾化喷嘴（图中未标）。本发明系统中活化剂增湿混合器9与脱硫脱硝脱汞反应器3通过布料器10相连通，且布料器10与脱硫脱硝脱汞反应器3的连接处靠近加速喷射构件31处，布料器10可呈圆形、方形或簸箕形。除尘单元的烟气出口依次连接引风机12和烟囱14，经除尘后的洁净眼烟气排入至大气中。在除尘单元的烟气出口与引风机12之间连接一烟气循环烟道旁路，该烟气循环烟道旁路的另一端与脱硫脱硝脱汞反应器3的入口管路相连接，烟气循环烟道旁路上设有循环风机13，通过该烟气循环烟道旁路将除尘单元排出的部分烟气返回至脱硫脱硝脱汞反应器3中，根据锅炉负荷变化调节循环烟气量，以保证锅炉不同负荷下反应器内实际气速满足设计要求。
在储料仓6锥段设卸灰口，多余的物料经卸灰口排出送至灰库，以维持系统的物料平衡。
利用图1所示的本发明系统进行锅炉尾气处理的步骤如下：
利用臭氧制备及输送单元向锅炉尾部烟道段（氧化反应烟道21）内喷入臭氧，通过预混构件22使其与烟气均匀混合，在锅炉尾部烟道段内将烟气中的NO和零价汞被氧化成高价态氮氧化物和汞化物。经氧化后烟气携带粉煤灰输入至脱硫脱硝脱汞反应器3内，与含湿固体循环物料充分接触，通过循环物料的水分蒸发，烟温在极短时间内降到所需的反应温度及相对湿度，在此反应条件下，新鲜粉煤灰及循环物料中的碱金属活性组分与烟气中的SO2、SO3/高价氮氧化物发生反应将其脱除，另外粉煤灰对汞化物及其它重金属污染物有很好的吸附作用。含高浓度粉尘的烟气经过除尘单元处理，洁净烟气通过引风机和烟囱排入大气，除尘单元底部落下的粉煤灰在储料仓6内收集，部分经活化增湿后重新送至脱硫脱硝脱汞反应器3内进行下一循环反应。储料仓6内多余物料排出至灰库。
本发明系统的净化效果：
锅炉尾气组成为：SO2浓度为600mg/Nm3，NOx浓度为400mg/Nm3，烟气的温度为120℃，向锅炉尾部烟道段（氧化反应烟道21）中喷入高浓度臭氧，与烟气均匀混合，O3/N摩尔比为0.9，停留时间为0.3s。经氧化后的烟气携带新鲜粉煤灰输入至脱硫脱硝脱汞反应器3内，与经活化后的含湿固体循环物料充分接触，通过循环物料的水分蒸发，反应器内烟气温度迅速降至80℃，在此反应环境下，新鲜粉煤灰及循环物料中的碱金属活性组分与烟气中的SO2、SO3/高价氮氧化物反应生成亚硫酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐、硝酸盐等，另外粉煤灰对汞化物及其它重金属污染物有很好的吸附作用。在反应器中上部喷入二级增湿水，在该处再次创造一个局部湿润环境，延长吸收反应时间，最终反应出口烟温降低至70℃左右。含高浓度粉尘的烟气经除尘处理得到符合排放标准的烟气。整个过程SO2脱除效率为92%，NOx脱除效率为82%。
锅炉尾气组成为：SO2浓度为600mg/Nm3，NOx浓度为400mg/Nm3，烟气的温度为90℃，向锅炉尾部烟道段（氧化反应烟道21）中喷入高浓度臭氧，与烟气均匀混合，O3/N摩尔比为1，停留时间为0.5s。经氧化后的烟气携带新鲜粉煤灰输入至脱硫脱硝脱汞反应器3内，与经活化后的含湿固体循环物料充分接触，通过循环物料的水分蒸发，反应器内烟气温度迅速降至80℃，在此反应环境下，新鲜粉煤灰及循环物料中的碱金属活性组分与烟气中的SO2、SO3/高价氮氧化物反应生成亚硫酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐、硝酸盐等，另外粉煤灰对汞化物及其它重金属污染物有很好的吸附作用。在反应器中上部喷入一定量80%浓度NaClO溶液，进一步氧化剩余的NO及单质汞，同时将NaClO溶液作为二级增湿水，延长吸收反应时间，最终反应出口烟温降低至70℃左右。含高浓度粉尘的烟气经除尘处理得到符合排放标准的烟气。整个过程SO2脱除效率为92%，NOx脱除效率为85%。

Claims (10)

1.一种基于高活性固体吸收剂的烟气污染物联合脱除系统，它包括氧化反应烟道、脱硫脱硝脱汞反应器、除尘单元和乏吸收剂储送、活化及增湿单元；
所述氧化反应烟道内设有臭氧喷射组件；
所述氧化反应烟道的出口与所述脱硫脱硝脱汞反应器的入口相连接；
所述脱硫脱硝脱汞反应器的出口与所述除尘单元相连接；
所述除尘单元的烟气出口依次连接引风机和烟囱；
所述除尘单元的落灰口的出口与所述所述乏吸收剂储送、活化及增湿单元相连接。
2.根据权利要求1所述的烟气污染物联合脱除系统，其特征在于：所述氧化反应烟道为锅炉尾部烟道；
所述高活性固体吸收剂为高钙粉煤灰。
3.根据权利要求1或2所述的烟气污染物联合脱除系统，其特征在于：所述臭氧喷射组件通过管道连接臭氧制备及输送单元；
所述臭氧输送单元包括依次连接的液氧储罐、液氧蒸发器和臭氧发生器。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的烟气污染物联合脱除系统，其特征在于：所述氧化反应烟道内于所述臭氧喷入口的下游处设有预混构件。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的烟气污染物联合脱除系统，其特征在于：所述脱硫脱硝脱汞反应器为立管式反应器；
所述脱硫脱硝脱汞反应器的入口和出口分别位于所述脱硫脱硝脱汞反应器的下部和上部；
所述脱硫脱硝脱汞反应器内于其下部设有加速喷射构件。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的烟气污染物联合脱除系统，其特征在于：所述脱硫脱硝脱汞反应器的内壁上于其中上部固定有水管，所述水管的游离端连接精细雾化喷嘴；
所述精细雾化喷嘴沿烟气流的方向布置；
所述脱硫脱硝脱汞反应器的出口处设有返料构件。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的烟气污染物联合脱除系统，其特征在于：所述除尘单元包括连接的初级除尘器和精除尘器；
所述预除尘器或所述初级除尘器为旋风式除尘器、重力式除尘器和百叶窗式除尘器中任一种；
所述精除尘器为布袋除尘器、电除尘器和电袋结合除尘器中任一种。
8.根据权利要求1或3-7中任一项所述的烟气污染物联合脱除系统，其特征在于：所述乏吸收剂储送、活化及增湿单元包括依次相连接的储料仓、输送装置、活化器和增湿混合器；
所述除尘单元与所述储料仓之间设有锁气阀；
所述储料仓呈倒锥形，其锥角大于70°；
所述储料仓的仓壁上设有流化装置和空气炮；
所述储料仓壁面上设有称重装置；
所述输送装置为回转卸料阀或螺旋给料器。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的烟气污染物联合脱除系统，其特征在于：所述活化器上设有精细雾化喷嘴或蒸汽喷口；
所述活化器为连续式或间歇式出料方式；
所述增湿混合器与所述脱硫脱硝脱汞反应器通过布料器相连通；
所述布料器呈圆形、方形或簸箕形。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的烟气污染物联合脱除系统，其特征在于：所述除尘单元的烟气出口与所述引风机之间连接一烟气循环烟道旁路，所述烟气循环烟道旁路的另一端与所述脱硫脱硝脱汞反应器的入口管路相连通。
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