CN108144443A - 一种粉状活性焦联合脱硫和脱硝的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粉状活性焦流化床脱硫喷氨联合脱硝的系统及方法，包括如下步骤：1)除尘后的烟气流入流化床脱硫塔中，与载硫活性焦和催化后的粉末活性焦接触，将烟气中的二氧化硫吸附脱除；2)脱硫后的烟气经气固分离后，进入流化床脱硝塔中，并向其中投加氨气和粉末活性焦，将粉末活性焦催化氨气还原烟气中的氮氧化物成氮气，从而脱除氮氧化物；3)脱硝后的烟气流经第二气固分离器和布袋除尘器分离后送往烟囱，第一气固分离器分离得到的载硫焦回收至流化床脱硫塔中循环利用，第二气固分离器分离得到的循环焦回收至流化床脱硝塔中循环利用，布袋除尘器分离得到的催化后的粉末活性焦投加至流化床脱硫塔中进行脱硫。

Description

一种粉状活性焦联合脱硫和脱硝的系统及方法
技术领域
本发明涉及燃烧烟气污染物脱除领域，具体涉及一种粉状活性焦联合脱硫和脱硝的系统及方法。
背景技术
活性焦脱硫是一种可资源化的烟气脱硫技术，同时对烟气中的重金属等污染物也有明显的协同脱除作用。目前市场上的活性焦脱硫技术主要采用移动床吸附-加热再生工艺路线，移动床吸附工艺采用较高机械强度的定型颗粒活性焦，外形一般为Φ5-9mm直径的柱状。粉末活性焦流化床吸附脱硫是一种新型活性焦脱硫工艺路线，该工艺以粉末活性炭为吸附剂，在循环流化床反应器中吸附二氧化硫实现脱硫过程。活性焦作为一种多孔材料，是一种可以在低温下实现选择性催化脱硝的催化剂，但是活性焦对一氧化氮的吸附脱除能力较弱。目前，活性焦移动床脱硫工艺一般通过在脱硫后喷入氨气，利用活性焦的催化作用，将氮氧化物还原为氮气，山东大学于2010年申请专利一种流态化活性炭联合脱硫脱硝工艺(201010189427.2)，通过在流化床脱硫塔上部喷入氨气实现粉状活性焦流化床工艺的联合脱硫脱硝。由于活性焦对氮氧化物吸附能力较差，二氧化硫与氮氧化物在活性焦表面的竞争吸附会抑制氮氧化物在活性焦表面的吸附，在二氧化硫与氮氧化物同时存在时，会优先吸附二氧化硫。吸附了二氧化硫的活性焦催化氨气还原氮氧化物的能力大幅削弱，同时，氨气会与吸附了二氧化硫的活性焦反应生成硫酸铵造成活性焦空隙的堵塞，并造成氨气的有效利用率降低。移动床工艺的喷氨联合脱硫脱硝工艺，虽然可以避免吸附二氧化硫造成活性焦脱硝效率降低的问题，但是也同时存在活性焦装填量较大，脱硝效率较低等问题。神华集团有限责任公司与山东大学等于2016年申请一种烟气脱硫系统(201611187075.0)，通过设计两级脱硫塔来保证烟气脱硫效率和吸附剂的工作硫容，该发明重点考虑活性焦脱硫过程，未涉及脱硝过程。本发明中，分别设计脱硫塔和脱硝塔，通过控制活性焦的分级利用，新鲜活性焦催化喷氨脱硝后，送入脱硫塔进行吸附脱硫。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之一是提供一种粉状活性焦联合脱硫和脱硝的系统。通过设置流化床脱硫塔和脱硝塔，充分利用新鲜活性焦在脱硝塔和布袋除尘器滤层上的催化作用，实现催化氨气还原脱除氮氧化物。
为了解决以上问题，本发明的技术方案为：
一种粉状活性焦联合脱硫和脱硝的系统，包括流化床脱硫塔、流化床脱硝塔、喷氨装置、活性焦储仓、第一气固分离器、第二气固分离器和布袋除尘器，其中，
所述流化床脱硫塔的进气口与烟气源连接，流化床脱硫塔的出气口与第一气固分离器的进气口连接，第一气固分离器的出气口与流化床脱硝塔的进气口连接，流化床脱硝塔的出气口与第二气固分离器的进气口连接，第二气固分离器的出气口与布袋分离器的进气口连接，第二气固分离器的固体出口与流化床脱硝塔的底部连接，布袋分离器的固体出口与流化床脱硫塔的底部连接；
活性焦储仓与流化床脱硝塔连接，喷氨装置与流化床脱硝塔连接；氨气在粉末活性焦的催化作用下将脱硫后的烟气中的氮氧化物还原成氮气，从而进行脱硝；脱硝后的烟气中携带的粉末活性焦依次被第二气固分离器和布袋分离器分离，分别回收至流化床脱硝和流化床脱硫塔中循环利用。
将除尘后的烟气在流化床脱硫塔中脱硫后，烟气中的二氧化硫含量降至很低，再进入流化床脱硝塔中脱硝时，不会对新鲜的粉末活性焦催化氨气还原氮氧化物的能力造成影响，进而可以提高粉末活性焦的脱硝效率。
采用向烟气中喷入氨气和新鲜的粉末活性焦的方法脱硝，可以充分利用新鲜活性焦的催化效果，从而提高烟气的脱硝效率。而且经过试验发现，当催化脱硝后的粉末活性焦回收至流化床脱硫塔进行脱硫时，并不影响粉末活性焦对二氧化硫的吸附效率，提高活性焦的使用效率。
本发明采用第二气固分离器将脱硝后的烟气携带出来的粉末活性焦进行初次分离，初次分离后的粉末活性焦循环回流化床脱硝塔中，布袋除尘器对烟气携带出来的粉末活性焦进行二次分离，二次分离后的粉末活性焦循环回流化床脱硫塔中进行脱硫，即第二气固分离器和布袋除尘器的协同作用，实现脱硫塔和脱硝塔内粉末活性焦的量的稳定，保证脱硫和脱硝的稳定进行。
布袋除尘器分离粉末活性焦的过程中，会在滤料表面持续形成并更新粉末活性焦滤层，该滤层与烟气持续接触，会进一步吸附烟气中的二氧化硫，并催化氨气还原氮氧化物成为氮气，一方面提高了烟气脱硫脱硝的效率，另一方面，可以提高活性焦的有效利用率。
本发明的目的之二是提供利用上述系统对烟气进行联合脱硫和脱硝的方法，包括如下步骤：
1)除尘后的烟气流入流化床脱硫塔中，与第一气固分离器分离的载硫活性焦和布袋除尘器分离的催化后的粉末活性焦接触，将烟气中的二氧化硫吸附脱除；
2)脱硫后的烟气经气固分离后，进入流化床脱硝塔中，并向其中投加氨气和粉末活性焦，将粉末活性焦催化氨气还原烟气中的氮氧化物成氮气，从而脱除氮氧化物；
3)脱硝后的烟气流经第二气固分离器和布袋除尘器分离后送往烟囱，第一气固分离器分离得到的载硫焦回收至流化床脱硫塔中循环利用，第二气固分离器分离得到的循环焦回收至流化床脱硝塔中循环利用，布袋除尘器分离得到的催化后的粉末活性焦投加至流化床脱硫塔中进行脱硫。
本发明的有益效果为：
本发明以粉状活性焦为吸附剂，吸附剂运行成本低。
本发明的有益效果为：
1.本发明粉状活性焦同时作为脱硫吸附剂和脱硝催化剂。
2.本发明的粉末活性焦先进行催化脱硝，在进行吸附脱硫，提高了粉末活性焦的利用率，降低了烟气处理成本。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的臭氧氧化联合脱硫和脱硝的系统的结构示意图。
其中，1、旋风分离器，2、流化床脱硫塔，3、布袋除尘器，4、流化床脱硝塔，5、活性焦储仓，6、喷氨装置。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在粉末活性焦处理烟气难以实现同时脱除二氧化硫和氮氧化物的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种粉状活性焦流化床脱硫喷氨联合脱硝的系统及方法。
本申请的一种典型实施方式，提供了一种粉状活性焦联合脱硫和脱硝的系统，包括流化床脱硫塔、流化床脱硝塔、喷氨装置、活性焦储仓、第一气固分离器、第二气固分离器和布袋除尘器，其中，
所述流化床脱硫塔的进气口与烟气源连接，流化床脱硫塔的出气口与第一气固分离器的进气口连接，第一气固分离器的出气口与流化床脱硝塔的进气口连接，流化床脱硝塔的出气口与第二气固分离器的进气口连接，第二气固分离器的出气口与布袋分离器的进气口连接，第二气固分离器的固体出口与流化床脱硝塔的底部连接，布袋分离器的固体出口与流化床脱硫塔的底部连接；
活性焦储仓与流化床脱硝塔连接，喷氨装置与流化床脱硝塔连接；氨气在粉末活性焦的催化作用下将脱硫后的烟气中的氮氧化物还原成氮气，从而进行脱硝；脱硝后的烟气中携带的粉末活性焦依次被第二气固分离器和布袋分离器分离，分别回收至流化床脱硝和流化床脱硫塔中循环利用。
将除尘后的烟气在流化床脱硫塔中脱硫后，烟气中的二氧化硫含量降至很低，再进入流化床脱硝塔中脱硝时，不会对新鲜的粉末活性焦催化氨气还原氮氧化物的能力造成影响，进而可以提高粉末活性焦的脱硝效率。
采用向烟气中喷入氨气和新鲜的粉末活性焦的方法脱硝，可以防止载硫活性焦阻碍粉末活性焦的催化效果，从而提高烟气的脱硝效率。而且经过试验发现，当催化脱硝后的粉末活性焦回收至流化床脱硫塔进行脱硫时，并不影响粉末活性焦对二氧化硫的吸附效率，提高活性焦的使用效率。
本申请采用第二气固分离器将脱硝后的烟气携带出来的粉末活性焦进行初次分离，初次分离后的粉末活性焦循环回流化床脱硝塔中，布袋除尘器对烟气携带出来的粉末活性焦进行二次分离，二次分离后的粉末活性焦循环回流化床脱硫塔中进行脱硫，即第二气固分离器和布袋除尘器的协同作用，实现脱硫塔和脱硝塔内粉末活性焦的量的稳定，保证脱硫和脱硝的稳定进行。
布袋除尘器分离粉末活性焦的过程中，会在滤料表面持续形成并更新粉末活性焦滤层，该滤层与烟气持续接触，会进一步吸附烟气中的二氧化硫，并催化氨气还原氮氧化物成为案子，一方面提高了烟气脱硫脱硝的效率，另一方面，可以提高活性焦的有效利用率。
优选的，所述第一气固分离器为旋风分离器。
进一步优选的，所述第一气固分离器的出风口位于第一气固分离器的底部。由于流化床脱硫塔的出风口位于脱硫塔的顶部，此处具有较高的高度，而流化床脱硝塔的进风口位于底部，具有较低的高度，当第一气固分离器的出风口位于第一气固分离器底部时，便于实现第一气固分离器的出风口与流化床脱硝塔的进风口的连接，同时缩短了烟气的流通距离，降低了烟气的热量损失，便于提高后续的烟气脱硝效率。
更进一步优选的，所述第一气固分离器的具体结构为旋风分离器。
进一步优选的，所述第一气固分离器的固体出口与流化床脱硫塔的底部连接。便于将烟气中携带的粉末活性焦回收至流化床脱硫塔中，避免粉末活性焦的浪费和对连通管道造成堵塞。
优选的，所述喷氨装置与流化床脱硝塔的底部连接。脱硫后的烟气自流化床脱硝塔的底部向上流经流化床脱硝塔，喷氨装置将氨气投加至流化床脱硝塔的底部，可以延长氨气、粉末活性焦与烟气的接触时间，便于提高活性焦催化氨气还原氮氧化物的效率，进而提高烟气的脱硝效率。
进一步优选的，所述活性焦储仓与流化床脱硝塔的中部连接。将新鲜的粉末活性焦自流化床脱硝塔的中部喷入流化床脱硝塔中，烟气和氨气与粉末活性焦逆流接触，使活性焦催化氨气还原氮氧化物的反应速率逐渐加快，更容易提供脱硝效率。
本申请的另一种实施方式，提供了利用上述系统对烟气进行联合脱硫和脱硝的方法，包括如下步骤：
1)除尘后的烟气流入流化床脱硫塔中，与第一气固分离器分离的载硫活性焦和布袋除尘器分离的催化后的粉末活性焦接触，将烟气中的二氧化硫吸附脱除；
2)脱硫后的烟气经气固分离后，进入流化床脱硝塔中，并向其中投加氨气和粉末活性焦，将粉末活性焦催化氨气还原烟气中的氮氧化物成氮气，从而脱除氮氧化物；
3)脱硝后的烟气流经第二气固分离器和布袋除尘器分离后送往烟囱，第一气固分离器分离得到的载硫焦回收至流化床脱硫塔中循环利用，第二气固分离器分离得到的循环焦回收至流化床脱硝塔中循环利用，布袋除尘器分离得到的催化后的粉末活性焦投加至流化床脱硫塔中进行脱硫。
优选的，步骤1)中，烟气的温度为90～120℃。
优选的，步骤2)中，氨气的投加量与烟气一氧化氮的摩尔比为(1～1.1)：1。
进一步优选的，步骤2)中，流化床脱硝塔中烟气的温度为90～120℃。
优选的，步骤3)中，第二气固分离器对烟气中的粉末活性焦的分离效率为80％～90％。
粉末活性焦的粒径小于1mm，优选为0.1～0.7mm。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
如图1所示，一种粉状活性焦联合脱硫和脱硝的系统，设有旋风分离器1、流化床脱硫塔2、惯性气固分离器、布袋除尘器3、流化床脱硝塔4、活性焦储仓5、喷氨装置6。
来自锅炉除尘器后的烟气进入流化床脱硫塔2中与载硫活性焦和催化后的粉末活性焦接触进行脱硫，脱硫后的烟气进入旋风分离器1进行气固分离，分离下的粉末活性焦一部分经活性焦给料装置送回流化床脱硫塔2进行循环，一部分作为载硫活性焦送出系统进行再生，再生后的活性焦具备新鲜脱硫能力，送回活性焦储仓5；
烟气经旋风分离器1出口进入流化床脱硝塔4，活性焦储仓5用于存放新鲜制备的粉状活性焦和完成脱硫并再生后具备新鲜脱硫能力的粉末活性焦，新鲜粉末活性焦的粒径小于1mm，粉末活性焦经给料装置送入流化床脱硝塔4，喷氨装置6均匀喷入的氨气在粉末活性焦催化的作用下将将烟气中的一氧化氮还原成氮气。脱硝后的烟气依次流经惯性气固分离器和布袋除尘器3后排入烟囱，惯性气固分离器与流化床脱硝塔4连接，将分离后的循环焦回收至流化床脱硝塔4循环利用，布袋除尘器3与流化床脱硫塔2连接，用于将分离的催化后的活性焦投加至流化床脱硫塔2中作为吸附剂吸附烟气中的二氧化硫。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种粉状活性焦联合脱硫和脱硝的系统，其特征是，包括流化床脱硫塔、流化床脱硝塔、喷氨装置、活性焦储仓、第一气固分离器、第二气固分离器和布袋除尘器，其中，
所述流化床脱硫塔的进气口与烟气源连接，流化床脱硫塔的出气口与第一气固分离器的进气口连接，第一气固分离器的出气口与流化床脱硝塔的进气口连接，流化床脱硝塔的出气口与第二气固分离器的进气口连接，第二气固分离器的出气口与布袋分离器的进气口连接，第二气固分离器的固体出口与流化床脱硝塔的底部连接，布袋分离器的固体出口与流化床脱硫塔的底部连接；
活性焦储仓与流化床脱硝塔连接，喷氨装置与流化床脱硝塔连接；氨气在粉末活性焦的催化作用下将脱硫后的烟气中的氮氧化物还原成氮气，从而进行脱硝；脱硝后的烟气中携带的粉末活性焦依次被第二气固分离器和布袋分离器分离，分别回收至流化床脱硝和流化床脱硫塔中循环利用。
2.如权利要求1所述的系统，其特征是，所述第一气固分离器为旋风分离器。
3.如权利要求2所述的系统，其特征是，所述第一气固分离器的出风口位于第一气固分离器的底部；
优选的，所述第一气固分离器的具体结构为旋风分离器。
4.如权利要求2所述的系统，其特征是，所述第一气固分离器的固体出口与流化床脱硫塔的底部连接。
5.如权利要求2所述的系统，其特征是，所述喷氨装置与流化床脱硝塔的底部连接。
6.如权利要求5所述的系统，其特征是，所述活性焦储仓与流化床脱硝塔的中部连接。
7.利用权利要求1～6任一所述的系统对烟气进行联合脱硫和脱硝的方法，包括如下步骤：
1)除尘后的烟气流入流化床脱硫塔中，与第一气固分离器分离的载硫活性焦和布袋除尘器分离的催化后的粉末活性焦接触，将烟气中的二氧化硫吸附脱除；
2)脱硫后的烟气经气固分离后，进入流化床脱硝塔中，并向其中投加氨气和粉末活性焦，将粉末活性焦催化氨气还原烟气中的氮氧化物成氮气，从而脱除氮氧化物；
3)脱硝后的烟气流经第二气固分离器和布袋除尘器分离后送往烟囱，第一气固分离器分离得到的载硫焦回收至流化床脱硫塔中循环利用，第二气固分离器分离得到的循环焦回收至流化床脱硝塔中循环利用，布袋除尘器分离得到的催化后的粉末活性焦投加至流化床脱硫塔中进行脱硫。
8.如权利要求7所述的方法，其特征是，步骤1)中，烟气的温度为90～120℃。
9.如权利要求7所述的方法，其特征是，步骤2)中，氨气的投加量与烟气一氧化氮的摩尔比为(1～1.1):1；
优选的，步骤2)中，流化床脱硝塔中烟气的温度为90～120℃。
10.如权利要求7所述的方法，其特征是，步骤3)中，第二气固分离器对烟气中的粉末活性焦的分离效率为80％～90％。
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