CN108159856A

CN108159856A - 一种同时脱硫脱硝系统

Info

Publication number: CN108159856A
Application number: CN201810151917.XA
Authority: CN
Inventors: 李清海; 杨潇潇; 张衍国; 初雷哲
Original assignee: BEIJING NOWVA ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd; Tsinghua University
Current assignee: BEIJING NOWVA ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd; Tsinghua University
Priority date: 2018-02-14
Filing date: 2018-02-14
Publication date: 2018-06-15

Abstract

一种同时脱硫脱硝系统，包括吸收塔以及分别设置在吸收塔顶部的吸收液喷淋装置和设置在吸收塔底部的储液池，储液池连接有同时脱硫脱硝吸收液补给装置和吸收液再生循环装置，并设置有曝气装置和搅拌器。吸收液喷淋装置包括自上而下设置的除雾层、喷淋层和填料层，同时脱硫脱硝吸收液通过喷淋层喷入吸收塔。同时脱硫脱硝吸收液选用钴铵溶液烟气进入吸收塔，与钴铵溶液逆流接触反应。烟气通过填料层时与吸附了钴铵溶液的填料充分接触反应，污染物得到脱除。与烟气反应后的钴铵溶液通过吸收液再生循环装置再生利用。本发明具有同时脱硫脱硝效率高、占地面积小、浆液再循环、次污染物处理费用低等优点。

Description

一种同时脱硫脱硝系统

技术领域

本发明涉及一种同时脱硫脱硝系统，尤其涉及一种锅炉烟气同时脱除SO₂和NO_x的工艺设备，属于能源环保领域。

背景技术

在我国，煤炭等化石燃料是锅炉的主要燃料，因此导致了烟气中的烟尘、二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NO_x）的排放量长期居高不下，成为了大气污染物的首要污染物。烟气中的SO₂和NO_x也是近年来雾霾天气的罪魁祸首，给人类的身体健康和自然环境均造成了极大的威胁。燃煤锅炉的脱硫脱硝技术一直是大气污染治理的重点，目前主要的脱硫技术主要是石灰石-石膏法，脱硝技术主要采用的是SNCR/SCR（选择性非催化还原/选择性催化还原）。虽然这两种方法都能较高效率地脱除烟气中的污染物，但是由于两种方法分别都需要单独的脱除系统和工艺，导致了厂房占地面积大、投资成本高的问题。与此同时，这两种方法还会产生大量的石膏和SCR催化剂。因此，开发一种适用于工业锅炉同时脱硫脱硝，并且投资省、运行费用低、占地面价小、烟气排放达标的工艺及设备显得尤为重要。

近年来，SO₂的主要控制途径有三个，燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫，目前湿法脱硫脱硝技术备受关注，也是最成熟、控制SO₂最行之有效途径。湿法脱硫的主要思路是将烟气中的NO转化成NO₂，再用专门的吸收液将SO₂和NO₂同时脱除，进而达到同时脱硫脱硝的目的。常见的吸收液是氨水溶液，用氨水作吸收液存在氨逃逸的问题，产生了大量的次污染物。因此开发一种新型的同时脱硫脱硝吸收液以及同时脱硫脱硝的工艺及设备是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同时脱硫脱硝系统，利用同时脱硫脱硝吸收液能够同时脱除二氧化硫和氮氧化物。

本发明通过如下技术方案来实现。

一种同时脱硫脱硝系统，包括吸收塔以及分别设置在吸收塔顶部的吸收液喷淋装置和设置在吸收塔底部的储液池，所述吸收塔下部和顶部分别设置烟气入口和烟气出口，所述吸收液喷淋装置包括自上而下设置的除雾层、喷淋层和填料层，以及连接所述喷淋层与所述储液池下部的喷淋液输送管路，所述喷淋液输送管路设置有喷淋液输送泵；所述储液池连接有同时脱硫脱硝吸收液补给装置，用于往所述储液池内补充同时脱硫脱硝吸收液。

上述技术方案中，所述储液池还连接有吸收液再生循环装置，用于所述同时脱硫脱硝吸收液的再生和循环补充；所述吸收液再生循环装置包括循环泵、分离器和加热器，所述循环泵与所述储液池和所述分离器有管道相连，将储液池内的同时脱硫脱硝吸收液送到分离器分离浓缩，然后再将所述分离器分离浓缩的浓缩物送到加热器加热到结晶。所述加热器选用马弗炉。

上述技术方案中，所述同时脱硫脱硝吸收液选用钴铵溶液，所述钴铵溶液能够通过钴盐溶液和氨溶液配制。所述钴盐溶液包括硝酸钴、氯化钴、醋酸钴。

上述技术方案中，所述分离器选用纳滤膜分离器。

上述技术方案中，所述储液池还设置有曝气装置，曝气装置包括曝气头和鼓风机；所述曝气装置向所述储液池内通入氧化剂，所述氧化剂包括空气、氧气。

上述技术方案中，所述储液池底部还设置有搅拌器。

上述技术方案中，所述储液池底部的搅拌器选用水力搅拌器。所述水力搅拌器由循环水管道和循环水泵组成，循环水管道进出口分别设置在储液池两侧。水力搅拌器出水喷流的水流方向与所述曝气装置的气体喷出方向为顺流布置。

上述技术方案中，所述喷淋层设置两层或两层以上；所述喷淋层每层均设置有若干个螺旋喷嘴，所述若干个螺旋喷嘴在水平面上呈星型布置。

上述技术方案中，所述除雾层设置两层或两层以上。所述除雾层的平面上布置有折流栅板。

上述技术方案中，所述喷淋装置还包括冲洗装置，所述冲洗装置包括设置在吸收塔顶部的清洗层以及清洗水罐和与所述清洗水罐连通的清洗水管路，所述清洗层设置在所述除雾层上部；所述清洗水管路还分别与所述清洗层和所述喷淋层连接；所述清洗水管路上设置有清洗水泵。

上述技术方案中，所述储液池一侧设有溢流口。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：1）用钴络合物的混合溶液同时吸收烟气中的SO₂和NO_x，提高了溶液的脱除效率，在降低氨使用剂量的同时也减少了脱硫脱硝过程中的氨逃逸现象，降低了脱硫脱硝的成本，减少了次生污染物的发生；2）吸收塔中的填料层中的填料使烟气与循环浆液充分反应，提高了脱除效率；3）吸收液经过膜分离器浓缩后加热结晶的再生系统，降低了脱硫脱硝的运行成本，不但降低了能耗，而且能够获得硫酸铵和硝酸铵，使再生过程中的副产物得到有效的利用；4）储液池底部安装的水力搅拌器，将储液池中的吸收液进行充分的混合，防止吸收液发生沉淀影响吸收效果。

附图说明

图1为本发明所涉及的一种同时脱硫脱硝系统示意图。

图2为本发明所涉及的一种同时脱硫脱硝系统喷淋层喷嘴布置示意图。

图3为本发明所涉及的一种同时脱硫脱硝系统除雾层折流栅板布置示意图。

图中：1－吸收塔；2－吸收液喷淋装置；21－除雾层；22－喷淋层；23－填料层；24－喷淋液输送管路；25－喷淋液输送泵；26－螺旋喷嘴；27－折流栅板；28－冲洗装置；281－清洗层；282－清洗水管路；283－清洗水罐；284－清洗水泵；3－储液池；4－烟气入口；5－烟气出口；6－同时脱硫脱硝吸收液补给装置；61－钴盐溶液储罐；62－氨溶液储罐；63－吸收液补给泵；64－酸液罐；65－pH自动加液机；7－吸收液再生循环装置；71－循环泵；72－分离器；73－加热器；8－曝气装置；9－搅拌装置；10－溢流口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。

本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

本发明所述的一种同时脱硫脱硝系统，利用同时脱硫脱硝吸收液，对燃烧烟气中的二氧化硫和氮氧化物同时进行脱除。其中，本发明所指的燃烧烟气或简称烟气，具有本领域技术人员通常理解的含义。具体地，燃烧烟气一般包括氮气（N₂）、氧气（O₂）、水蒸气（H₂O）、二氧化碳（CO₂）、二氧化硫（SO₂）和氮氧化物（NO_x）。其中SO₂的含量一般为1000-2000ppm，氮氧化物约为200-600ppm。氮氧化物的主要成分为一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO₂），其中NO占NO_x含量的95%以上。

如图1所示，一种同时脱硫脱硝系统，包括吸收塔1、吸收液喷淋装置2和储液池3。吸收液喷淋装置2设置在吸收塔1顶部，包括自上而下设置的除雾层21、喷淋层22和填料层23。储液池3设置在吸收塔1底部，喷淋层22与储液池下部设置有喷淋液输送管路24，喷淋液输送管路24上设置有喷淋液输送泵25，将同时脱硫脱硝吸收液从储液池3里泵送到喷淋层22进行喷淋。根据烟气量和脱污效果需要，喷淋层22设置两层或两层以上。喷淋层22每层均设置有若干个螺旋喷嘴26，这些若干个螺旋喷嘴26以在水平面上呈星型的方式布置，如图2所示。螺旋喷嘴产生的是不均匀的喷雾图形，并不是全锥型的喷雾模式，具有抗堵塞的特点。同时脱硫脱硝吸收液通过这些螺旋喷嘴26喷洒，强化了喷淋效果。填料层23里装填有填料。

吸收塔1下部和顶部分别设置烟气入口4和烟气出口5。烟气入口4设置在储液池3上方，烟气入口4处设有倾斜向下的烟气挡板。烟气通过鼓风机或引风机的作用从吸收塔1下部进入到吸收塔1中，在上行过程中，一路与从喷淋层22的螺旋喷嘴26喷洒而下的同时脱硫脱硝吸收液逆流接触反应。烟气经过填料层23时，由于填料层23内的填料吸附了大量的同时脱硫脱硝吸收液，烟气与同时脱硫脱硝吸收液最大程度的相互接触，烟气中的污染物（SO₂、NO_x等）与同时脱硫脱硝吸收液充分接触反应，使得污染物尽可能被去除，同时如烟尘等固体污染物也会被填料层23中的填料截留。烟气接着继续上行穿过喷淋层22，在除雾层21被除雾层21上设置的折流栅板27截留下水汽，从吸收塔1顶部的烟气出口5排出。除雾层21折流栅板27设置如图3所示。为增强除雾效果，除雾层21设置两层或两层以上。

储液池3连接有同时脱硫脱硝吸收液补给装置6，用于往所述储液池3内补充同时脱硫脱硝吸收液。同时脱硫脱硝吸收液选用钴铵溶液，钴铵溶液能够通过钴盐溶液和氨溶液配制。通常，同时脱硫脱硝吸收液补给装置6包括钴盐溶液储罐61、氨溶液储罐62和吸收液补给泵63，钴盐溶液包括硝酸钴、氯化钴、醋酸钴。钴铵溶液吸收液是将NH₃加到钴盐（例如硝酸钴、氯化钴、醋酸钴）的水溶液中形成的钴的络合物，钴铵溶液吸收液的质量浓度选择0.07~0.1mol/L。由于吸收液的较佳反应pH值为8~10.2，同时脱硫脱硝吸收液补给装置6还包括酸液罐64和pH自动加液机65，pH自动加液机可以根据检测到的储液池3中的pH值，自动往储液池3补充酸液或者氨溶液，酸液和氨溶液分别来自于酸液罐64和氨溶液储罐62。酸液选择硝酸或者盐酸。

本发明所述的同时脱硫脱硝吸收液生成原理和吸收原理如下所述。

将添加到钴盐（例如硝酸钴、氯化钴、醋酸钴等）溶液中可以形成钴络合物，可以与烟气中残余的O₂通过反应（一）生成类似H₂O₂的具有氧化作用的桥式络合物：。

（一）

同时，能络合NO，将NO由气相转化为液相，反应如式（二）所示：

（二）

在液相中，络合的NO能被桥式化合物氧化为络合的NO₂（以形式），溶解在氨水中形成和。

同时氧化和吸收NO的总反应如式（三）所示：

（三）

（四）

氨水溶液是碱性，可以吸收烟气中的SO₂，反应如式（五）、式（六）和式（七）所示：

（五）

（六）

（七）

同时，亚硫酸铵可以被氧化，如式（八）所示：

（八）

氧化生成的可进一步与氨反应生成。

此外，脱硫反应生成的还可以和NO、NO₂反应生成N₂，从而实现脱除NOx的目标，反应如下：

（九）

（十）

在反应（四）中生成的以及反应（五）中生成的不稳定，可以与O₂进一步发生氧化反应生成和，反应分别如下：

（十一）

（十二）

反应后的硝酸氨和硫酸铵可以作为制造肥料的原材料。

储液池3还设置有曝气装置8，曝气装置8包括曝气头和鼓风机。曝气装置8向储液池3内通入氧化剂，氧化剂包括空气、氧气。可以促进反应（一）的正向反应，生成更多的具有氧化作用的桥式络合物：。

由于在反应（三）中，二价的会被氧化为三价的，失去进一步吸收NO的能力，为了保持钴氨溶液吸收NO的能力，须将回收后再生为，因此储液池3还连接有吸收液再生循环装置7，用于储液池3内同时脱硫脱硝吸收液的再生和循环补充。吸收液再生循环装置7包括循环泵71、分离器72和加热器73，循环泵71与所述储液池3和分离器72分别有管道相连，将储液池3内的同时脱硫脱硝吸收液送到分离器72分离浓缩，然后再将分离器72分离浓缩的浓缩物送到加热器73加热灼烧到结晶，生成二价钴。二价钴与酸液罐64中的酸液反应形成钴溶液，重新利用。分离器72选用纳滤膜分离器，经纳滤膜分离器分离浓缩的再生液需要达到质量分数大于等于10%。加热器73选用马弗炉。

为防止同时脱硫脱硝吸收液沉淀，储液池3底部还设置有搅拌器9。优选的，储液池3底部的搅拌器9选用水力搅拌器。水力搅拌器由循环水管道和循环水泵组成，循环水管道进出口分别设置在储液池3两侧。水力搅拌器出水喷流的水流方向与所述曝气装置8的气体喷出方向为顺流布置。

储液池3一侧设有溢流口，溢流口上连接有U形溢流管10，能够保持储液池3液面平衡。

为了保持喷淋和除雾效果，喷淋装置还包括冲洗装置28。冲洗装置28包括设置在吸收塔顶部的清洗层281以及提供清洗液的清洗水罐283和与清洗水罐连通的清洗水管路282。清洗层281设置在除雾层21上部。清洗水管路282分别与清洗层281和喷淋层22的螺旋喷嘴26连接。清洗水管路282上设置有清洗水泵284，将清洗水罐283内的清洗液泵送到清洗层281和/或喷淋层22。冲洗装置28同时具有往吸收塔1底部储液池3补水的作用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种同时脱硫脱硝系统，包括吸收塔（1）以及分别设置在吸收塔（1）顶部的吸收液喷淋装置（2）和设置在吸收塔（1）底部的储液池（3），所述吸收塔（1）下部和顶部分别设置烟气入口（4）和烟气出口（5），其特征在于：所述吸收液喷淋装置（2）包括自上而下设置的除雾层（21）、喷淋层（22）和填料层（23），以及连接所述喷淋层（22）与所述储液池下部的喷淋液输送管路（24），所述喷淋液输送管路（24）设置有喷淋液输送泵（25）；所述储液池（3）连接有同时脱硫脱硝吸收液补给装置（6），用于往所述储液池（3）内补充同时脱硫脱硝吸收液。

2.根据权利要求1所述的一种同时脱硫脱硝系统，其特征在于：所述储液池（3）还连接有吸收液再生循环装置（7），用于所述同时脱硫脱硝吸收液的再生和循环补充；所述吸收液再生循环装置包括循环泵（71）、分离器（72）和加热器（73），所述循环泵（71）与所述储液池（3）和所述分离器（72）有管道相连，将储液池（3）内的同时脱硫脱硝吸收液送到分离器（72）分离浓缩，然后再将所述分离器（72）分离浓缩的浓缩物送到加热器（73）加热。

3.根据权利要求2所述的一种同时脱硫脱硝系统，其特征在于：所述分离器（72）选用纳滤膜分离器。

4.根据权利要求1或2所述的一种同时脱硫脱硝系统，其特征在于：所述同时脱硫脱硝吸收液选用钴铵溶液，所述钴铵溶液能够通过钴盐溶液和氨溶液配制。

5.根据权利要求1所述的一种同时脱硫脱硝系统，其特征在于：所述储液池（3）还设置有曝气装置（8），所述曝气装置（8）向所述储液池（3）内通入氧化剂，所述氧化剂包括空气、氧气。

6.根据权利要求1所述的一种同时脱硫脱硝系统，其特征在于：所述储液池（3）底部还设置有搅拌装置（9）。

7.根据权利要求6所述的一种同时脱硫脱硝系统，其特征在于：所述储液池（3）底部的搅拌装置（9）选用水力搅拌器。

8.根据权利要求1所述的一种同时脱硫脱硝系统，其特征在于：所述喷淋层（22）设置两层或两层以上；所述喷淋层（22）每层均设置有若干个螺旋喷嘴（26），所述若干个螺旋喷嘴（26）在水平面上呈星型布置。

9.根据权利要求1所述的一种同时脱硫脱硝系统，其特征在于：所述除雾层（21）设置两层或两层以上；所述除雾层（21）的平面上布置有折流栅板（27）。

10.根据权利要求1所述的一种同时脱硫脱硝系统，其特征在于：所述吸收液喷淋装置（2）还包括冲洗装置（28），所述冲洗装置（28）包括设置在吸收塔（1）顶部的清洗层（281）以及清洗水罐（283）和与所述清洗水罐（283）连通的清洗水管路（282），所述清洗层（281）设置在所述除雾层（21）上部；所述清洗水管路（282）与所述清洗层（281）和所述喷淋层（22）连接；所述清洗水管路（282）上设置有清洗水泵（284）。