CN108211780B

CN108211780B - 一种燃煤工业源烟气多污染物智能协同控制方法

Info

Publication number: CN108211780B
Application number: CN201711292438.1A
Authority: CN
Inventors: 黄少斌; 李依; 张永清; 张海红
Original assignee: South China University of Technology SCUT; Universtar Science and Technology Shenzhen Co Ltd
Current assignee: South China University of Technology SCUT; Universtar Science and Technology Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2021-04-02
Anticipated expiration: 2037-12-08
Also published as: CN108211780A

Abstract

本发明公开了一种燃煤工业源烟气多污染物智能协同控制方法，包括如下步骤:(1)待处理烟气进入SCR脱硝系统去除NO_x，此脱硝系统采用蜂窝式催化剂，脱硝还原剂采用喷淋形式与烟气充分混合；(2)步骤(1)处理后的气体将进入电袋一体化除尘系统，并采用临界脉冲电源技术提高粒子的荷电量，以净化气体中的烟尘；(3)步骤(2)处理后的烟气进入湿法脱硫系统，采用改良石灰/石灰石‑石膏法脱硫吸收剂脱硫，脱硫后采用烟道喷射器喷射雾化后的吸附剂与烟气混合完成重金属汞的吸附脱除。本发明能够有效提高多污染物脱除效率，降低运行能耗，减少系统故障率；而且系统可远程集中操作、维护和故障诊断。

Description

一种燃煤工业源烟气多污染物智能协同控制方法

技术领域

本发明涉及燃煤工业源烟气多污染物控制领域，具体涉及一种工业源烟气中多污染物智能化协同控制技术。

背景技术

燃煤锅炉等工业源的燃煤行为会导致大量烟气污染物的产生，主要有粉尘、SO₂、NO_x和Hg等。其中，二氧化硫和氮氧化物是产生酸雨污染的主要污染物，粉尘、悬浮颗粒物等更造成城市雾霾的频发；烟气中包含重金属元素，主要以汞、铅及其化合物形式存在，极大地威胁了人类健康与生态环境。

为改善燃煤烟气对空气的严重污染问题，我国对燃煤火电厂等重点污染源的烟气排放浓度提出了更高的要求。2015年1月起，国家新修订《锅炉大气污染物排放标准(GB/13271 一2014)》，国家和环保部门也开始将烟气排放的在线监测及控制作为近年关注的重点。若污染源的烟气排放能够实现实时在线监测与数据反馈,则有助于工作人员实时把控烟气排放的各参数值，并对烟气参数进行实时智能化调控。目前，能进行烟气检测的主要方法有电化学传感器、人工采样法等，但由于以上方法的检测稳定性、连续在线性差，故实时监测效果不佳，在我国并未得到广泛的使用。因此，亟待发展一种包含了脱硝、除尘、脱硫单元，并具有实时在线、高稳定性的烟气在线监测与智能控制新技术，以满足我国日益提高的烟气排放要求。

目前国外在烟气中的粉尘、SO₂、NO_x等多污染物综合治理技术方面已实现一体化智能处理，如美国PowerSpan公司开发了电催化，该技术配备独立的PLC控制系统、CEMS在线监测系统(NO_x、SO_x、Hg、NH₃、C_xH_y、黑度)。随着我国烟气治理政策的发展，近年来，烟气治理一般都先后采用除尘、脱硫、脱硝等工艺进行，每套工艺基本都是单独运行，具有独立的技术设备及工艺流程。但目前众多的多污染物协同控制技术仅仅是简单地将多个单污染物控制工艺组合，无法协同控制，不仅增加了系统的复杂性和故障率，且无法进行烟气在线实时监测。系统整体处理效率较低，耗能高，无法满足新环保政策要求。因此，亟需研发出一套多污染物智能化协同控制技术，通过多污染物控制工艺与智能控制系统的优化组合，效能提高10％以上，实现工业源烟气的高效“控制与减排”环保目标。

发明内容

为解决当前技术的不足，本发明提供一种燃煤工业源烟气多污染物智能化协同控制方法，烟气经SCR脱硝系统脱硝处理后，进入电袋一体化除尘系统进行脱尘处理,再经湿法脱硫系统脱硫后进入活性焦吸附系统进行烟气的脱汞处理。以上每个环节，都连接在线实时监测系统，能够实时在线监测各环节烟气的SO₂、NO_x、温度、湿度等参数并反馈到控制中心，进行智能比较分析。最后通过智能控制系统高效地调控整套系统的运行参数，以提高处理效率并降低能耗。该技术通过多污染物控制工艺与智能控制系统的优化组合，效能提高10％以上，实现工业源烟气的高效“控制与减排”环保目标。

本发明的技术方案如下：

一种燃煤工业源烟气多污染物智能协同控制方法，包括如下步骤:

(1)待处理烟气进入SCR脱硝系统去除NO_x，此脱硝系统采用蜂窝式催化剂，脱硝还原剂采用喷淋形式与烟气充分混合，脱硝效率可达85％以上；

(2)步骤(1)处理后的气体将进入电袋一体化除尘系统，并采用临界脉冲电源技术提高粒子的荷电量，以净化气体中的烟尘；

(3)步骤(2)处理后的烟气进入湿法脱硫系统，采用改良石灰/石灰石-石膏法脱硫吸收剂脱硫，此过程的脱硫率达95％以上，脱硫后采用烟道喷射器喷射雾化后的吸附剂与烟气混合完成重金属汞的吸附脱除。

步骤(1)中，以重量分数计，所述蜂窝式催化剂是以80％-84％TiO₂-SiO₂为复合载体， 0.3-1％的V₂O₅及5％-8％的WO₃为活性组分。剩余成分为粘合剂、增塑剂等。催化剂样品其比表面积为60-130m²/g。

所述蜂窝式催化剂是以83.51％TiO₂-SiO₂为复合载体，0.82％V₂O₅及7.56％WO₃为活性组分。

步骤(2)中，电袋一体化除尘系统包括电除尘和布袋除尘两个单元。电除尘单元为预除尘区，采用临界脉冲电源技术将气体分离，有效提高烟气尘粒的荷电量，并沉积在电极上，并利用振打系统将电极上的积尘清除至灰斗中，此过程能捕集80％的粗颗粒粉尘。袋区为第二级除尘单元，主要过滤余下的细微尘粒。滤袋进行串联布置，烟气在袋区通过滤袋完成剩余粉尘的捕集。以上过程可实现95％以上的除尘效果。

步骤(2)中，所述临界脉冲电源是把380V三相交流电通过整流滤波成直流，逆变为高频交流后再经高频变压器升压，最后经“临界柔性模块”，成为带有微小脉动的平稳直流。

步骤(3)中，所述改良石灰/石灰石-石膏法脱硫吸收剂为CaCO₃、MgCO₃和1％的添加剂(所述添加剂为适量MnSO₄、已二酸、丁二酸和丙烯酸混合)，前两者总含量99％，固体浆液pH值为5.5，石灰石浆配置浓度为23.5％。

步骤(3)中，所述的吸附剂为溴化活性焦。

步骤(1)(2)(3)中所述的脱硝系统、除尘系统、脱硫系统出口处均设有在线实时监测系统，能够分别监测排出气体中的NO_x浓度、氨逃逸率、烟尘浓度、SO₂浓度，通过过程数据传输实时反馈到智能控制系统，进行智能比较分析，对不达标参数项进行调控。

对不达标参数项的调控是指通过调控部件单元进行如下任意一种或几种操作：烟温热交换和控制、提高粒子的荷电量、控制脱硝过程脱硝还原剂的投加量和脱硫吸收剂的投加量。

本发明主要由SCR脱硝系统、电袋一体化除尘系统、湿法脱硫及活性焦吸附脱汞工艺、在线实时监测系统、智能控制系统等部分组成。该装置中的在线监测系统能实时监测经SCR 脱硝、电袋系统除尘、脱硫系统除硫除汞三个系统处理后的气体，过程数据反馈到智能控制系统，对不达标气体进行参数调控。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明旨在对脱硫、脱硝、除尘和脱汞各单元工艺和智能检测控制系统进行综合一体化的设计，烟气经整套技术处理后，脱硫效率可达95％以上，脱硝率在85％以上，同时效能提高10％以上，且系统可通过活性焦吸附技术工艺对Hg等重金属进行脱除。通过上述系统的智能检测控制及预警，操作人员能够科学合理地协同控制脱硝、除尘、脱硫等子系统，有效提高多污染物脱除效率，降低运行能耗，减少系统故障率；而且系统可远程集中操作、维护和故障诊断，实现工业源烟气的高效“控制与减排”环保目标。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

图2为本发明的智能控制系统的原理图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

图1为本发明方法流程图:烟气先经SCR脱硝系统预处理，初步除去一部分的氮氧化物以及会使SCR催化剂中毒的砷、硫铵盐等物质；预处理后的烟气进入SCR脱硝系统，在蜂窝式催化剂载体上与还原剂液氨充分接触反应，使烟气的脱硝率达85％以上；处理后的烟气进入适合高浓度烟气除尘的电袋一体化除尘系统进行脱尘处理,通过电除尘和袋式除尘的协同处理使除尘率达到95％以上；处理后的烟气再进入湿法脱硫系统，利用改良石灰/石灰石-石膏法脱硫吸收剂脱硫，后用溴化活性焦作为喷射吸附剂对烟气进行脱汞处理。以上每个环节都连接在线实时监测系统，实时监测各环节烟气的SO₂、NO_x、温度、湿度等参数，实时反馈到控制中心，针对反馈结果进行智能控制。通过高效调控整套系统的运行效率以提高处理效率并降低能耗。

所述蜂窝式催化剂，其比表面积为60-130m²/g，以重量百分比计，其中含复合载体TiO₂-SiO₂为83.51％TiO₂-SiO₂，V₂O₅0.82％，活性组分WO₃为7.56％，剩余成分为粘合剂、增塑剂等。

所述改良石灰/石灰石-石膏法脱硫吸收剂为94％CaCO₃、5％MgCO₃和1％的添加剂(所述添加剂为适量MnSO₄、已二酸、丁二酸和丙烯酸混合)，固体浆液pH值为5.5，石灰石浆配置浓度为23.5％。

实施例1

某火电厂烟气,进入该系统前，SO₂浓度为1200mg/m³,NO_x浓度为600mg/m³，烟尘浓度为500mg/m³，砷及其化合物浓度为0.5mg/m³,汞及其化合物浓度为0.06mg/m³，氯化物浓度为6mg/m³，,烟气量为25000m³/h。

采用本发明工艺后,在线监测系统实时监测到的SO₂排放浓度为90mg/m³,NO_x浓度为 85mg/m³,烟尘浓度为25mg/m³,砷及其化合物浓度为0.02mg/m³,汞及其化合物浓度为0.003 mg/m³,氯化物浓度为0.2mg/m³。其中，SO₂浓度(90mg/m³)大于该系统允许排放浓度(脱硫率95％，即60mg/m³)，其他各排放浓度均小于允许排放浓度。该不达标SO₂浓度传送到智能控制系统后，系统进行智能调控：适量增加脱硫剂投加量。经参数调控后的SO₂排放浓度下降至56mg/m³，其他组分的浓度不变，智能控制系统读取到各项浓度均达标，系统维持现参数运行。

实施例2

某燃煤厂烟气,进入该系统前，SO₂浓度为1100mg/m³,NO_x浓度为800mg/m³，烟尘浓度为600mg/m³，砷及其化合物浓度为0.35mg/m³,汞及其化合物浓度为0.07mg/m³，氯化物浓度为10mg/m³，烟气量为100000m³/h。

采用本发明工艺后，在线监测系统实时监测到的SO₂排放浓度为48mg/m³，NO_x浓度为45mg/m³，烟尘浓度为60mg/m³，砷及其化合物浓度为0.01mg/m³，汞及其化合物浓度为0.001mg/m³，氯化物浓度为0.5mg/m³。其中，烟尘浓度(60mg/m³)大于该系统允许排放浓度(除尘率95％，即30mg/m³)，其他各排放浓度均小于允许排放浓度。该不达标烟尘浓度传送到智能控制系统后，系统进行智能调控：提高临界脉冲电源技术中粒子的荷电量。经参数调控后的烟尘排放浓度下降至30mg/m³，其他组分的浓度不变，智能控制系统读取到各项浓度均达标，系统维持现参数运行。

实施例3

某清洁燃煤厂烟气,进入该系统前，SO₂浓度为800mg/m³,NO_x浓度为850mg/m³,烟尘浓度为350mg/m³,砷及其化合物浓度为0.23mg/m³,汞及其化合物浓度为0.05mg/m³，氯化物浓度为2mg/m³,烟气量为80000m³/h。

采用本发明工艺后,排放的SO₂浓度为33mg/m³,NO_x浓度为140mg/m³,烟尘浓度为15mg/m³,砷及其化合物浓度为0.005mg/m³,汞及其化合物浓度为0.001mg/m³,氯化物浓度为0.1mg/m³。其中，NO_x浓度(140mg/m³)大于该系统允许排放浓度(除尘率85％，即127 mg/m³)，其他各排放浓度均小于允许排放浓度。该不达标NO_x浓度传送到智能控制系统后，系统进行智能调控：控制脱硝过程氨的投加量。经参数调控后的NO_x排放浓度下降至100 mg/m³，其他组分的浓度不变，智能控制系统读取到各项浓度均达标，系统维持现参数运行。

采用不同燃煤厂工况下的烟气组分浓度对实时在线检测系统和智能控制系统进行训练标定。结果表明，整套系统具有污染去除率高、检测误差较小、控制能力灵活等优势。

Claims

1.一种燃煤工业源烟气多污染物智能协同控制方法，其特征在于，包括如下步骤:

(1)待处理烟气进入SCR脱硝系统去除NO_x，此脱硝系统采用蜂窝式催化剂，脱硝还原剂采用喷淋形式与烟气充分混合；以重量分数计，所述蜂窝式催化剂是以80%~84% TiO₂-SiO₂为复合载体，0.3-1%的V₂O₅及5%~8%的WO₃为活性组分；

(3)步骤(2)处理后的烟气进入湿法脱硫系统，采用改良石灰/石灰石-石膏法脱硫吸收剂脱硫，脱硫后采用烟道喷射器喷射雾化后的吸附剂与烟气混合完成重金属汞的吸附脱除；所述改良石灰/石灰石-石膏法脱硫吸收剂为CaCO₃、MgCO₃和添加剂配成的固体浆液，固体浆液的pH值为5.5，所述添加剂的质量分数为1%，添加剂为MnSO₄、已二酸、丁二酸和丙烯酸的混合；所述的吸附剂为溴化活性焦；

步骤（1）（2）（3）中所述的脱硝系统、除尘系统、脱硫系统出口处均设有在线实时监测系统，能够分别监测排出气体中的NO_x浓度、氨逃逸率、烟尘浓度、SO₂浓度，通过过程数据传输实时反馈到智能控制系统，进行智能比较分析，对不达标参数项进行调控。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述蜂窝式催化剂是以83.51% TiO₂-SiO₂为复合载体，0.82%V₂O₅及7.56%WO₃为活性组分。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固体浆液中石灰石的浓度为20%-25%。

4.根据权利要求1~3任意一项所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述临界脉冲电源是把 380 V 三相交流电通过整流滤波成直流，逆变为高频交流后再经高频变压器升压，最后经“临界柔性模块”，成为带有微小脉动的平稳直流。

5.根据权利要求1~3任意一项所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，电袋一体化除尘系统包括电除尘和布袋除尘两个单元，电除尘单元为预除尘区，采用临界脉冲电源技术将气体分离，提高烟气尘粒的荷电量，并沉积在电极上，并利用振打系统将电极上的积尘清除至灰斗中；布袋除尘为第二级除尘单元，主要过滤余下的细微尘粒，滤袋进行串联布置，烟气在布袋区通过滤袋完成剩余粉尘的捕集。

6.根据权利要求5所述的方法其特征在于，对不达标参数项的调控是指通过调控部件单元进行如下任意一种或几种操作：烟温热交换和控制、提高粒子的荷电量、控制脱硝过程脱硝还原剂的投加量和脱硫吸收剂的投加量。