CN108479389B - 一种烟气协同脱硝脱汞系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于节能减排相关技术领域，其公开了一种烟气协同脱硝脱汞系统，所述烟气协同脱硝脱汞系统包括前处理系统、喷射系统、控制系统及SCR系统，所述喷射系统连接所述前处理系统及所述SCR系统；所述前处理系统、所述喷射系统及所述SCR系统分别连接于所述控制系统；所述烟气协同脱硝脱汞系统通过所述SCR系统连接于炉膛；所述前处理系统用于将氯化铵溶液与氨水进行混合，并将得到的混合液传输到所述喷射系统；所述SCR系统内收容有催化剂，所述催化剂与所述氯化铵溶液熔化及分解的产物共同用于对来自所述炉膛的烟气中的汞进行氧化。本发明还涉及烟气协同脱硝脱汞方法。本发明提高了汞的氧化效率，结构简单，成本低廉。

Description

一种烟气协同脱硝脱汞系统及方法
技术领域
本发明属于节能减排相关技术领域，更具体地，涉及一种烟气协同脱硝脱汞系统及方法。
背景技术
针对火电厂大气污染物排放，火电厂大气汞排放限值为0.03mg/m3，氮氧化物排放限制为100mg/m3，这对我国的燃煤电厂是一个巨大的挑战，因而我们必须加强对电站锅炉排放烟气的治理。
SCR(选择性催化还原)烟气脱硝系统是目前燃煤电厂脱除氮氧化物以及氧化单质汞的主要装置，燃煤锅炉排放的烟气经过SCR催化剂时，其会与经喷氨系统喷入烟道的NH3混合，烟气中的NOx会被还原性氨还原成N2；与此同时，烟气中的绝大部分Hg0在SCR烟气脱硝系统中会被氧化为Hg2+，而Hg2+将被后面的WFGD中的脱硫浆液脱除。
SCR脱硝系统对Hg0的氧化效率通常与烟气中SO2、HCl和NH3等气体浓度有关，本领域相关技术人员就此已经做了一些研究，如专利CN 104399360 A公开了一种基于SNCR-SCR联用的NOx与汞联合脱除工艺及装置，但是该种工艺中NH4Cl在SNCR处发生分解产生的HCl在未进入SCR系统时会与烟道中的飞灰中的碱性物质发生反应，对强化汞的氧化效率效果并不明显，且该工艺过程对汞的氧化率受煤种和工况影响较大，催化剂对单质汞的氧化效率波动性很大。相应地，本领域存在着发展一种对单质汞的氧化较好的烟气协同脱硝脱汞系统的技术需求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种烟气协同脱硝脱汞系统及方法，其基于现有SCR烟气脱硝系统的工作特点，研究及设计了一种对单质汞的氧化较好的氨水与氯化铵联合投加的烟气协同脱硝脱汞系统及方法。所述烟气协同脱硝脱汞系统的前处理系统用于将氯化铵溶液与氨水进行混合，并将得到的混合液传输到所述喷射系统；所述喷射系统用于将来自所述前处理系统的混合溶液喷射到所述SCR系统，利用NH4Cl分解产生的HCl强化SCR系统中的催化剂对单质汞的氧化效率，并在脱硫浆液中吸收被氧化的二价汞，从而完成汞的脱除，提高了汞的氧化效率。此外，所述控制系统还通过自动调整喷射位置及所述喷射系统喷射出的雾化液滴的大小来控制氯化铵分解的位置，由此使得氯化铵在所述催化剂的中下层完成分解，使氯化铵分解产生的HCl能在催化剂作用下及时与Hg0反应，从而避免了大量分解产生的HCl与炉膛飞灰中碱性物质结合造成浪费，节约成本。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种烟气协同脱硝脱汞系统，所述烟气协同脱汞脱硝系统包括前处理系统、喷射系统、控制系统及SCR系统，所述喷射系统连接所述前处理系统及所述SCR系统；所述前处理系统、所述喷射系统及所述SCR系统分别连接于所述控制系统；所述烟气协同脱硝脱汞系统通过所述SCR系统连接于炉膛；
所述前处理系统用于将氯化铵溶液与氨水进行混合，并将得到的混合液传输到所述喷射系统；所述喷射系统用于将来自所述前处理系统的混合溶液喷射到所述SCR系统；所述SCR系统内收容有催化剂，所述催化剂与所述氯化铵溶液熔化及分解的产物共同用于对来自所述炉膛的烟气中的汞进行氧化；所述控制系统用于自动控制所述前处理系统以控制氯化铵的量，由此使得汞的氧化效率保持在预定值。
进一步地，所述控制系统还通过自动调整喷射位置及所述喷射系统喷射出的雾化液滴的大小来控制氯化铵分解的位置，由此使得氯化铵在所述催化剂的中下层完成分解。
进一步地，所述烟气协同脱硝脱汞系统还包括连接于所述控制系统的冲洗组件，所述前处理系统及所述喷射系统分别连接于所述冲洗组件，所述控制系统用于控制所述冲洗组件采用二级回热废水对所述烟气协同脱硝脱汞系统内的部分管道进行冲刷。
进一步地，所述前处理系统包括氯化铵储仓、连接于所述氯化铵储仓的溶解罐、除盐水罐、连接所述除盐水罐及所述溶解罐的水泵、储氨罐及混合溶液储罐，所述储氨罐及所述溶解罐分别连接于所述混合溶液储罐，所述氯化铵储仓内收容有氯化铵粉末，所述混合溶液储罐连接于所述喷射系统。
进一步地，所述控制系统包括中央控制单元、连接于所述氯化铵储仓与所述溶解罐之间的管道上的氯化铵计量器、连接于所述溶解罐出口处的流量控制模块及分别设置在所述SCR系统入口及出口处的入口汞检测单元及出口汞检测单元，所述入口汞检测单元、所述出口汞检测单元、所述氯化铵计量器及所述流量控制模块分别连接于所述中央控制单元。
进一步地，所述入口汞检测单元及所述出口汞检测单元分别用于对所述SCR系统的入口处及出口处的单质汞进行检测，并将检测到的信号传输到所述中央控制单元，所述中央控制单元根据接收到的信号进行处理以得到汞的氧化效率，并根据得到的氧化效率发出控制信号以控制所述氯化铵计量器及所述流量控制模块来改变通过所述催化剂的HCl的浓度，使得汞的氧化效率保持在所述预定值。
进一步地，所述喷射系统包括连接于所述前处理系统的雾化器及连接所述雾化器及所述SCR系统的液滴空气混合罐，所述控制系统包括中央控制单元、设置于所述雾化器上的液滴雾化控制模块、分别设置在所述SCR系统的入口处的喷射位置控制模块及烟气流速检测单元，所述液滴雾化控制模块、所述喷射位置控制模块及所述烟气流速检测单元分别连接于所述中央控制单元。
进一步地，所述烟气流速检测单元用于检测进入所述SCR系统的烟气的流速，并将检测到的流速值传输给所述中央控制单元；所述中央控制单元自动计算烟气自液滴喷射入口到所述催化剂的中下层所需的时间，进而控制所述液滴雾化控制模块及所述喷射位置控制模块的输出，由此通过控制液滴雾化后的体积和喷射位置来使NH4Cl在催化剂中下层完成分解。
进一步地，所述烟气协同脱硝脱汞系统采用溴化铵、碘化氨、四丁基溴化铵及四甲基溴化铵溶液中的一种或者几种来代替所述氯化铵溶液。
按照本发明的另一个方面，提供了一种烟气脱硝脱汞方法，该方法包括以下步骤：
(1)提供如上所述的烟气协同脱硝脱汞系统，所述前处理系统将氯化铵溶液与氨水的混合液传输到所述喷射系统；接着，所述喷射系统将所述混合溶液喷入所述SCR系统，烟气中的单质汞被所述SCR系统内的催化剂氧化；
(2)所述SCR系统内产生的混合烟气流入WFGD，所述混合烟气中的Hg2+溶于脱硫石膏浆液中，由此完成单质汞及硝的脱除。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的烟气协同脱硝脱汞系统及方法主要具有以下有益效果：
1.所述前处理系统用于将氯化铵溶液与氨水进行混合，并将得到的混合液传输到所述喷射系统；所述喷射系统用于将来自所述前处理系统的混合溶液喷射到所述SCR系统，利用NH4Cl分解产生的HCl强化SCR系统中的催化剂对单质汞的氧化效率，并在脱硫浆液中吸收被氧化的二价汞，从而完成汞的脱除，提高了汞的氧化效率。
2.所述烟气协同脱汞脱硝系统是在燃煤电厂中现有的喷氨系统的基础上进行改进的，成本低廉，实用性较好。
3.所述控制系统还通过自动调整喷射位置及所述喷射系统喷射出的雾化液滴的大小来控制氯化铵分解的位置，由此使得氯化铵在所述催化剂的中下层完成分解，使氯化铵分解产生的HCl能在催化剂作用下及时与Hg0反应，从而避免了大量分解产生的HCl与炉膛飞灰中碱性物质结合造成浪费，节约成本。
4.所述中央控制单元根据接收到的信号进行处理以得到汞的氧化效率，并根据得到的氧化效率发出控制信号以控制所述氯化铵计量器及所述流量控制模块来改变通过所述催化剂的HCl的浓度，使得汞的氧化效率保持在所述预定值，从而使在SCR系统中的HCl浓度达到一个最佳值，使得催化剂氧化单质汞的效率达到最大值；同时还可以避免HCl过量，从而对下游设备产生腐蚀。
附图说明
图1是本发明提供的烟气协同脱硝脱汞系统处于使用状态的示意图。
图2是本发明提供的烟气协同脱硝脱汞方法的流程示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-氯化铵储仓，2-除盐水罐，3-储氨罐，4-氯化铵计量器，5-水泵，6-溶解罐，7-混合溶液储罐，8-雾化器，9-压缩空气罐，10-液滴空气混合罐，11-液滴雾化控制模块，12-二级回热废水控制单元，13-炉膛，14-SCR系统，15-中央控制单元，16-喷射位置控制模块，17-入口汞检测单元，18-烟气流速检测单元，19-出口汞检测单元，20-流量控制模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1，本发明提供的烟气协同脱硝脱汞系统，所述烟气协同脱硝脱汞系统能够强化SCR催化剂对汞脱除效率的NOx与Hg联合脱除工艺。具体地，将调配好的氯化铵溶液与氨水雾化后在SCR系统入口处喷入，在不影响脱硝效率的同时强化单质汞的脱除，并且可以保证催化剂对单质汞的氧化率始终稳定在一个最高值，不随工况和煤种的变化而波动。所述烟气协同脱硝脱汞系统的结构简单，成本较低，工作稳定。
所述烟气协同脱硝脱汞系统包括前处理系统、喷射系统、控制系统、冲洗组件及SCR系统14，所述喷射系统连接所述前处理系统及所述SCR系统14。所述SCR系统14还连接于炉膛13。所述冲洗组件分别连接于所述前处理系统及所述喷射系统。所述控制系统分别连接于所述前处理系统、所述喷射系统、所述冲洗组件及所述SCR系统14。
所述前处理系统包括氯化铵储仓1、除盐水罐2、水泵5、溶解罐6、储氨罐3及混合溶液储罐7，所述氯化铵储仓1连接于所述溶解罐6。所述水泵5连接所述除盐水罐2及所述溶解罐6。所述溶解罐6与所述储氨罐3分别连接于所述混合溶液储罐7，使得所述溶解罐6内的氯化铵溶液与所述储氨罐3内的氨水一起进入所述混合溶液储罐7进行混合后进入所述喷射系统。本实施方式中，所述混合溶液储罐7连接于所述喷射系统。
所述喷射系统包括雾化器8、压缩空气罐9及液滴空气混合罐10，所述雾化器8连接所述混合溶液罐7及所述液滴空气混合罐10。所述压缩空气罐9连接于所述液滴空气混合罐10。所述液滴空气混合罐10连接于所述SCR系统14。
所述SCR系统14通过管道连接于所述炉膛13，其内设置有多个催化剂层。所述SCR系统14内的温度为350℃～400℃，如此既是脱硝反应保持较高效率的适应温度区间，又可以保证喷入所述SCR系统14的NH4Cl能分解完全。喷入所述SCR系统14的液滴蒸发形成NH4Cl晶粒，所述NH4Cl晶粒经过熔化和分解生成氧化单质汞所需的HCl，通过控制喷入的液滴的大小和喷射位置来控制NH4Cl分解成HCl所需的时间，使NH4Cl恰好在所述SCR系统14的催化剂的中下层完成分解，以减少HCl被烟气中其它物质的消耗，其中汞被氧化的化学反应方程式如下：
NH4Cl→NH3+HCl
Hg0+2HCl+1/2O2→HgCl2+H2O
所述冲洗组件包括连接于所述混合溶液罐7及所述雾化器8之间的管道上的二级回热废水管路，其用于将二级回热废水喷入管道以冲刷管路壁面，使得管道上凝结的氯化铵结晶被冲洗下来后随氨水一起通过喷射管路喷入所述SCR系统14处，从而避免了管道堵塞，并提高了氯化铵的利用率。本实施方式中，所述冲洗组件受所述控制系统控制而动作。
所述控制系统包括中央控制单元15、设置在所述氯化铵储仓1及所述溶解罐6之间的管道上的氯化铵计量器4、设置于所述溶解罐6的出口处的流量控制模块20、分别设置在所述SCR系统14的入口及出口处的入口汞检测单元17及出口汞检测单元19、设置在所述SCR系统14的入口处的喷射位置控制模块16、设置在所述SCR系统14内的烟气流速检测单元18、设置在所述雾化器8上的液滴雾化控制模块11及设置在所述二级回热废水管路上的二级回热废水控制单元12。所述中央控制单元15分别连接于所述氯化铵计量器4、所述流量控制模块20、所述二级回热废水控制单元12、所述液滴雾化控制模块11、所述喷射位置控制模块16、所述入口汞检测单元17、所述烟气流速检测单元18、所述出口汞检测单元19及所述流量控制模块20。
所述入口汞检测单元17及所述出口汞检测单元19分别用于对所述SCR系统14的入口处及出口处的单质汞进行检测，并将检测到的信号传输到所述中央控制单元15，所述中央控制单元15根据接收到的信号进行处理以得到单质汞的氧化效率，并根据得到的氧化效率发出控制信号以控制所述氯化铵计量器4及所述流量控制模块20(即调整所述氯化铵储仓1内的氯化铵粉末进入所述溶解罐6内的量，从而控制氯化铵溶液的浓度和氯化铵溶液与氨水的混合比例)，以改变通过催化剂层的HCl的浓度，使得单质汞的氧化效率最大；同时随着工况的变化，进入所述溶解罐6内的氯化铵的量也是自动调整的，由此使得汞氧化率始终在一个最佳值。
所述烟气流速检测单元18用于检测进入所述SCR系统14的烟气的流速，并将检测到的流速值传输给所述中央控制单元15，所述中央控制单元15自动计算烟气自液滴喷射入口至所述SCR系统14内的催化剂的中下层所需时间，进而控制所述液滴雾化控制模块11及所述喷射位置控制模块16的输出，由此通过控制液滴雾化后的体积和喷射位置来使喷射的液滴到达催化剂的中下层的时间与氯化铵分解的时间相一致，NH4Cl恰好在催化剂中下层完成分解，从而使生成的HCl主要运用于单质汞的氧化，提高了NH4Cl的利用率。
此外，所述烟气协同脱硝脱汞系统运行一段时间后，所述中央控制单元15发出控制信号给所述二级回热废水控制单元12，所述二级回热废水控制单元12控制二级回热废水进入管道以对管道进行冲刷。
可以理解，在其他实施方式中，所述氯化铵溶液可以由溴化铵(NH4Br)、碘化氨(NH4I)、四丁基溴化铵(C16H36BrN)及四甲基溴化铵(C4H12BrN)溶液中的一种或者几种来代替以用于改变所述SCR系统14内的催化剂的卤素浓度。
请参阅图2，本发明提供的烟气协同脱硝脱汞方法主要包括以下步骤：
步骤一，提供如上所述烟气协同脱硝脱汞系统，所述前处理系统将氯化铵溶液与氨水的混合液传输到所述喷射系统；接着，所述喷射系统将所述混合溶液喷入所述SCR系统14，烟气中的单质汞被所述SCR系统14内的催化剂氧化。
具体地，将所述氯化铵储仓1内的氯化铵粉末喷入所述溶解罐6内，同时，所述水泵5将所述除盐水罐2内的除盐水泵入所述溶解罐6内，在所述溶解罐6内，所述除盐水将所述氯化铵粉末溶解以得到质量浓度为0.1％～0.5％的氯化铵溶液；接着，将所述氯化铵溶液按照预定比例与电场原有的储氨罐3内的氨水在所述混合溶液储罐7内进行混合后进入原有的所述喷射系统，所述喷射系统将混合液喷入所述SCR系统14，液滴以喷淋状态与烟气充分混合；之后，进入所述SCR系统14的混合溶液中的NH4Cl受热分解出NH3与HCl，氨水中的NH3同时全部挥发，NH3与烟气中的NOx反应生成N2和H2O，HCl将促进所述SCR系统14中的催化剂对单质汞的氧化，同时，NH4Cl释放的NH3相较于氨水释放的NH3极其微量，对原系统SCR系统的脱硝无明显影响。
步骤二，所述SCR系统14内产生的混合烟气流入WFGD，所述混合烟气中的Hg2+溶于脱硫石膏浆液中，由此完成单质汞及硝的脱除。
本发明提供的烟气协同脱硝脱汞系统及方法，所述烟气协同脱硝脱汞系统的前处理系统用于将氯化铵溶液与氨水进行混合，并将得到的混合液传输到所述喷射系统；所述喷射系统用于将来自所述前处理系统的混合溶液喷射到所述SCR系统，利用NH4Cl分解产生的HCl强化SCR系统中的催化剂对单质汞的氧化效率，并在脱硫浆液中吸收被氧化的二价汞，从而完成汞的脱除，提高了汞的氧化效率。此外，所述控制系统还通过自动调整喷射位置及所述喷射系统喷射出的雾化液滴的大小来控制氯化铵分解的位置，由此使得氯化铵在所述催化剂的中下层完成分解，使氯化铵分解产生的HCl能在催化剂作用下及时与Hg0反应，从而避免了大量分解产生的HCl与炉膛飞灰中碱性物质结合造成浪费，节约成本。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种烟气协同脱硝脱汞系统，其特征在于：
所述烟气协同脱汞脱硝系统包括前处理系统、喷射系统、控制系统及SCR系统(14)，所述喷射系统连接所述前处理系统及所述SCR系统(14)；所述前处理系统、所述喷射系统及所述SCR系统(14)分别连接于所述控制系统；所述烟气协同脱硝脱汞系统通过所述SCR系统(14)连接于炉膛(13)；
所述前处理系统用于将氯化铵溶液与氨水进行混合，并将得到的混合液传输到所述喷射系统；所述喷射系统用于将来自所述前处理系统的混合溶液喷射到所述SCR系统(14)；所述SCR系统(14)内收容有催化剂，所述催化剂与所述氯化铵溶液熔化及分解的产物共同用于对来自所述炉膛(13)的烟气中的汞进行氧化；所述控制系统用于自动控制所述前处理系统以控制氯化铵的量，由此使得汞的氧化效率保持在预定值；
所述控制系统还通过自动调整喷射位置及所述喷射系统喷射出的雾化液滴的大小来控制氯化铵分解的位置，由此使得氯化铵在所述催化剂的中下层完成分解，使氯化铵分解产生的HCl能在催化剂作用下及时与Hg0反应；所述SCR系统(14)内温度为350℃～400℃。
2.如权利要求1所述的烟气协同脱硝脱汞系统，其特征在于：所述烟气协同脱硝脱汞系统还包括连接于所述控制系统的冲洗组件，所述前处理系统及所述喷射系统分别连接于所述冲洗组件，所述控制系统用于控制所述冲洗组件采用二级回热废水对所述烟气协同脱硝脱汞系统内的部分管道进行冲刷。
3.如权利要求1所述的烟气协同脱硝脱汞系统，其特征在于：所述前处理系统包括氯化铵储仓(1)、连接于所述氯化铵储仓(1)的溶解罐(6)、除盐水罐(2)、连接所述除盐水罐(2)及所述溶解罐(6)的氯水泵(5)、储氨罐(3)及混合溶液储罐(7)，所述储氨罐(3)及所述溶解罐(6)分别连接于所述混合溶液储罐(7)，所述氯化铵储仓(1)内收容有氯化铵粉末，所述混合溶液储罐(7)连接于所述喷射系统。
4.如权利要求3所述的烟气协同脱硝脱汞系统，其特征在于：所述控制系统包括中央控制单元(15)、连接于所述氯化铵储仓(1)与所述溶解罐(6)之间的管道上的氯化铵计量器(4)、连接于所述溶解罐(6)出口处的流量控制模块(20)及分别设置在所述SCR系统入口及出口处的入口汞检测单元(17)及出口汞检测单元(19)，所述入口汞检测单元(17)、所述出口汞检测单元(19)、所述氯化铵计量器(4)及所述流量控制模块(20)分别连接于所述中央控制单元(15)。
5.如权利要求4所述的烟气协同脱硝脱汞系统，其特征在于：所述入口汞检测单元(17)及所述出口汞检测单元(19)分别用于对所述SCR系统(14)的入口处及出口处的单质汞进行检测，并将检测到的信号传输到所述中央控制单元(15)，所述中央控制单元(15)根据接收到的信号进行处理以得到汞的氧化效率，并根据得到的氧化效率发出控制信号以控制所述氯化铵计量器(4)及所述流量控制模块(20)来改变通过所述催化剂的HCl的浓度，使得汞的氧化效率保持在所述预定值。
6.如权利要求1所述的烟气协同脱硝脱汞系统，其特征在于：所述喷射系统包括连接于所述前处理系统的雾化器(8)及连接所述雾化器(8)及所述SCR系统(14)的液滴空气混合罐(10)，所述控制系统包括中央控制单元(15)、设置于所述雾化器(8)上的液滴雾化控制模块(11)、分别设置在所述SCR系统(14)的入口处的喷射位置控制模块(16)及烟气流速检测单元(18)，所述液滴雾化控制模块(11)、所述喷射位置控制模块(16)及所述烟气流速检测单元(18)分别连接于所述中央控制单元(15)。
7.如权利要求6所述的烟气协同脱硝脱汞系统，其特征在于：所述烟气流速检测单元(18)用于检测进入所述SCR系统(14)的烟气的流速，并将检测到的流速值传输给所述中央控制单元(15)；所述中央控制单元(15)自动计算烟气自液滴喷射入口到所述催化剂的中下层所需的时间，进而控制所述液滴雾化控制模块(11)及所述喷射位置控制模块(16)的输出，由此通过控制液滴雾化后的体积和喷射位置来使NH4Cl在催化剂中下层完成分解。
8.如权利要求1所述的烟气协同脱硝脱汞系统，其特征在于：所述烟气协同脱硝脱汞系统采用溴化铵、碘化氨、四丁基溴化铵及四甲基溴化铵溶液中的一种或者几种来代替所述氯化铵溶液。
9.一种烟气脱硝脱汞方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)提供权利要求1-7任一项所述的烟气协同脱硝脱汞系统，所述前处理系统将氯化铵溶液与氨水的混合液传输到所述喷射系统；接着，所述喷射系统将所述混合溶液喷入所述SCR系统(14)，烟气中的单质汞被所述SCR系统(14)内的催化剂氧化；
(2)所述SCR系统(14)内产生的混合烟气流入WFGD，所述混合烟气中的Hg2+溶于脱硫石膏浆液中，由此完成单质汞及硝的脱除。
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