CN108554145A - 一种烟气脱硫脱硝除尘脱白装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种烟气脱硫脱硝除尘脱白装置,沿烟气运动方向设置有通过烟气管道依次连接的烟气入口、除尘器、风机、一级吸收塔、二级吸收塔、预处理水洗塔、湿式电除尘器、烟筒和烟气出口，所述烟气出口设置在所述烟筒的顶部，所述水洗塔通过水管与冷却塔连接。本发明整合了臭氧氧化、化学药剂吸收脱硫脱硝、喷淋冷却降温和电除尘器除湿的技术，能高效去除烟气中的烟尘、氮氧化物和二氧化硫，有效去除尾气中水分，脱除白烟，装置设计合理，工艺过程、设备结构紧凑，装置成本低、能够持续稳定运行，提高烟气净化的经济性。
Description
技术领域
本发明涉及烟气处理领域，具体涉及一种烟气脱硫脱硝除尘脱白装置。
背景技术
燃料燃烧过程释放出的大量污染物(如SO2、NOx、重金属、二噁英、VOCs、PM等)是环境日益恶化的主要原因，而燃烧后烟气的净化是控制污染排放的有效途径之一。针对烟气脱硫脱硝，目前国内外燃煤电厂广泛使用NH3选择性催还原(NH3-SCR)脱硝和湿法烟气脱硫(WFGD)的技术组合。该技术组合虽具有较高的脱硫脱硝效率，但不适用于钢铁烧结和部分工业锅炉等炉窑烟气的处理，其原因是此类烟气温度较低而且波动范围大，污染物浓度波动幅度大且成分复杂，易造成催化剂中毒。并且，单独脱硫脱硝技术往往会引起系统庞杂、占地面积大、投资运行费用高等问题。继火电行业全面实施超低排放改造之后，各类工业炉窑将成为我国最主要的大气污染排放源。
脱硫脱硝后烟气为饱和烟气和微量的气溶胶等污染物，看上去排出的是“白烟”，为了比较彻底去除烟气中有害成分，包括减少氮氧化物、硫化物、各种烟尘颗粒物、气溶胶、超细结晶盐颗粒物的排放，减少烟囱雨的发生和满足人们的视觉美观，在脱硫脱硝后还需要“烟气脱白”，但现有的烟气脱白方法，系统结构复杂，需要在抬升温度较大，能耗高，不利于节能减排。湿法脱硫脱硝脱白，不仅能根除雾霾污染，还能低成本实现环保达标、超低近零排放，年节水潜力几十亿吨，能兼顾解决环境与发展的矛盾。
CN107983078A公开了一种脱白零排放系统，将冷却水冷却和静电捕捉液滴的功能合成一个整体，以解决湿法脱硫工艺进行脱硫处理时产生的白色烟带问题。其冷却是用冷却水管热交换的方式实现，使用电场用静电捕捉液滴，耗电量较大，且整体结构较复杂，适宜处理烟气的量较小。CN107781832A公开了一种燃煤湿法脱硫烟气脱水再热余热利用排放系统，通过设置烟气显热回收循环和烟气潜热回收循环，以实现烟气中余热的回收和利用，对脱硫处理后的烟气进行喷淋降温脱水处理，回收烟气释放的潜热；喷淋降温脱水处理后的烟气经过烟气加热器的加热处理后排放至大气。而喷淋降温后再加热后排放，可能在此喷淋过程中增加烟气中湿度，降低脱白的效果。
综上所述，现有技术仍缺少一种适用范围广、脱硫脱硝脱白一体化、可同步去除多种污染物的烟气净化技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用范围广、脱硫脱硝脱白一体化、可同步去除多种污染物的烟气净化技术，而且装置成本低、能够持续稳定运行。
一种烟气脱硫脱硝除尘脱白装置，沿烟气运动方向设置有通过烟气管道依次连接的除尘器、风机、一级吸收塔、二级吸收塔、预处理水洗塔、湿式电除尘器、烟筒，所述除尘器设置有烟气入口，所述烟筒的顶部设置有烟气出口，所述水洗塔通过水管与冷却塔连接。
工厂产生的烟气经过除尘器初步除尘后，通过风机送入一级吸收塔，一级吸收塔用喷淋药剂来吸收的方式进行脱硫脱硝，一级吸收塔的喷淋层有多层，喷淋药剂为碱性试剂，可以与硫化物和硝化物发生化学反应而被除去。烟气在进行了第一级吸收后，然后进入二级吸收塔喷淋吸收以进行深度脱硫脱硝，进行过两级脱硫脱硝后的烟气进入预处理水洗塔用循环冷却水直接与烟气接触降温，将烟气冷却到45摄氏度以下，降低饱和烟气中的含水量，循环冷却水在预处理水洗塔和冷却塔之间循环，冷却水在预处理水洗塔给烟气降温吸收热量后，在冷却塔中放出热量降温，然后循环至预处理水洗塔中循环使用。烟气降温后，进入湿式电除尘器进一步除去气溶胶和烟气中水分，然后通过烟囱顶部的烟气出口排出。
本发明的第一个核心是通过水冷进一步降低烟气温度。烟气颜色容易变成白色，是因为烟气出口排出的烟气温度约为60℃左右，相比室外环境的温度10-30℃要高很多，此时高温烟气与大气混合后，温度降低幅度较大，当温度降至露点温度以下时，水蒸气就会结露，烟气中残留的硫化物就会与水发生反应生成亚硫酸，亚硫酸不稳定，容易被氧化生成硫酸小液滴，也就是“白烟”。本发明通过冷却塔输入冷却水，使得烟气在水洗塔内冷却水循环洗涤，用循环冷却水直接与烟气接触降温，可以将烟气冷却到45摄氏度以下。出口烟气的温度降低了10-15摄氏度，能够大幅减少“白烟”，实践中证明，可以使得“白烟”减少60-90％以上。
作为优选，还包括设置于所述风机和所述一级吸收塔之间的第一臭氧投加均布器，以及设置于所述一级吸收塔与所述二级吸收塔之间的第二臭氧投加均布器，所述第一臭氧投加均布器和所述第二臭氧投加均布器与臭氧发生器通过臭氧管道连接。
本发明的第二个核心是在烟道中投加臭氧，所述一级吸收塔与所述二级吸收塔均采用臭氧氧化结合湿法洗涤的技术路线，利用强氧化性臭氧O3将烟气中的硫氧化物、氮氧化物氧化成易被吸收的高价硫氧化物、氮氧化物。烟气中所含硫氧化物SOx及氮氧化物NOx与臭氧起氧化反应，具体反应式如下：
SO2+O3→SO3+O2
NO+O3→NO2+O2
2NO2+O3→O2+N2O5
经过上述臭氧处理步骤后，烟气进入了洗涤塔，本发明是在采用臭氧氧化结合湿法洗涤的技术路线，利用强氧化性O3将烟气中难溶于水的NO氧化成水溶性较好的高价态氮氧化物(如NO2、NO3、N2O5等)，进而实现SO2和NOx的一体化脱除。
作为优选，所述一级吸收塔沿烟气运动方向依次设置有一级吸收塔托盘、一级吸收塔喷淋层、一级吸收塔除雾器。所述一级吸收塔喷淋层设置有3层喷淋。一级吸收塔可以对硫氧化物、氮氧化物进行初步处理。
作为优选，所述二级吸收塔沿烟气运动方向依次设置有二级吸收塔托盘、二级吸收塔下喷淋层、二级吸收塔填料层、二级吸收塔上喷淋层、二级吸收塔除雾器。所述二级吸收塔填料层设置有二级吸收塔下喷淋层和二级吸收塔上喷淋层之间，不仅能够吸收平整气流和吸收硫氧化物、氮氧化物，更重要的是能够使得二级吸收塔上喷淋层和二级吸收塔下喷淋层分别洗涤，而且两层洗涤之间的浆液溶度是有差异的，更能够高效处理烟气中的硫氧化物、氮氧化物。二级吸收塔下喷淋层和二级吸收塔上喷淋层均为两层喷淋。增加了二级吸收塔，相比以往的一级吸收，能够深度处理烟气中的硫氧化物、氮氧化物，脱硫脱硝效果更佳。
作为优选，预处理水洗塔沿烟气运动方向依次设置有预处理水洗塔填料层、预处理水洗塔喷淋层、预处理水洗塔除雾器。预处理水洗塔主要是为了给烟气降温，预处理水洗塔喷淋剂来自与冷却塔的循环冷却水，成本低，处理效果好，而且能够持续稳定运行。
作为优选，所述二级吸收塔填料层为陶瓷填料，所述预处理水洗塔填料层为PP波纹规整填料。
作为优选，所述一级吸收塔除雾器、二级吸收塔除雾器和所述预处理水洗塔除雾器均为折板除雾器；作为优选的实施例，所述一级吸收塔托盘和二级吸收塔托盘均为合金增效托盘，所述合金增效托盘可以改进气流分布。
作为优选，所述一级吸收塔的第一喷淋药剂为NaOH溶液，所述二级吸收塔所使用的第二喷淋药剂Na2SO3和NaHCO3混合溶液。
本发明的第三个核心是烟气经过两级循环洗涤，而且一级吸收塔和二级吸收塔所使用的喷淋药剂是不同的。采用NaOH溶液进行同时脱硫脱硝时，SO2与NaOH溶液之间的反应是优先进行的，SO2能够与NaOH迅速反应并生成SO3 2-离子，具有很高的脱除效率；但高浓度SO2对NOx在NaOH溶液中的吸收存在一定的抑制作用，且NOx与NaOH间的反应本就存在反应速率低、脱除效率不理想等问题，因此烟气中SO2能够实现达标，但NOx达标情况难以保证。由于Na2SO3和NaHCO3较NaOH对NOx表现出更佳的还原效果，因此通过此分区、分侧重点的一塔脱硫脱硝工艺，能够实现较高的脱硫脱硝效率。优选的，所述第一喷淋药剂为NaOH溶液脱硫产物为Na2SO3。
作为优选，所述第二喷淋药剂为第一喷淋药剂吸收后的产物加入NaHCO3配置而成。可以选用第一喷淋药剂脱硫产物为Na2SO3，加入NaHCO3作为缓冲剂，配置成所述第二喷淋药剂，能够循环使用，节约资源。臭氧氧化结合两级湿法洗涤，能够实现脱硫脱硝更加地彻底。
作为优选，所述预处理水洗塔的冷却水流量Q水与所述烟气流量Q气满足关系式：Q水＝β×(t1-t2)×Q气，β为冷却比例系数，t1为烟气入口的烟气温度，t2为烟气出口的烟气温度，β的值位于200-300之间。
设定入口烟气流量Q气，密度ρ1，温度t1，比热容C1；出口烟气流量不变为Q气，密度ρ2，温度t2，比热容C2。冷却水流量Q水，密度ρ水，入口温度T1，比热容C水1，出口温度T2，出口比热容C水2，h是处理时间。
则：
ρ1×Q气×h×t1+Q水×h×C水1×T1＝ρ2×Q气×h×t2+ρ水×Q水×h×C水2×T2
然而，化工的实际生产过程是复杂的，如放大效应等，会带来较大的损耗，且水量小也可能达不到喷淋覆盖的要求，因此，取一个工况参数κ，放大一定的倍数，确保所需的水量足够，进而得出Q水＝κ×λ×Q气。κ≥2,同时，循环冷却水的入口温度和出口温度在通常的工况下较为稳定，通常可以认为T2与T1的差值为5-8之间，所以，可以得出Q水＝β×(t1-t2)×Q气，β的值位于200-300之间。
本发明的有益效果如下：
(1)整合了臭氧氧化、化学药剂吸收脱硫脱硝、喷淋冷却降温和电除尘器除湿的技术，用一个简洁完整的工艺流程实现烟气脱硫脱硝脱白，能高效去除烟气中的烟尘、氮氧化物和二氧化硫，有效去除尾气中水分，脱除白烟。设备维护简单，能源消耗低；
(2)两级循环洗涤，而且一级吸收塔和二级吸收塔所使用的喷淋药剂是不同的，可以达到更合适的脱硫脱硝。
(3)装置设计合理，工艺过程、设备结构紧凑，装置成本低、能够持续稳定运行，提高烟气净化的经济性。
附图说明
图1本装置工艺流程示意图；
附图标记：烟气入口1、除尘器2、风机3、臭氧发生器4、第一臭氧投加均布器5、一级吸收塔6、一级吸收塔托盘601、一级吸收塔喷淋层602、一级吸收塔除雾器603、二级吸收塔7、二级吸收塔托盘701、二级吸收塔下喷淋层702、二级吸收塔填料层703、二级吸收塔上喷淋层704、二级吸收塔除雾器705、预处理水洗塔8、预处理水洗塔填料层801、预处理水洗塔喷淋层802、预处理水洗塔除雾器803、湿式电除尘器9、烟筒10、冷却塔11、烟气出口12、第二臭氧投加均布器13。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
一种烟气脱硫脱硝除尘脱白装置，如图1所示，沿烟气运动方向设置有通过烟气管道依次连接的烟气入口1、除尘器2、风机3、一级吸收塔6、二级吸收塔7、预处理水洗塔8、湿式电除尘器9、烟筒10和烟气出口12，所述烟气出口12设置在所述烟筒10的顶部，所述水洗塔8通过水管与冷却塔11连接。
工厂产生的烟气经过除尘器2初步除尘后，通过风机3送入一级吸收塔6，一级吸收塔6用喷淋药剂来吸收的方式进行脱硫脱硝，一级吸收塔6的喷淋层有多层，喷淋药剂为碱性试剂，可以与硫化物和硝化物发生化学反应而被除去。烟气在进行了第一级吸收后，然后进入二级吸收塔7喷淋吸收以进行深度脱硫脱硝，进行过两级脱硫脱硝后的烟气进入预处理水洗塔8用循环冷却水直接与烟气接触降温，将烟气冷却到45摄氏度以下，降低饱和烟气中的含水量，循环冷却水在预处理水洗塔8和冷却塔11之间循环，冷却水在预处理水洗塔8给烟气降温吸收热量后，在冷却塔中放出热量降温，然后循环至预处理水洗塔中循环使用。烟气降温后，进入湿式电除尘器9进一步除去气溶胶和烟气中水分，然后通过烟囱10顶部的烟气出口12排出。
作为优选的实施例，还包括设置于所述风机3和所述一级吸收塔6之间的第一臭氧投加均布器5，以及设置于所述一级吸收塔6与所述二级吸收塔7之间的第二臭氧投加均布器13，所述第一臭氧投加均布器5和所述第二臭氧投加均布器13与臭氧发生器4通过臭氧管道连接。
作为优选的实施例，所述一级吸收塔6沿烟气运动方向依次设置有一级吸收塔托盘601、一级吸收塔喷淋层602、一级吸收塔除雾器603。所述一级吸收塔喷淋层602设置有3层喷淋。
作为优选的实施例，所述二级吸收塔7沿烟气运动方向依次设置有二级吸收塔托盘701、二级吸收塔下喷淋层702、二级吸收塔填料层703、二级吸收塔上喷淋层704、二级吸收塔除雾器705。所述二级吸收塔填料层703设置有二级吸收塔下喷淋层702和二级吸收塔上喷淋层704之间，不仅能够吸收平整气流和吸收硫氧化物、氮氧化物，更重要的是能够使得二级吸收塔上喷淋层704和二级吸收塔下喷淋层702分别洗涤，而且两层洗涤之间的浆液溶度是有差异的，更能够高效处理烟气中的硫氧化物、氮氧化物。
作为优选的实施例，预处理水洗塔8沿烟气运动方向依次设置有预处理水洗塔填料层801、预处理水洗塔喷淋层802、预处理水洗塔除雾器803。
作为优选的实施例，所述二级吸收塔填料层703为陶瓷填料，所述预处理水洗塔填料层801为PP波纹规整填料。
作为优选的实施例，所述一级吸收塔除雾器603、二级吸收塔除雾器705和所述预处理水洗塔除雾器803均为折板除雾器；作为优选的实施例，所述一级吸收塔托盘601和二级吸收塔托盘701均为合金增效托盘，所述合金增效托盘可以改进气流分布。
作为优选的实施例，所述一级吸收塔6的第一喷淋药剂为NaOH溶液，所述二级吸收塔7所使用的第二喷淋药剂Na2SO3和NaHCO3混合溶液。所述第二喷淋药剂为第一喷淋药剂吸收后的产物加入NaHCO3配置而成。
作为优选的实施例，所述预处理水洗塔的冷却水流量Q水与所述烟气流量Q气满足关系式：Q水＝β×(t1-t2)×Q气，β为冷却比例系数，t1为烟气入口的烟气温度，t2为烟气出口的烟气温度，β的值位于200-300之间。
应用实施例
将本装置应用于唐山燕山钢铁有限公司300m2烧结烟气脱硝及脱硫除尘治理项目，在现有正常稳定运行烟气量条件下，测定入口烟气流量Q气＝1368700m3/h，密度ρ1＝1.043Kg/m3，温度t1＝50℃，比热容C1＝1.056Kj/(Kg℃)；出口烟气流量不变为Q气，密度ρ2＝1.091Kg/m3，温度t2＝43℃，比热容C2＝1.055Kj/(Kg℃)。冷却水密度ρ水＝1000Kg/m3，入口温度T1＝25℃，比热容C水1＝4.1846Kj/(Kg℃)，出口水的温度T2＝30℃，出口比热容C水2＝4.1807Kj/(Kg℃)，h是处理时间，则降温脱白所需的最小水量Q水＝κ×λ×Q气＝728.96m3/h，比较合适的β的值为268。在实际的工况运行中，得到下列测试结果。
由项目1、6、11可知，当β值过小时，需要较多的冷却水才能够得到温度降低，由5、10、15可知，当β值过大时，冷却水较小，达不到足够冷却的效果。因此，根据长期的工况调整中,得到如下的试验结果:Q水＝β×(t1-t2)×Q气,是经过一系列工程实践得出的最合适的比例，既可以节约冷却水用量，又能够保证气体温度的降低。所述臭氧发生器投加的臭氧投加量Y在合适的范围的内，能够较好地氧化烟气中的低价氧化物。综上，本发明采用气液直接换热的方式冷却烟气，替代热交换器，可将烟气降温6-12℃，通过湿式电除尘器除水除雾后排放。该设计可达到设计目标，有效实现同步脱硫脱硝脱白的目的。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种烟气脱硫脱硝除尘脱白装置,其特征在于，沿烟气运动方向设置有通过烟气管道依次连接的除尘器、风机、一级吸收塔、二级吸收塔、预处理水洗塔、湿式电除尘器、烟筒，所述除尘器设置有烟气入口，所述烟筒的顶部设置有烟气出口，所述水洗塔通过水管与冷却塔连接。
2.一种如权利要求1所述的装置,其特征在于，还包括设置于所述风机和所述一级吸收塔之间的第一臭氧投加均布器，以及设置于所述一级吸收塔与所述二级吸收塔之间的第二臭氧投加均布器，所述第一臭氧投加均布器和所述第二臭氧投加均布器与臭氧发生器通过臭氧管道连接。
3.一种如权利要求2所述的装置,其特征在于，所述一级吸收塔沿烟气运动方向设置有一级吸收塔托盘、一级吸收塔喷淋层、一级吸收塔除雾器。
4.一种如权利要求2所述的装置,其特征在于，所述二级吸收塔沿烟气运动方向依次设置有二级吸收塔托盘、二级吸收塔下喷淋层、二级吸收塔填料层、二级吸收塔上喷淋层、二级吸收塔除雾器。
5.一种如权利要求2所述的装置,其特征在于，所述预处理水洗塔沿烟气运动方向依次设置有预处理水洗塔填料层、预处理水洗塔喷淋层、预处理水洗塔除雾器。
6.一种如权利要求3或4或5所述的装置,其特征在于，作为优选，所述二级吸收塔填料层为陶瓷填料，所述预处理水洗塔填料层为PP波纹规整填料。
7.一种如权利要求3或4或5所述的装置,其特征在于，所述一级吸收塔除雾器、二级吸收塔除雾器和所述预处理水洗塔除雾器均为折板除雾器；所述一级吸收塔托盘和二级吸收塔托盘均为合金增效托盘，所述合金增效托盘可以改进气流分布。
8.一种如权利要求1或2所述的装置,其特征在于，所述一级吸收塔的使用的第一喷淋药剂为NaOH溶液，所述二级吸收塔使用的第二喷淋药剂为Na2SO3和NaHCO3混合溶液。
9.一种如权利要求8所述的装置,其特征在于，所述第二喷淋药剂为第一喷淋药剂吸收后的产物加入NaHCO3配置而成。
10.一种如权利要求1所述的装置,其特征在于，所述预处理水洗塔的冷却水流量Q水与所述烟气流量Q气满足关系式：Q水＝β×(t1-t2)×Q气，β为冷却比例系数，t1为烟气入口的烟气温度，t2为烟气出口的烟气温度，β的值位于200-300之间。
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