CN108619875A - 烧结烟气等离子体/尿素法同时脱硫脱硝工艺及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温等离子体氧化结合尿素湿式吸收的烧结烟气同时脱硫脱硝工艺，该工艺包括低温等离子体氧化、烟气降温除雾和硫酸湿式吸收三个过程，待处理的烧结烟气首先通过烟道进入低温等离子体反应器，使烟气中40％～50％的NO被氧化成NO2，调理后的烟气进入浓缩降温塔，烟气与后续脱硫脱硝母液接触，实现降温，母液浓缩后部分排出进入结晶工序；烟气再经过除雾，进入脱硫脱硝塔，与尿素吸收液充分接触脱除烟气中的SO2和NOx后排放；脱硫脱硝塔底部的吸收液经吸收液循环泵重新送入喷淋层循环使用，并且通过尿素储罐不断将尿素补充进脱硫脱硝塔，同时部分母液通过泵送至浓缩降温塔。本发明工艺用于烧结烟气的同时脱硫脱硝处理，具有污染物脱除效率高、节能降耗、设备简单、占地少、运行成本低、操作方便、便于管理的优点。
Description
技术领域
本发明属于大气污染控制技术领域，具体涉及一种采用等离子体技术，以尿素为吸收剂，在一个过程同时脱除烧结烟气中二氧化硫及氮氧化合物，并且获得可资源化利用的高品质硫酸盐和硝酸盐化肥副产品的工艺。
背景技术
二氧化硫和氮氧化物是大气中主要污染物，是导致雾霾中可吸入颗粒物形成的重要物质，而钢铁企业是SO2和NOx的排放大户，其中烧结工序排放的 SO2和NOx又占钢铁企业全部排放量的40％-80％，但现行技术存在各种各样的问题，因此，亟待开发更优质高效的技术。
目前，电厂脱硫脱硝工艺多数为先采用石灰石—石膏法烟气脱硫系统脱硫，再采用选择性催化还原脱硝技术（SCR）脱硝，脱硫脱硝率分别在 90% 和 80% 以上。然而，催化剂中毒、表面结垢导致脱硝率降低及换热器堵塞腐蚀是该工艺存在的主要问题。此外，与在一个工艺过程实现烟气 SO2和 NOX同时脱除的技术相比，先脱硫再脱硝工艺还存在设备复杂，占地面积大，基建投资多，改造施工难度大，运行管理不便等不足。
烧结烟气氨法脱硫技术具有较高的脱硫效率和一定的脱硝能力，具有的脱硝能力主要来源于NH3与NO2反应，但烟气NOx中NO2的含量较少（5%以下），所以此技术的脱硝能力有限。此外，该技术还存在氨逃逸，设备腐蚀严重等问题。
低温等离子体氧化技术是近年来发展起来的一种新型空气净化技术，其作为一种处理量大、能耗低、适应性好、操作简单的环保新技术正受到人们越来越多的关注，等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，低温等离子体氧化的基本原理是：首先在电场的加速作用下产生大量高能电子，然后这些高能电子使烟气中的 H2O、O2等分子被激活、电离或离解，产生强氧化性自由基，最后由这些强氧化性自由基将目标治理物氧化。低温等离子体氧化技术是环境污染治理领域中具有很强潜在优势的高新技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种烧结烟气脱硫脱硝工艺及其系统，实现烧结烟气中 SO2和 NOx的综合净化，并可有效提高污染物脱除效率、节能降耗、降低投资费用、提高系统集成度、方便管理。
为了实现以上技术目标，本发明提供一种烧结烟气的脱硫脱硝工艺，其特征在于该处理工艺的步骤如下。
第一步，来自除尘器烟气首先送入低温等离子体反应器，在低温等离子体反应器中的放电处理功率为 3 ～ 5W/m3，烟气停留时间为 4 ～ 6 秒。
第二步，接着烟气进入浓缩降温塔，在浓缩降温塔中来自脱硫脱硝塔的脱硫母液与热烟气接触，利用烟气的余热使母液浓缩，节省后续母液结晶所需要的能量，达到节能降耗的目的。
第三步，降温后的烟气进入除雾器，去除烟气中的水雾，除雾器采用立式除雾器，喷头的喷洒工艺水，作为脱硫吸收剂的溶解水，不外排。
第四步，烟气进入同时脱硫脱硝塔，空塔气速为3.2～4.2m/s，采用浓度为10％～15％的尿素水溶液作为吸收剂，与烟气逆流接触脱除烧结烟气中的 SO2和 NOx，净化后的烟气经除雾器除雾后排放。
由于SO2在水中溶解度大且能与尿素水解产物反应，因此，整个传质过程主要受SO2的吸收控制。由于烟气中 O2含量高，分压较大，O2溶于水后能很快将 SO3 2－氧化成SO4 2－。因此，[0011]过程中，硫氧化物主要的化学反应方程式如下：
SO2 (g)+ (NH2) 2 CO(aq)+2H2O(l)+ O2 (g)→(NH4) 2 SO4 (aq)+CO2 (g)。
本工艺氮氧化物的去除机理是：首先难溶的NO在等离子体反应器中部分氧化为易溶的NO2，NO2立即与水反应生成 HNO2和 HNO3，同时尿素发生水解反应生成氨基甲酸铵，生成的 HNO2和HNO3与尿素和氨基甲酸铵反应生成N2和水：
NO(g)+NO2 (g)+ (NH2) 2 CO(aq)→ 2N2 (g)+CO2 (g)+2H2O(l)。
本发明进一步限定的技术方案是：前述的烧结烟气的脱硫脱硝工艺，采用双塔工艺，脱硫脱硝塔前置浓缩降温塔，脱硫脱硝塔底部的一部分吸收液经母液泵输送至浓缩降温塔下部，经循环泵送入浓缩降温塔上部的喷淋系统，不断蒸发浓缩，底部的饱和母液通过泵输送至中间缓冲罐后进入大储罐。
前述的烧结烟气的脱硫脱硝工艺，该工艺配有自动控制系统，自动控制系统根据除尘器出口在线监测系统SO2和NOx浓度的波动，自动调节低温等离子体反应器中放电处理功率。若来气中 SO2和 NOx浓度偏低，则自控系统自动调低低温等离子体反应器中放电处理功率，反之调高。
前述脱硫脱硝塔采用双循环分级吸收技术，使吸收更加充分，SO2和 NOx的脱除率更高。吸收剂尿素不直接进行喷洒，而是加入到循环液中，使吸收剂反应更充分，用量更省。
本发明还提供了为实现上述工艺而专门设计的等离子体/尿素法同时脱硫脱硝系统，主要包括低温等离子体反应器、浓缩降温塔、同时脱硫脱硝喷淋塔。经除尘后的烧结烟气进入低温等离子体反应器，NO被氧化后，烟气从浓缩降温塔塔顶进入，脱硫脱硝母液从脱硫脱硝塔底部用泵输送至浓缩降温塔底部，与塔底的溶液一起由浓缩泵输送至浓缩降温塔上部，与烟气接触，母液被蒸发变成饱和硫酸铵、硝酸铵溶液。为防止烟尘在溶液中积聚过多，减少系统堵塞的可能性，在系统中设置旁路过滤器不断去除洗涤进来的烟尘，用来降低浓缩降温塔内循环溶液中的灰渣浓度保证浓缩降温系统正常运行。在浓缩降温塔中部设置出口，降温后的烟气经这个出口排出，进入除雾器，最后进入脱硫脱硝塔底部，与脱硫脱硝塔上部喷晒而至的吸收液逆向接触并发生化学反应，去除SO2、NOx的净烟气经由板式除雾器除去水雾后，通过烟囱排入大气。脱硫脱硝副产品硫酸铵、硝酸铵溶液送至成品制备车间进行结晶。
本发明的有益效果是：本发明与现有的同时脱硫脱硝工艺相比，本发明具有如下优点。
1. 本发明运用先进的低温等离子体技术，可以将 40％～ 50％的 NO催化氧化成 NO2，保证后面尿素对 NOx 的高吸收率。
2.运用尿素作为吸收剂，成本低廉且易得，结合低温等离子体氧化技术，能在一套系统内对SO2和 NOx同时吸收去除，工艺设备简单、占地少、操作方便、便于管理。
3. 本发明烟气首先经过了降温，尿素在该温度下不易发生水解，因此，不会造成吸收剂逃逸，克服了以氨作为吸收系带来的负面影响。
4. 本发明不仅适用于新建烧结烟气脱硫脱硝项目，还适合对已有脱硫项目的改造，改造简单，施工量小，造价低。
5. 本发明的脱硫脱硝生成的产物为硫酸铵和硝酸铵，进行适当的净化、分离和提纯后可以作为农用肥或者化工原料，具有很大的经济效益，是典型的循环经济项目。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施范例，范例仅为了帮助更好的理解本发明专利。
本实施范例提供的一种烧结烟气的脱硫脱硝工艺及其系统，系统工艺流程图如图1 所示，主要包括1、低温等离子体反应器2、浓缩降温塔 3、母液循环泵4、母液排放泵 5、母液喷头6、竖式除雾器7、脱硫脱硝塔 8、板式除雾器 9、循环液喷头 10、吸收液循环泵 11、脱硫脱硝液排放泵 12、尿素储罐 13、烟囱 14、工艺水箱 15、工艺水泵。
本实施例的工艺流程为：来自除尘器的 150℃的烧结烟气经过烟道进入低温等离子体反应器1中，反应器的放电处理功率为 3W/m3，烟气的停留时间为 4 秒，烟气中 40％～50％的NO被氧化成NO2，使得烟气中NO与NO2的分子数接近1∶1。调理过的烟气进入浓缩降温塔2，烟气中 SO2的浓度为 1200mg/Nm3，NOx的浓度为500mg/Nm3，烟气的空塔气速为 5m/s，烟气温度降至90℃，降温后的烟气夹带大量水雾，下一步进入竖式除雾器6除雾，同时温度进一步降至70℃，最后进入脱硫脱硝塔7，烟气的空塔气速为4m/s，采用的吸收液是浓度为 10％的尿素，液气比为4L/m3，尿素自流进入脱硫脱硝液循环泵前的管道，与烟气逆流接触脱除其中的 SO2和 NOx；塔底的吸收母液经吸收液循环泵10重新送入喷淋层循环使用，同时通过脱硫脱硝液排放泵11排放部分母液至浓缩降温2。同时每隔一段时间，工艺水槽14中的工艺水通过工艺水泵15进入脱硫脱硝塔7的除雾器和竖式除雾器6的清洗系统，用于清洗除雾器，清洗后的水作为尿素的溶解补水，不外排。最后脱硫脱硝塔中烟气温度由90℃降至60℃，净化后的烧结烟气经高烟囱排放。排放的烟气检测结果表明脱硫效率能达到95％，脱硝效率能达到80％。
Claims (9)
1.一种烧结烟气等离子体/尿素法同时脱硫脱硝工艺，其特征在于该处理工艺的如下：
来自除尘器烟气首先送入低温等离子体反应器，部分NO氧化为NO2，接着浓缩降温塔，在浓缩降温塔中来自脱硫脱硝塔的脱硫母液与热烟气接触，利用烟气的余热使母液浓缩，节省后续母液结晶所需要的能量，同时，烟气温度下降；降温后的烟气进入除雾器，喷头的喷洒工艺水，作为脱硫吸收剂的溶解水，不外排；最后烟气进入同时脱硫脱硝塔，采用尿素水溶液作为吸收剂，与烟气逆流接触脱除烧结烟气中的 SO2和 NOx，生成具有经济价值的副产物硫酸铵和硝酸铵，净化后的烟气经除雾器除雾后排放。
2.根据权利要求 1 所述的烧结烟气等离子体/尿素法同时脱硫脱硝工艺，其特征在于：运用先进的等离子体技术，使既有很高的脱硫效率，又有较强的脱硝能力。
3.根据权利要求 1 所述的烧结烟气等离子体/尿素法同时脱硫脱硝工艺，其特征在于：运用尿素作为吸收剂，价廉易得，并且能同时吸收SO2和 NOx，得到副产品硫酸铵和硝酸铵。
4.根据权利要求 1 所述的烧结烟气等离子体/尿素法同时脱硫脱硝工艺，其特征在于：采用双塔操作，浓缩降温塔和脱硫脱硝塔串联使用，即可节能，又能提高脱硫脱硝效率。
5.一种烧结烟气等离子体/尿素法同时脱硫脱硝系统，主要包括低温等离子体反应器、浓缩降温塔、脱硫脱硝塔、除雾器、工艺水槽、尿素储罐、吸收液循环泵、母液循环泵和工艺水泵。
6.根据权利要求 5 所述的烧结烟气等离子体/尿素法同时脱硫脱硝系统，其特征在于：烟气除尘后首先进入低温等离子体反应器，反应器可以利用烟气的余温，提高反应的转化率；其次，除尘器出口设置烟气在线监测系统，低温等离子体反应器的功率与烟气中NOx的浓度实现连锁控制，浓度升高，功率提高，反之，功率下降。
7.根据权利要求 5 所述的烧结烟气等离子体/尿素法同时脱硫脱硝系统，其特征在于：浓缩降温塔与脱硫脱硝塔之间的气路由除雾器相连，除雾器的冲洗水作为尿素溶解的补充用水，不外排；浓缩降温塔与脱硫脱硝塔之间还存在脱硫脱硝母液相连，脱硫脱硝塔生成的母液部分排入浓缩降温塔，实现蒸发浓缩，为后续结晶减少了蒸发量。
8.根据权利要求 5 所述的烧结烟气等离子体/尿素法同时脱硫脱硝系统，其特征在于：尿素加入量根据脱硫脱硝塔循环吸收液pH值进行调整，使pH值保持在7.5左右，低于7.5，适当提高尿素加入量，高于7.5，适当减少尿素加入量。
9.根据权利要求 5 所述的烧结烟气等离子体/尿素法同时脱硫脱硝系统，其特征还在于：脱硫脱硝塔净化后的烟气经过塔顶除雾器除雾后进入单独设置的高烟囱排放，减少极端天气状况下尾气下沉带来的影响。
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