CN108671736A - 基于高浓度还原剂的焚烧烟气非催化还原脱硝工艺及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高浓度还原剂的焚烧烟气非催化还原脱硝工艺及系统，包括步骤1：还原剂制备及输送装置（1）配置高浓度还原剂（2‑2）并输入还原剂雾化喷枪（2）；步骤2：烟气（10）通过还原剂雾化喷枪与高浓度还原剂反应；步骤3：烟气进入逃逸氨吸收塔（3），pH调节装置（5）的第一加药单元通过循环系统（4）将吸收液（5‑1）投入逃逸氨吸收塔；步骤4：pH调节装置的第二加药单元向废水（40）内投入稀碱液（5‑2），反应后外排。本发明能在低投资和低成本的条件下，高效除NOx，达到并优于国家标准规定的烟气排放要求；流程简化、结构合理、适用可靠，可代替现有选择性催化还原脱硝系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种烟气脱硝工艺及系统，尤其涉及一种基于高浓度还原剂的焚烧烟气非催化还原脱硝工艺及系统。
背景技术
焚烧处置是一种废弃物特别是危险废弃物常用的高效的无害化、减量化、资源化手段，一般采用回转窑作为焚烧炉形式，投入辅助燃料，对废弃物进行焚烧，采用余热锅炉回收烟气中的热量。
危废焚烧厂对大气的污染，主要是焚烧炉所排放的烟气。国内危险废弃物焚烧厂的设计、建设和运行，按照有关规定，废物排放执行国家标准《危险废物焚烧污染控制标准》（GB18484-2001）。
我国危险废物焚烧技术发展缓慢，技术和标准也在摸索和形成过程中，如：危废焚烧所执行的排放标准《危险废物焚烧污染控制标准》（GB18484-2001）出台很早，在国家环保要求日趋严格的局势下，更加严格标准不久后必将实行。相比欧洲，国内的危废焚烧排放标准较为宽松，排放标准向国际标准靠拢势在必行，而且国内部分高标准的新项目均采用了欧盟2000排放标准进行要求。
中国和欧洲的危废相关排放标准数据如下表：
在目前运行的危废焚烧系统中：
对于按照《危险废物焚烧污染控制标准》（GB18484-2001）中氮氧化物排放要求设计的脱硝系统，多采用传统与燃煤锅炉类似的选择性非催化还原系统，喷入的脱硝剂浓度较低，按照火电行业国家规范要求，喷入锅炉内的氨水浓度小于5%，各行业依然沿用低浓度脱硝剂进行脱硝，脱硝效率一般低于50%。
对于按照更严格排放标准设计的脱硝系统，多采用中低温选择性催化还原系统，虽然脱硝效率可达90%，但是中低温SCR系统的催化剂价格昂贵，每3-4年就需对催化剂进行更换，产生的废催化剂是国家规定的一种危险固体废弃物，且催化剂价格及其昂贵，所以该系统设备投资大、运行费用高，为危废焚烧处理企业带来了很大的经济负担。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于高浓度还原剂的焚烧烟气非催化还原脱硝工艺及系统，能在低设备投资和低运行成本的条件下，高效去除NOx，达到并优于国家标准规定的烟气排放要求，脱硝效率可达到85-90%；同时，具有流程简化、结构合理、适用可靠、降低投资和控制运行成本等优点，可代替投资大、运行费用高、有废催化剂产生的选择性催化还原脱硝系统。
本发明是这样实现的：
一种基于高浓度还原剂的焚烧烟气非催化还原脱硝工艺，包括如下步骤：
步骤1：在还原剂制备及输送装置内配置高浓度还原剂，并输入到还原剂雾化喷枪。
步骤2：烟气进入余热锅炉内，还原剂雾化喷枪通过压缩空气将高浓度还原剂喷入余热锅炉内并与烟气中的氮氧化物进行反应，生成洁净的烟气。
步骤3：反应后的洁净烟气经除尘器处理后进入逃逸氨吸收塔，pH调节装置的第一加药单元通过循环系统将吸收液投入逃逸氨吸收塔，对洁净烟气进行过量氨气脱除处理并外排。
步骤4：pH调节装置的第二加药单元向外排的废水内投入稀碱液，废水反应后通过泵外排。
在所述的步骤1中，高浓度还原剂为尿素颗粒或浓氨水与除盐水混合而成，高浓度还原剂的浓度＞20%。
在所述的步骤2中，当烟气中的氮氧化物浓度为1000mg/Nm3，且脱硝效率为85-90%时，高浓度还原剂的投加量与烟气中的氮氧化物量的摩尔比为1.8-2.0。
在所述的步骤3中，吸收液为稀盐酸，对洁净烟气中的过量氨进行脱除处理。
在所述的步骤4中，稀碱液为氢氧化钠溶液，对废水进行中和处理后排放。
在所述的步骤4中，外排的废水进入废水处理系统或液体危废储罐，再送至回转窑内焚烧。
一种基于高浓度还原剂的焚烧烟气非催化还原脱硝系统，包括还原剂制备及输送装置、还原剂雾化喷枪、逃逸氨吸收塔、循环装置及pH调节装置；来自的烟气进入余热锅炉内，还原剂雾化喷枪设置在余热锅炉第一通道的水冷壁上，还原剂制备及输送装置的出液口与还原剂雾化喷枪的进液口连接，还原剂制备及输送装置制备高浓度还原剂并输送到还原剂雾化喷枪内；高浓度还原剂通过还原剂雾化喷枪喷入余热锅炉内并与烟气中的氮氧化物进行反应，逃逸氨吸收塔的进气口与除尘器的出气口连接，使反应后的洁净烟气进入逃逸氨吸收塔内；pH调节装置的第一加药单元的出液口通过循环装置与逃逸氨吸收塔的进液口连接，pH调节装置将吸收液喷入逃逸氨吸收塔内进行氨气循环脱除，使合格烟气通过高效脱酸、脱白加热器经引风机从烟囱排出；pH调节装置通过第二加药单元的出液口在外排的废水内注入稀碱液，废水与稀碱液反应后外排进入废水处理系统或液体危废储罐。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明采用高浓度还原剂脱硝与氨吸收结合的工艺，可大幅提高对氮氧化物的脱除效率，优于危废焚烧厂的烟气排放标准，满足更为严格的国际烟气排放标准，对于国内即将新建或技术改造的垃圾焚烧厂烟气脱硝系统工程具有推广价值。
2、对于需要提高脱硝效率的老厂，本发明较易实现在原有选择性非催化还原系统上的技术改造，在技术方案、设备采购、改造工期和运行费用等方面具有明显优势。
3、本发明的工艺实施全程无二次污染，废水可在危废焚烧厂内部处理，无废催化剂等需外运处理的废弃物。
4、本发明的系统处于全封闭工作状态，结构简洁，流程顺畅，操作方便，环境干净，符合危废焚烧厂运行的实际状况。
本发明能在低设备投资和低运行成本的条件下，高效去除NOx，达到并优于国家标准规定的烟气排放要求，脱硝效率可达到85-90%；同时，具有流程简化、结构合理、适用可靠、降低投资和控制运行成本等优点，可代替投资大、运行费用高、有废催化剂产生的选择性催化还原脱硝系统。
附图说明
图1是本发明基于高浓度还原剂的焚烧烟气非催化还原脱硝工艺的流程图；
图2是本发明基于高浓度还原剂的焚烧烟气非催化还原脱硝系统的结构示意图。
图中，1还原剂制备及输送装置，2还原剂雾化喷枪，3逃逸氨吸收塔，4循环装置，5pH调节装置，6高效脱酸、脱白加热器，7引风机，8烟囱，9废水处理系统，10烟气，11液体危废储罐，12余热锅炉，13急冷塔，1-1尿素颗粒或浓氨水，1-2除盐水，20洁净烟气，2-1压缩空气，2-2高浓度还原剂，30合格烟气，31除尘器，40废水，5-1吸收液，5-2稀碱液。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
请参见附图1，一种基于高浓度还原剂的焚烧烟气非催化还原脱硝工艺，包括如下步骤：
步骤1：在还原剂制备及输送装置1内配置高浓度还原剂2-2，并输入到还原剂雾化喷枪2。
步骤2：烟气10进入余热锅炉12内，还原剂雾化喷枪2通过压缩空气2-1将高浓度还原剂2-2喷入余热锅炉12内并与烟气10中的氮氧化物进行反应生成洁净的烟气20。
步骤3：反应后的洁净烟气20经除尘器31处理后进入逃逸氨吸收塔3，pH调节装置5的第一加药单元通过循环系统4将吸收液5-1投入逃逸氨吸收塔3，对洁净烟气20进行过量氨气脱除处理并外排。
步骤4：pH调节装置5的第二加药单元向外排的废水40内投入稀碱液5-2，废水40反应后通过泵外排。
在所述的步骤3中，经过量氨气脱除处理后的合格烟气30进入高效脱酸、脱白加热器6，经脱酸和脱白加热后通过引风机7经烟囱8排出。
在所述的步骤4中，外排的废水40进入废水处理系统9。
在所述的步骤4中，外排的废水40进入液体危废储罐11，再送至回转窑内焚烧。
在所述的步骤1中，高浓度还原剂2-2为尿素颗粒或浓氨水1-1与除盐水1-2混合而成，使高浓度还原剂2-2的浓度＞20%，高浓度还原剂2-2的浓度越高，脱硝效率也越高，尿素颗粒或浓氨水1-1与除盐水1-2的比例可根据需要配比，经还原剂雾化喷枪2雾化后喷入余热锅炉12内部，在1100℃左右进行还原反应，将烟气10中氮氧化物还原成氮气，反应机理同普通的选择性非催化还原工艺。
根据烟气10中初始氮氧化物浓度及所需的去除效率，高浓度还原剂2-2的浓度可进行调整，优选的，高浓度还原剂2-2的浓度一般为20%-40%。
在所述的步骤3中，吸收液5-1可采用稀盐酸，对洁净烟气20中的过量氨进行脱除处理，稀盐酸的浓度、pH值可根据实际使用的需要设定，使在稀盐酸与逃逸氨气反应后的循环液体pH值控制在6-6.5左右，最后根据吸收液5-1的盐浓度进行废水外排。
在所述的步骤4中，稀碱液5-2可采用氢氧化钠溶液，对废水40进行中和处理后排放，氢氧化钠溶液的浓度、pH值可根据实际使用的需要设定，使与稀碱液5-2反应后的废水40的pH值控制在7-8之间。
在所述的步骤2中，当烟气10中的氮氧化物浓度为1000mg/Nm3，且脱硝效率为85-90%时，高浓度还原剂2-2的投加量与烟气10中的氮氧化物量的摩尔比控制在1.8-2.0，氨逃逸浓度约为240mg/Nm3。
请参见附图2，一种基于高浓度还原剂的焚烧烟气非催化还原脱硝系统，包括还原剂制备及输送装置1、还原剂雾化喷枪2、逃逸氨吸收塔3、循环装置4及pH调节装置5；来自的烟气10进入余热锅炉12内，还原剂雾化喷枪2设置在余热锅炉12第一通道的水冷壁上，还原剂制备及输送装置1的出液口与还原剂雾化喷枪2的进液口连接，还原剂制备及输送装置1制备高浓度还原剂2-2并输送到还原剂雾化喷枪2内；高浓度还原剂2-2还原剂雾化喷枪2喷入余热锅炉12内并与烟气10中的氮氧化物进行反应，逃逸氨吸收塔3的进气口与除尘器31的出气口连接，使反应后的洁净烟气20进入逃逸氨吸收塔3内；pH调节装置5的第一加药单元的出液口通过循环装置4与逃逸氨吸收塔3的进液口连接，pH调节装置5将吸收液5-1喷入逃逸氨吸收塔3内进行氨气循环脱除，使合格烟气30通过高效脱酸、脱白加热器6经引风机7从烟囱8排出；pH调节装置5通过第二加药单元的出液口在外排的废水40内注入稀碱液5-2，废水40与稀碱液5-2反应后外排进入具有氨氮处理能力的废水处理系统9，便于废水的后期处理。
所述的基于高浓度还原剂的焚烧烟气非催化还原脱硝系统还包括液体危废储罐11，液体危废储罐11与循环装置4连接，与稀碱液5-2反应后的废水40也可进入液体危废储罐11中，便于将其送至回转窑内焚烧。
还原剂雾化喷枪2在本系统中起雾化还原剂的作用，其在余热锅炉12上的布置位置能使高浓度还原剂2-2喷入区域的温度最适宜脱硝反应的进行，这是影响脱硝效率的重要环节。还原剂雾化喷枪2可由枪体和双流体雾化喷嘴组成，枪体可采用316L不锈钢材质，双流体雾化喷嘴可采用310S不锈钢材质。
还原剂雾化喷枪2布置于余热锅炉12第一通道的水冷壁上，该位置烟气温度约1100℃，是脱硝还原反应的最佳温度窗口。压缩空气2-1和高浓度还原剂2-2分别进入还原剂雾化喷枪2内，通过双流体雾化喷嘴将高浓度还原剂2-2雾化为5-10μm的微小液滴，在与烟气10接触时，水分迅速蒸发，过量还原剂与烟气10中的氮氧化物进行反应，生成氮气，过量还原剂以氨气形式随洁净烟气20进入后段处理工艺。
所述的逃逸氨吸收塔3用于吸收过量的氨气，是一种顺流或逆流的湿法吸收塔反应器，可采用填料塔或喷淋塔。若采用填料塔，则填料的选择比较关键，须保证在75℃左右的温度下保持强度，防止方式脆化，并具有适合的比表面积和液泛滤。若采用喷淋塔，则须对喷嘴布置和喷淋层层数进行合理设计，并在反应塔器顶部设置除雾器。逃逸氨吸收塔3的外壳可采用玻璃钢材质或碳钢防腐材质，用于洁净烟气20中可溶性气态污染物的去除。
余热锅炉12内的烟气通过急冷塔13采用干粉喷射的方式进入除尘器31进行除尘处理，除尘器31可采用干法或半干法脱酸及袋式除尘器，经过除尘器31处理的洁净烟气20在本系统中与循环的弱酸性吸收液5-1充分接触，吸收洁净烟气20中的氨气，形成可溶性盐富集在吸收液5-1中，使合格烟气30中的氨气浓度满足排放标准要求，吸收液5-1储存在本系统下部的储液段中。
循环装置4主要用于吸收液5-1的输送和外排，主要由循环泵和相关管路、阀门组成，循环装置4内与吸收液5-1接触的部分均应选择耐腐蚀材料，优选的，循环泵可采用离心泵。
pH调节装置5主要用于调节吸收液5-1的pH值，pH调节装置5有两个独立的加药单元，其工艺流程分别为：a）酸储罐→加药泵→逃逸氨吸收塔3，用于过量氨气的脱除；b）碱储罐→加药泵→外排循环液，用于外排废水40的酸性中和。两个加药单元由独立的pH计进行控制，可分别对排放物质的pH值进行调节，避免环境污染。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，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 (8)
1.一种基于高浓度还原剂的焚烧烟气非催化还原脱硝工艺，其特征是：包括如下步骤：
步骤1：在还原剂制备及输送装置（1）内配置高浓度还原剂（2-2），并输入到还原剂雾化喷枪（2）；
步骤2：烟气（10）进入余热锅炉（12）内，还原剂雾化喷枪（2）通过压缩空气（2-1）将高浓度还原剂（2-2）喷入余热锅炉（12）内并与烟气（10）中的氮氧化物进行反应，生成洁净的烟气（20）；
步骤3：反应后的洁净烟气（20）经除尘器（31）处理后进入逃逸氨吸收塔（3），pH调节装置（5）的第一加药单元通过循环系统（4）将吸收液（5-1）投入逃逸氨吸收塔（3），对洁净烟气（20）进行过量氨气脱除处理并外排；
步骤4：pH调节装置（5）的第二加药单元向外排的废水（40）内投入稀碱液（5-2），废水（40）反应后通过泵外排。
2.根据权利要求1所述的基于高浓度还原剂的焚烧烟气非催化还原脱硝工艺，其特征是：在所述的步骤1中，高浓度还原剂（2-2）为尿素颗粒或浓氨水（1-1）与除盐水（1-2）混合而成，高浓度还原剂（2-2）的浓度＞20%。
3.根据权利要求1所述的基于高浓度还原剂的焚烧烟气非催化还原脱硝工艺，其特征是：在所述的步骤2中，当烟气（10）中的氮氧化物浓度为1000mg/Nm3，且脱硝效率为85-90%时，高浓度还原剂（2-2）的投加量与烟气（10）中的氮氧化物量的摩尔比为1.8-2.0。
4.根据权利要求1所述的基于高浓度还原剂的焚烧烟气非催化还原脱硝工艺，其特征是：在所述的步骤3中，吸收液（5-1）为稀盐酸，对洁净烟气（20）中的过量氨进行脱除处理。
5.根据权利要求1所述的基于高浓度还原剂的焚烧烟气非催化还原脱硝工艺，其特征是：在所述的步骤4中，稀碱液（5-2）为氢氧化钠溶液，对废水（40）进行中和处理后排放。
6.根据权利要求1所述的基于高浓度还原剂的焚烧烟气非催化还原脱硝工艺，其特征是：在所述的步骤4中，外排的废水（40）进入废水处理系统（9）。
7.根据权利要求1所述的基于高浓度还原剂的焚烧烟气非催化还原脱硝工艺，其特征是：在所述的步骤4中，外排的废水（40）进入液体危废储罐（11），再送至回转窑内焚烧。
8.一种采用权利要求1-7任意一项所述的基于高浓度还原剂的焚烧烟气非催化还原脱硝工艺的系统，其特征是：包括还原剂制备及输送装置（1）、还原剂雾化喷枪（2）、逃逸氨吸收塔（3）、循环装置（4）及pH调节装置（5）；来自的烟气（10）进入余热锅炉（12）内，还原剂雾化喷枪（2）设置在余热锅炉（12）第一通道的水冷壁上，还原剂制备及输送装置（1）的出液口与还原剂雾化喷枪（2）的进液口连接，还原剂制备及输送装置（1）制备高浓度还原剂（2-2）并输送到还原剂雾化喷枪（2）内；高浓度还原剂（2-2）通过还原剂雾化喷枪（2）喷入余热锅炉（12）内并与烟气（10）中的氮氧化物进行反应，逃逸氨吸收塔（3）的进气口与除尘器（31）的出气口连接，使反应后的洁净烟气（20）进入逃逸氨吸收塔（3）内；pH调节装置（5）的第一加药单元的出液口通过循环装置（4）与逃逸氨吸收塔（3）的进液口连接，pH调节装置（5）将吸收液（5-1）喷入逃逸氨吸收塔（3）内进行氨气循环脱除，使合格烟气（30）通过高效脱酸、脱白加热器（6）经引风机（7）从烟囱（8）排出；pH调节装置（5）通过第二加药单元的出液口在外排的废水（40）内注入稀碱液（5-2），废水（40）与稀碱液（5-2）反应后外排进入废水处理系统（9）或液体危废储罐（11）。
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