CN109316941A - 臭氧结合尿素联用sncr的烟气脱硝装置及其脱硝方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了臭氧结合尿素联用SNCR的烟气脱硝装置及其脱硝方法。现有SNCR的脱硝效果差，臭氧脱硝成本高且容易造成二次污染。本发明包括SNCR喷射装置、尿素水解装置、尿素储存罐、静电除尘器、臭氧喷射装置、臭氧发生器、脱硝塔、浆液储存罐、循环泵和尾部烟道。脱硝塔包括塔体和喷淋头。塔体内设置有喷淋区和除雾区。塔体内的除雾区内设置有除雾器。塔体内喷淋区的底部开设有进氧口和循环出口，中部开设有烟气入口，顶部设置有喷淋头。脱硝塔的循环出口与浆液储存罐的循环进液口连接。喷淋头的进液口与浆液储存罐的出液口通过循环泵连接。本发明的臭氧添加量少，臭氧能够反应完全，避免了残余的臭氧造成二次污染。

Description

臭氧结合尿素联用SNCR的烟气脱硝装置及其脱硝方法
技术领域
本发明属于燃煤锅炉烟气处理技术领域，具体涉及一种臭氧结合尿素联用SNCR的烟气脱硝装置及其脱硝方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展和人民生活水平的稳步提高，我国能源及电力的消费和需求量逐年增加。由于我国富煤贫油少气的能源资源特点，我国电力的供应以燃煤火力发电为主，而在燃煤过程中，不可避免地会产生烟尘、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、碳氧化物(CO/CO2)、汞(Hg)等有毒重金属以及挥发性有机物(VOCs)等污染物。燃煤污染物对我国的大气环境和生态环境造成了极其严重的污染和破坏，对人体健康也带来直接或间接的伤害和影响。氮氧化物是继烟尘及二氧化硫之后最主要的大气污染物，是N2O，NO，NO2，NO3，N2O5等一系列氮氧化物的总称。NOx对人体及动植物都有较大的危害，能够形成酸雨和酸雾，破坏生态环境，还能与挥发性有机物结合形成光化学烟雾，破坏臭氧层，并造成全球变暖。近三十年来，我国氮氧化物的排放总量随着火电机组装机容量的增长而逐年急剧地增加，已远远超出环境的承受能力。随着环境污染的日益严重和人们环保意识的日益增强，燃煤电厂的NOx排放要求也日益严格。根据环保部大气污染物排放标准(GB 13223-2011),现有燃煤锅炉NOx排放限值为100mg/m3。根据发改委、环保部和国家能源局联合发布的《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014年-2020年)》，明确新建燃煤机组NOx排放浓度不高于50mg/m3。NOx的排放控制是我国经济社会发展中一个十分突出的问题，也是学术领域普遍关注的热点问题。
燃煤电厂NOx排放控制主要有两种途径,即燃烧过程中和烟气后处理技术。燃烧过程中处理技术是指通过改进燃烧器的设计、改变燃烧的条件来降低NOx排放量。常见的燃烧过程中处理技术包括低空气过剩燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环、浓淡偏差燃烧等。这些燃烧过程中处理技术总体上仅能降低30-50％左右的NOx排放,难以满足现行日益严格的排放标准。因此，在火电厂实际工程中，必须安装烟气后处理技术，以达到排放标准。烟气后处理技术主要有选择性非催化还原(SNCR)和选择性催化还原(SCR)。SNCR技术是一种不用催化剂，在850～1100℃的温度范围内，将含氨基的还原剂(如氨水，尿素溶液等)喷入炉内，将烟气中的NOx还原脱除，生成氮气和水的脱硝技术。SNCR技术的脱硝效率仅为50-70％，往往难以满足日益严格的排放要求。选择性催化还原(SCR)是欧美日本等发达国家广泛采用的脱硝技术。SCR技术脱硝效率高，运行稳定，存在的问题是，催化剂的失活、还原性物质(如氨水等)泄露造成的二次污染，高灰布置情况下烟气中较高的粉尘颗粒容易引起催化剂的磨损、堵塞等问题、运行和投资费用非常昂贵。湿法烟气脱硫WFGD装置是目前广泛应用的成熟脱硫技术。经WFGD脱硫后，烟气温度一般为50-70℃，而选择性催化SCR的工作温度一般为250-350℃。若在WFGD装置后再布置SCR进行脱硝，则需要对烟气进行再加热，势必大幅增加运行费用。此外还有臭氧脱硝的方法，但现有臭氧脱硝时，需要使臭氧过量以保证脱硝效果。而大量使用臭氧会大大提升脱硝成本，并且，臭氧过量的反应还容易产生二次污染物。基于此，迫切需要开发一种低成本高效率的烟气脱硝技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种臭氧结合尿素联用SNCR的烟气脱硝装置及其脱硝方法。
本发明臭氧结合尿素联用SNCR的烟气脱硝装置，包括SNCR喷射装置、尿素水解装置、尿素储存罐、静电除尘器、臭氧喷射装置、臭氧发生器、脱硝塔、浆液储存罐、循环泵和尾部烟道。所述的SNCR喷射装置设置在锅炉内腔的顶部。所述的SNCR喷射装置的输入口与尿素水解装置的输出口连接。所述尿素水解装置的输入口与尿素储存罐的输出口连接。所述静电除尘器的输入口与锅炉的出烟口连接，输出口与臭氧喷射装置的烟气输入口连通。臭氧喷射装置的臭氧输入口与臭氧发生器的臭氧输出口连通。
所述的脱硝塔包括塔体和喷淋头。所述的塔体内设置有喷淋区和除雾区。除雾区位于喷淋区的上方。塔体内的除雾区内设置有除雾器。塔体内喷淋区的底部开设有进氧口和循环出口，中部开设有烟气入口，顶部设置有喷淋头。脱硝塔的循环出口与浆液储存罐的循环进液口连接，烟气入口与臭氧喷射装置的输出口通过第二引风机连接。所述喷淋头的进液口与浆液储存罐的出液口通过循环泵连接。设置在塔体顶部的净化气体出口与尾部烟道连通。所述的浆液储存罐内存储有脱硝浆液。脱硝浆液内含有尿素和吸收剂。浆液储存罐上开设有第一给料口。浆液储存罐的第一给料口与尿素储存罐的输出口连接。
进一步地，所述的脱硝浆液内还含有石灰石。塔体内喷淋区的底部还开设有进氧口。所述塔体的进氧口与鼓氧装置的输出口连接。所述塔体的内腔还设置有位于喷淋区下方的沉淀区。塔体内沉淀区的底部设置有沉淀移出门。塔体与石膏回收装置通过沉淀移出门连接。浆液储存罐上还开设有第二给料口。第二给料口与石灰石供给装置连通。
进一步地，在脱硝浆液中，石灰石的质量浓度为30％。尿素的质量浓度为1％～20％。吸收剂在脱硝浆液中的尿素质量浓度为0.1-5％。所述的吸收剂为二甲基亚砜。
进一步地，本发明一种臭氧结合尿素联用SNCR的烟气脱硝装置还包括空气预热器。所述的空气预热器设置在锅炉的出烟口与静电除尘器之间。
进一步地，所述静电除尘器与臭氧喷射装置之间的管道内设置有一氧化氮浓度检测传感器。
进一步地，所述的尿素储存罐内装有尿素。
该臭氧结合尿素联用SNCR的烟气脱硝装置的脱硝方法具体如下：
步骤一、尿素水解装置将尿素储存罐传输来尿素水解为氨和二氧化碳传输给SNCR喷射装置进行喷洒，使得氨与被排放烟气内的氮氧化物发生还原反应。
步骤二、经过步骤一处理的烟气通过静电除尘器。静电除尘器去除烟气中的固体颗粒污染物。
步骤三、经步骤二处理的烟气流入臭氧喷射装置。臭氧发生器启动，将氧气经放电生成的臭氧输入臭氧喷射装置。臭氧流入臭氧喷射装置的摩尔流量与烟气中一氧化氮流入臭氧喷射装置的摩尔流量的比值在2:5～3:5之间。臭氧与烟气中的一氧化氮反应，生成二氧化氮。
步骤四、经步骤三处理的烟气进入脱硝塔。循环泵启动，使得浆液储存罐内的脱硝浆液从喷淋头喷出。鼓氧装置启动，向脱硝塔内鼓入空气。烟气中的二氧化硫与喷淋出的脱硝浆液中的石灰石反应生成亚硫酸钙或亚硫酸氢钙，亚硫酸钙或亚硫酸氢钙被鼓入空气中的氧气氧化为石膏。一氧化氮与二氧化氮被喷淋出的脱硝浆液吸收，生成亚硝酸。亚硝酸与脱硝浆液内的尿素反应，生成氮气、二氧化碳和水。喷淋出的脱硝浆液到达脱硝塔内喷淋区的底部后从脱硝塔的循环出口重新进入浆液储存罐。
步骤五、经脱硝浆液喷淋的烟气通过除雾器进行除雾后，从脱硝塔顶部的净化气体出口进入尾部烟道。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明中尿素储存罐内的尿素既用于SNCR初步脱硝，又用于添加至脱硝浆液作为还原剂；从而减少设备的占地面积，节约设备成本，实现一物两用。
2、本发明喷入的臭氧量与烟气中的氮氧化物摩尔比例为0.4～0.6从而将50％左右的一氧化氮转化为二氧化氮，再通过尿素进一步进行氧化处理。相比于常规的臭氧脱硝技术中臭氧与一氧化氮高达1.5～2的摩尔比，本发明能够减少60-80％的臭氧使用量，大幅节约脱硝成本。并且，由于本发明的臭氧添加量少，臭氧能够反应完全，避免了残余的臭氧造成二次污染。
3、本发明所用的脱硝浆液中含有质量浓度为1-20％的尿素，能够与摩尔比为1:1的一氧化氮和二氧化氮进行反应，生成可以直接排放的N2、CO2和H2O，从而达到优良的脱硝效果。
4、本发明所用的吸收剂仅在脱硝反应过程中起到中间媒介作用，无需持续添加，大幅节约了运行成本。
5、本发明通过SNCR脱硝、臭氧结合尿素的脱硝方式，可达到90％以上的综合脱硝效率，且成本较为低廉，无需再热，无需催化剂，设备简单，易于操作，无二次污染。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种臭氧结合尿素联用SNCR的烟气脱硝装置，包括SNCR喷射装置2、尿素水解装置3、尿素储存罐4、空气预热器5、静电除尘器6、臭氧喷射装置7(即臭氧混合氧化反应器)、臭氧发生器8、脱硝塔10、鼓氧装置13、浆液储存罐16、循环泵19和尾部烟道21。。
SNCR喷射装置2设置在锅炉1内腔的顶部。锅炉1表示工业生产中会产生含硫含硝烟气的装置。SNCR喷射装置2的输入口与尿素水解装置3的输出口连接。尿素水解装置3的输入口与尿素储存罐4的输出口连接。尿素储存罐4内装有作为SNCR还原剂的尿素。尿素储存罐4内的尿素输入尿素水解装置3后，水解为氨和二氧化碳。氨经SNCR喷射装置2喷出后，在锅炉内与锅炉产生的NOx气体进行选择性非催化还原，从而实现初步脱硝。
空气预热器5的输入口与锅炉1的出烟口连接。空气预热器5的输出口与静电除尘器6的输入口连接。静电除尘器6的输出口与臭氧喷射装置7的烟气输入口连通。静电除尘器6与臭氧喷射装置7之间的管道内设置有一氧化氮浓度检测传感器。臭氧喷射装置7的臭氧输入口与臭氧发生器8的臭氧输出口连通。臭氧发生器8的输入口与外界的空气或氧气9连通。
脱硝塔10包括塔体、喷淋头11和除雾器20。塔体的内腔由下至上依次为沉淀区14、喷淋区12和除雾区。脱硝塔10内沉淀区14的底部设置有沉淀移出门。脱硝塔10与石膏回收装置15通过沉淀移出门连接。脱硝塔10内喷淋区12的底部开设有进氧口和循环出口，中部开设有烟气入口，顶部设置有喷淋头11。脱硝塔10的进氧口通过鼓氧装置13(即第一引风机)与外界空气连接，循环出口与浆液储存罐16的循环进液口连接，烟气入口与臭氧喷射装置7的输出口通过第二引风机连接。喷淋头11的进液口与浆液储存罐16的出液口通过循环泵19连接。脱硝塔10的除雾区内设置有除雾器20。设置在脱硝塔10顶部的净化气体出口与尾部烟道21连通。
浆液储存罐16内存储有脱硝浆液。脱硝浆液内含有石灰石(即氢氧化钙)、尿素和吸收剂。吸收剂为二甲基亚砜。在脱硝浆液中，石灰石的质量浓度为30％。尿素的质量浓度为1％～20％，优选为4％～6％。吸收剂在脱硝浆液中的尿素质量浓度为0.1-5％。
浆液储存罐16上开设有第一给料口17和第二给料口18。浆液储存罐16的第一给料口17与尿素储存罐4的输出口连接，第二给料口18与石灰石供给装置22连通。
该臭氧结合尿素联用SNCR的烟气脱硝装置的脱硝方法具体如下：
步骤一、含NOx、SO2、粉尘等污染物的烟气由锅炉1燃烧产生。尿素水解装置3将尿素储存罐4传输来尿素水解为氨和二氧化碳传输给SNCR喷射装置2进行喷洒，使得氨与氮氧化物发生选择性非催化还原反应，从而去除锅炉1燃烧产生的烟气中50～70％的NOx气体。
步骤二、经过步骤一处理的烟气依次通过空气预热器5和静电除尘器6。空气预热器5吸收烟气内的热量并将热量传输到进入锅炉前的空气。静电除尘器6去除烟气中的固体颗粒污染物。
步骤三、经步骤二处理的烟气流入臭氧喷射装置7。臭氧发生器8启动，将空气或氧气9经放电生成的臭氧并输入臭氧喷射装置7。臭氧流入臭氧喷射装置7的摩尔流量与烟气中一氧化氮流入臭氧喷射装置7的摩尔流量的比值为1:2(即单位时间流入臭氧喷射装置7的臭氧摩尔量为单位时间流入臭氧喷射装置7的一氧化氮摩尔量的二分之一)。一氧化氮的摩尔流量根据一氧化氮的摩尔浓度乘以烟气的体积流量得到。
臭氧与烟气中的一氧化氮反应，生成二氧化氮。由于输入臭氧喷射装置7的臭氧摩尔量为一氧化氮摩尔量的二分之一，故臭氧被完全反应，且输出臭氧喷射装置7的烟气中二氧化氮与一氧化氮的摩尔比为1:1。
步骤四、经步骤三处理的烟气从脱硝塔10的烟气入口进入脱硝塔10。循环泵19启动，使得浆液储存罐16内的脱硝浆液从喷淋头11喷出。鼓氧装置13启动，向脱硝塔10内鼓入空气。烟气中的二氧化硫与喷淋出的脱硝浆液中的石灰石反应生成亚硫酸钙或亚硫酸氢钙，亚硫酸钙或亚硫酸氢钙被鼓入空气中的氧气氧化为石膏(即硫酸钙)。摩尔比为1:1的一氧化氮与二氧化氮被喷淋出的脱硝浆液吸收，与水反应生成亚硝酸(HNO2)。亚硝酸与脱硝浆液内的尿素反应，生成氮气(N2)、二氧化碳(CO2)和水(H2O)，达到深度脱硝的目的。喷淋出的脱硝浆液到达脱硝塔10内喷淋区的底部后从脱硝塔10的循环出口重新进入浆液储存罐16，实现循环利用。
尿素储存罐4持续向浆液储存罐16输送尿素，石灰石剂供给装置持续向浆液储存罐16输送石灰石，以维持脱硝浆液内尿素和石灰石的质量浓度。脱硝浆液中的吸收剂在反应中不损耗，仅在长时间使用中因泄漏渗出等原因产生少量消耗。吸收剂出现损耗的情况下，能够从第二给料口18添加。
步骤五、经脱硝浆液喷淋的烟气通过除雾器20进行除雾后，从脱硝塔10顶部的净化气体出口进入尾部烟道21，进行排放。

Claims (7)

1.臭氧结合尿素联用SNCR的烟气脱硝装置，包括SNCR喷射装置、尿素水解装置、尿素储存罐、静电除尘器、臭氧喷射装置、臭氧发生器、脱硝塔、浆液储存罐、循环泵和尾部烟道；其特征在于：所述的SNCR喷射装置设置在锅炉内腔的顶部；所述的SNCR喷射装置的输入口与尿素水解装置的输出口连接；所述尿素水解装置的输入口与尿素储存罐的输出口连接；所述静电除尘器的输入口与锅炉的出烟口连接，输出口与臭氧喷射装置的烟气输入口连通；臭氧喷射装置的臭氧输入口与臭氧发生器的臭氧输出口连通；
所述的脱硝塔包括塔体和喷淋头；所述的塔体内设置有喷淋区和除雾区；除雾区位于喷淋区的上方；塔体内的除雾区内设置有除雾器；塔体内喷淋区的底部开设有进氧口和循环出口，中部开设有烟气入口，顶部设置有喷淋头；脱硝塔的循环出口与浆液储存罐的循环进液口连接，烟气入口与臭氧喷射装置的输出口通过第二引风机连接；所述喷淋头的进液口与浆液储存罐的出液口通过循环泵连接；设置在塔体顶部的净化气体出口与尾部烟道连通；所述的浆液储存罐内存储有脱硝浆液；脱硝浆液内含有尿素和吸收剂；浆液储存罐上开设有第一给料口；浆液储存罐的第一给料口与尿素储存罐的输出口连接。
2.根据权利要求1所述的臭氧结合尿素联用SNCR的烟气脱硝装置，其特征在于：所述的脱硝浆液内还含有石灰石；塔体内喷淋区的底部还开设有进氧口；所述塔体的进氧口与鼓氧装置的输出口连接；所述塔体的内腔还设置有位于喷淋区下方的沉淀区；塔体内沉淀区的底部设置有沉淀移出门；塔体与石膏回收装置通过沉淀移出门连接；浆液储存罐上还开设有第二给料口；第二给料口与石灰石供给装置连通。
3.根据权利要求2所述的臭氧结合尿素联用SNCR的烟气脱硝装置，其特征在于：在脱硝浆液中，石灰石的质量浓度为30％；尿素的质量浓度为1％～20％；吸收剂在脱硝浆液中的尿素质量浓度为0.1-5％；所述的吸收剂为二甲基亚砜。
4.根据权利要求1所述的臭氧结合尿素联用SNCR的烟气脱硝装置，其特征在于：还包括空气预热器；所述的空气预热器设置在锅炉的出烟口与静电除尘器之间。
5.根据权利要求1所述的臭氧结合尿素联用SNCR的烟气脱硝装置，其特征在于：所述静电除尘器与臭氧喷射装置之间的管道内设置有一氧化氮浓度检测传感器。
6.根据权利要求1所述的臭氧结合尿素联用SNCR的烟气脱硝装置，其特征在于：所述的尿素储存罐内装有尿素。
7.如权利要求2所述的臭氧结合尿素联用SNCR的烟气脱硝装置的脱硝方法，其特征在于：步骤一、尿素水解装置将尿素储存罐传输来尿素水解为氨和二氧化碳传输给SNCR喷射装置进行喷洒，使得氨与被排放烟气内的氮氧化物发生还原反应；
步骤二、经过步骤一处理的烟气通过静电除尘器；静电除尘器去除烟气中的固体颗粒污染物；
步骤三、经步骤二处理的烟气流入臭氧喷射装置；臭氧发生器启动，将氧气经放电生成的臭氧输入臭氧喷射装置；臭氧流入臭氧喷射装置的摩尔流量与烟气中一氧化氮流入臭氧喷射装置的摩尔流量的比值在2:5～3:5之间；臭氧与烟气中的一氧化氮反应，生成二氧化氮；
步骤四、经步骤三处理的烟气从脱硝塔的烟气入口进入脱硝塔；循环泵启动，使得浆液储存罐内的脱硝浆液从喷淋头喷出；鼓氧装置启动，向脱硝塔内鼓入空气；烟气中的二氧化硫与喷淋出的脱硝浆液中的石灰石反应生成亚硫酸钙或亚硫酸氢钙，亚硫酸钙或亚硫酸氢钙被鼓入空气中的氧气氧化为石膏；一氧化氮与二氧化氮被喷淋出的脱硝浆液吸收，生成亚硝酸；亚硝酸与脱硝浆液内的尿素反应，生成氮气、二氧化碳和水；喷淋出的脱硝浆液到达脱硝塔内喷淋区的底部后从脱硝塔的循环出口重新进入浆液储存罐；
步骤五、经脱硝浆液喷淋的烟气通过除雾器进行除雾后，从脱硝塔顶部的净化气体出口进入尾部烟道。
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