CN109331623A - 一种基于前置氧化的锅炉烟气污染物钙法一体化深度脱除系统 - Google Patents

一种基于前置氧化的锅炉烟气污染物钙法一体化深度脱除系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于前置氧化的锅炉烟气污染物钙法一体化深度脱除系统，按烟气流程顺序包括：臭氧发生装置，吸收塔主体两侧分别设有的进气烟道，环形烟气室，格栅式托盘，下腔室鼓泡区，上升通道，上腔室相变凝聚器及除雾区，换热器及排气烟囱；本发明涉及的主要的脱除设施有臭氧发生装置、中腔室喷淋层、中腔室格栅式托盘、喷射管路和上腔室相变凝聚器，可使含有SO2、NOx的烟气被臭氧氧化后，先后经历洗涤喷淋、持液托盘、鼓泡脱除和增湿喷淋共四次脱除，相变凝聚装置与除雾器保证了颗粒物的脱除，最终使脱硫脱硝除尘效率达到“超净排放”的标准。此外，排气烟囱安置在脱硫塔顶部，形成脱除‑排放一体的设备，减少了占地面积。

Description

一种基于前置氧化的锅炉烟气污染物钙法一体化深度脱除 系统
技术领域
本发明涉及能源动力及环境工程领域，特别指一种基于前置氧化的锅炉烟气污染物钙法一体化深度脱除系统
背景技术
燃煤电站、工业窑炉是主要的燃煤污染排放源。按照《煤电节能减排升级与改造行动计划2014-2020 年》和《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的规划，我国所有具备改造条件的燃煤电厂和新建燃煤发电机组的污染物排放浓度要达到超低排放水平(在6％氧含量下，烟尘、SO2、NOx排放浓度低于10、35、50mg/Nm3)。随着环保要求日益严格，靠单一技术升级已很难满足燃煤产生SO2、NOx和PM 的深度脱除要求。未来燃煤电站必然面临着能耗越来越低、环保标准越来越严格的问题，目前燃煤烟气污染物SO2、NOx和PM控制技术路线有很大改进空间。
对于新建电厂，除了增加催化剂层数，寻找更低成本的脱硝技术是目前脱硝面临的一个问题。在众多的脱硝技术中，一个可行且成本比SCR脱硝技术成本低的技术是将NO氧化成高价的NOx等，并在吸收塔中将其与SO2一同脱除，实现NOx的深度脱除，这一技术主要包括氧化和吸收两个步骤。臭氧是一种没有二次污染的清洁强氧化剂，基于臭氧前置氧化技术，将低价态的NO氧化成可溶性更高的NO2或更高价态的NOx，并通过钙基浆液进行吸收。
石灰石-石膏湿法脱硫技术是我国燃煤电站主流脱硫技术，该技术的占比超过90％。吸收塔是湿法脱硫的核心装置，目前应用较多的是喷淋塔和鼓泡塔。喷淋塔是当前燃煤电站锅炉脱硫工艺的主流塔型，其塔内气液接触面积大，烟气流动阻力小，但存在喷嘴易堵塞磨损的问题，对于1μm左右的微尘脱除效率不高。鼓泡脱硫技术由日本千代田公司开发，该技术将烟气通过插入浆液的喷射管直接通入浆液形成鼓泡区，在鼓泡区内发生SO2的吸收、氧化等过程，通过调整浸液深度可以使脱硫效率达到95％以上；该技术省去了循环泵、喷嘴等，将氧化区和脱硫反应区整合在一起，但由于鼓泡塔的脱硫效率与喷射管插入液面的深度正相关，达到较高的脱硫效率需要喷射管插入液面更深，因此存在系统阻力大、电耗高等问题，并容易产生结垢和堵塞。鼓泡塔对于1μm左右的粉尘捕集效率达到80％，原因在于塔内存在较厚的泡沫层，具有类似水膜除尘的效果，这对细微粉尘有很高的脱除效率。
发明内容
本发明提出一种基于前置氧化的锅炉烟气污染物钙法一体化深度脱除系统，将喷淋和鼓泡两种脱除方式结合在一起，解决了现有技术中能耗高、易堵塞和流场不均的问题，并可使燃煤污染物脱除效率达到国家“超低排放”的要求。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于前置氧化的锅炉烟气污染物钙法一体化深度脱除系统，其特征在于，包括：吸收塔本体、所述吸收塔侧壁处的进气烟道，所述吸收塔入口处安置有臭氧发生装置，所述吸收塔出口的烟囱，所述烟囱内的换热器，所述吸收塔内的上腔室、中腔室和下腔室，所述吸收塔上腔室内包括波纹板除雾器及相变凝聚器，所述中腔室内包括环形烟气室、上升通道、喷淋层、格栅式托盘和喷射管路，所述下腔室内包括浆液容纳池、搅拌器。
进一步的，塔体为酒瓶状结构。
进一步的，塔侧壁设有两个烟气入口，所述的臭氧发生装置安置在进气烟道分离前。
进一步的，中腔室内的环形烟气室下端布置有格栅式的托盘。
进一步的，上腔室喷淋层为一层，中腔室喷淋层至少一层。
优选的，中腔室喷射管插入深度5-10cm。
本发明中的锅炉烟气污染物钙法一体化深度脱除系统脱硫效率在最佳运行工况下可达100％，PM捕集率≥70％，结合前置氧化技术，脱硝效率≥70％。比传统喷淋塔能耗低30％；脱硫副产物石膏品质明显提高，达到可售标准，实现了废物利用；脱硫水耗降低。
附图说明
为了更好地描述说明本发明中的技术方案及装置，下面将对上述中的发明装置附图来作简单的介绍。
图1是本发明基于前置氧化的燃煤锅炉污染物(SO2、NOX、PM)一体化深度脱除吸收塔的平面结构示意图；图2是本发明基于前置氧化的燃煤锅炉污染物(SO2、NOX、PM)一体化深度脱除吸收塔的俯视示意图
图中：
1、臭氧发生装置；2、进气烟道；3、中腔室喷淋层；4、中腔室环形烟气室；5、格栅式托盘；6、喷射管；7、搅拌器；8、浆液循环泵；9、相变凝聚器；10、波纹板除雾器；11、换热器；12、排气烟囱； 13、吸收塔塔体；14、进气烟道挡板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例中仅仅是本发明部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得得所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于前置氧化的锅炉烟气污染物钙法一体化深度脱除系统，塔主体13为酒瓶状的结构，包括：进气烟道2，以及安置在进气烟道2入口处的臭氧发生装置1，进气烟道2位于中腔室环形烟气室4侧壁，中腔室环形烟气室4内有至少一层的中腔室喷淋层3，中腔室环形烟气室4底端布置有格栅式托盘 5，格栅式托盘5下方有若干喷射管6，喷射管6插入吸收液5-10cm，吸收液内有搅拌器7，上腔室喷淋层8均匀布置在中腔室环形烟气室4上方，相变凝聚器9安置在上腔室喷淋层8上端，波纹板除雾器10与相变凝聚器9连接，排气烟囱12内布置有换热器11，浆液循环泵8安置在吸收塔底端。如图2所示，一种基于前置氧化的锅炉烟气污染物钙法一体化深度脱除系统的俯视图，臭氧发生装置1位于进气烟道2分离前，为保证进气烟道烟气流量均匀，烟道2内布置有烟气挡板15用以调节。
含有SO2、NO和小粒径颗粒物的燃煤锅炉烟气先经过臭氧发生装置1，与臭氧发生装置1产出的臭氧进行预混合，大部分NO被氧化成更高价态NOx，氧化后的烟气一分为二，分别通过进气烟道2从塔体14两侧进入中腔室环形烟气室4，中腔室环形烟气室4内的中腔室喷淋层3，本发明中中腔室喷淋层3至少为1层，每层喷淋层对应一台浆液循环泵12和若干浆液喷嘴，吸收浆液为石灰石浆液，浆液循环泵连续泵送石灰石浆液至中腔室喷淋层3和上腔室喷淋层8，经螺旋喷嘴后形成较大的气液接触面，在中腔室环形烟气室4内与烟气中的SO2、高价NOx和颗粒物发生反应、碰撞，小颗粒物发生沉降、团聚，完成对污染物的一次脱除。
喷淋的浆液在格栅式托盘5上保有一定的持液量，与反应后的低浓度SO2、NOx继续反应，并起到均匀烟气流场的作用，格栅平均尺寸为1.5cm*1.5cm的小孔，位于喷射管6的上方。由于托盘5的持液面积大，可使上方的中腔室喷淋层3的流量较小，达到循环泵电耗降低的目的。颗粒物经历亲水团聚，在烟气流通中会被持液进行捕捉、分离，完成对污染物的二次脱除。
中腔室环形烟气室4底端固定若干喷射管6，优选的，喷射管6为PVC材质。喷射管底均布8mm左右的喷射孔，喷射管6插入浆液液面5-10cm。下腔室由于鼓泡的作用，会形成反应区、氧化区、泡沫层等不同区域，含有少量SO2和NOx、颗粒物的烟气在下腔室经历水浴、泡沫层两次次气液掺混过程，具有比同等条件下喷淋塔或鼓泡塔更充分的气液接触，泡沫层能很好的吸附、拦截细小颗粒物，完成对污染物的三次脱除，达到深度净化烟气的目的。烟气中的SO2和NOx与吸收浆液反应后的脱硫副产物，品质较高，经排液泵排出处理后可达可售品质。为防止石灰石浆液放生液固分离，喷射管6下方布置有搅拌器7，搅拌器 7不断对浆液进行搅拌。
三次脱除后的净烟气从上升通道流至上腔室喷淋层8，通过上腔室喷淋层8喷淋的浆液与烟气逆向接触，降低烟气夹带的小液滴，上腔室喷淋层8上端设置有相变凝聚器9，相变凝聚器9可以团聚亚微米级细颗粒物，团聚后的粒径颗粒物通过波纹板除雾器10，在惯性力的作用下形成沉积，保证了PM达到排放标准，完成污染物的四次脱除。经相变凝聚器9和波纹板除雾器10后的净烟气经过换热器11。
经历四次脱除后的净烟气温度较低，需换热后达到有利于烟气扩散的温度，换热器11是通过吸收塔前的烟气作为换热工质，保证了换热后的烟气温度达到80℃附近，换热后的烟气从排气烟囱13排至大气。
本发明的塔体直径根据实际锅炉机组大小及烟气量确定，在单个进气烟道2内流速1-5m/s，可确定进气烟道的横截面积，喷射管的数量根据每根管的流速确定。
臭氧发生装置1的规格根据吸收塔入口处的烟气量及NO含量确定，按O3∶NO摩尔比0.9-1.1确定臭氧发生装置的额定产量，气源为氧气源，工作压力在0.095MPa±5％。
总之，本发明所设计的吸收塔为酒瓶状，且省去了传统燃煤电厂中的SCR、多台循环泵及烟囱的占地面积，依靠臭氧前置氧化，将NO氧化成更易溶于水的高价NOx，先后经历了中腔室喷淋层、托盘、鼓泡和上腔室相变凝聚四次脱除，使净烟气中的烟尘、SO2、NOx排放浓度分别低于10、35、50mg/Nm3，且具有能耗低的优势。

Claims (7)

1.一种基于前置氧化的锅炉烟气污染物钙法一体化深度脱除系统，其特征在于，包括：吸收塔本体、所述吸收塔侧壁处的进气烟道，所述吸收塔入口处安置有大规模臭氧发生装置，所述吸收塔顶部的烟囱，所述烟囱内装有换热器，所述吸收塔内的上腔室、中腔室和下腔室，所述吸收塔上腔室内包括相变凝聚器和波纹板除雾器、气溶胶拦截装置，所述中腔室进气室、上升通道、喷淋层、格栅式托盘和喷射管路，所述下腔室内包括浆液容纳池、搅拌器。
2.根据权利要求1所述的一种基于前置氧化的锅炉烟气污染物钙法一体化深度脱除系统，其特征在于，塔主体为酒瓶状结构。
3.根据权利要求1所述的一种基于前置氧化的锅炉烟气污染物钙法一体化深度脱除系统，其特征在于，塔侧壁设有两个烟气入口，所述大规模臭氧发生装置安置在烟气分离前。
4.根据权利要求1所述的一种基于前置氧化的锅炉烟气污染物钙法一体化深度脱除系统，其特征在于，中腔室内的环形烟气室下端布置有格栅式的托盘。
5.根据权利要求1所述的一种基于前置氧化的锅炉烟气污染物钙法一体化深度脱除系统，其特征在于，上腔室布置有相变凝聚器。
6.根据权利要求1所述的一种基于前置氧化的锅炉烟气污染物钙法一体化深度脱除系统，其特征在于，中腔室喷淋层至少为一层。
7.根据权利要求1所述的一种基于前置氧化的锅炉烟气污染物钙法一体化深度脱除系统，其特征在于，中腔室喷射管插入深度5-10cm。
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