CN110013750B - 基于氧化法和凝并吸收脱硫脱硝脱汞的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于氧化法和凝并吸收脱除NOx、SOx、Hg的装置及方法，其基本流程为锅炉炉膛出口烟气经水平烟道中的一级烟气冷却器降温后在臭氧和过氧化氢的协同作用下，烟气中的NOx、SOx、Hg被氧化为高价态物质，随后烟气流经二级烟气冷却器进一步降温，伴随烟气温度的降低，烟气中的气态酸性物、水蒸气凝并吸收于烟气飞灰或烟道喷吹的碱性氧化物中，凝并吸收后的灰颗粒进入静电除尘器脱除，达到同时脱硫脱硝脱汞的目的；本发明实现了臭氧与过氧化氢协同脱除烟气中污染物，对煤种适应性高，简单、高效且没有液体废物产生，对设备腐蚀小、维护成本低，使用寿命长；同时，由于不采用湿法脱硫，可以显著减少白色“烟羽”的产生。
Description
技术领域
本发明属于氮、硫氧化物及重金属汞环境污染治理技术领域，具体涉及一种基于氧化法和凝并吸收脱硫脱硝脱汞的装置及方法。
背景技术
煤燃烧产生的大量的硫氧化物、氮氧化物、汞以及有机污染物是大气污染的主要来源，同时也对人体健康造成极大的危害。环保要求的日益提高对燃煤电厂污染物的处理提出了更高的要求。目前脱硫工艺中湿法脱硫由于其脱硫效率高应用最为广泛，但存在工艺复杂、设备庞大投资大、水耗电耗大、运行成本高等缺点，尤其还存在设备腐蚀、堵塞、二次污染等难以解决的问题；半干法、干法脱硫相对于湿法脱硫有投资小、能耗低的特点，但其脱除效果不理想。烟气脱硝技术主要有选择性催化还原和选择性非催化还原两种。选择性催化还原法的脱硫效率可达80％-90％，但其催化剂成本高且需定期更换，此外操作温度要求高达300-450℃，工程应用受限。而选择性非催化还原由于脱硝效率低以及工艺操作要求温度更高更难以应用到实际中。如上所述的技术都是单一污染物控制，具有较大的局限性：各系统独立运行，忽略了系统间的协同作用，难以达到超净排放；系统复杂而庞大，运行维护费用高，能耗、电耗高等。因此，急需开发一种深度脱硫脱硝脱汞、工艺简单可靠、运营成本低、以实现工程化应用的新方法。
CN201610137024.0提供了一种将等离子脱硫脱硝技术、过氧化氢催化活化技术和臭氧高级氧化脱硫脱硝技术中的两种或三种技术应用在一个方案中的方法及装置。该发明忽略了臭氧与过氧化氢在氧化过程中的协同作用，未考虑臭氧在温度150℃以上时的分解，同时过氧化氢需要催化剂作用产生羟基自由基，催化剂价格高昂且需定期更换。而单纯使用臭氧氧化烟气中氮氧化物、硫氧化物的方法，可以达到较高的脱硫脱硝效率，但臭氧制备的价格昂贵。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于氧化法和凝并吸收脱硫脱硝脱汞的装置及方法，可对锅炉本体出口烟气中的NOX、SOX及重金属汞等实现深度氧化和深度冷却并通过向烟道中喷洒碱性氧化物粉末的方式将烟气被氧化后的高价态物质凝并吸收于灰颗粒中，实现超净排放。
为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案如下：
一种基于氧化法和凝并吸收脱硫脱硝脱汞的装置，包括空气预热器1，所述空气预热器1布置在锅炉尾部烟道内，锅炉本体通过烟道与静电除尘器14烟气入口连通；水平烟道前端布置有一级烟气冷却器3，中部开烟道口与氧化剂混合器9连通。氧化剂混合器9壳侧与氧气罐4连通，连通管路上布置有臭氧发生器5、流量阀和泵，管侧依此与过氧化氢蒸气发生器8、蠕动泵7和过氧化氢溶液储罐6连通；竖直烟道侧壁下部开烟气抽气口，并通过风机11加压后携带固体碱性氧化物粉末从竖直烟道上部开口送入竖直烟道内布置的喷吹装置12或使用压缩空气携带固体氧化物粉末进入喷吹装置12；与静电除尘器14连通的水平烟道中布置有二级烟气冷却器13；静电除尘器14中的灰与布置在竖直烟道底部的落灰口15中的灰一同送入灰渣处理装置10；静电除尘器14的烟气出口通过烟道与引风机16和烟囱17相连通。
所述一级烟气冷却器3用于确保烟气温度降低到90-100℃，提高凝并吸收脱除烟气中NOX、SOX的效率。
所述二级烟气冷却器13将烟气温度降低到80-85摄氏度，利用热泳力和扩散泳力将烟气中灰颗粒凝并成大颗粒，提高静电除尘器脱除效率。
所述二级烟气冷却器13可采用密排管式换热器或H型翅片管换热器、双H型翅片管换热器、4H型翅片管换热器或螺旋型翅片管；这些类型换热器对烟气具有整流效果，可提高静电除尘器除尘效率。
所述氧化剂混合器9参照引射器结构设计，过氧化氢蒸气走管程，臭氧走壳程，过氧化氢蒸气闪蒸温度为135-145℃，臭氧在此温度下分解严重，采用引射器结构可大程度避免过氧化氢蒸气和臭氧的无效分解，提高氮硫氧化物的氧化效率。
所述空气预热器1加热空气后，可将一部分热空气输送到引风机16后与烟气混合，避免了“烟羽”的产生。
所述二级烟气冷却器13表面、氧气罐4、臭氧发生器5、过氧化氢溶液储罐6、蠕动泵7、过氧化氢蒸气发生器8及氧化剂混合器9与输送管路、喷头、阀门、喷吹装置12及输送管路、静电除尘器14的内表面以及烟道内氧化剂与烟气的混合区域涂覆惰性耐磨损材料涂层。
所述惰性耐磨损材料为二氧化硅氟塑料或陶瓷。
所述喷吹装置12由四根布置在烟道四周的输粉管道组成，每个输粉管道上开有若干个孔，固体碱性氧化物粉末由孔喷出在烟道中形成四墙切圆的流动形态，同时起到了扰动烟气流动加强固体碱性氧化物与烟气混合的作用。
所述的一种基于氧化法和凝并吸收脱硫脱硝脱汞的装置进行脱硫脱硝脱汞的方法：锅炉本体排烟经过水平烟道中的一级烟气冷却器3降温后，与氧化剂混合器9喷入水平烟道中的氧化剂充分混合，其中过氧化氢蒸气通过过氧化氢蒸气发生器8制备，臭氧通过臭氧发生器5制备，过氧化氢蒸气与臭氧按一定比例送入氧化剂混合器9充分混合喷入水平烟道中；在过氧化氢和臭氧的协同作用下烟气中的NOX、SO2、Hg被深度氧化为高价态物质，随后烟气流经二级烟气冷却器13进一步降温；伴随烟气温度的降低，烟气中的气态酸性氧化物和水蒸气吸收凝并于烟气飞灰或烟道喷吹的碱性氧化物(如氧化钙)中，凝并吸收后的灰颗粒随烟气进入静电除尘器14脱除，达到同时脱硫脱硝脱汞的目的；为保证烟气与固体碱性氧化物的充分混合，竖直烟道顶部加装喷吹装置12；二级烟气冷却器13降温过程中，在管间热泳力和扩散泳力的作用下进一步加剧凝并吸收，并达到整流的目的；静电除尘器14捕集的灰分与落灰口15中的灰一同送入灰渣处理装置10中，通过后续工艺处理重复利用；净化后的烟气与来自空气预热器1的一部分热风混合后通过引风机16输送至烟囱17排放至大气中，达到消白的目的。
所述固体碱性氧化物粉末与烟气中污染物的摩尔比为(1.1～1.3)：1,当烟气飞灰中的碱性氧化物含量足够时，喷吹装置(12)停止向烟道中喷吹固体碱性氧化物粉末；
所述氧化剂中臭氧和过氧化氢的混合比例为(0.6～1.5)：1；
所述过氧化氢和臭氧混合气体与烟气中的污染物的摩尔比为(0.7～1.2):1。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)本发明采用氧化法、深度冷却和吸收凝并的干法工艺，利用了廉价的过氧化氢代替部分臭氧作为氧化剂深度氧化烟气中的NOx、SOx以及重金属汞，并且利用臭氧和过氧化氢的协同作用，增强了氧化剂的氧化效率，提高了烟气污染物的脱除效率。
2)本发明为干法工艺，实现了同时对NOx、SOx以及重金属汞的深度冷却氧化、凝并吸收脱除，工艺简单高效，且没有液体废物产生，最大限度降低了氧化产物对设备的腐蚀损害。
3)本发明充分考虑了闪蒸后的过氧化氢与臭氧混合时造成的臭氧无效分解，将引射器结构巧妙地利用在氧化剂混合器中，尽量避免了臭氧因高温的分解。
4)本发明中将一部分空气预热器加热后的热空气与引风机后的烟气混合通过烟囱一起排出，避免了“烟羽”的产生。
附图说明
图1为一种基于氧化法和凝并吸收脱硫脱硝脱汞的装置示意图。
图2为喷吹装置俯视图。
图中：1、空气预热器；2、控制阀；3、一级烟气冷却器；4、氧气罐；5、臭氧发生装置；6、过氧化氢溶液储罐；7、蠕动泵；8、过氧化氢蒸气发生器；9、氧化剂混合器；10、灰渣处理装置；11、风机；12、喷吹装置；13、二级烟气冷却器；14、静电除尘器；15、落灰口；16、引风机；17、烟囱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构和工作原理作进一步的描述。
如图1所述，本发明一种基于氧化法和凝并吸收脱硫脱硝脱汞的装置，包括空气预热器1，所述空气预热器1布置在锅炉尾部烟道，锅炉本体通过烟道与静电除尘器14烟气入口连通；水平烟道前端布置有一级烟气冷却器3，中部开烟道口与氧化剂混合器9连通。氧化剂混合器9壳侧与氧气罐4连通，连通管路上布置有臭氧发生器5、流量阀和泵，管侧依此与过氧化氢蒸气发生器8、蠕动泵7和过氧化氢溶液储罐6连通；竖直烟道侧壁下部开烟气抽气口，并通过风机11加压后携带碱性固体氧化物粉末从竖直烟道上部开口送入竖直烟道内布置的喷吹装置12；与静电除尘器14连通的水平烟道中布置有二级烟气冷却器13；静电除尘器14中的灰与布置在竖直烟道底部的落灰口15中的灰一同送入灰渣处理装置10；静电除尘器14的烟气出口通过烟道与引风机16和烟囱17相连通。
如图2所示，所述喷吹装置12由四根布置在烟道四周的输粉管道组成，每个输粉管道上开有若干个孔，固体碱性氧化物粉末由孔喷出在烟道中形成四墙切圆的流动形态，同时起到了扰动烟气流动加强固体碱性氧化物与烟气混合的作用。
本发明基于氧化法和凝并吸收脱硫脱硝脱汞的装置进行脱硫脱硝脱汞的方法如下：
锅炉本体出口烟气经过水平烟道中的一级烟气冷却器3降温后，与氧化剂混合器9喷入水平烟道中的氧化剂充分混合，其中过氧化氢蒸气通过过氧化氢蒸气发生器8制备，臭氧通过臭氧发生器5制备，过氧化氢蒸气与臭氧按一定比例送入氧化剂混合器9充分混合喷入水平烟道中；在过氧化氢和臭氧的协同作用下烟气中的NOX、SO2、Hg被深度氧化为高价态物质，随后烟气流经二级烟气冷却器13进一步降温；伴随烟气温度的降低，烟气中的气态酸性氧化物和水蒸气吸收凝并于烟气飞灰或烟道喷吹的碱性氧化物(如氧化钙)中，凝并吸收后的灰颗粒随烟气进入静电除尘器14脱除，达到同时脱硫脱硝脱汞的目的。为保证烟气与固体碱性氧化物的充分混合，竖直烟道顶部加装喷吹装置12；二级烟气冷却器13降温过程中，在管间热泳力和扩散泳力的作用下进一步加剧凝并吸收，并达到整流的目的；静电除尘器14捕集的灰分与落灰口15中的灰一同送入灰渣处理装置10中，通过后续工艺处理重复利用。净化后的烟气与来自空气预热器1的一部分热风混合后通过引风机16输送至烟囱17排放至大气中，达到消白的目的。
实施例1：
锅炉本体排烟经过一级烟气冷却器3降温至98℃后，与氧化剂混合器9喷入水平烟道中的氧化剂充分混合，其中过氧化氢蒸气通过过氧化氢蒸气发生器8制备，臭氧通过臭氧发生器5制备，过氧化氢蒸气与臭氧按1：1.5的比例送入氧化剂混合器9充分混合喷入水平烟道中；系统中水平烟道烟气入口处烟气温度为140℃，烟气中SO2的浓度为2000mg/m3，NOX浓度为300mg/m3，Hg的浓度为20μg/m3,臭氧和过氧化氢混合气体与烟气中污染物的摩尔比为1.2：1。在氧化剂的作用下，烟气中的NOX、SO2、Hg被深度氧化为高价态物质；随后流经二级烟气冷却器降温至85℃，在降温的过程中，烟气中的气态酸性物、水蒸气吸收凝并于烟道喷吹或烟气飞灰中的碱性氧化物中；其中碱性氧化物粉末与烟气中污染物的摩尔比为1.2：1；凝并吸收后的灰颗粒进入静电除尘器14实现烟气中污染物的脱除，净化后的烟气与来自空气预热器1的一部分热风混合后通过引风机16输送至烟囱18排放至大气中，达到消白的目的。通过检测烟气处理前后的污染物浓度，可知该工艺的脱硫效率100％，脱硝效率95％，脱汞效率100％。
实施例2：
锅炉本体排烟经过一级烟气冷却器3降温至95℃后，与氧化剂混合器9喷入水平烟道中的氧化剂充分混合，其中过氧化氢蒸气通过过氧化氢蒸气发生器8制备，臭氧通过臭氧发生器5制备，过氧化氢蒸气与臭氧按1：1.2的比例送入氧化剂混合器9充分混合喷入水平烟道中；系统中水平烟道烟气入口处烟气温度为140℃，烟气中SO2的浓度为2000mg/m3，NOX浓度为300mg/m3，Hg的浓度为20μg/m3,臭氧和过氧化氢混合气体与烟气中污染物的摩尔比为0.9：1。在氧化剂的作用下，烟气中的NOX、SO2、Hg被深度氧化为高价态物质；随后流经二级烟气冷却器降温至82℃，在降温的过程中，烟气中的气态酸性物、水蒸气吸收凝并于烟道喷吹或烟气飞灰中的碱性氧化物中；其中固体碱性氧化物粉末与烟气中污染物的摩尔比为1.1：1；凝并吸收后的灰颗粒进入静电除尘器14实现烟气中污染物的脱除，净化后的烟气与来自空气预热器1的一部分热风混合后通过引风机16输送至烟囱18排放至大气中，达到消白的目的。通过检测烟气处理前后的污染物浓度，可知该工艺的脱硫效率99％，脱硝效率94％，脱汞效率100％。
Claims (8)
1.一种基于氧化法和凝并吸收脱硫脱硝脱汞的装置，包括空气预热器(1)，其特征在于：所述空气预热器(1)布置在锅炉尾部烟道内，锅炉本体通过烟道与静电除尘器(14)烟气入口连通；水平烟道前端布置有一级烟气冷却器(3)，水平烟道中部开烟道口与氧化剂混合器(9)连通；氧化剂混合器(9)壳侧与氧气罐(4)连通，氧化剂混合器(9)壳侧与氧气罐(4)连通的管路上布置有臭氧发生器(5)、流量阀和泵，氧化剂混合器(9)管侧依次与过氧化氢蒸气发生器(8)、蠕动泵(7)和过氧化氢溶液储罐(6)连通；竖直烟道侧壁下部开烟气抽气口，并通过风机(11)加压后携带固体碱性氧化物粉末从竖直烟道上部开口送入竖直烟道内布置的喷吹装置(12)或使用压缩空气携带固体碱性氧化物粉末进入喷吹装置(12)；与静电除尘器(14)连通的水平烟道中布置有二级烟气冷却器(13)；静电除尘器(14)中的灰与布置在竖直烟道底部的落灰口(15)中的灰一同送入灰渣处理装置(10)；静电除尘器(14)的烟气出口通过烟道与引风机(16)和烟囱(17)相连通；
锅炉本体出口烟气经过水平烟道中的一级烟气冷却器(3)降温后，与氧化剂混合器(9)喷入水平烟道中的氧化剂充分混合，其中过氧化氢蒸气通过过氧化氢蒸气发生器(8)制备，臭氧通过臭氧发生器(5)制备，过氧化氢蒸气与臭氧按预设比例送入氧化剂混合器(9)充分混合喷入水平烟道中；在过氧化氢和臭氧混合气体的协同作用下烟气中的NOX、SO2、Hg被深度氧化为高价态物质，随后烟气流经二级烟气冷却器(13)进一步降温；伴随烟气温度的降低，烟气中的气态酸性氧化物和水蒸气吸收凝并于烟气飞灰或烟道喷吹的碱性氧化物中，凝并吸收后的灰颗粒随烟气进入静电除尘器(14)脱除，达到同时脱硫脱硝脱汞的目的；为保证烟气与固体碱性氧化物粉末的充分混合，竖直烟道顶部加装喷吹装置(12)；二级烟气冷却器(13)降温过程中，在管间热泳力和扩散泳力的作用下进一步加剧凝并吸收，并达到整流的目的；静电除尘器(14)捕集的灰分与落灰口(15)中的灰一同送入灰渣处理装置(10)中，通过后续工艺处理重复利用；净化后的烟气与来自空气预热器(1)的一部分热风混合后通过引风机(16)输送至烟囱(17)排放至大气中，达到消白的目的。
2.根据权利要求1所述的一种基于氧化法和凝并吸收脱硫脱硝脱汞的装置，其特征在于：所述一级烟气冷却器(3)用于确保烟气温度降低到90-100℃；
所述二级烟气冷却器(13)将烟气温度降低到80-85℃，利用热泳力和扩散泳力将烟气中灰颗粒凝并成大颗粒。
3.根据权利要求1所述的一种基于氧化法和凝并吸收脱硫脱硝脱汞的装置，其特征在于：所述二级烟气冷却器(13)采用密排管式换热器或H型翅片管换热器或螺旋型翅片管换热器。
4.根据权利要求1所述的一种基于氧化法和凝并吸收脱硫脱硝脱汞的装置，其特征在于：所述氧化剂混合器(9)参照引射器结构设计。
5.根据权利要求1所述的一种基于氧化法和凝并吸收脱硫脱硝脱汞的装置，其特征在于：所述二级烟气冷却器(13)表面、氧气罐(4)、臭氧发生器(5)、过氧化氢溶液储罐(6)、蠕动泵(7)、过氧化氢蒸气发生器(8)及氧化剂混合器(9)与输送管路、喷头、阀门、喷吹装置(12)及输送管路、静电除尘器(14)的内表面以及烟道内氧化剂与烟气的混合区域涂覆惰性耐磨损材料涂层。
6.根据权利要求5所述的一种基于氧化法和凝并吸收脱硫脱硝脱汞的装置，其特征在于：所述惰性耐磨损材料为二氧化硅、氟塑料或陶瓷。
7.根据权利要求1所述的一种基于氧化法和凝并吸收脱硫脱硝脱汞的装置，其特征在于：所述喷吹装置(12)由四根布置在烟道四周的输粉管道组成，每个输粉管道上开有若干个孔，固体碱性氧化物粉末由孔喷出在烟道中形成四墙切圆的流动形态，同时起到了扰动烟气流动加强固体碱性氧化物与烟气混合的作用。
8.根据权利要求1所述的一种基于氧化法和凝并吸收脱硫脱硝脱汞的装置，其特征在于：所述固体碱性氧化物粉末与烟气中污染物的摩尔比为(1.1～1.3)：1,当烟气飞灰中的碱性氧化物含量足够时，喷吹装置(12)停止向烟道中喷吹固体碱性氧化物粉末；
所述氧化剂中臭氧和过氧化氢的混合比例为(0.6～1.5)：1；
所述过氧化氢和臭氧混合气体与烟气中的污染物的摩尔比为(0.7～1.2):1。
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