CN110115927A - 一种含氨废气超低氮排放处理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含氨废气超低氮排放处理方法及系统，所述系统包括含氨废气输送管道、含氧气体输送管道、可燃气体输送管道、预混室、复杂迷宫通道反应器、尾气输送管道及烟囱；所述可燃气体输送管道与设于复杂迷宫通道反应器上的燃烧器相连；含氨废气输送管道、含氧气体输送管道分别连接预混室的入口，预混室的出口连接复杂迷宫通道反应器的混合气体入口，复杂迷宫通道反应器的尾气出口通过尾气输送管道连接烟囱；本发明利用复杂迷宫通道反应器实现低浓度氨气局部浓缩表面反应及多种有机物的耦合交互氧化反应，同时实现氮氧化物的多级还原转化，最终实现含氨有机废气的超低氮污染物排放。
Description
技术领域
本发明涉及工业废气净化处理技术领域，尤其涉及一种含氨废气超低氮排放处理方法及系统。
背景技术
氨气(NH3)作为一种恶臭气体已经被我国列入恶臭污染物排放标准，其对人体和环境能造成极大的危害，是直接造成PM2.5的重要来源，氨气与SO2，NOx以及VOCs反应生成气溶胶颗粒物，漂浮在空气中会降低空气的能见度，降在土壤里会使土壤酸化，沉在湖泊里会使湖泊营养化，这些气溶胶颗粒的主要成分是(NH4)2SO4和NH4NO3。可以说，氨气是促成PM2.5形成的“催化剂”。
目前许多行业(如火电行业)都在大量使用氨法脱硝工艺(SCR法)，SCR法已成为国际上火电厂NOx排放控制的主流技术，国内已建成和在建的烟气脱硝工程96％以上采用SCR工艺。此工艺不可避免的会造成氨逃逸的现象。其他行业如油漆生产等行业也会产生氨废气，且浓度往往超过10％。据统计，现在中国每年的氨排放量超过1300万吨，占全球排放总量的20％以上。
传统处理氨气的方法主要有生物法、物理法和化学法，三种方法在工业上均有应用，生物法是靠微生物的生命代谢活动降解氨气，但生物降解易受环境影响，而工业氨废气常常是多组分废气，除氨气外的组分可能会抑制微生物的生命代谢活动，从而影响降解，比如对降解氨气影响最大的组分为氧气，因为降解氨气的菌种为厌氧菌，故生物法处理含氧氨废气有很大的局限性。物理法主要分为吸收法和吸附法，吸收法利用氨是碱性气体和易溶于水的特性，用酸液对氨进行吸收中和后回收；吸附法利用活性炭等多孔物质吸附氨气分子，然后将吸附剂回收；但这两种方法本质上不能实现降解，仅仅实现了废气的转移，最终又产生了化工废水和固体废物。化学法包括等离子体法、催化氧化法等，等离子体法是利用高能量电子或自由基团撞击待降解分子使其分解，催化氧化是利用催化剂降低反应活化能后从而发生反应，这些方法均可有效去除废气中的氨气，但存在成本高、工业化难等问题，另外还有催化剂生产、回收、再生等难题。
发明内容
本发明提供了一种含氨废气超低氮排放处理方法及系统，利用复杂迷宫通道反应器实现低浓度氨气局部浓缩表面反应及多种有机物的耦合交互氧化反应，同时实现氮氧化物的多级还原转化，最终实现含氨有机废气的超低氮污染物排放。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种含氨废气超低氮排放处理方法，包括如下步骤：
1)通过燃烧器对复杂迷宫通道反应器进行加热，复杂迷宫通道反应器的反应器本体内设有蓄热体，蓄热体内预留有迷宫型通道,迷宫型通道在反应器本体内回旋盘绕，其比表面积≥1300m2/m3；
2)含氨废气和含氧气体混合后，通入已经升温到900℃～1100℃的复杂迷宫通道反应器内，控制混合气体中氨气的体积含量始终保持在2％～3％，氧气的体积百分比始终保持在15％～20％；混合气体在流经迷宫型通道的过程中进行充分反应，实现低浓度氨气局部浓缩表面反应及氮氧化物的多级还原转化，最终生成氮气和水；
3)混合气体在复杂迷宫通道反应器内的停留时间不少于1s；反应后的气体检测氨气及氮氧化物含量，达标后排放，如不达标需进行二次处理，二次处理采用将尾气掺入含氨废气中再循环或将尾气引入SCR脱硝装置的方式进行处理。
一种含氨废气超低氮排放处理系统，包括含氨废气输送管道、含氧气体输送管道、可燃气体输送管道、预混室、复杂迷宫通道反应器、尾气输送管道及烟囱；所述可燃气体输送管道与设于复杂迷宫通道反应器上的燃烧器相连；含氨废气输送管道、含氧气体输送管道分别连接预混室的入口，预混室的出口连接复杂迷宫通道反应器的混合气体入口，复杂迷宫通道反应器的尾气出口通过尾气输送管道连接烟囱；所述可燃气体输送管道上设流量控制器一；含氨废气输送管道上沿气体流动方向依次设风机一、氧气传感器一、氨气传感器一、流量控制器二；含氧气体输送管道上沿气体流动方向依次设风机二、氧气传感器二、流量控制器三；所述尾气输送管道上沿气体流动方向依次设氨气传感器二、氮氧化物传感器及阀门一；流量控制器一、氧气传感器一、氨气传感器一、流量控制器二、氧气传感器二、流量控制器三、氨气传感器二、氮氧化物传感器及阀门一分别连接控制系统。
所述阀门一上游的尾气输送管道上设二次处理气体出口，二次处理气体出口通过二次处理气体输送管道连接风机一上游的含氨废气输送管道，二次处理气体输送管道上设阀门二，阀门二连接控制系统。
所述阀门一上游的尾气输送管道上设二次处理气体出口，阀门一下游的尾气输送管道上设处理后气体入口，二次处理气体出口通过处理气体输送管道连接处理后气体入口，处理气体输送管道上沿气体流动方向依次设阀门三及SCR脱硝装置，阀门三连接控制系统。
所述复杂迷宫通道反应器由反应器本体、燃烧器、迷宫型通道、蓄热体、保温隔热层组成；所述反应器本体的两端分别设混合气体入口及尾气出口，其中对应混合气体入口的一端设燃烧器，反应器本体内设有蓄热体，通过在蓄热体中预留管状气流通道形成迷宫型通道,迷宫型通道在反应器本体内回旋盘绕，其比表面积≥1300m2/m3；迷宫型通道的一端设混合气体入口与预混室的出口相连，迷宫型通道的另一端设尾气出口与尾气输送管道相连；反应器本体的外侧设保温隔热层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)利用复杂迷宫通道反应器实现低浓度氨气局部浓缩表面反应及多种有机物的耦合交互氧化反应，同时实现氮氧化物的多级还原转化，最终实现含氨有机废气的超低氮污染物排放，经处理后的尾气中氨气及NOx几乎完全被清除；
2)能够将绝大部分的氨气转化为能量、氮气和水，实现整体处理效率的最大化；
3)含氨废气输送管道、含氧气体输送管道能够根据氨气、氧气的浓度自动控制进风量，保证进入复杂迷宫通道反应器中的混合气体具有最适宜的氨氧浓度，使处理效果达到最佳；
4)复杂迷宫通道反应器可以采用多种结构形式，如立式或卧式，其占地面积小，有利于系统整体布局，对环境的适应性强。
附图说明
图1是本发明所述一种含氨废气超低氮排放处理系统的结构示意图一。
图2是本发明所述一种含氨废气超低氮排放处理系统的结构示意图二。
图3是本发明所述复杂迷宫通道反应器的结构示意图。
图中：1.可燃气体输送管道 101.流量控制器一 2.含氨废气输送管道 201.风机一 202.氧气传感器一 203.氨气传感器一 204.流量控制器二 3.含氧气体输送管道 301.风机二 302.氧气传感器二 303.流量控制器三 4.预混室 5.复杂迷宫通道反应器 501.反应器本体 502.蓄热体 503.迷宫型通道 504.燃烧器 505.混合气体入口 506.尾气出口6.尾气输送管道 601.氨气传感器二 602.氮氧化物传感器 603.阀门一 7.烟囱 8.二次处理气体输送管道 801.阀门二 9.处理气体输送管道 901.阀门三 902.SCR脱硝装置
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1-图3所示，本发明所述一种含氨废气超低氮排放处理方法，包括如下步骤：
1)通过燃烧器504对复杂迷宫通道反应器5进行加热，如图3所示，复杂迷宫通道反应器5的反应器本体501内设有蓄热体502，蓄热体502内预留有迷宫型通道503,迷宫型通道503在反应器本体501内回旋盘绕，其比表面积≥1300m2/m3；
2)含氨废气和含氧气体混合后，通入已经升温到900℃～1100℃的复杂迷宫通道反应器5内，控制混合气体中氨气的体积含量始终保持在2％～3％，氧气的体积百分比始终保持在15％～20％；混合气体在流经迷宫型通道503的过程中进行充分反应，实现低浓度氨气局部浓缩表面反应及氮氧化物的多级还原转化，最终生成氮气和水；
3)混合气体在复杂迷宫通道反应器5内的停留时间不少于1s；反应后的气体检测氨气及氮氧化物含量，达标后排放，如不达标需进行二次处理，二次处理采用将尾气掺入含氨废气中再循环或将尾气引入SCR脱硝装置902的方式进行处理。
如图1-图3所示，本发明所述一种含氨废气超低氮排放处理系统，包括含氨废气输送管道2、含氧气体输送管道3、可燃气体输送管道1、预混室4、复杂迷宫通道反应器5、尾气输送管道6及烟囱7；所述可燃气体输送管道1与设于复杂迷宫通道反应器5上的燃烧器504相连；含氨废气输送管道2、含氧气体输送管道3分别连接预混室4的入口，预混室4的出口连接复杂迷宫通道反应器5的混合气体入口，复杂迷宫通道反应器5的尾气出口通过尾气输送管道6连接烟囱7；所述可燃气体输送管道1上设流量控制器一101；含氨废气输送管道2上沿气体流动方向依次设风机一201、氧气传感器一202、氨气传感器一203、流量控制器二204；含氧气体输送管道3上沿气体流动方向依次设风机二301、氧气传感器二302、流量控制器三303；所述尾气输送管道6上沿气体流动方向依次设氨气传感器二601、氮氧化物传感器602及阀门一603；流量控制器一101、氧气传感器一202、氨气传感器一203、流量控制器二204、氧气传感器二302、流量控制器三303、氨气传感器二601、氮氧化物传感器602及阀门一603分别连接控制系统。
所述阀门一603上游的尾气输送管道6上设二次处理气体出口，二次处理气体出口通过二次处理气体输送管道8连接风机一201上游的含氨废气输送管道2，二次处理气体输送管道8上设阀门二801，阀门二801连接控制系统。
所述阀门一603上游的尾气输送管道6上设二次处理气体出口，阀门一603下游的尾气输送管道6上设处理后气体入口，二次处理气体出口通过处理气体输送管道9连接处理后气体入口，处理气体输送管道9上沿气体流动方向依次设阀门三901及SCR脱硝装置902，阀门三901连接控制系统。
所述复杂迷宫通道反应器5由反应器本体501、燃烧器504、迷宫型通道503、蓄热体502、保温隔热层组成；所述反应器本体501的两端分别设混合气体入口505及尾气出口506，其中对应混合气体入口505的一端设燃烧器504，反应器本体501内设有蓄热体502，通过在蓄热体502中预留管状气流通道形成迷宫型通道503,迷宫型通道503在反应器本体501内回旋盘绕，其比表面积≥1300m2/m3；迷宫型通道503的一端设混合气体入口505与预混室4的出口相连，迷宫型通道503的另一端设尾气出口506与尾气输送管道6相连；反应器本体501的外侧设保温隔热层。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例】
如图1所示，本实施例中所述一种含氨废气超低氮排放处理系统包括含氨废气输送管道2，含氧气体输送管道3、可燃气体输送管道1、预混室4、复杂迷宫通道反应器5、尾气输送管道6及烟囱7。
可燃气体输送管道1上的流量控制器一101由控制系统直接控制，可燃气体优先选用天然气，通过向燃烧器504中输入可燃气体进行燃烧加热复杂迷宫通道反应器5，由蓄热体502蓄热提供反应时所需的热能；含氧气体优先选用空气。
如图3所示，本实施例中，复杂迷宫通道反应器5采用卧式结构，如占地面积有限，也可采用立式结构。
本实施例中，在处理废气之前，通过向燃烧器504中通入天然气和空气进行燃烧使复杂迷宫通道反应器5升温，通过流量控制器一101控制天然气的流量，直至复杂迷宫通道反应器5达到适宜氨气完全燃烧的温度，该温度范围为900℃～1100℃，与复杂迷宫通道反应器5相连的预混室4内的温度在300℃以上。
待复杂迷宫通道反应器5达到适宜温度后，系统自动关闭流量控制器一101，打开流量控制器二204，通过氨气传感器203、氧气传感器一202、流量控制器二204将含氨废气中的氨气浓度、氧气浓度及流量实时传输至控制系统，通过氧气传感器二302将含氧气体中的氧气浓度实时传输至控制系统，控制系统通过对氧气浓度、氨气浓度、含氨气体流量进行综合计算，通过调节流量控制器三303调节含氧气体流量，使混合气体中氨气浓度和氧气浓度保持在最佳范围之内，即氨气浓度为2％～3％，氧气浓度为15％～20％。控制系统采用PLC或其它自动控制器。
本实施例中，含氨废气中氨气的体积浓度为13％，风量为1000m3/h；通过控制系统计算后流量控制器三303控制含氧气体流量为4000m3/h，混合气体中氨气浓度为2.6％，氧气浓度为17.3％，混合气体通入时复杂迷宫通道反应器5内的温度为1000℃。复杂迷宫通道反应器5中还设有温度传感器。
需要注意的是，含氨废气和含氧气体混合后的总风量也会影响反应效果，应保证混合气体在复杂迷宫通道反应器5中的停留时间不少于1s，停留时间越长越有助于充分燃烧。
通过氨气传感器二601及氮氧化物传感器602把反应后尾气中的氨气浓度和NOx浓度实时传输到控制系统中，若尾气中的氨气及NOx浓度均符合排放标准，则系统会自动打开阀门一，将尾气通过烟囱直接排放到大气中；尾气中含有大量氧气，一般在13％～18％左右。
本实施例中，经测定，尾气中的氮氧化物含量≤100mg/m3，氨气含量≤10-6mg/m3，符合排放标准，可以直接排放。
系统运行时，尾气中的氨气及NOx浓度也有可能至少有一项不达标，具体分为下列三种情况：
(1)氨气浓度不达标，NOx浓度达标。
(2)氨气浓度达标，NOx浓度不达标。
(3)氨气浓度和NOx浓度均不达标。
在控制系统中预设排放标准值，通过控制系统可自动判断是否属于以上三种情况中的一种，并按如下的方式解决：如图1所示，如二次处理采用再循环式，就关闭阀门一603，同时打开阀门二801，将尾气掺入含氨废气中重新参与下一循环过程，如图2所示，如二次处理采用SCR脱硝方式，就关闭阀门一603，同时打开阀门三901，将尾气引入SCR脱硝装置902中进行再处理。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种含氨废气超低氮排放处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)通过燃烧器对复杂迷宫通道反应器进行加热，复杂迷宫通道反应器的反应器本体内设有蓄热体，蓄热体内预留有迷宫型通道,迷宫型通道在反应器本体内回旋盘绕，其比表面积≥1300m2/m3；
2)含氨废气和含氧气体混合后，通入已经升温到900℃～1100℃的复杂迷宫通道反应器内，控制混合气体中氨气的体积含量始终保持在2％～3％，氧气的体积百分比始终保持在15％～20％；混合气体在流经迷宫型通道的过程中进行充分反应，实现低浓度氨气局部浓缩表面反应及氮氧化物的多级还原转化，最终生成氮气和水；
3)混合气体在复杂迷宫通道反应器内的停留时间不少于1s；反应后的气体检测氨气及氮氧化物含量，达标后排放，如不达标需进行二次处理，二次处理采用将尾气掺入含氨废气中再循环或将尾气引入SCR脱硝装置的方式进行处理。
2.用于实现权利要求1所述方法的一种含氨废气超低氮排放处理系统，其特征在于，包括含氨废气输送管道、含氧气体输送管道、可燃气体输送管道、预混室、复杂迷宫通道反应器、尾气输送管道及烟囱；所述可燃气体输送管道与设于复杂迷宫通道反应器上的燃烧器相连；含氨废气输送管道、含氧气体输送管道分别连接预混室的入口，预混室的出口连接复杂迷宫通道反应器的混合气体入口，复杂迷宫通道反应器的尾气出口通过尾气输送管道连接烟囱；所述可燃气体输送管道上设流量控制器一；含氨废气输送管道上沿气体流动方向依次设风机一、氧气传感器一、氨气传感器一、流量控制器二；含氧气体输送管道上沿气体流动方向依次设风机二、氧气传感器二、流量控制器三；所述尾气输送管道上沿气体流动方向依次设氨气传感器二、氮氧化物传感器及阀门一；流量控制器一、氧气传感器一、氨气传感器一、流量控制器二、氧气传感器二、流量控制器三、氨气传感器二、氮氧化物传感器及阀门一分别连接控制系统。
3.根据权利要求2所述的一种含氨废气超低氮排放处理系统，其特征在于，所述阀门一上游的尾气输送管道上设二次处理气体出口，二次处理气体出口通过二次处理气体输送管道连接风机一上游的含氨废气输送管道，二次处理气体输送管道上设阀门二，阀门二连接控制系统。
4.根据权利要求2所述的一种含氨废气超低氮排放处理系统，其特征在于，所述阀门一上游的尾气输送管道上设二次处理气体出口，阀门一下游的尾气输送管道上设处理后气体入口，二次处理气体出口通过处理气体输送管道连接处理后气体入口，处理气体输送管道上沿气体流动方向依次设阀门三及SCR脱硝装置，阀门三连接控制系统。
5.根据权利要求2所述的一种含氨废气超低氮排放处理系统，其特征在于，所述复杂迷宫通道反应器由反应器本体、燃烧器、迷宫型通道、蓄热体、保温隔热层组成；所述反应器本体的两端分别设混合气体入口及尾气出口，其中对应混合气体入口的一端设燃烧器，反应器本体内设有蓄热体，通过在蓄热体中预留管状气流通道形成迷宫型通道,迷宫型通道在反应器本体内回旋盘绕，其比表面积≥1300m2/m3；迷宫型通道的一端设混合气体入口与预混室的出口相连，迷宫型通道的另一端设尾气出口与尾气输送管道相连；反应器本体的外侧设保温隔热层。
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