CN110152462A - 一种低温冷凝烟气一体化脱硫脱硝系统及方法 - Google Patents

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郭东方
牛红伟
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Abstract

本发明公开了一种低温冷凝烟气一体化脱硫脱硝系统及方法，包括锅炉烟气管道、省煤器、空预器、除尘器、引风机、氧化反应器、水冷换热器、第一气液分离器、低温除湿器、第二气液分离器、分子筛、换热器、低温洗涤塔、低温冷却器、固液分离器、补液器及低温分馏回收系统，该系统及方法能够实现烟气的一体化脱硫脱硝，且成本较低，脱硝效率高，不存在二次污染。

Description

一种低温冷凝烟气一体化脱硫脱硝系统及方法
技术领域
本发明属于烟气污染物协同治理技术领域，涉及一种低温冷凝烟气一体化脱硫脱硝系统及方法。
背景技术
燃煤产生的烟气中含有SO2和NOx是造成大气污染的主要成因之一。NOx主要成分是一氧化氮NO，也含有少量NO2。目前，主流的烟气治理技术是采用SCR脱硝、ESP电除尘和FGD湿法脱硫的组合进行脱硫脱硝和除尘。烟气首先经过SCR进行脱硝，该工艺将有害的NO和NO2等污染物还原成无害的N2进而脱除。然后进行ESP电除尘，通过静电的作用将粉尘从烟气中分离出来。脱硝和除尘后的烟气经过石灰石-石膏法进行脱硫，该方法通过将SO2与石灰石浆液反应，生成难溶的硫酸钙(石膏)进而从烟气中脱除。
传统FGD脱硫和SCR脱硝技术虽然应用广泛，但是存在很多问题。例如FGD脱硫使用大量的石灰石作为脱硫剂，石灰石的大量开采造成严重的山体破坏，FGD脱硫产生大量的脱硫废水也给电厂带来了处理难题。对于SCR脱硝，其催化剂只在特定温度区间具备较高活性，当电厂运行负荷调整时，烟气温度的变化会严重影响SCR脱硝效率。另外，SCR脱硝存在氨逃逸、催化剂固废等二次污染问题，而且脱硝催化剂的老化和损耗也很快，造成运行成本居高不下。因此，开发新型的一体化脱硫脱硝技术也成为时下电厂烟气治理的热点研究技术之一。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种低温冷凝烟气一体化脱硫脱硝系统及方法，该系统及方法能够实现烟气的一体化脱硫脱硝，且成本较低，脱硝效率高，不存在二次污染。
为达到上述目的，本发明所述的低温冷凝烟气一体化脱硫脱硝系统包括锅炉烟气管道、省煤器、空预器、除尘器、引风机、氧化反应器、水冷换热器、第一气液分离器、低温除湿器、第二气液分离器、分子筛、换热器、低温洗涤塔、低温冷却器、固液分离器、补液器及低温分馏回收系统；
锅炉烟气管道依次经省煤器的热侧、空预器的热侧、除尘器、引风机及氧化反应器与水冷换热器的热侧入口相连通，水冷换热器的热侧出口与第一气液分离器的入口相连，第一气液分离器的气体出口与低温除湿器的热侧入口相连，低温除湿器的热侧出口与第二气液分离器的入口相连，第二气液分离器的气体出口与分子筛的入口相连，分子筛的出口与换热器的热侧入口相连，换热器的热侧出口与低温洗涤塔底部的气体入口相连，低温洗涤塔顶部的气体出口与换热器的冷侧入口相连，换热器的冷侧出口与低温除湿器的冷侧入口相连，低温除湿器的冷侧出口与水冷换热器的冷侧入口相连；
低温洗涤塔底部的出口与低温冷却器的入口相连，低温冷却器的出口与固液分离器的入口相连，固液分离器的液体出口与补液器的入口相连，固液分离器的固体出口与低温分馏回收系统的入口相连通。
低温洗涤塔底部的出口经低温循环泵与低温冷却器的入口相连。
水冷换热器的冷侧出口与电厂排烟系统相连；
空预器的冷侧与锅炉给风系统相连。
省煤器的冷侧与锅炉给水系统相连；
水冷换热器的冷侧与电厂冷却水系统相连。
低温除湿器与工业冷水机相连；
低温冷却器与低温制冷机相连。
第一气液分离器的液体出口及第二气液分离器的液体出口与电厂水处理系统相连。
本发明所述的低温冷凝烟气一体化脱硫脱硝方法包括以下步骤：
锅炉烟气经过省煤器及空预器进行降温及余热回收，再经除尘器除尘，除尘后的烟气进入氧化反应器中，在氧化反应器中，烟气中的NO被氧化成NO2，氧化反应器输出的烟气进入到水冷换热器中进行降温，使得烟气中的水蒸气凝结，然后经第一气液分离器进行气液分离，其中，分离出来的烟气经低温除湿器降温后进入到第二气液分离器中进行气液分离，其中，分离出来的烟气经分子筛进行除水后送入换热器的热侧中进行降温，然后进入到低温洗涤塔中，被低温洗涤塔顶部喷淋下来的低温洗涤液喷淋降温至设定温度，使得SO2和NO2从烟气中冷凝成液态或固态分离出来，冷凝出来的SO2和NO2随低温洗涤液经低温洗涤塔的底部流出进入到低温冷却器中冷却至SO2和NO2的凝固点温度以下，使SO2和NO2从低温冷凝液中以固态形式析出，携带固体SO2和NO2的低温冷凝浆液进入到固液分离器进行分离，其中，分离出来的固体SO2和NO2进入到低温分馏回收系统中分别回收，分离出来的低温洗涤液进入到补液器中，补液器输出的低温冷凝液经低温洗涤塔的顶部喷淋进入到低温洗涤塔中；
低温洗涤塔顶部排出的净烟气依次在换热器的冷侧回收冷量、低温除湿器的冷侧回收冷量及冷水器的冷侧回收冷量后排出。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的低温冷凝烟气一体化脱硫脱硝系统及方法在具体操作时，通过省煤器、空预器、除尘器及氧化反应器对烟气进行前处理，将难以冷凝脱除的NO氧化成容易冷凝的NO2，氧化反应器输出的烟气经多级逐渐冷却及多级除水，以回收烟气中的水分，实现电厂节水，避免烟气中的水分在后续降温过程中结冰堵塞管道，再在低温洗涤塔中进行喷淋降温，然后进入到低温冷却器中进一步降低温度，使得NO2和SO2冷却为固体，最后经固液分离器分离出来后利用低温分馏回收系统分别回收，避免SCR脱硝和FGD脱硫的各种缺陷，而且脱除下来的污染物组分可以通过低温分馏回收利用，具有很好的应用前景。另外，需要说明的是，本发明采用物理方法进行脱硫脱硝，减少了氨、石灰石及脱硝催化剂等化学品使用，避免出现二次污染和脱硫废水的排放，同时通过烟气冷量的分级回收，降低系统运行的制冷能耗，成本较低，脱硝效率高。
附图说明
图1为本发明的原理图。
其中，1为省煤器、2为空预器、3为除尘器、4为引风机、5为氧化反应器、6为水冷换热器、7为第一气液分离器、8为低温除湿器、9为第二气液分离器、10为分子筛、11为换热器、12为低温洗涤塔、13为低温循环泵、14为低温冷却器、15为固液分离器、16为补液器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的低温冷凝烟气一体化脱硫脱硝系统包括锅炉烟气管道、省煤器1、空预器2、除尘器3、引风机4、氧化反应器、水冷换热器6、第一气液分离器7、低温除湿器8、第二气液分离器9、分子筛10、换热器11、低温洗涤塔12、低温冷却器14、固液分离器15、补液器16及低温分馏回收系统；锅炉烟气管道依次经省煤器1的热侧、空预器2的热侧、除尘器3、引风机4及氧化反应器5与水冷换热器6的热侧入口相连通，水冷换热器6的热侧出口与第一气液分离器7的入口相连，第一气液分离器7的气体出口与低温除湿器8的热侧入口相连，低温除湿器8的热侧出口与第二气液分离器9的入口相连，第二气液分离器9的气体出口与分子筛10的入口相连，分子筛10的出口与换热器11的热侧入口相连，换热器11的热侧出口与低温洗涤塔12底部的气体入口相连，低温洗涤塔12顶部的气体出口与换热器11的冷侧入口相连，换热器11的冷侧出口与低温除湿器8的冷侧入口相连，低温除湿器8的冷侧出口与水冷换热器6的冷侧入口相连；低温洗涤塔12底部的出口与低温冷却器14的入口相连，低温冷却器14的出口与固液分离器15的入口相连，固液分离器15的液体出口与补液器16的入口相连，固液分离器15的固体出口与低温分馏回收系统的入口相连通。
低温洗涤塔12底部的出口经低温循环泵13与低温冷却器14的入口相连；水冷换热器6的冷侧出口与电厂排烟系统相连；空预器2的冷侧与锅炉给风系统相连；省煤器1的冷侧与锅炉给水系统相连；水冷换热器6的冷侧与电厂冷却水系统相连；低温除湿器8与工业冷水机相连；低温冷却器14与低温制冷机相连；第一气液分离器7的液体出口及第二气液分离器9的液体出口与电厂水处理系统相连。
本发明所述的低温冷凝烟气一体化脱硫脱硝方法包括以下步骤：
锅炉烟气经过省煤器1及空预器2进行降温及余热回收，其中，温度至120℃，再经除尘器3除尘，经过除尘后的烟气中SO2含量为5000mg/Nm3，NOx含量为600mg/Nm3，粉尘含量为10mg/Nm3，除尘后的烟气进入氧化反应器5中，在氧化反应器5中，烟气中的NO被氧化成NO2，剩余NO低于50mg/Nm3，氧化反应器5输出的烟气进入到水冷换热器6中降温至30℃，使得烟气中的水蒸气凝结，然后经第一气液分离器7进行气液分离，其中，分离出来的烟气经低温除湿器8降温至2℃后进入到第二气液分离器9中进行气液分离，其中，分离出来的烟气经分子筛10进行除水后送入换热器11的热侧中进行降温至-100℃，其中，分子筛10将其水分降至5ppm以下，防止烟气中残余的水分在后续降温过程结冰堵塞管道，然后进入到低温洗涤塔12中，被低温洗涤塔12顶部喷淋下来的低温洗涤液(-102℃)喷淋降温至设定温度(-100℃)，使得SO2和NO2从烟气中冷凝成液态或固态分离出来，冷凝出来的SO2(液态)和NO2(固态)随低温洗涤液(-92℃)经低温洗涤塔12的底部流出进入到低温冷却器14中冷却至SO2和NO2的凝固点温度(-102℃)以下，使SO2和NO2从低温冷凝液中以固态形式析出，携带固体SO2和NO2的低温冷凝浆液进入到固液分离器15中进行固液分离，其中，分离出来的固体SO2和NO2进入到低温分馏回收系统中分别回收，分离出来的低温洗涤液进入到补液器16中，补液器16输出的低温冷凝液经低温洗涤塔12的顶部喷淋进入到低温洗涤塔12中；
低温洗涤塔12顶部排出的净烟气依次在换热器11的冷侧回收冷量(冷量回收后烟气温度为-8℃)、低温除湿器8的冷侧回收冷量(冷量回收后烟气温度为25℃)及冷水器的冷侧回收冷量(冷量回收后烟气温度为100℃)后排入电厂排烟系统，经过低温洗涤塔12洗涤排出的净烟气含有SO2低于35mg/Nm3，NOx低于50mg/Nm3(主要是为氧化完全的NO)，粉尘低于5mg/Nm3，满足超低排放要求，本实施例机组负荷为600MW,烟气量200万标方，制冷电耗为20MW，厂用电为3.3％。

Claims (7)

1.一种低温冷凝烟气一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，包括锅炉烟气管道、省煤器(1)、空预器(2)、除尘器(3)、引风机(4)、氧化反应器(5)、水冷换热器(6)、第一气液分离器(7)、低温除湿器(8)、第二气液分离器(9)、分子筛(10)、换热器(11)、低温洗涤塔(12)、低温冷却器(14)、固液分离器(15)、补液器(16)及低温分馏回收系统；
锅炉烟气管道依次经省煤器(1)的热侧、空预器(2)的热侧、除尘器(3)、引风机(4)及氧化反应器(5)与水冷换热器(6)的热侧入口相连通，水冷换热器(6)的热侧出口与第一气液分离器(7)的入口相连，第一气液分离器(7)的气体出口与低温除湿器(8)的热侧入口相连，低温除湿器(8)的热侧出口与第二气液分离器(9)的入口相连，第二气液分离器(9)的气体出口与分子筛(10)的入口相连，分子筛(10)的出口与换热器(11)的热侧入口相连，换热器(11)的热侧出口与低温洗涤塔(12)底部的气体入口相连，低温洗涤塔(12)顶部的气体出口与换热器(11)的冷侧入口相连，换热器(11)的冷侧出口与低温除湿器(8)的冷侧入口相连，低温除湿器(8)的冷侧出口与水冷换热器(6)的冷侧入口相连；
低温洗涤塔(12)底部的出口与低温冷却器(14)的入口相连，低温冷却器(14)的出口与固液分离器(15)的入口相连，固液分离器(15)的液体出口与补液器(16)的入口相连，固液分离器(15)的固体出口与低温分馏回收系统的入口相连通。
2.根据权利要求1所述的低温冷凝烟气一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，低温洗涤塔(12)底部的出口经低温循环泵(13)与低温冷却器(14)的入口相连。
3.根据权利要求1所述的低温冷凝烟气一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，水冷换热器(6)的冷侧出口与电厂排烟系统相连；
空预器(2)的冷侧与锅炉给风系统相连。
4.根据权利要求1所述的低温冷凝烟气一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，省煤器(1)的冷侧与锅炉给水系统相连；
水冷换热器(6)的冷侧与电厂冷却水系统相连。
5.根据权利要求1所述的低温冷凝烟气一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，低温除湿器(8)与工业冷水机相连；
低温冷却器(14)与低温制冷机相连。
6.根据权利要求1所述的低温冷凝烟气一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，第一气液分离器(7)的液体出口及第二气液分离器(9)的液体出口与电厂水处理系统相连。
7.一种低温冷凝烟气一体化脱硫脱硝方法，其特征在于，基于权利要求1所述的低温冷凝烟气一体化脱硫脱硝系统，包括以下步骤：
锅炉烟气经过省煤器(1)及空预器(2)进行降温及余热回收，再经除尘器(3)除尘，除尘后的烟气进入氧化反应器(5)中，在氧化反应器(5)中，烟气中的NO被氧化成NO2，氧化反应器(5)输出的烟气进入到水冷换热器(6)中进行降温，使得烟气中的水蒸气凝结，然后经第一气液分离器(7)进行气液分离，其中，分离出来的烟气经低温除湿器(8)降温后进入到第二气液分离器(9)中进行气液分离，其中，分离出来的烟气经分子筛(10)进行除水后送入换热器(11)的热侧中进行降温，然后进入到低温洗涤塔(12)中，被低温洗涤塔(12)顶部喷淋下来的低温洗涤液喷淋降温至设定温度，使得SO2和NO2从烟气中冷凝成液态或固态分离出来，冷凝出来的SO2和NO2随低温洗涤液经低温洗涤塔(12)的底部流出进入到低温冷却器(14)中冷却至SO2和NO2的凝固点温度以下，使SO2和NO2从低温冷凝液中以固态形式析出，携带固体SO2和NO2的低温冷凝浆液进入到固液分离器(15)进行分离，其中，分离出来的固体SO2和NO2进入到低温分馏回收系统中分别回收，分离出来的低温洗涤液进入到补液器(16)中，补液器(16)输出的低温冷凝液经低温洗涤塔(12)的顶部喷淋进入到低温洗涤塔(12)中；
低温洗涤塔(12)顶部排出的净烟气依次在换热器(11)的冷侧回收冷量、低温除湿器(8)的冷侧回收冷量及冷水器的冷侧回收冷量后排出。
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