CN110215813A - 一种高温工业烟气脱硫脱硝处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温工业烟气脱硫脱硝处理方法，该烟道气脱设备主要包括以下部分：二氧化硫吸收层、氢氧化钠溶液喷淋系统、气体混合罐、脱硝烟囱管道。该方法利用氢氧化钠对二氧化硫的吸收作用、吸收层的高比表面积、气体混合罐的快速混合作用和脱硝烟囱管道的独特结构来提高脱硫脱硝效果。因此本方法在脱硫脱硝的过程中，将氢氧化钠溶液、氨气充分利用，减少了试剂的浪费，降低了处理成本，提高了脱硫脱硝的效果。
Description
技术领域
本发明涉及废气处理领域，具体涉及一种高温工业烟气脱硫脱硝处理方法。
背景技术
烟气主要产生于发电厂等化石燃料的燃烧所产生的尾气，其主要成分为：氮气、二氧化碳、水蒸汽、二氧化硫、氮氧化物和空气中不可燃烧的惰性气体等。其中，二氧化硫是无色气体，有强烈刺激性气味，是大气中的主要污染物之一。由于煤和石油通常都含有硫的化合物，因此燃烧时会生成二氧化硫。当二氧化硫溶于水中，会形成亚硫酸，亚硫酸为酸雨的主要成分，亚硫酸进一步被氧化，便会形成硫酸，造成环境的酸化。氮氧化物种类很多，包括N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5，烟气中的氮氧化物主要是NO和NO2，它们是常见的大气污染物。NO在空气存在条件下会被氧化成NO2，NO2遇到H2O会生成HNO3，从而形成酸雨。烟气的脱硫脱硝处理对环境的保护有着重要的意义。
目前针对工业烟气的脱硫脱硝处理的研究以及市场技术多从脱硫脱硝反应溶液类别的选取和混用选择、反应时间和条件的控制、高温烟气余热的利用、脱硫脱硝反应后产物的处理和利用等等方面入手，但是对高温烟气脱硫脱硝处理烟道的构建改进、反应环节的控制以及反应充分性方面研究较少；整体的脱硫脱硝环节存在烟道等基础工程建设成本高且实用率低、脱硫脱硝所需的试剂量较大且试剂量完全利用率低、反应过程时间持续短不能充分反应、脱硫脱硝效果差等问题。
因此，本发明设计了一种高温工业烟气脱硫脱硝处理方法，旨在对烟气中的二氧化硫和氮氧化物进行脱除，该烟气脱硫脱硝基础烟道构建成本低且实用性强，试剂单次用量少且能够循环使用，烟气输送慢延长反应时间，烟气和试剂可以充分混合反应，总体达到了脱硫脱硝的效果好且运行成本更低的效果。
发明内容
本发明提供一种高温工业烟气脱硫脱硝处理方法，在具体烟气脱硫脱硝实施操作时包括以下步骤：
S1、烟气脱硫处理：将工厂排出的高温工业烟气通入到脱硫烟囱管道中，脱硫烟囱管道内设置有吸收层，并采用喷淋的方式对脱硫烟囱管道内部自上而下通过喷淋头进行喷洒氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液浸透吸收层，高温工业烟气中的二氧化硫和氢氧化钠溶液反应实现了脱硫；
上述的脱硫烟囱管道整体为倒立的Z型结构，脱硫烟囱管道的竖直进烟段和水平进烟段均为连续“Z”型状结构，且脱硫烟囱管道竖直吸收段等间距设置有吸收层，竖直吸收段与水平进烟段交接处设置有低洼槽，低洼槽与喷淋头之间通过第一水管进行连通，且第一水管中部设置有水泵，低洼槽底端设置有阀门，喷淋头同时与第二水管一端连通，第二水管另一端外接装有氢氧化钠溶液的储备池，且第二水管中部也设置有水泵；
低洼槽可在脱硫处理中对氢氧化钠溶液起到了暂时储存的作用，并实现氢氧化钠溶液循环回流重复使用，低洼槽也起到了对脱硫处理反应后产物储存的作用，并通过阀门进行卸料；
装有氢氧化钠溶液的储备池通过第二水管可对脱硫烟囱管道内进行阶段性的氢氧化钠溶液的按量补充；
所述的吸收层具体按照如下方法进行搭建：
步骤一、将若干钢筋条焊接在环圈内，钢筋条为横竖交叉布置，得到圆形的钢筋格栅，且钢筋格栅的外直径和烟道内径相配合；
步骤二、将3-5个圆形的钢筋格栅焊接在三根呈圆形布置的直立钢筋上，再将直立钢筋的一端弯折成勾状，得到钢筋架；
步骤三、在钢筋格栅上铺一层金属筛网，然后在金属筛网上铺设一层石棉，在石棉上铺设一层活性炭，活性炭上面再铺一层石棉，最后在石棉上铺一层金属筛网，得到吸收层；
步骤四、将搭建好的吸收层勾状一端弯挂在脱硫烟囱管道竖直吸收段内壁。
S2、烟气混合处理：将经过S1步骤脱硫处理后的高温工业烟气通入到混合罐中，并将氨气采用多孔通入的方式输送到混合罐中，高温工业烟气与氨气在混合罐中进行充分混合后得到混合气体；
S3、烟气脱硝处理：将混合后的混合气体通入到脱硝烟囱管道中，脱硝烟囱管道内交错设置有隔板，且每个隔板活动端留有缺口，且隔板之间填充有催化剂，混合气体在催化剂作用下发生化学反应，完成脱硝，脱硫脱硝的烟气通过脱硝烟囱管道出口排出。
进一步的，所述S1步骤中脱硫烟囱管道内设置的吸收层采用的金属筛网孔径为80-180目，采用的活性炭颗粒直径为20-60目，且在脱硫烟囱管道内呈多级布置的吸收层自下而上时，其吸收层中金属筛网孔径、活性炭颗粒直径均逐步减小，且同级的吸收层中，其金属筛网孔径略小于活性炭颗粒直径。
进一步的，所述S1烟气脱硫处理的步骤三中活性炭为比表面积为1500-2000m2/g且平均孔径为2-5nm的小中孔活性炭。
进一步的，所述的经过S1步骤脱硫处理后的高温工业烟气在进行混合罐前需进行换热器处理，将高温工业烟气的温度控制在330-380℃。
进一步的，所述的混合罐烟气进口与脱硫烟囱管道出口相连通，混合罐烟气出口与脱硝烟囱管道进口相连通，且混合罐外壁上设置有氨气进入的多孔环形中空管，且混合罐内部设置有旋转叶片。
进一步的，所述的脱硝烟囱管道的进口处和出口处均分别设置有金属网，金属网规格为100-160目。
进一步的，所述的催化剂为五氧化二钒，且将催化剂负载在二氧化钛上，催化剂的颗粒大小为10-20目，催化剂颗粒的比表面积为80-120m2/g。
进一步的，所述S3步骤中脱硝烟囱管道内相邻隔板之间的高度为0.3-0.5m。
其中，本发明的特点在于：二氧化硫吸收层主要由活性炭、石棉和金属筛网构成，氢氧化钠溶液喷淋到吸收层上，氢氧化钠溶液会缓慢浸透活性炭和石棉，活性炭的比表面积很大，石棉的比表面积也较大，因此氢氧化钠溶液浸透活性炭和石棉时，溶液和空气所能接触到的面积将会很大，当烟气通过吸收层时，烟气中的二氧化硫、二氧化碳便会和活性炭表面的氢氧化钠溶液接触，从而反应生成亚硫酸钠，由于烟气中还含有少量的氧气，部分亚硫酸钠会被氧化生成硫酸钠，因此溶液将逐渐变成亚硫酸钠和硫酸钠的混合溶液。
氢氧化钠溶液由喷淋头喷出，穿透若干个吸收层，然后流入烟道下方的低洼槽，由水泵再次输送到喷淋头，不断循环此过程，若溶液蒸发过多，则从氢氧化钠溶液的储备池中补充新的氢氧化钠溶液，当溶液吸收饱和后，打开低洼槽的阀门，亚硫酸钠、硫酸钠的混合溶液将会从烟囱的低洼槽中排出；然后将储备池中的新氢氧化钠溶液由泵输送到喷淋头，再次向烟囱中喷洒，吸收二氧化硫气体。
吸收层由活性炭、石棉和筛网组成，从下往上依次为：筛网、石棉、活性炭、石棉、筛网，筛网的规格为80-180目，活性炭的颗粒大小为20-60目，活性炭比表面积最大，当活性炭被氢氧化钠溶液浸透时，可以提供很大的液体表面积，从而扩大活性炭与烟气的接触面积，提高二氧化硫吸收效果。在活性炭层的上、下两面设置两层石棉，石棉对活性炭颗粒起到固定作用，同时石棉的比表面积也比较大，在一定程度上会增加脱硫效果，在二氧化硫吸收层的最上面和最下面设置两层筛网，筛网对石棉和活性炭均有固定作用；二氧化硫吸收层优选设置为三个，从下往上，筛网的孔径逐渐变小，活性炭的颗粒也逐渐变小，二氧化硫穿过的可能性逐步降低，多级净化，充分去除二氧化硫；烟气中还有一些固体灰尘，这样的设置方式还能降低二氧化硫吸收层堵塞的可能性；氢氧化钠溶液对吸收层有清洗作用，因此吸收层不容易堵塞。
烟气脱硝时，温度低于330℃时，脱硝的效果不佳，温度高于380℃时，氨气易被氧化成氮氧化物，先利用换热器将烟气温度转化为330-380℃，然后将烟气通入气体混合罐，同时氨气也通入气体混合罐，为了让氨气和烟气快速均匀混合，氨气由多孔环形中空管通入，然后通过旋转叶片的旋转，进一步将氨气和烟气混合均匀。
混合均匀的烟气通向脱硝烟囱管道，通过在脱硝烟囱管道内增设交叉排布的隔板，从而将脱硝烟囱管道分成若干层，层与层之间填充催化剂，催化剂的活性成分为五氧化二钒，催化剂的载体为二氧化钛，催化剂的颗粒大小为10-20目，催化剂的比表面积为80-120m2/g；通常，催化反应的装置为空腔单一结构，因此反应气体能够发生反应的路径长度即为装置的长度或高度，本发明将脱硝烟囱管道设计成多层结构，烟气通过该脱硝烟囱管道时，须在烟囱管道内曲折移动，从最下层到最上层，路径长从而移动时间长，因此烟气中的氮氧化物、氨气能够充分和催化剂接触，进而被还原成氮气和水，氮气和水均是无害的物质，因此实现了烟气有害氮氧化物的转化，实现了环境保护。
有益效果
1.本发明设计了一种高温工业烟气脱硫脱硝处理方法，旨在对烟气中的二氧化硫和氮氧化物进行脱除，该烟气脱硫脱硝基础烟道构建成本低且实用性强，试剂单次用量少且能够循环使用，烟气输送慢延长反应时间，烟气和试剂可以充分混合反应，总体达到了脱硫脱硝的效果好且运行成本更低的效果。
2.本发明脱硫处理时，将吸收层、氢氧化钠溶液喷淋、低洼槽设计成了一个循环利用的系统，能够不断重复吸收过程，直至氢氧化钠溶液吸收饱和或者溶液蒸发损失，若吸收饱和，则排出饱和后的氢氧化钠溶液，重新补充新的氢氧化钠溶液。因此，氢氧化钠溶液的利用率高，不断循环使用；同时吸收层主要由比表面积很大的活性炭、石棉以及筛网构成，将氢氧化钠溶液和吸收层进行融合，能够将烟气中的二氧化硫充分吸收，将二氧化硫转化成为亚硫酸钠和硫酸钠，去除了烟气中的有害物质二氧化硫；脱硝处理时，气体混合罐先将氨气和烟气充分混合，脱硝烟囱管道的结构特点使得混合气体在脱硝烟囱管道内的路径增加若干倍，极大提高了反应气体和催化剂的接触概率，使得烟气脱硝更充分、氨气的使用效率更高。因此本方法在脱硫脱硝的过程中，将氢氧化钠溶液、氨气充分利用，减少了试剂的浪费，降低了处理成本，并且脱硫脱硝的效果更佳。
3.本发明的吸收层采用多层组合式设计，上、中、下层筛网规格和活性炭的颗粒大小的合理安排，使得吸收层不容易被堵塞，并且氢氧化钠溶液有一定的清洗作用，使得吸收层具有不易被堵塞的特点。
4.本发明在脱硝处理前，将氨气由多孔环形中空管通入混合罐中，氨气分离成更多的氨气流，再通过旋转叶片的搅拌作用，氨气能够和烟气在极短的时间内混合均匀，为后一步的催化还原反应做好了准备，该气体混合装置的混合速度快，混合效果好，节约了时间，提高了生产效率。
5.本发明在催化剂颗粒大小为10-20目，因此气体通过催化剂时的阻力大小适中，脱硝烟囱管道的隔板将整个脱硝烟囱分隔成若干个空腔，烟气、氨气通过该脱硝烟囱管道时，必须在若干个空腔中来回折返，使得烟气、氨气和催化剂接触的可能性极大提高，这一设计使得烟气的脱硝效果好，尾气排放达标，氨气利用率提高，氨气使用量减小，设备的运行成本降低。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是本发明的钢筋架的立体结构示意图；
图3是本发明的吸收层的局部示意图。
具体实施方式
下面参照附图1-3并结合实施例对本发明的工艺方法和操作步骤作进一步的详细说明。
实施例1
先建造具有喷淋头6、低洼槽4、混合罐17、脱硝烟囱管道22的脱硫脱硝烟囱管道；
然后搭建烟道吸收层5：
将若干钢筋条11焊接在环圈10内，钢筋条11为横竖交叉布置，得到圆形的钢筋格栅28，且钢筋格栅28的外直径和烟道内径相配合；
将3-5个圆形的钢筋格栅28焊接在三根呈圆形布置的直立钢筋上，再将直立钢筋的一端弯折成勾状，得到钢筋架9；
在钢筋格栅上铺一层金属筛网14，然后在金属筛网14上铺设一层石棉15，在石棉15上铺设一层活性炭13，活性炭13上面再铺一层石棉15，最后在石棉15上铺一层金属筛网14，得到吸收层5；
再将搭建好的吸收层5勾状一端弯挂在脱硫烟囱管道竖直吸收段27的内壁。
烟气的处理：开启第二水管26的水泵7，将储备池8中的氢氧化钠溶液输送到喷淋头6，由喷淋头6喷向吸收层5，一段时间后，吸收层5被氢氧化钠溶液全部浸润，烟气向上穿过吸收层5，烟气中的二氧化硫被氢氧化钠溶液吸收，随着吸收过程的进行，氢氧化钠溶液吸收饱和，溶液逐渐转变成亚硫酸钠和硫酸钠的混合溶液，打开烟道下方的阀门3，排出混合溶液，然后再由水泵7将储备池8中的氢氧化钠溶液输送到喷淋头6进行喷洒，不断循环此过程，进行二氧化硫的吸收。
脱硫完成后的烟气通过换热器16，换热器16将烟气的温度调至330-380℃，然后烟气通向气体混合罐17，同时向混合罐17中通入氨气，旋转叶片20将烟气和氨气混合均匀。
混合气体流入脱硝烟囱管道22中，在脱硝烟囱管道22中和催化剂24相遇，氮氧化物被还原成氮气和水，烟气中的氮氧化物被去除。
对脱硫脱硝后的烟气进行气相色谱和质谱检测，得烟道气中的成分及含量。
实施例2
在脱硫环节不使用二氧化硫吸收层，直接用喷头对烟气进行喷淋，其他条件同实施例1。
实施例3
在脱硝前，不使用气体混合罐对氨气、烟气进行混合，直接将两种气体通入脱硝烟囱管道中，其他条件同实施例1。
实施例4
在脱硝环节，不使用隔板，脱硝烟囱管道内部为一个大空腔，里面填充催化剂，其他条件同实施例1。
通过对实施例1-4中脱硫脱硝后的烟气进行气相色谱和质谱检测，得到的烟气主要成分检测结果见表1。
表1
由表1数据可知，处理后烟气较处理前，氧气含量基本不变，氮气含量升高，二氧化碳、二氧化硫、一氧化氮和二氧化氮的含量均减少，因为催化氧化过程中氮氧化物还原成氮气，导致氮气含量升高，二氧化碳一部分被氢氧化钠溶液吸收，因而减少。
实施例1和实施例2对比可知，去除脱硫环节的吸收层，直接使用氢氧化钠溶液喷洒，导致二氧化硫吸收不完全，实施例1二氧化硫含量为0.01％，实施例2的二氧化硫含量为0.31％，因此实施例1较优。
实施例1和实施例3对比可知，去除气体混合装置，直接将烟气和氨气通向脱硝烟囱管道，实施例1中一氧化氮和二氧化氮的含量分别为0.008％、0.009％，实施例3中的一氧化氮和二氧化氮的含量分别为0.134％、0.107％，实施例3中的氮氧化物脱除率下降。
实施例1和实施例4对比可知，去除脱硝烟囱管道中的隔板，实施例1中一氧化氮和二氧化氮的含量分别为0.008％、0.009％，实施例4中的一氧化氮和二氧化氮的含量分别为0.235％、0.324％，去除隔板后，脱硝效果下降。
综上所述，脱硫环节采用吸收层、使用气体混合罐和脱硝烟囱管道中设置多层隔板能够提高脱硫脱硝的效果。
Claims (8)
1.一种高温工业烟气脱硫脱硝处理方法，其特征在于：在具体烟气脱硫脱硝实施操作时包括以下步骤：
S1、烟气脱硫处理：将工厂排出的高温工业烟气通入到脱硫烟囱管道中，脱硫烟囱管道内设置有吸收层(5)，并采用喷淋的方式对脱硫烟囱管道内部自上而下通过喷淋头(6)进行喷洒氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液浸透吸收层(5)，高温工业烟气中的二氧化硫和氢氧化钠溶液反应实现了脱硫；
上述的脱硫烟囱管道整体为倒立的Z型结构，脱硫烟囱管道的竖直进烟段(1)和水平进烟段(2)均为连续“Z”型状结构，且脱硫烟囱管道竖直吸收段(27)等间距设置有吸收层(5)，竖直吸收段(27)与水平进烟段(2)交接处设置有低洼槽(4)，低洼槽(4)与喷淋头(6)之间通过第一水管(25)进行连通，且第一水管中部设置有水泵(7)，低洼槽(4)底端设置有阀门(3)，喷淋头(6)同时与第二水管(26)一端连通，第二水管(26)另一端外接装有氢氧化钠溶液的储备池(8)，且第二水管(26)中部也设置有水泵(7)；
低洼槽(4)可在脱硫处理中对氢氧化钠溶液起到了暂时储存的作用，并实现氢氧化钠溶液循环回流重复使用，低洼槽(4)也起到了对脱硫处理反应后产物储存的作用，并通过阀门(3)进行卸料；
装有氢氧化钠溶液的储备池通过第二水管(26)可对脱硫烟囱管道内进行阶段性的氢氧化钠溶液的按量补充；
所述的吸收层具体按照如下方法进行搭建：
步骤一、将若干钢筋条(11)焊接在环圈(10)内，钢筋条(11)为横竖交叉布置，得到圆形的钢筋格栅(28)，且钢筋格栅(28)的外直径和烟道内径相配合；
步骤二、将3-5个圆形的钢筋格栅(28)焊接在三根呈圆形布置的直立钢筋(9)上，再将直立钢筋的一端弯折成勾状，得到钢筋架(9)；
步骤三、在钢筋格栅上铺一层金属筛网(14)，然后在金属筛网(14)上铺设一层石棉(15)，在石棉(15)上铺设一层活性炭(13)，活性炭上面再铺一层石棉(15)，最后在石棉(15)上铺一层金属筛网(14)，得到吸收层(5)；
步骤四、将搭建好的吸收层(5)勾状一端弯挂在脱硫烟囱管道竖直吸收段内壁。
S2、烟气混合处理：将经过S1步骤脱硫处理后的高温工业烟气通入到混合罐(17)中，并将氨气采用多孔通入的方式输送到混合罐(17)中，高温工业烟气与氨气在混合罐(17)中进行充分混合后得到混合气体；
S3、烟气脱硝处理：将混合后的混合气体通入到脱硝烟囱管道(22)中，脱硝烟囱管道(22)内交错设置有隔板(23)，且每个隔板(23)活动端留有缺口，且隔板(23)之间填充有催化剂(24)，混合气体在催化剂(24)作用下发生化学反应，完成脱硝，脱硫脱硝的烟气通过脱硝烟囱管道出口排出。
2.如权利要求1所述的一种高温工业烟气脱硫脱硝处理方法，其特征在于：所述S1步骤中脱硫烟囱管道内设置的吸收层采用的金属筛(14)网孔径为80-180目，采用的活性炭颗粒(13)直径为20-60目，且在脱硫烟囱管道内呈多级布置的吸收层(5)自下而上时，其吸收层(5)中金属筛网(14)孔径、活性炭(13)颗粒直径均逐步减小，且同级的吸收层(5)中，其金属筛网(14)孔径略小于活性炭(13)颗粒直径。
3.如权利要求1所述的一种高温工业烟气脱硫脱硝处理方法，其特征在于：所述S1烟气脱硫处理的步骤三中活性炭(13)为比表面积为1500-2000m2/g且平均孔径为2-5nm的小中孔活性炭。
4.如权利要求1所述的一种高温工业烟气脱硫脱硝处理方法，其特征在于：所述的经过S1步骤脱硫处理后的高温工业烟气在进行混合罐(17)前需进行换热器(16)处理，将高温工业烟气的温度控制在330-380℃。
5.如权利要求1所述的一种高温工业烟气脱硫脱硝处理方法，其特征在于：所述的脱硫烟囱管道出口与换热器(16)进口相连通，换热器(16)出口与混合罐(17)烟气进口连通，混合罐(17)烟气出口与脱硝烟囱管道(22)进口相连通，且混合罐(17)内设置有氨气进入的多孔环形中空管(19)，且混合罐(17)内部设置有旋转叶片(20)。
6.如权利要求1所述的一种高温工业烟气脱硫脱硝处理方法，其特征在于：所述的脱硝烟囱管道(22)的进口处和出口处均分别设置有金属网(21)，金属网(21)规格为100-160目。
7.如权利要求1所述的一种高温工业烟气脱硫脱硝处理方法，其特征在于：所述的催化剂(24)为五氧化二钒，且将催化剂负载在二氧化钛上，催化剂(24)的颗粒大小为10-20目，催化剂(24)颗粒的比表面积为80-120m2/g。
8.如权利要求1所述的一种高温工业烟气脱硫脱硝处理方法，其特征在于：所述S3步骤中脱硝烟囱管道(22)内相邻隔板(23)之间的高度为0.3-0.5m。
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