CN111905541A - 一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统及方法，包括设置在烟道上的前置氧化系统、依次设置在烟道出口的吸收系统和烟囱；所述的前置氧化系统包括依次连接的H2O2储罐和超声雾化器，与超声雾化器入口连接的压缩气体罐；超声雾化器的出口接入烟道；所述的吸收系统包括吸收塔；所述的吸收塔采用分段式错流烟气净化吸附塔，包括上下隔离的出气室和进气室，从中间连通出气室和进气室的中间气室；形成中间气室的吸附剂层内设置活性焦，与进气室对应下段为脱硫段，与出气室对应上段为脱硝段，中间气室内设置喷氨装置；吸收塔的进气室连接烟道出口，出气室连接烟囱。
Description
技术领域
本发明涉及燃煤电厂、钢厂烧结机、工业锅炉、生物质电厂、垃圾焚烧厂等行业废气进行综合治理的烟气净化领域，具体为一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统及方法。
背景技术
我国95％以上大型燃煤机组实现超低排放，但治理工艺路线单一，运行成本高，面临迫切的转型需求，一体化脱除和资源化利用是未来发展的方向。与电力行业污染物治理相比，非电行业污染物排放分布广、烟气量小、烟气工况复杂、治理难度大，一体化脱除和低温脱硝技术具有迫切的市场需求。
活性焦烟气联合脱硫脱硝技术，可实现多种污染物一体化脱除和硫资源化，并可以在80～150℃范围实现低温脱硝，是我国最具前景的烟气治理技术。活性焦联合脱硫脱硝技术在我国钢铁、冶金等行业有60余套业绩，普遍存在脱硝效率低、运行不稳定等问题。实践表明，活性焦虽可以实现低温脱硝，但反应速度慢、活性焦装填量、脱硝效率低、运行不稳定、催化剂用量大，且受SO2、H2O等浓度影响较大。
同时，O3是工程中最常用的NO氧化剂，但是O3发生成本高(每产生1kgO3，电耗7～8kWh，O2耗量约10kg，按照商业用电0.7元/kWh计算，单位O3成本约为10500元/吨)、耗量大，工艺中存在O3逃逸，氧化剂利用率低，氧化成本同样较高。H2O2是一种廉价清洁的氧化剂，单位质量成本仅为O3的1/10，且H2O2分子量小，同等摩尔比条件下，质量仅为O3的2/3。在同等摩尔比条件下氧化NO，H2O2成本仅为O3的1/15。且H2O2氧化过程只产生O2，不产生二次污染。因此，在NO氧化工艺中采用H2O2取代O3，对于降低工艺成本具有重要意义。但在H2O2氧化NO工艺中，多采用压缩雾化方式将喷入烟道氧化NO，这种工艺氧化效率低，一般小于60％。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统及方法，能使活性焦表面低温标准SCR反应过程改变为快速SCR反应过程，从而降低活性焦用量，提升脱硝效率和运行稳定性。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统，包括设置在烟道上的前置氧化系统、依次设置在烟道出口的吸收系统和烟囱；
前置氧化系统包括依次连接的H2O2储罐和超声雾化器，与超声雾化器入口连接的压缩气体罐；超声雾化器的出口接入烟道；
吸收系统包括吸收塔；所述的吸收塔采用分段式错流烟气净化吸附塔，包括上下隔离的出气室和进气室，从中间连通出气室和进气室的中间气室；形成中间气室的吸附剂层内设置活性焦，与进气室对应下段为脱硫段，与出气室对应上段为脱硝段，中间气室内设置喷氨装置；吸收塔的进气室连接烟道出口，出气室连接烟囱。
优选的，前置氧化系统还包括依次设置在烟道内的断面混合器和喷射格栅；喷射格栅与超声雾化器出口连接；断面混合器设置在喷射格栅的上游侧。
优选的，H2O2储罐和超声雾化器之间设置有输送泵。
优选的，吸收塔的烟气入口通过引风机连接烟道出口。
优选的，喷氨装置包括设置在中间气室内的喷氨格栅，以及与喷氨格栅依次连接的氨蒸发器和氨储罐。
一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝方法，基于上述所述的系统，包括，
将过氧化氢通过超声雾化后，利用压缩气体均匀喷入到吸收塔的烟道内，将含有SO2和NO烟气中的NO氧化为NO2；
含有SO2和NO2的烟气进入吸收塔，在吸收塔内通过下段活性焦先将SO2吸收脱除，再通过上段的活性焦与喷入的氨气一同发生SCR反应对NO2吸收脱除，实现烟气的脱硫脱硝后排放。
优选的，在烟气温度为250～500℃的烟道处均匀喷入超声雾化后的过氧化氢。
优选的，过氧化氢质量浓度为20～50％，喷入的过氧化氢与NO摩尔比为1～5。
优选的，H2O2喷射量通过所述的超声雾化器的功率和压缩气体量调节，使脱硝段NO和NO2比例接近1:1。
进一步的，吸收塔内的活性焦为煤基不定型活性焦，粒径为5～15mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明系统设置前置氧化系统，并采用H2O2为氧化剂替代O3，通过超声雾化和压缩空气携带的雾化方式输送至烟道，相比于压缩空气直接雾化，H2O2分子雾化粒径更小，避免了H2O2蒸发过程中的无效分解，从而降低H2O2氧量，同时将H2O2氧化NO效率提升至98％以上，且同等条件下，H2O2氧化成本仅为O3氧化成本的1/15，整个设备简单，投资和运行成本低；同时，吸收系统采用分段式错流烟气净化吸附塔，并采用活性焦为催化剂，通过改变SCR反应路径，提升脱硝效率，保证活性焦联合脱硫脱硝系统连续稳定运行，既适用于新建活性焦联合脱硫脱硝工程，又适用于现有活性焦联合脱硫脱硝项目改造，具有重要的应用前景。
进一步，本发明系统还通过采用在喷射格栅上游侧设置断面混合器的方式，使H2O2和烟气能充分混合，提高处理效果。
进一步，本发明系统采用设置输送泵的方式，将过氧化氢送入超声雾化器，提高了处理效率。
进一步，本发明系统通过设置引风机将烟道内的烟气送入吸收塔内，确保吸收塔内的吸收效率。
本发明方法通过超声雾化+压缩空气携带的雾化方式，并采用H2O2为氧化剂，通过超声雾化，相比于压缩空气直接雾化，H2O2分子雾化粒径更小，避免了H2O2蒸发过程中的无效分解，从而降低H2O2氧量，同时将H2O2氧化NO效率提升至98％以上。在此基础上，吸附反应系统采用活性焦为吸附剂，吸附塔为双段式错流烟气净化吸附塔，经H2O2氧化的烟气首先进入下段吸附塔，经活性焦吸附脱硫，继而与NH3混合，在上段经活性焦催化，实现低温脱硝，净烟气进入烟囱排放，不产生二次污染物，氧化成本低，工艺简单，脱硫效率＞99％，脱硝效率＞80％；因为采用H2O2为绿色氧化剂，其分解产物为H2O，避免了因过量O3喷入带来的二次污染问题；且H2O2氧化NO选择性强，不产生SO2氧化问题，可实现SO2、NOx、Hg、VOC等多种污染物一体化脱除，并可以实现低温脱硝，市场潜力巨大。
进一步，本发明方法通过在烟气温度为250～500℃的烟道处均匀喷入超声雾化后的过氧化氢，能有效保证雾化后的H2O2氧化效率。
进一步，本发明方法采用通过所述的超声雾化器的功率和压缩气体量调节来调节H2O2喷射量的方式，使脱硝段NO和NO2比例接近1:1，保证快速SCR反应的发生。
附图说明
图1为本发明工艺系统结构示意图。
图2为H2O2压缩雾化氧化NO特性示意图。
图3为H2O2超声雾化氧化NO特性示意图。
图4为基于快速SCR反应的活性焦脱硝性能验证示意图。
图中：1为H2O2储罐、2为输送泵、3为压缩气体罐、4为超声雾化器、5为喷射格栅、6为断面混合器、7为引风机、8为氨储罐、9为氨蒸发器、10为喷氨格栅、11为吸附塔、12为脱硫段、13为脱硝段、14为烟囱。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统，如图1所示，包括前置氧化系统、吸收系统和烟囱三部分。前置氧化系统包括依次连接的H2O2储罐1、输送泵2、超声雾化器4；吸收系统包括吸收塔11、设置在吸收塔11内部下段的脱硫段12、设置在吸收塔11内部上段的脱硝段13、以及设置在吸收塔11内部中间气室的喷氨格栅10和依次与喷氨格栅10连接的氨蒸发器9和氨储罐10连接。
雾化后的H2O2采用压缩气体携带，超声雾化器4入口与压缩气体罐3连接，出口与喷射格栅5连接，喷射格栅5前面设置断面混合器6，用于H2O2与烟气的充分混合。H2O2喷入烟道将NO氧化为NO2，含有SO2和NO2气体的烟气经引风机7进入吸附塔11，吸附剂为活性焦，吸收塔11采用分段式错流烟气净化吸附塔，包括上下隔离的出气室和进气室，从中间连通出气室和进气室的中间气室；形成中间气室的吸附剂层内设置活性焦，与进气室对应下段为脱硫段12，与出气室对应上段为脱硝段13，中间气室内设置喷氨装置；其中，下段为脱硫段12，上段为脱硝段13，中间气室内设置喷氨格栅10，喷氨格栅10依次与氨蒸发器9和氨储罐8连接。吸收塔出口与烟囱14连接，净化后的烟气经烟囱14排放。
作为本发明优选的实施方式，所述的喷射格栅5前设置断面混合器6，用于H2O2和烟气的充分混合；
作为本发明优选的实施方式，所述的H2O2储罐1和超声雾化器4之间设置有输送泵2；
作为本发明优选的实施方式，所述的吸收塔11的烟气入口通过引风机7连接烟道出口。
本发明一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝方法，通过控制超声雾化器4的功率和压缩气体的流量，控制氧化剂H2O2喷入量，H2O2储罐1和输送泵2用于补充超声雾化器4内H2O2量，在250～500℃条件下，雾化后的H2O2通过喷射格栅5均匀喷入烟道，将NO氧化为NO2，保证氧化效率＞98％；然后含有SO2、NO2的气体进入吸收塔11，含有SO2、NO2的气体进入吸收塔11，首先通过脱硫段12脱除大部分SO2，脱硫后的烟气与喷氨格栅10喷出的NH3混合，进入脱硝段13通过快速SCR反提高脱硝效率，实现SO2脱除效率＞98％，NO2脱除效率＞80％。
作为本发明优选的实施方式，所述喷射格栅5所处位置对应烟气温度为250～500℃；
作为本发明优选的实施方式，所述H2O2储罐1内H2O2质量浓度为20～50％，H2O2与NO摩尔比为1～5；
作为本发明优选的实施方式，所述H2O2喷射量可以通过所述的超声雾化器4的功率和压缩气体量调节，使脱硝段NO和NO2比例接近1:1，保证快速SCR反应发生，比例越接近1:1，反应越快。
在实际的H2O2氧化NO工艺中，目前采用压缩雾化方式将H2O2喷入烟道氧化NO进行脱硫脱硝处理的研究结果，如图2所示，工艺氧化效率低，一般小于60％；而采用本发明系统及方法进行脱硫脱硝处理的研究结果，如图3所示，使H2O2氧化NO效率提升至98％以上；
同时，在NH3-SCR反应过程中，存在两种反应过程，即标准SCR反应过程和快速SCR反应过程，反应方程分别如(1)、(2)所示。研究表明，快速SCR反应速率在低温段比标准SCR至少快10倍，可以显著提升脱硝效率，降低催化剂用量。发明人针对活性焦脱硝过程验证了快速SCR反应过程，发现当NO2占比约为0.5，即NO2/NO摩尔比为1.0时，脱硝效率达到最大，即快速SCR反应效果优于标准SCR反应，结果如图4所示。
4NO+4NH3+O2＝4N2+6H2O (1)
NO+NO2+2NH3＝2N2+3H2O (2)
基于以上研究结果，本发明提出一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统及方法，即采用H2O2为氧化，提升一定比例的NO氧化为NO2，通过改变活性焦表面标准SCR反应过程为快速SCR反应过程，提升脱硝效率。
Claims (10)
1.一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统，其特征在于，包括设置在烟道上的前置氧化系统、依次设置在烟道出口的吸收系统和烟囱(11)；
所述的前置氧化系统包括依次连接的H2O2储罐(1)和超声雾化器(4)，与超声雾化器(4)入口连接的压缩气体罐(3)；超声雾化器(4)的出口接入烟道；
所述的吸收系统包括吸收塔(11)；所述的吸收塔(11)采用分段式错流烟气净化吸附塔，包括上下隔离的出气室和进气室，从中间连通出气室和进气室的中间气室；形成中间气室的吸附剂层内设置活性焦，与进气室对应下段为脱硫段(12)，与出气室对应上段为脱硝段(13)，中间气室内设置喷氨装置；吸收塔(11)的进气室连接烟道出口，出气室连接烟囱(14)。
2.根据权利要求1所述的一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统，其特征在于，所述的前置氧化系统还包括依次设置在烟道内的断面混合器(6)和喷射格栅(5)；喷射格栅(5)与超声雾化器(4)出口连接；断面混合器(6)设置在喷射格栅(5)的上游侧。
3.根据权利要求1所述的一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统，其特征在于，所述的H2O2储罐(1)和超声雾化器(4)之间设置有输送泵(2)。
4.根据权利要求1所述的一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统，其特征在于，所述的吸收塔(11)的烟气入口通过引风机(7)连接烟道出口。
5.根据权利要求1所述的一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统，其特征在于，所述的喷氨装置包括设置在中间气室内的喷氨格栅(10)，以及与喷氨格栅(10)依次连接的氨蒸发器(9)和氨储罐(8)。
6.一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝方法，其特征在于，包括，
将过氧化氢通过超声雾化后，利用压缩气体均匀喷入到吸收塔(8)的烟道内，将含有SO2和NO烟气中的NO氧化为NO2；
含有SO2和NO2的烟气进入吸收塔(11)，在吸收塔(11)内通过下段活性焦先将SO2吸收脱除，再通过上段的活性焦与喷入的氨气一同发生SCR反应对NO2吸收脱除，实现烟气的脱硫脱硝后排放。
7.根据权利要求6所述的一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝方法，其特征在于，在烟气温度为250～500℃的烟道处均匀喷入超声雾化后的过氧化氢。
8.根据权利要求6所述的一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝方法，其特征在于，所述的过氧化氢质量浓度为20～50％，喷入的过氧化氢与NO摩尔比为1～5。
9.根据权利要求6所述的一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝方法，其特征在于，所述的H2O2喷射量通过所述的超声雾化器(4)的功率和压缩气体量调节，使脱硝段NO和NO2比例接近1:1。
10.根据权利要求9所述的一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝方法，其特征在于，所述的吸收塔(11)内的活性焦为煤基不定型活性焦，粒径为5～15mm。
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