CN111921373A - 烟气协同净化系统和烟气协同净化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种烟气协同净化系统和烟气协同净化方法，包括沿烟气流向布置的催化氧化区、除尘区、臭氧氧化反应区、脱硫脱硝区；所述催化氧化区设有催化氧化的催化剂模块；二氧化硫在所述催化氧化区氧化为三氧化硫并和水蒸气结合形成硫酸雾，在所述除尘区脱除；所述臭氧氧化反应区用于进一步氧化氮氧化物，所述脱硫脱硝区设有碱性脱除剂。本方案通过催化氧化区、除尘区、臭氧氧化反应区、脱硫脱硝区的配合，能够较好地达到脱硝、除尘、脱硫协同脱除的效果。
Description
技术领域
本发明涉及烟气处理技术领域，具体涉及一种烟气协同净化系统和烟气协同净化方法。
背景技术
目前，为了满足气体污染物排放标准，净化烟气时脱硫脱硝的方式主要是SNCR/SCR脱硝和湿法脱硫相结合。
其中，SCR能稳定NOX的排放，SCR主要是向烟气中喷射氨还原剂(NH3)，在催化剂作用下和氮氧化物发生还原反应，从而达到脱除氮氧化物的目的。但由于锅炉负荷变化、喷氨量及喷氨均匀性控制难度大、反应程度的不确定性等问题，不可避免会发生氨逃逸。而逃逸的NH3与催化剂催化氧化SO2转化成的SO3结合生成NH4HSO4，从而造成催化剂模块、空预器堵塞以及烟囱排放铵盐气溶胶等一系列不良后果，并且铵盐气溶胶是有组织排放污染物中PM2.5前体污染物的一项主体贡献者。
现有技术针对基于NH3逃逸生成NH4HSO4的控制方式多样，比如通过监测其NH3及SO3浓度来调质烟气，或者控制喷氨量等，控制方式较为复杂，成本较高，NH3逃逸所导致的问题改善作用也有限。
发明内容
本发明提供一种烟气协同净化系统，烟气协同净化系统，包括沿烟气流向布置的催化氧化区、除尘区、臭氧氧化反应区、脱硫脱硝区；所述催化氧化区设有催化氧化的催化剂模块；二氧化硫在所述催化氧化区氧化为三氧化硫并和水蒸气结合形成硫酸雾，在所述除尘区脱除，所述催化氧化区同时用于提升烟气中低价氮氧化物氧化为高价氮氧化物的活化能；所述臭氧氧化反应区用于进一步氧化氮氧化物，所述脱硫脱硝区设有碱性脱除剂。
可选地，所述催化氧化区设有多层所述催化剂模块，多层所述催化剂模块沿烟气流向分布；和/或，所述催化剂模块包括抽取式催化剂。
可选地，所述催化氧化区包括位于所述催化剂模块上游的导流板和/或气流均布板。
可选地，所述催化剂模块以硅藻土为基质，五氧化二钒为催化剂。
可选地，还包括位于所述催化氧化区下游的旋流混合器，所述旋流混合器用于混合硫酸雾和灰尘。
可选地，所述除尘区为位于所述旋流混合器下游的低低温电除尘器。
可选地，所述低低温电除尘器和所述臭氧氧化反应区之间设有引风机；
和/或，所述催化氧化区的上游还设有省煤器；
和/或，所述催化氧化区和所述旋流混合器之间依次设有省煤器、空预器以及低低温换热器。
可选地，所述脱硝区为湿法脱硫塔，且所述湿法脱硫塔的下游设有湿式电除尘器。
本发明还提供一种烟气协同净化方法，进行前级的催化氧化反应：氧化烟气中的二氧化硫为三氧化硫，同时，提升烟气中低价氮氧化物氧化为高价氮氧化物的活化能；
将烟气温度降低至酸露点以下，三氧化硫和水蒸气结合形成硫酸雾，黏附于粉尘后予以除尘处理；
通过臭氧进一步氧化氮氧化物；
再通过碱性脱除剂脱除硫氧化物和氮氧化物。
可选地，将烟气温度降低至酸露点以下，将三氧化硫和水蒸气混合形成硫酸雾，再进行除尘处理。
可选地，在进行催化氧化反应之后，检测二氧化硫的含量，折算成三氧化硫含量，并在除尘处理之前检测粉尘含量，通过计算获得灰硫比，以调节前级催化氧化反应的催化剂用量。
本方案通过催化氧化区、除尘区和臭氧氧化反应区、脱硫脱硝区的配合，能够较好地达到脱硫脱硝效果，可替代常规的SCR/SCNR脱硝装置，无需喷射氨作为还原剂，从而避免氨(NH3)逃逸与SO3结合生成NH4HSO4造成下游相关设备堵塞的问题，也避免烟囱排放铵盐气溶胶。本实施例的脱硝方案可保证脱硝效率，且由于无需喷氨，也就无需控制还原剂用量，从而控制要求也低，投资及运行成本也较低。而且，背景技术中通过SCR/SCNR脱硝，由于氨逃逸和SO3结合生成NH4HSO4，一般需要减少SO2/SO3转化率，通常控制不高于1％，这种很低的转化率达不到调质烟气粉尘的作用。而本方案由于不存在氨逃逸，故可以增加SO2/SO3转化率，在没有额外加入如SO3/NaHCO3等烟气调质剂的情况下，可提升后端除尘器除尘效率的同时避免设备腐蚀，对高比电阻粉尘、不同锅炉负荷都能很好地调节适应，不但无氨逃逸引起的问题，反而可充分利用SO3的作用，降低下游湿法脱硫入口SO2浓度及降低粉尘的排放，为脱硫实现超低排放提供了保障，且对于煤种及锅炉负荷变化的适应性较好。综上，本方案达到了很好的协同脱除除烟气粉尘、NOX(氮氧化物)、SO2的系统及方法效果。
附图说明
图1为本发明所提供烟气协同净化系统一种具体实施例的结构示意图；
图2为图1中催化氧化区的放大示意图。
图1-2中的附图标记说明如下：
10-锅炉；
201-高中温省煤器；202-低温省煤器；
30-催化氧化区；301-导流板；302-气流均布板；303-催化剂模块；304-吹灰器；
40-空预器；
50-低低温换热器；
60-旋流混合器；
70-低低温电除尘器；
80-引风机；
90-臭氧氧化反应区；901-臭氧制备装置；
100-湿法脱硫塔；
110-湿式电除尘器；
120-烟囱。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，图1为本发明所提供烟气协同净化系统一种具体实施例的结构示意图。
本实施例中的烟气协同净化系统，与锅炉10连通，锅炉10内的烟气流向该烟气协同净化系统，烟气协同净化系统具体包括沿烟气流向布置的催化氧化区30、臭氧氧化反应区90以及脱硫脱硝区。
其中，催化氧化区30的可以参考图2理解，图2为图1中催化氧化区30的放大示意图。
催化氧化区30设有催化剂模块303，图2中示出两组沿气流方向布置的催化剂模块303，催化剂模块303主要用于氧化二氧化硫，可将SO2催化氧化为SO3，以及提升低价氮氧化物氧化为高价氧化物的活化能，当然，也能将一部分低价氮氧化物氧化为高价氮氧化物低价氮氧化物主要是NO、NO2，高价氮氧化物则主要是N2O4、N2O5等。为了实现该催化氧化功能，催化剂模块303可选用如下成分：以硅藻土为基质，五氧化二钒为催化剂，当然，铁、铂类氧化物也可以多为催化剂。
氧化后形成的SO3可以和水蒸气生成硫酸雾，硫酸雾黏附在粉尘表面并被碱性物质中和，粉尘特性得到很大改善，比电阻大大降低，然后可进入除尘区进行除尘，大大提高粉尘的脱除效率。
图1中，在催化氧化反应区的下游还紧接着设置省煤器，由于烟气温度已经上游省煤器降温，则下游的省煤器可以是低温省煤器202，可将烟气温度降低至约150℃，还可以在低温省煤器202之后再设置低低温换热器50，进一步将烟气温度降低至低于酸露点温度以下，约为90℃左右，可最大限度地对烟气进行预热利用，降低系统能耗，同时有利于氧化后形成的SO3可以和水蒸气生成硫酸雾。除尘区具体可以是低低温除尘器70，适应于降温后的低温除尘，以去除大部分硫。
进一步地，低低温电除尘器70和低低温换热器50之间可以设置旋流混合器60，SO3可与烟气中水蒸气混合而生成硫酸雾，旋流混合器60可以保证硫酸雾与粉尘混合的均匀性，有利于后续低低温除尘器70以及其他除尘区的灰硫比控制。
在催化氧化区30的下游还设置有臭氧氧化反应区90，图2中，臭氧氧化反应区90可以直接配备臭氧制备装置901，为臭氧氧化反应区90提供臭氧。臭氧氧化反应区90主要也是起到进一步的氧化作用，利用臭氧的强氧化性，可将上述经前级的催化氧化区30催化反应后形成的氮氧化物进一步氧化，此时，烟气中经前级催化氧化后的中价氮氧化物可由臭氧氧化为高价氮氧化物，如果前级催化氧化未能催化的低价氮氧化物，也可在臭氧氧化反应区90氧化为高价氮氧化物。
氧化后形成的高价氮氧化物再流向脱硫脱硝区，脱硫脱硝区设有碱性脱除剂，则高价氮氧化物和除尘区未脱除的少部分SO3，可以和碱性脱除剂发生中和反应，从而从烟气中脱除。脱硫脱硝反应区例如可以是湿法脱硫塔100，碱性脱除剂相应地为湿法脱硫塔100中配备的碱液。
由此可见，本实施例先通过设置催化氧化区30进行前级的催化氧化反应，使得烟气中的SO2催化氧化为SO3，尤为重要的是，前级的催化氧化反应可以提升低价氮氧化物氧化为高价氮氧化物的活化能，这样，经由强氧化的臭氧氧化反应区90进行更进一步的氧化，可以保证多数的氮氧化物能够氧化为高价态的氮氧化物，继而与碱性脱除剂反应而被脱除。即，设置的前级催化氧化区30有利于下游的臭氧氧化反应区90的氧化功能的发挥，可减小臭氧氧化反应区90所需的活化能。前级的催化氧化区30的氧化环境次于后端的臭氧氧化反应区90，催化氧化区30的含氧量可以只控制在3％-10％。主要将烟气中的SO2催化氧化为SO3，并控制转化率，同时起到提升低价氮氧化物氧化为高价氮氧化物的活化能作用。
可见，通过催化氧化区30、除尘区和臭氧氧化反应区90、脱硫脱硝区的配合，能够较好地达到脱硫脱硝效果，可替代常规的SCR/SCNR脱硝装置，无需喷射氨作为还原剂，从而避免氨(NH3)逃逸与SO3结合生成NH4HSO4造成下游相关设备堵塞的问题，也避免烟囱120排放铵盐气溶胶。本实施例的脱硝方案可保证脱硝效率，且由于无需喷氨，也就无需控制还原剂用量，从而控制要求也低，投资及运行成本也较低。而且，背景技术中通过SCR/SCNR脱硝，由于氨逃逸和SO3结合生成NH4HSO4，一般需要减少SO2/SO3转化率，通常控制不高于1％，这种很低的转化率达不到调质烟气粉尘的作用。而本方案由于不存在氨逃逸，故可以增加SO2/SO3转化率，在没有额外加入如SO3/NaHCO3等烟气调质剂的情况下，可提升后端低低温电除尘器70除尘效率的同时避免设备腐蚀，对高比电阻粉尘、不同锅炉10负荷都能很好地调节适应，不但无氨逃逸引起的问题，反而可充分利用SO3的作用，降低下游湿法脱硫入口SO2浓度及降低粉尘的排放，为脱硫实现超低排放提供了保障，且对于煤种及锅炉10负荷变化的适应性较好。综上，本方案达到了很好的协同脱除除烟气粉尘、NOX(氮氧化物)、SO2的系统及方法效果。
请继续参考图1，在催化氧化区30的上游可设置省煤器，由于和锅炉10直接连通，此处的省煤器可以是高中温省煤器201，可将烟气温度降低至300-450℃的中温烟气，有利于催化氧化区30对SO3以及低、中价氮氧化物的氧化作用。
请继续参考图2，该实施例中的催化氧化区30还可以包括位于催化剂模块303上游的气流均布板302和/或多个导流板301。多个导流板301倾斜设置，以将烟气相对均匀地导流入催化氧化区30域内，气流均布板302为分布有多个开孔的板结构，横向布置在烟道内，气流均布板302可以将经过多个导流板301导流的烟气再进一步地均流至催化剂模块303，这样有利于催化剂模块303的功能发挥，提高催化氧化的效率，从而充分利用尽可能少的催化剂用量来提高SO2/SO3转化效率。导流板301、气流均布板302可根据CFD计算机模拟计算，确定导流板301的导向角度及气流均布板302的开孔分布和开孔率，可保证气流均布系数＜0.15。
还可以为催化剂模块303配备吹灰器304，吹灰器304用于清除烟气中附着到催化剂模块303上的灰尘，避免灰尘堵塞催化剂模块303。
作为进一步的优化方案，请参考图2，催化氧化区30设有多层催化剂模块303，多层催化剂模块303沿烟气流向分布，多层布置可提高催化效率，保证催化效果。另外，催化剂模块303中催化剂可以是可抽取式催化剂，即催化剂随时可以抽出减少或置入添加，从而便于调整催化剂的用量。
相应地，可以在进行催化氧化反应之前，检测SO2的含量，比如在催化氧化区30的气流均布板302和催化剂模块303之间设置SO2的测量装置，设于此处，检测的数值为气流均布后的数据，检测更加准确。SO2的检测值可以折算为SO3的含量。同时，还在除尘处理之前检测粉尘含量，比如设置浊度仪进行检测，如此，通过计算可获得灰硫比(粉尘质量浓度与SO3质量浓度的比值)，根据获得灰硫比，可以通过调节催化氧化区30的催化剂用量来调节灰硫比，比如将灰硫比控制在50-100。
针对上述实施例，在湿法脱硫塔100的下游可以进一步设置湿式电除尘器110，以进一步对烟气进行除尘处理以及脱除过剩的SO3，保证除尘效果，有利于实现超低排放，经湿式电除尘器110除尘后的气体从烟囱120排出。
可见，本实施例采用前级辅助催化氧化+低温臭氧脱硝的方案，替代背景技术中SNCR/SCR脱硝+臭氧脱硝的方案，调节控制要求较低。具体的过程如下：
锅炉10烟气经高中温省煤器201后烟温降至300-450℃；
降温后的烟气后进入催化氧化区30，催化氧化区30利用催化剂在高温下，将SO2接触氧化为SO3，部分NO也将氧化成NO2/N2O4/N2O5等高价NOX；
气体SO3随烟气经过低温省煤器202及空预器40后温度降至约150℃；
再经过低低温换热器50将烟气温度降至低于酸露点温度以下，约为90℃左右；
通过旋流混合器60将SO3与水蒸气充分混合，使SO3基本都能与水蒸气结合生成硫酸雾，硫酸雾黏附在粉尘表面并被碱性物质中和，粉尘特性得到很大改善，比电阻大大降低；
通过低低温电除尘器70提高粉尘的脱除效率；
通过引风机80将烟气输送至脱硝反应区进行臭氧脱硝；
烟气输送至湿法脱硫塔100进行脱硫、脱硝、除尘；
再经湿式电除尘器110除尘及去除过剩的SO3；
净化后的净烟气由烟囱120排放。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.烟气协同净化系统，其特征在于，包括沿烟气流向布置的催化氧化区(30)、除尘区、臭氧氧化反应区(90)、脱硫脱硝区；所述催化氧化区(30)设有催化氧化的催化剂模块(303)；二氧化硫在所述催化氧化区(30)氧化为三氧化硫并和水蒸气结合形成硫酸雾，在所述除尘区脱除，所述催化氧化区(30)同时用于提升烟气中低价氮氧化物氧化为高价氮氧化物的活化能；所述臭氧氧化反应区用于进一步氧化氮氧化物，所述脱硫脱硝区设有碱性脱除剂。
2.如权利要求1所述的烟气协同净化系统，其特征在于，所述催化氧化区(30)设有多层所述催化剂模块(303)，多层所述催化剂模块(303)沿烟气流向分布；和/或，所述催化剂模块(303)包括抽取式催化剂。
3.如权利要求1所述的烟气协同净化系统，其特征在于，所述催化氧化区(30)包括位于所述催化剂模块(303)上游的导流板(301)和/或气流均布板(302)。
4.如权利要求1所述的烟气协同净化系统，其特征在于，所述催化剂模块(303)以硅藻土为基质，五氧化二钒为催化剂。
5.如权利要求1-4任一项所述的烟气协同净化系统，其特征在于，还包括位于所述催化氧化区(30)下游的旋流混合器(60)，所述旋流混合器(60)用于混合硫酸雾和灰尘。
6.如权利要求5所述的烟气协同净化系统，其特征在于，所述除尘区为位于所述旋流混合器(60)下游的低低温电除尘器(70)。
7.如权利要求6所述的烟气协同净化系统，其特征在于，
所述低低温电除尘器(70)和所述臭氧氧化反应区(90)之间设有引风机(80)；
和/或，所述催化氧化区(30)的上游还设有省煤器；
和/或，所述催化氧化区(30)和所述旋流混合器(60)之间依次设有省煤器、空预器(40)以及低低温换热器(50)。
8.如权利要求1-4任一项所述的烟气协同净化系统，其特征在于，所述脱硝区为湿法脱硫塔(100)，且所述湿法脱硫塔(100)的下游设有湿式电除尘器(110)。
9.烟气协同净化方法，其特征在于，
进行前级的催化氧化反应：氧化烟气中的二氧化硫为三氧化硫，同时，提升烟气中低价氮氧化物氧化为高价氮氧化物的活化能；
将烟气温度降低至酸露点以下，三氧化硫和水蒸气结合形成硫酸雾，黏附于粉尘后予以除尘处理；
通过臭氧进一步氧化氮氧化物；
再通过碱性脱除剂脱除硫氧化物和氮氧化物。
10.如权利要求9所述的烟气协同净化方法，其特征在于，在进行催化氧化反应之后，检测二氧化硫的含量，折算成三氧化硫含量，并在除尘处理之前检测粉尘含量，通过计算获得灰硫比，以调节前级催化氧化反应的催化剂用量。
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