CN112495157A - 一种协同脱除三氧化硫及氯化氢的装置及工艺 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及废气净化领域，具体提供一种协同脱除三氧化硫及氯化氢的装置及工艺。所述协同脱除三氧化硫及氯化氢的装置包括吸附剂输送单元和协同脱除单元，所述协同脱除单元按烟气流动方向包括省煤器、SCR装置和空预器和除尘器；所述吸附剂输送单元通过SCR装置前后的管道将吸附剂喷入协同脱除单元；所述吸附输送单元包括吸附剂溶解单元及造粒单元，所述吸附剂溶解单元将粉状的原料溶解于溶液，所述造粒单元将混合溶液雾化干燥为颗粒状。针对现有技术中存在的问题，本公开提供了能联合脱除烟气中SO3和HCl工艺及装置，即能保证碱性吸附剂高效利用，还能同时脱除烟气中的SO3和HCl。

Description

一种协同脱除三氧化硫及氯化氢的装置及工艺
技术领域
本公开涉及废气净化领域，具体提供一种协同脱除三氧化硫及氯化氢的装置及工艺。
背景技术
这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。
在煤炭燃烧过程中，除了首要污染物SO2和NOx和尘外，还有微量污染物以不同的形式排放到外界环境中，对外界环境造成危害或潜在危害。随着国家标准的日益严格，这些微量污染物包括SO3、HCl等引起人们的广泛关注，但至今没有得到有效地脱除。
SO3主要在两个部分生成：锅炉内和SCR，随着我国SCR的不断普及，造成SO3排放的增加。SO3会对于燃煤电厂的设备造成诸多危害如堵塞空气预热器、腐蚀金属壁面等，还对污染外界环境，造成“蓝烟”、酸雨等环境问题。
目前，脱除烟气中已经存在的SO3主要包括碱性吸附剂喷射技术、低(高)温电除尘技术、湿法脱硫技术(WFGD)和湿式电除尘技术(WESP)，已经证明比较有效地是在SCR前后进行吸附剂喷射，利用酸碱反应能够预防SCR催化剂中毒、空预器堵塞等情况，但是还存在碱性吸附剂利用率低，脱除效率不理想等问题。
在我国由于煤中氯含量较低，一般含量都低于0.05％以下，因此一直没有引起人们的重视，但是由于湿法脱硫的广泛运用，石灰石浆液不断循环，造成在脱硫浆液中Cl-不断富集，对脱硫系统设备造成腐蚀，为了实现脱硫废水的零排放，目前国内主要是通过烟道喷雾蒸发处理的方法，去除废水中的Cl-，但该技术目前并不成熟，而且脱硫废水量大，这种很难进行全部处理。
SO3和HCl都是酸性气体，原理上都可以利用碱性吸附剂进行脱除，但发明人发现，SO3和HCl在吸附过程中存在竞争，而现有技术中只关注SO3的吸收率，HCl则通过液法清除。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本公开提供一种能联合脱除烟气中SO3和HCl工艺及装置，即能保证碱性吸附剂高效利用，还能同时脱除烟气中的SO3和HCl。
本公开一个或一些实施方式中，提供一种协同脱除三氧化硫及氯化氢的装置，包括吸附剂输送单元和协同脱除单元，所述协同脱除单元按烟气流动方向包括省煤器、SCR装置和空预器和除尘器；所述吸附剂输送单元通过SCR装置前后的管道将吸附剂喷入协同脱除单元；
所述吸附输送单元包括吸附剂溶解单元及造粒单元，所述吸附剂溶解单元将粉状的原料溶解于溶液，所述造粒单元将混合溶液雾化干燥为颗粒状。
本公开一个或一些实施方式中，提供一种协同脱除三氧化硫及氯化氢的工艺，其特征在于，所述工艺在上述协同脱除三氧化硫及氯化氢的装置中进行，
将吸附剂输送单元中的碱性吸附剂通过SCR装置前后的管道输送至协同脱除单元，在协同脱除单元中将三氧化硫与氯化氢脱除。
上述技术方案中的一个或一些技术方案具有如下优点或有益效果：
1)本公开吸附剂制备工艺简单，且用钙基或钠基为活性物作脱氯剂和脱硫剂，经济性高，有利于广泛应用；由于采用了超声雾化工艺，碱性吸附剂孔隙率高，粒径更小，在脱除过程中利用率更高，在保证理想脱除效率的前提下，更少的使用吸附剂，减少除尘器的压力；且超声雾化工艺可保证吸附剂的分散性和活性，不会造成因喷雾不均匀产生的结垢等现象，高活性也保证在脱除SO3的同时能够有效脱除HCl。且吸收剂干燥后呈干粉颗粒状，采用干粉喷射，减少水蒸气带来设备腐蚀和脱氯效率降低等问题；本公开主要用于联合脱除燃煤电厂烟气中HCl、SO3。针对烟气中HCl、SO3浓度低的特点，脱除时易受到其他高浓度酸性气体和水蒸气的影响，利用超声喷雾造粒制备一种多孔的碱性吸附剂，选择了有利于脱除的反应温度，利于利用高孔隙的碱性吸附剂来脱除烟气中微量的HCl、SO3，
2)本公开将吸附剂制备工艺与协同脱除SO3和HCl工艺联合，吸附剂制备完毕及时将其用于SCR装置中HCl、SO3脱除，避免了吸附剂长期保存导致受潮，且利用吸附剂干燥过程中的热流用于吸附剂输送，热流在干燥吸附剂的同时也为吸附剂的输送提供动力，两工艺配合节约了动力。
3)本公开在SCR装置前后均设置吸附剂输送管线，在SCR出气口和空预器之间喷射碱性吸附剂用于脱除在SCR催化生成的SO3和剩余部分的SO3、HCl气体，在碱性吸附剂两个喷射点能高效脱除HCl、SO3后，大部分都固在吸附剂上，减少脱硫废水中CI-的富集，同时减少SO3的污染、腐蚀等问题。二者配合减少烟气中的HCl、SO3。
附图说明
构成本公开一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为实施例1所述的协同脱除三氧化硫及氯化氢的装置图。
其中：1-1省煤器；1-2SCR装置；1-3空预器；1-4除尘器；2-1干粉储存罐；2-2搅拌溶解池；2-3工艺水池；2-4第一压气机；2-5超声雾化喷嘴；2-6喷雾干燥器；2-7电加热器；2-8旋风分离器；2-9袋式捕集器；2-10吸附剂存储装置；2-11第二压气机；2-12气动输料阀；2-13第一物料喷头；2-14第二物料喷头。
具体实施方式
下面将对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本公开的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本公开的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。
针对现有技术中存在的问题，本公开提供一种能联合脱除烟气中SO3和HCl工艺及装置，即能保证碱性吸附剂高效利用，还能同时脱除烟气中的SO3和HCl。
发明人前期研究表明：(1)无论是钙基还是钠基吸收剂脱氯，都与烟气中温度有关，而且存在一个最佳脱除温度，最佳温度区间为300～600℃，因此在烟气温度为300～600℃时喷射碱性吸附剂，可以提高脱氯反应速率；(2)水蒸气浓度会影响HCl脱除，当温度超过380℃时水蒸气存在会抑制脱除反应的进行，采用干法喷射能够避免水蒸气带来的影响；(3)干法脱除SO3和HCl为气固反应，扩散是整个反应的控制阶段，比表面积越高，越有利与反应的进行，同时吸收剂的利用率越高，制备多孔碱性吸附剂能够达到协同脱出SO3和HCl的目的。
基于前期研究，本公开一个或一些实施方式中，提供一种协同脱除三氧化硫及氯化氢的装置，包括吸附剂输送单元和协同脱除单元，所述协同脱除单元按烟气流动方向包括省煤器、SCR装置和空预器和除尘器；所述吸附剂输送单元通过SCR装置前后的管道将吸附剂喷入协同脱除单元；
所述吸附输送单元包括吸附剂溶解单元及造粒单元，所述吸附剂溶解单元将粉状的原料溶解于溶液，所述造粒单元将混合溶液雾化干燥为颗粒状。
优选的，所述吸附剂溶解单元包括工艺水池，干粉储存罐，搅拌溶解池，所述吸附剂储存于干粉储存罐中，溶剂储存于工艺水池中，二者在搅拌溶解池中溶解。
优选的，所述造粒单元包括喷雾干燥器，超声雾化喷嘴，超声雾化喷嘴将搅拌溶解池中的混合溶液雾化喷淋为小液滴，并将小液滴输送至喷雾干燥器中加热为颗粒；
优选的，喷雾干燥器连接电加热器，电加热器为喷雾干燥器提供热源。
优选的，造粒单元还包括第一压气机，第一压气机为超声雾化喷嘴提供动力。
优选的，所述喷雾干燥器底部出料口连接旋风分离器，所述旋风分离器连接吸附剂存储装置，吸附剂存储装置通过SCR装置前后的管道为协同脱除单元提供吸附剂原料；
优选的，所述吸附剂存储装置的出料口处设置气动输料阀，所述吸附剂存储装置的输出管道上有第二压气机提供动力；
优选的，所述吸附剂输送单元与SCR装置前方连接的管道上均设置物料喷头。
优选的，所述旋风分离器还连接袋式捕集器，将粉尘收集后，将多余气体排空。
优选的，所述吸附剂按重量组分包括活性组分80-90份、粘结剂1-5份、活性添加剂1-6份；
所述活性组分为碱金属化合物、碱土金属化合物或二者混合物；
所述活性组分包括NaOH、Na2CO3、NaHCO3、CaO、CaCO3、Ca(OH)2、MgO、Mg(OH)2中的一种或几种形成的混合物；
或，所述粘结剂为无机黏土；
或，所述活性添加剂为铝盐、稀土金属氧化物，
优选的，铝盐为硝酸铝、氢氧化铝，
优选的，稀土金属氧化物为氧化镧、氧化铈。
碱性吸附剂和粘结剂和活性添加剂储存在干粉储存罐中并均匀混合，所述粘结剂是为了提高活性组分的分散度，改变内部骨架结构，提高脱氯剂的穿透时间和穿透氯容量，包括无机黏土一种或几种浓度不超过5％，否则造成超声雾化喷嘴的堵塞；活性添加剂为铝盐或稀土金属氧化物一种或几种，质量分数不超过6％，活性添加剂是为了防止高温烧结，提高吸附剂的机械性能，保证较高的吸附活性，干粉通过给料机以一定的速度送料至搅拌溶解池中，溶液浓度不宜过高，否则会堵塞喷嘴，浓度推荐低于10％，在搅拌池内充分搅拌混合，混合后得到需要的碱性吸附剂溶液用于喷雾造粒；在搅拌池的底部连接有溶液输送管道，连接口设有滤网，滤网主要过滤掉浆液中的杂质，避免堵塞管道，浆液流量通过布置在供浆管道转子流量计测量，测量范围为0～40m3/h，液相压力通过普通的压力表测量，测量范围为0～1.0MPa，精度为5％，输送管道另一端连接有流体动力式超声雾化喷嘴。
本公开一个或一些实施方式中，提供一种协同脱除三氧化硫及氯化氢的工艺，其特征在于，所述工艺在上述协同脱除三氧化硫及氯化氢的装置中进行，
将吸附剂输送单元中的碱性吸附剂通过SCR装置前后的管道输送至协同脱除单元，在协同脱除单元中将三氧化硫与氯化氢脱除。
优选的，所述超声雾化喷嘴由气压和水压提供动力，
优选的，350-500℃。
优选的，气压为0.3-0.6MPa，水压为0.3～0.6MPa。超声雾化喷嘴采用气动式，具有有结构简单，工作量大，可用范围广等特点，故考虑将气动式超声波雾化喷嘴引入到雾化造粒场所中，超声雾化喷嘴的气压由供气系统提供，为了得到更好的超声雾化效果，气压和水压都需要控制在一定内范围，气压选择范围取0.3-0.6MPa，水压范围选取0.3～0.6MPa，在工作液压为0.4MPa时，喷嘴的雾化流量设计在5L/min左右。喷嘴采用双层套管结构，外部为碱液，内部为气体通道，在拉法尔管出口达到超声速，在混合室混合，在共振腔作用下产生超声波，超声波对溶液进行超声波雾化，雾化后溶液产生细微的小液滴进入雾化干燥器内，液滴直径可以达到20～100um，同时雾化干燥器内有热空气通入，气流温度控制在反应温度100-160℃，这些液滴在干燥器内被高温气流加热，水分被蒸发，溶液雾化干燥后就形成多孔碱性吸附剂，在气流作用下，这些碱性吸附剂沿管道进入旋风分离器内，由于离心力作用经过旋风分离器被收集得到，剩余的气体携带细小的颗粒进入袋式捕集器被，旋风分离器和袋式捕集器将捕集得到的碱性吸附剂输送到吸附剂存储装置中，剩余气体排空。这种多孔碱性吸附剂比表面积高，粒径小能达到0.5～30um，脱氯效果好。
优选的，电加热器产生的热气流为碱性吸附剂进入旋风分离器提供动力，剩余气体经过袋式除尘器将吸附剂进一步收集，剩余气体排空。
为了防止吸附剂之间的团聚，在吸附剂存储装置下设有气动输料阀，由高压气体将吸附剂输送到物料喷头，碱性吸附剂输由两个物料喷头分别在省煤器、SCR和SCR和空预器之间的两个位置进入烟道。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种协同脱除三氧化硫及氯化氢的装置，包括吸附剂输送单元和协同脱除单元，所述协同脱除单元按烟气流动方向包括省煤器1-1、SCR装置1-2和空预器1-3和除尘器1-4；所述吸附剂输送单元通过SCR装置1-2前后的管道将碱性吸附剂喷入协同脱除单元。
所述碱性吸附剂的原料，按重量组分包括活性组分80-90份、粘结剂1-5份、活性添加剂1-6份；所述活性组分为NaOH、Na2CO3、NaHCO3、CaO、CaCO3、Ca(OH)2、MgO、Mg(OH)2形成的混合物。所述粘结剂为无机黏土。所述活性添加剂为铝盐、稀土金属氧化物的混合物，铝盐为硝酸铝、氢氧化铝，稀土金属氧化物为氧化镧、氧化铈。
所述吸附输送单元包括吸附剂溶解单元及造粒单元，所述吸附剂溶解单元将粉状的原料溶解于溶液，所述造粒单元将混合溶液雾化干燥为颗粒状。
所述吸附剂溶解单元包括工艺水池2-3，干粉储存罐2-1，搅拌溶解池2-2，所述吸附剂储存于干粉储存罐2-1中，向搅拌溶解池2-2中投放，同时工艺水池2-3中的溶剂向搅拌溶解池2-2中泵送，吸附剂在搅拌溶解池2-2中溶解分散均匀。
所述造粒单元包括喷雾干燥器2-6，超声雾化喷嘴2-5，电加热器2-7，超声雾化喷嘴2-5将搅拌溶解池2-2中的混合溶液雾化喷淋为小液滴，并将小液滴输送至喷雾干燥器2-6中加热为颗粒；
造粒单元还包括第一压气机2-4，第一压气机2-4为超声雾化喷嘴2-5提供动力。喷雾干燥器2-6连接电加热器2-7，电加热器2-7为喷雾干燥器2-6提供干燥热源。
所述喷雾干燥器2-6底部出料口连接旋风分离器2-8，所述旋风分离器2-8连接吸附剂存储装置2-10，吸附剂存储装置2-10通过SCR装置1-2前后的管道为协同脱除单元提供吸附剂原料。
所述吸附剂输送单元与SCR装置1-2前方连接的管道上分别连接第一物料喷头2-11和第二物料喷头2-12。
所述吸附剂存储装置2-10的出料口处设置气动输料阀，所述吸附剂存储装置2-10的输出管道上有第二压气机2-11提供动力。
所述旋风分离器2-8还连接袋式捕集器2-9，将粉尘收集后，将多余气体排空。
实施例2
本实施例提供一种协同脱除三氧化硫及氯化氢的工艺，所述工艺在实施例1所述的协同脱除三氧化硫及氯化氢的装置中进行，将吸附剂输送单元中的碱性吸附剂通过SCR装置前后的管道输送至协同脱除单元，在协同脱除单元中将三氧化硫与氯化氢脱除。
所述超声雾化喷嘴由气压和水压提供动力。气压为0.3-0.6MPa，水压为0.3～0.6MPa。SCR前烟道中烟气温度为350℃，吸附剂与SO3摩尔比为2:1，喷射流速为10m/s，三氧化硫脱除效率为90％，氯化氢的脱除效果75％；SCR后烟道中烟气温度为345℃，吸附剂与SO3摩尔比为2:1，喷射流速为10m/s。
电加热器产生的热气流为碱性吸附剂进入旋风分离器提供动力。小液滴直径为20～100um。采用热气流对小液滴晶型干燥，热气流温度控制在100-160℃。
对比例1
本实施例提供一种协同脱除三氧化硫及氯化氢的工艺，与实施例2区别在于，所述碱性吸附剂的原料，按重量组分包括活性组分83份、粘结剂8份、活性添加剂9份，运行8小时后，发现喷嘴堵塞，停工清理喷嘴。
对比例2
本实施例提供一种协同脱除三氧化硫及氯化氢的工艺，与实施例2区别在于，不包括超声雾化喷嘴，即所述碱性吸附剂不进行造粒，直接将干燥的混合物喷入协同脱除单元。
对实施例1、对比例1、2所述工艺的效果记录如表1所示，从表1可以看出，对比例1,2对HCl的脱除效果均逊于实施例1，可见碱性吸附剂各组分的比例、雾化工艺对三氧化硫及氯化氢的协同脱除效果有着十分显著的影响，显然，实施例2所述的工艺为最佳反应条件。
对比例3
本实施例提供一种协同脱除三氧化硫及氯化氢的工艺，与实施例2区别在于，所述碱性吸附剂的原料，原料中包含5％的有机组分作为粘结剂，运行4小时后，发现由于有机组分高温下不稳定，在喷雾干燥器中极易出现火苗，十分危险，因此停工。
对实施例2，对比例1，2所述的吸附剂进行性能测试如下，结果如表1、表2所示，从表1可以看出，实施例2所选用的原料比例、温度参数，可以实现同时脱除氯化氢与三氧化硫，且脱除效果最佳。
表1
编号/性能指标 外观 粒径/um 穿透氯容％ 穿透时间/h 比表面积m<sup>2</sup>/g
实施例2 白色粉末 0.5～30 15％～25％ 15～30 >50
对比例1 白色粉末 30-50 13％-18％ 10-15 20-50
对比例2 白色粉末 >100 5％-10％ 5-15 5-15
表2
编号/性能指标 吸附剂中钠与SO<sub>3</sub>的摩尔比 SO<sub>3</sub>脱除率 HCI脱除率
实施例2 2:1 85％ 90％
对比例2 4:1 70％ 50％
普通吸附剂 8:1 90％ 80％
以上所揭露的仅为本公开的优选实施例而已，当然不能以此来限定本公开之权利范围，因此依本公开申请专利范围所作的等同变化，仍属本公开所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种协同脱除三氧化硫及氯化氢的装置，其特征在于，包括吸附剂输送单元和协同脱除单元，所述协同脱除单元按烟气流动方向包括省煤器、SCR装置和空预器和除尘器；所述吸附剂输送单元通过SCR装置前后的管道将吸附剂喷入协同脱除单元；
所述吸附输送单元包括吸附剂溶解单元及造粒单元，所述吸附剂溶解单元将粉状的原料溶解于溶液，所述造粒单元将混合溶液雾化干燥为颗粒状。
2.如权利要求1所述的协同脱除三氧化硫及氯化氢的装置，其特征在于，所述吸附剂溶解单元包括工艺水池，干粉储存罐，搅拌溶解池，所述吸附剂储存于干粉储存罐中，溶剂储存于工艺水池中，二者在搅拌溶解池中溶解。
3.如权利要求1所述的协同脱除三氧化硫及氯化氢的装置，其特征在于，所述造粒单元包括喷雾干燥器，超声雾化喷嘴，超声雾化喷嘴将搅拌溶解池中的混合溶液雾化喷淋为小液滴，并将小液滴输送至喷雾干燥器中加热为颗粒；
优选的，喷雾干燥器连接电加热器，电加热器为喷雾干燥器提供热源。
4.如权利要求1所述的协同脱除三氧化硫及氯化氢的装置，其特征在于，造粒单元还包括第一压气机，第一压气机为超声雾化喷嘴提供动力。
5.如权利要求1所述的协同脱除三氧化硫及氯化氢的装置，其特征在于，所述喷雾干燥器底部出料口连接旋风分离器，所述旋风分离器连接吸附剂存储装置，吸附剂存储装置通过SCR装置前后的管道为协同脱除单元提供吸附剂原料；
优选的，所述吸附剂存储装置的出料口处设置气动输料阀，所述吸附剂存储装置的输出管道上有第二压气机提供动力；
优选的，所述吸附剂输送单元与SCR装置前方连接的管道上均设置物料喷头。
6.如权利要求1所述的协同脱除三氧化硫及氯化氢的装置，其特征在于，所述旋风分离器还连接袋式捕集器，将粉尘收集后，将多余气体排空。
7.如权利要求1所述的协同脱除三氧化硫及氯化氢的装置，其特征在于，所述吸附剂按重量组分包括活性组分80-90份、粘结剂1-5份、活性添加剂1-6份；
所述活性组分为碱金属化合物、碱土金属化合物或二者混合物；
所述活性组分包括NaOH、Na2CO3、NaHCO3、CaO、CaCO3、Ca(OH)2、MgO、Mg(OH)2中的一种或几种形成的混合物；
或，所述粘结剂为无机黏土；
或，所述活性添加剂为铝盐、稀土金属氧化物，
优选的，铝盐为硝酸铝、氢氧化铝，
优选的，稀土金属氧化物为氧化镧、氧化铈。
8.一种协同脱除三氧化硫及氯化氢的工艺，其特征在于，所述工艺在权利要求1-7任一项所述的协同脱除三氧化硫及氯化氢的装置中进行，
将吸附剂输送单元中的碱性吸附剂通过SCR装置前后的管道输送至协同脱除单元，在协同脱除单元中将三氧化硫与氯化氢脱除。
9.如权利要求8所述的协同脱除三氧化硫及氯化氢的工艺，其特征在于，所述超声雾化喷嘴由气压和水压提供动力，
优选的，气压为0.3-0.6MPa，水压为0.3～0.6MPa；
或，SCR前烟道中烟气温度为300-500℃，优选为350℃；
或，SCR后烟道中烟气温度为300-500℃，优选为345℃；
或，吸附剂与SO3摩尔比为2:1；喷射流速为10m/s。
10.如权利要求8所述的协同脱除三氧化硫及氯化氢的工艺，其特征在于，电加热器产生的热气流为碱性吸附剂进入旋风分离器提供动力，剩余气体经过袋式除尘器将吸附剂进一步收集，剩余气体排空。
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