CN112569764B - 一种三级烟气低温联合脱硫脱硝系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种三级烟气低温联合脱硫脱硝系统及方法，脱硫反应器一端与烟气冷却器连通，脱硫反应器另一端沿烟气流入方向依次连通除雾器、炭基吸附剂前处理反应器、烟气再热器和脱硝反应器。本发明提供的三级烟气低温联合脱硫脱硝系统及方法，烟气降温后进行分级协同脱硫脱硝，避免高温着火问题，提高炭基吸附剂吸附NO的性能，大幅改善炭基吸附剂的脱硫效果，第一级反应器中SO₂脱除效率达99％以上，避免SO₂对下游反应器中NO脱除的不利影响，降低生成NH₄HSO₄堵塞炭基吸附剂表面孔隙的风险，第三级反应器中NO脱除率达90％以上，实现高效脱硫脱硝的同时也能协同脱除部分重金属、VOC等污染物，结构简单，具有广阔的应用前景。

Description

一种三级烟气低温联合脱硫脱硝系统及方法

技术领域

本发明属于烟气脱硫脱硝技术领域，具体涉及一种三级烟气低温联合脱硫脱硝系统及方法。

背景技术

随着我国电力行业经过持续的超低排放改造，污染物排放总量持续降低，目前冶金等非电行业排放的污染物是解决大气污染的重点治理对象，除了要求SO₂、NO等污染物气体排放达标的同时，也要求企业对烟气进行消白处理。当前企业烟气消白技术一般都是采用先对烟气进行降温冷凝，再对烟气进行加热的方式。

活性炭/焦/炭纤维(为描述方便，以下简称炭基吸附剂)干法脱硫原理是烟气中SO₂在炭基吸附剂表面的微孔中吸附氧化，与烟气中水蒸汽形成H₂SO₄；炭基吸附剂脱硝原理是烟气中NO在炭基吸附剂表面的微孔中发生催化还原反应生成N₂和H₂O。

用炭基吸附剂同时脱硫脱硝时，NO与SO₂在炭基吸附剂表面的微孔中存在竞争吸附，由于SO₂极性较NO强，SO₂对炭基吸附剂吸附NO有较强的抑制作用。炭基吸附剂在不喷氨条件下同时脱硫脱硝，由于SO₂无法实现高效脱除，烟气中的SO₂会抑制NO的脱除，NO脱除效率很低，造成NO排放值无法满足环保排放要求，SO₂脱除效率较NO高，但SO₂很快穿透吸附剂。炭基吸附剂在喷氨条件下同时脱硫脱硝，NO脱除效率依然很低，SO₂脱除效率大幅提高至99％以上，但烟气中的SO₂氧化生成的H₂SO₄会与NH₃反应生成高粘性的NH₄HSO₄，NH₄HSO₄在烟温较低时极易粘附在炭基吸附剂表面，堵塞炭基吸附剂表面孔隙，致使其活性快速降低，炭基吸附剂脱硫脱硝性能大幅降低。

经过吸附NO处理后，炭基吸附剂吸附SO₂的性能大幅提升。温度升高会抑制炭基吸附剂吸附SO₂的性能，温度越高，其SO₂的性能越低。在40℃、不喷氨条件下，经过吸附NO处理后的炭基吸附剂单独脱除SO₂的效率可达99％以上。而烟温较低时，在喷氨条件下，NO的脱除效率较低，而随着烟温升高，炭基吸附剂脱除效率升高，90℃以上，喷氨条件下，其脱硝效率可达90％以上。尽管烟温升高，炭基吸附剂脱硝效率升高，但烟温过高存在局部烟温达到着火点发生着火的风险。

中国专利，公开号CN110772983A，公开了一种烟气低温脱硝的装置及方法，中国专利，公开号CN209865768U，公开了一种分级分别喷氨的干法烟气脱硫脱硝系统。以上方法均设置了两级反应器，并在反应器入口分别设置喷氨系统，在喷氨的条件下分别实现脱硫脱硝的功能。

由于SO₂的存在会明显抑制炭基吸附剂对NO的吸附脱除效果，因此一般设置两级反应器，先第一级反应器中喷氨脱除大部分SO₂后，再在第二级反应器中喷氨脱除NO。中国专利CN102019135A和中国专利CN209865768U均设置两级反应器，在第一级反应器中NH₃容易与H₂SO₄形成高粘性NH₄HSO₄，堵塞反应器中催化剂表面的孔隙，造成催化剂快速失活；另一方面，烟温偏高会造成炭基吸附剂炭损失偏高，增加吸附剂的损耗。同时存在局部烟温达到着火点发生着火的风险。

发明内容

为解决现有技术中技术问题，本发明的目的在于提供一种三级烟气低温联合脱硫脱硝系统及方法。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：

一种三级烟气低温联合脱硫脱硝系统，为三级反应器，包括第一级反应器、第二级反应器和第三级反应器，所述第一级反应器包括脱硫反应器，用于在不喷氨条件下脱除烟气中的SO₂，第二级反应器包括炭基吸附剂前处理反应器，为第一级反应器提供脱硫的炭基吸附剂，第三级反应器包括喷氨隔栅和脱硝反应器，用于在喷氨条件下脱除烟气中的NO，脱硫反应器一端与烟气冷却器连通，脱硫反应器另一端沿烟气流入方向依次连通除雾器、炭基吸附剂前处理反应器、烟气再热器和脱硝反应器，烟气再热器与脱硝反应器之间设置喷氨隔栅，炭基吸附剂前处理反应器出料口与炭基吸附剂前处理反应器进料口连通，通过炭基吸附剂前处理反应器对其内的炭基吸附剂进行吸附NO处理并送入脱硫反应器内。

进一步的，所述脱硫反应器设有第一进料口和第一出料口，所述炭基吸附剂前处理反应器设有第二进料口和第二出料口，第一进料口与第二出料口连通，炭基吸附剂前处理反应器内的炭基吸附剂进行吸附NO处理后顺序通过第二出料口和第一进料口进入脱硫反应器内。

进一步的，所述烟气冷却器与脱硫反应器之间设置脱硫反应器进口烟气分析仪。

进一步的，所述除雾器与炭基吸附剂前处理反应器之间的烟道上设置炭基吸附剂前处理反应器进口烟气分析仪，用于检测烟气中SO₂浓度。

进一步的，所述烟气再热器与脱硝反应器之间的烟道上由左至右顺序布置脱硝反应器进口烟气分析仪和喷氨格栅。

进一步的，所述脱硝反应器出口位置设置脱硝反应器出口烟气分析仪。

进一步的，所述烟气冷却器和脱硫反应器所在烟道与除雾器所在烟道垂直设置，炭基吸附剂前处理反应器和烟气再热器所在烟道与除雾器所在烟道垂直设置。

本发明提供了一种三级烟气低温联合脱硫脱硝方法，包括以下步骤：

烟气经过烟气冷却器后温度降低，进入脱硫反应器内，烟气中的SO₂与脱硫反应器内的炭基吸附剂反应，实现对烟气中SO₂的吸附脱除，随后，烟气通过除雾器脱除烟气中水及酸雾，进入炭基吸附剂前处理反应器内，通过炭基吸附剂前处理反应器进口烟气分析仪检测烟气中SO₂浓度，若SO₂浓度超过预定阀值，将在炭基吸附剂前处理反应器内进行吸附NO处理的炭基吸附剂送入脱硫反应器内；烟气通过烟气再热器加温，在脱硝反应器中烟气中的NO与喷氨格栅喷入的NH₃反应生成N₂和H₂O，实现对烟气中NO的脱除。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明公开了一种三级烟气低温联合脱硫脱硝系统及方法，为三级反应器，包括第一级反应器、第二级反应器和第三级反应器，第一级反应器包括脱硫反应器，用于在不喷氨条件下脱除烟气中的SO₂，第二级反应器包括炭基吸附剂前处理反应器，为第一级反应器提供脱硫的炭基吸附剂，第三级反应器包括喷氨隔栅和脱硝反应器，用于在喷氨条件下脱除烟气中的NO，脱硫反应器一端与烟气冷却器连通，脱硫反应器另一端沿烟气流入方向依次连通除雾器、炭基吸附剂前处理反应器、烟气再热器和脱硝反应器，烟气再热器与脱硝反应器之间设置喷氨隔栅，炭基吸附剂前处理反应器出料口与炭基吸附剂前处理反应器进料口连通，通过炭基吸附剂前处理反应器对其内的炭基吸附剂进行吸附NO处理并送入脱硫反应器内。本发明提供的三级烟气低温联合脱硫脱硝系统及方法，结合当前烟气消白工艺，烟气先经烟气冷却器降温后再进行分级协同脱硫脱硝，一方面避免了高温条件下由于化学反应放热造成炭基吸附剂局部温度过高达到着火点发生着火的问题；另一方面，温度降低会提高炭基吸附剂吸附NO的性能，然后利用吸附NO可以大幅改善炭基吸附剂脱硫性能的特性，在烟道中设置一台炭基吸附剂前处理反应器，能够大幅改善炭基吸附剂的脱硫效果，在三级分级脱硫脱硝系统中第一级反应器中SO₂脱除效率达99％以上，避免了SO₂对下游反应器中NO脱除的不利影响，也降低了烟气中NH₃与H₂SO₄反应生成NH₄HSO₄堵塞炭基吸附剂表面孔隙的风险，在第三级反应器中NO的脱除率可达90％以上；最后，实现高效脱硫脱硝的同时也能协同脱除部分重金属、VOC等污染物。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中，1、烟气冷却器；2、脱硫反应器进口烟气分析仪；3、脱硫反应器；3a、第一进料口；3b、第一出料口；4、除雾器；5、炭基吸附剂前处理反应器进口烟气分析仪；6、炭基吸附剂前处理反应器；7、烟气再热器；8、脱硝反应器进口烟气分析仪；9、喷氨格栅；10、脱硝反应器；11、脱硝反应器出口烟气分析仪；6a、第二进料口；6b、第二出料口。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示，一种三级烟气低温联合脱硫脱硝系统，为三级反应器，以满足分级高效脱硫脱硝的烟气成分条件及烟温条件，主要包括烟气冷却器1、脱硫反应器进口烟气分析仪2、脱硫反应器3、除雾器4、炭基吸附剂前处理反应器进口烟气分析仪5、炭基吸附剂前处理反应器6、烟气再热器7、脱硝反应器进口烟气分析仪8、喷氨格栅9、脱硝反应器10和脱硝反应器出口烟气分析仪11，第一级反应器包括脱硫反应器3，第一级反应器主要在低温不喷氨条件下通过脱硫反应器3内的炭基吸附剂对烟气中的SO₂进行高效脱除，第二级反应器包括炭基吸附剂前处理反应器6，第二级反应器主要是对炭基吸附剂进行前处理，为第一级反应器提供高效的脱硫催化剂(炭基吸附剂)，第三级反应器包括喷氨格栅9、脱硝反应器10，第三级反应器主要是在喷氨条件下实现烟气中NO的高效脱除，沿烟气流入方向，烟气冷却器1与脱硫反应器3连通再依次连通除雾器4、炭基吸附剂前处理反应器6、烟气再热器7和脱硝反应器10，烟气冷却器1与脱硫反应器3之间的烟道上设置脱硫反应器进口烟气分析仪2，除雾器4与炭基吸附剂前处理反应器6之间的烟道上设置炭基吸附剂前处理反应器进口烟气分析仪5，脱硝反应器进口烟气分析仪8和喷氨格栅9由左至右顺序布置于烟气再热器7与脱硝反应器10之间的烟道内，喷氨格栅9朝向脱硝反应器10内喷氨，脱硝反应器出口烟气分析仪11设置于脱硝反应器10出口位置。

在炭基吸附剂前处理反应器6上游布置一台用于检测烟气中SO₂浓度的炭基吸附剂前处理反应器进口烟气分析仪5，一旦检测到烟气中含有SO₂或超过预定阀值，则应尽快用炭基吸附剂前处理反应器6中经过吸附NO处理的炭基吸附剂置换脱硫反应器3中炭基吸附剂，以保证脱硫反应器3中的炭基吸附剂性能足以实现对烟气中SO₂的完全脱除，避免SO₂进入脱硝反应器10中，一方面降低SO₂与烟气中NH₃反应后生成NH₄HSO₄的风险，另一方面避免SO₂与NO竞争吸附造成NO脱除效率降低。

由于经吸附NO处理的炭基吸附剂对部分重金属及VOC的吸附性能也相应提高，在脱硫反应器3、炭基吸附剂前处理反应器6中，烟气中的部分重金属、VOC等污染物也会有较好的脱除效果，该系统在协同脱硫脱硝的同时，也能协同脱除部分重金属、VOC等污染物。

本发明的脱硫脱硝方法为：

烟气经过烟气冷却器1后温度大幅降低(40℃以下)，随后进入脱硫反应器3，在脱硫反应器3中烟气中的SO₂与经过吸附NO处理的炭基吸附剂反应，实现对烟气中SO₂的彻底吸附脱除，烟气经过除雾器4后脱除烟气中部分水及酸雾，接着烟气进入炭基吸附剂前处理反应器6；炭基吸附剂经过炭基吸附剂前处理反应器6的第二进料口6a进入炭基吸附剂前处理反应器6内，在炭基吸附剂前处理反应器6中对炭基吸附剂进行吸附NO处理：烟气流经第一级反应器时，脱除烟气中的SO₂，在烟气流经第二级反应器(炭基吸附剂前处理反应器6)中的炭基吸附剂时，因为烟气中几乎没有SO₂与NO竞争吸附，此时，NO会大量吸附在炭基吸附剂表面，然后被表面官能团或烟气中氧等氧化，NO在炭基吸附剂材料微孔表面被吸附氧化后再吸附氧化SO₂的能力极大提升，经吸附NO处理的炭基吸附剂经由炭基吸附剂前处理反应器6的第二出料口6b卸出后通过脱硫反应器3的第一进料口3a加入脱硫反应器3中，提高脱硫效率；烟气经烟气再热器7后温度升高(90℃以上)，喷氨格栅9向所在烟道内喷入NH₃，在脱硝反应器10中烟气中的NOx与喷氨格栅9喷入的NH₃反应生成N₂和H₂O，实现对烟气中NO的高效脱除。

本发明未具体描述的部分采用现有技术即可，在此不做赘述。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种三级烟气低温联合脱硫脱硝系统，其特征在于，为三级反应器，包括第一级反应器、第二级反应器和第三级反应器，所述第一级反应器包括脱硫反应器，用于在不喷氨条件下脱除烟气中的SO₂，第二级反应器包括炭基吸附剂前处理反应器，为第一级反应器提供脱硫的炭基吸附剂，第三级反应器包括喷氨隔栅和脱硝反应器，用于在喷氨条件下脱除烟气中的NO，脱硫反应器一端与烟气冷却器连通，脱硫反应器另一端沿烟气流入方向依次连通除雾器、炭基吸附剂前处理反应器、烟气再热器和脱硝反应器，烟气再热器与脱硝反应器之间设置喷氨隔栅，炭基吸附剂前处理反应器出料口与脱硫反应器进料口连通，通过炭基吸附剂前处理反应器对其内的炭基吸附剂进行吸附NO处理并送入脱硫反应器内；

所述烟气冷却器与脱硫反应器之间设置脱硫反应器进口烟气分析仪；

所述除雾器与炭基吸附剂前处理反应器之间的烟道上设置炭基吸附剂前处理反应器进口烟气分析仪，用于检测烟气中SO₂浓度。

2.根据权利要求1所述的一种三级烟气低温联合脱硫脱硝系统，其特征在于，所述脱硫反应器设有第一进料口和第一出料口，所述炭基吸附剂前处理反应器设有第二进料口和第二出料口，第一进料口与第二出料口连通，炭基吸附剂前处理反应器内的炭基吸附剂进行吸附NO处理后顺序通过第二出料口和第一进料口进入脱硫反应器内。

3.根据权利要求1所述的一种三级烟气低温联合脱硫脱硝系统，其特征在于，所述烟气再热器与脱硝反应器之间的烟道上由左至右顺序布置脱硝反应器进口烟气分析仪和喷氨格栅。

4.根据权利要求1所述的一种三级烟气低温联合脱硫脱硝系统，其特征在于，所述脱硝反应器出口位置设置脱硝反应器出口烟气分析仪。

5.根据权利要求1所述的一种三级烟气低温联合脱硫脱硝系统，其特征在于，所述烟气冷却器和脱硫反应器所在烟道与除雾器所在烟道垂直设置，炭基吸附剂前处理反应器和烟气再热器所在烟道与除雾器所在烟道垂直设置。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种三级烟气低温联合脱硫脱硝系统的烟气处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

烟气经过烟气冷却器后温度降低，进入脱硫反应器内，烟气中的SO₂与脱硫反应器内的炭基吸附剂反应，实现对烟气中SO₂的吸附脱除，随后，烟气通过除雾器脱除烟气中水及酸雾，进入炭基吸附剂前处理反应器内，通过炭基吸附剂前处理反应器进口烟气分析仪检测烟气中SO₂浓度，若SO₂浓度超过预定阀值，将在炭基吸附剂前处理反应器内进行吸附NO处理的炭基吸附剂送入脱硫反应器内；烟气通过烟气再热器加温，在脱硝反应器中烟气中的NO与喷氨格栅喷入的NH₃反应生成N₂和H₂O，实现对烟气中NO的脱除。