CN113828148B - 一种一氧化碳高效利用的烟气处理系统及烟气处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一氧化碳高效利用的烟气处理系统及烟气处理方法,该系统包括有脱硫装置、除尘装置、烟气分流装置、催化氧化装置、烟气混流装置以及催化还原装置。本发明通过将脱硫除尘后烟气中的一部分一氧化碳先催化氧化转化为二氧化碳,然后与剩余部分烟气混合进行CO催化还原脱硝,同时一氧化碳先催化氧化过程放出的热量直接用于脱硝过程,减少甚至避免了通过外部燃料加热升温烟气的过程,节约了能源同时也替代了传统SCR脱硝过程还原剂NH3的使用。以废治废,减少了烟气对环境的污染。

Description

一种一氧化碳高效利用的烟气处理系统及烟气处理方法
技术领域
本发明涉及烟气处理技术,具体涉及一种一氧化碳高效利用的烟气处理系统及烟气处理方法,属于烟气净化技术领域。
背景技术
颗粒物、硫氧化物、氮氧化物是空气污染的主要来源之一。对于工业烟气,尤其钢铁工业的烧结机烟气而言,烟气除尘及脱硫脱硝技术是应用于颗粒物、氮氧化物、硫氧化物减排的一项重要手段。
烟气除尘是指通过除尘器分离烟气中的粉尘以达到净化烟气或回收物料的目的。目前工业采用的除尘方法主要包括机械式除尘技术、湿式除尘技术、静电除尘技术和袋式除尘技术。机械式除尘技术是利用粉尘的重力沉降、惯性或离心力分离粉尘,其除尘效率一般在90%以下,除尘效率低、阻力低,优点在于节省能源;湿式除尘技术是利用气液接触洗涤原理,将含尘气体中的粉尘分离到液体中,以去除气体中的粉尘。其除尘效率稍高于机械式除尘器,但易造成洗涤液体的二次污染;静电除尘技术是将含尘气体通过强电场,使粉尘颗粒带电,在其通过除尘电极时,带正/负电荷的微粒分别被负/正电极板吸附,从而去除气体中的粉尘;袋式除尘技术是利用纤维滤料捕集含尘气体中的固体颗粒物,形成过滤尘饼,并通过过滤尘饼进一步过滤微细尘粒,以达到高效除尘的目的。
烟气脱硫指从烟道气或其他工业废气中除去硫氧化物(SO2和SO3)。目前工业采用的脱硫方法包括干法脱硫、半干法脱硫或湿法脱硫。干式烟气脱硫工艺与常规的湿式洗涤工艺相比有以下优点:投资费用较低;脱硫产物呈干态,并和飞灰相混;无需装设除雾器及再热器;设备不易腐蚀,不易发生结垢及堵塞。半干法脱硫主要采用雾化的石灰浆液在喷雾干燥塔中与烟气接触,石灰浆液与SO2反应后生成一种干燥的固体反应物,最后连同飞灰一起被除尘器收集。湿法脱硫主要是使用石灰石、石灰或碳酸钠等浆液作洗涤剂,在反应塔中对烟气进行洗涤,从而除去烟气中的SO2,其主要优点是脱硫效率高,同步运行率高,且其吸收剂的资源丰富,副产品可吸收,商业价值高。
烟气脱硝是指把已生成的NOx还原为N2,从而脱除烟气中的NOx,目前工业采用的脱硝方法主要包括选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)。SCR脱硝是在催化剂存在的条件下,采用氨、尿素等作为还原剂,在氧气存在及一定温度条件下的条件下将烟气中的NO还原为N2。SNCR是一种成熟的低成本脱硝技术,该技术以炉膛或者水泥行业的预分解炉为反应器,将含有氨基的还原剂喷入炉膛,还原剂与烟气中的NOx反应,生成N2和H2O。
现有技术中针对烟气的处理绝大多数是采用除尘、脱硫和脱硝组合工艺。通常,采用干法脱硫的温度一般控制在100-150℃范围内,采用半干法脱硫的温度一般控制在90-110℃范围内,采用湿法脱硫的温度一般控制在50-60℃。再进入脱硝工艺中,采用选择性催化还原SCR法脱硝,一般温度控制在150-400℃左右;如果采用选择性非催化还原SNCR法脱硝,一般温度控制在800℃~1100℃较为适宜。现有技术中优先将待处理烟气的温度调节到适合脱硫处理的温度范围,一般温度较低,然后将经过脱硫后的烟气进行升温,将其温度升高到适合脱硝的温度范围。此工艺过程,由于一般待处理烟气量大,因此需消耗大量的燃料用于加热经过脱硫处理后的烟气;另外,SCR脱硝反应过程需要消耗大量NH3,使用过程安全隐患高,氨逃逸造成资源的浪费和环境的二次污染;同时,SCR催化剂多为钒钛系,生物毒性较高对生态环境具有较大威胁,并且中毒后难以再生。
此外,由于待处理烟气均是由于燃料的燃烧产生,由于燃烧的充分程度和燃料不可能完全充分燃烧,因此,烟气中均含有一定量的一氧化碳。烟气中的一氧化碳没有针对性的进行处理和利用,造成一氧化碳的直接排放。同时,一氧化碳为无色、无臭、无刺激性的气体;在水中的溶解度甚低,极难溶于水;与空气混合爆炸极限为12.5%-74.2%。一氧化碳极易与血红蛋白结合,形成碳氧血红蛋白,使血红蛋白丧失携氧的能力和作用,造成组织窒息,严重时死亡。一氧化碳对全身的组织细胞均有毒性作用,尤其对大脑皮质的影响最为严重。因此,一氧化碳的直接排放对环境污染极大,减低甚至杜绝处理CO的排放具有积极意义。
中国专利CN108568207A《一种高效节能的烧结烟气多污染物净化工艺》公开了一种高效节能的烧结烟气多污染物净化工艺,通过对脱硫后的烟气进行CO催化氧化脱除后再进行SCR脱硝。与之类似,中国专利CN108579369A《一种焦炉烟气多污染物协同治理系统及方法》公开了一种焦炉烟气多污染物协同治理系统及方法,通过CO催化氧化与SCR脱硝耦合,实现CO脱除及NOx脱除。中国专利CN108692579A《一种烧结矿余热以及烧结烟气污染物的协同处理工艺》公开了及一种烧结矿余热以及烧结烟气污染物的协同处理工艺,通过热交换处理和脱炭两步处理后脱除烟气中的CO,然后再进行SCR脱硝处理脱除烟气中的氮氧化物。以上专利均能实现CO的脱除及反应产热供给SCR脱硝资源化利用。但并未解决SCR脱硝过程NH3使用及钒钛系催化剂使用的问题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提出一种一氧化碳高效利用的烟气处理系统及烟气处理方法,通过利用烟气中的一氧化碳,将脱硫除尘后烟气中的一部分一氧化碳催化氧化转化为二氧化碳,此过程放出的热量直接用于剩余部分一氧化碳催化NOx还原的脱硝过程,减少甚至避免了通过外部燃料加热升温烟气的过程,节约了能源同时也替代了传统SCR脱硝过程还原剂NH3的使用。本发明充分利用了烟气中的一氧化碳,一方面,一氧化碳催化氧化转化二氧化碳过程中放出的热量供后续工艺使用,节约甚至省去了燃料的使用;另一方面,一氧化碳用于催化NOx还原,替代了传统SCR脱硝过程还原剂NH3的使用,同时处理了烟气中一氧化碳,以废治废,减少了烟气对环境的污染。
为实现上述目的,本发明所采用的技术方案具体如下:
根据本发明的第一种实施方案,提供一种一氧化碳高效利用的烟气处理系统,该系统包括有脱硫装置、除尘装置、烟气分流装置、催化氧化装置、烟气混流装置以及催化还原装置。原烟气输送管道连通至脱硫装置。所述脱硫装置通过第二管道连通至除尘装置。所述除尘装置通过第三管道连通至烟气分流装置。所述烟气分流装置上分出第四管道连通至催化氧化装置。所述烟气分流装置上还分出第五管道连通至烟气混流装置。所述催还氧化装置分出第六管道连通至第五管道(经由第五管道输送至烟气混流装置)。所述烟气混流装置通过第七管道连通至催化还原装置。所述催化还原装置通过第八管道连通至外界。
作为优选,该系统还包括有补热装置、补氧装置、换热装置以及余热回收装置。所述补热装置设置在第四管道上。所述补氧装置通过输氧管道与催化氧化装置相连。所述换热装置设置在第七管道上。所述余热回收装置设置在第八管道上。
作为优选,该系统还包括有第一流量检测装置、第二流量检测装置、第一阀门和第二阀门。所述第一流量检测装置设置在第三管道上。所述第二流量检测装置设置在第四管道上。所述第一阀门设置在第四管道上。所述第二阀门设置在第五管道上。
作为优选,该系统还包括有CO浓度检测装置、NOx浓度检测装置、氧浓度检测装置、温度检测装置。所述CO浓度检测装置、NOx浓度检测装置、氧浓度检测装置以及温度检测装置T均设置在烟气分流装置内。
根据本发明的第二种实施方案,提供一种一氧化碳高效利用的烟气处理方法或采用第一种实施方案所述的一氧化碳高效利用的烟气处理系统进行烟气处理的方法,该方法包括如下步骤:
1)原烟气经由第一管道输送至脱硫装置进行脱硫处理,脱硫后烟气再经由第二管道输送至除尘装置进行除尘处理。然后将脱硫除尘后烟气经由第三管道输送至烟气分流装置进行烟气分流处理。
2)将烟气分流装置中的部分脱硫除尘后烟气经过或不经过补热装置补热后由第四管道输送至催化氧化装置内在启动或不启动补氧装置时进行CO催化氧化处理,完成CO催化氧化处理后的该部分烟气经由第六管道输送至烟气混流装置内进行烟气混流处理。同时将烟气分流装置中剩余部分脱硫除尘后烟气直接由第五管道输送至烟气混流装置内也进行烟气混流处理。
3)在烟气混流装置完成烟气混流处理后的混合烟气经过或不经过换热装置换热后由第七管道输送至催化还原装置内进行NOx催化还原处理。完成NOx催化还原处理后的净烟气经过余热回收装置余热回收后经由第八管道排出。
作为优选,该方法还包括在第三管道上设置有第一流量检测装置实时检测脱硫除尘后烟气的流量为v1,Nm3/h。在第四管道上设置有第二流量检测装置实时检测分配至催化氧化装置中的脱硫除尘后烟气的流量为v2,Nm3/h。在烟气分流装置中还设置有CO浓度检测装置实时检测脱硫除尘后烟气中CO的体积浓度为p1,ppm/Nm3。在烟气分流装置中还设置有NOx浓度检测装置实时检测脱硫除尘后烟气中NOx的体积浓度为r1,ppm/Nm3。在第四管道上还设置有第一阀门,在第五管道上还设置有第二阀门。则:
v2*p1*(1-b)+(v1-v2)*p1=a*v1*r1...式I。
式I中,a为催化还原装置内CO的含量相对于NOx的含量的CO过剩系数,取值为1-2,优选为1.1-1.8,更优选为1.3-1.5。b为催化氧化装置内的CO燃烧系数,取值为0.1-1,优选为0.4-0.95,更优选为0.7-0.9。
式I转换为:
v2=(v1-a*v1*r1/p1)/b...式II。
通过调控第一阀门使得通过第四管道分配输送至催化氧化装置中的脱硫除尘后烟气的流量为式II的计算值v2,Nm3/h。
作为优选,该方法还包括在烟气分流装置中设置有氧浓度检测装置实时检测脱硫除尘后烟气中氧的体积浓度为s1,ppm/Nm3。催化氧化装置还通过输氧管道与补氧装置相连。设定在催化氧化装置中氧过剩系数为c,取值为1-2,优选为1.1-1.8,更优选为1.3-1.5。则:
作为优选,当s1≥0.5*p1*b*c时。氧含量充足,系统不做处理。
作为优选,当s1<0.5*p1*b*c时。氧含量不足,启动补氧装置向催化氧化装置中补充含氧气体,补氧量为N,ppm:
N=0.5*v2*p1*b*c-v2*s1...式III。
当催化氧化装置中氧含量不足时,通过调控补氧装置经输氧管道输送至催化氧化装置中的补氧量为式III的计算值N,ppm。
作为优选,该方法还包括在烟气分流装置中设置有温度检测装置实时检测脱硫除尘后烟气的温度为t1,℃。设定在催化氧化装置中CO催化氧化起活温度为t2,℃。则:
作为优选,当t1≥t2时,系统不作处理。
作为优选,当t1<t2时,启动补热装置对输送至催化氧化装置中的脱硫除尘后烟气进行补热,补热热量为Q1,kJ:
Q1=(t2-t1)*C*v2...式IV。
式IV中,C为脱硫除尘后烟气的平均比热容,kJ/℃·g。通过启动补热装置对输送至催化氧化装置中的脱硫除尘后烟气进行补热的热量为式IV的计算值Q1,kJ。
作为优选,该方法还包括在第七管道上设置有换热装置。设定在催化氧化装置中CO催化氧化产热量为Q2,kJ。设定在混流装置中的混合烟气的温度为t3,℃。设定在催化还原装置中CO催化还原NOx的起活温度为t4,℃。则:
Q2=b*v2*p1*28/22.4*10-3/28*283...式V。
t3=t1+k*(Q1+Q2)/(C*v1)...式VI。
将式IV和式V代入式VI中,得:
t3=t1+[k*(t2-t1)*C*v2+k*b*v2*p1*28/22.4*10-3/28*283]/(C*v1)...式VII。
其中,k为热传递系数,取值为0.7-1,优选为0.8-0.98,更优选为0.9-0.95。CO燃烧热为283kJ/mol。CO相对分子质量为28。标准状况下1mol任何气体的体积是22.4L。
作为优选,当t3=t4时,系统不作处理。
作为优选,当t3<t4时,启动换热装置对输送至混流装置中的混合烟气进行加热处理,加热热量为Q3,kJ:
Q3=(t4-t3)*C*v1...式VIII。
通过启动换热装置对输送至混流装置中的混合烟气进行加热的热量为式VIII的计算值Q3,kJ。
作为优选,当t3>t4时,启动或不启动(实际情况中,该处的温度不会高于实际需要的温度太多,可选择性的不作降温处理)换热装置对输送至混流装置中的混合烟气进行吸热处理,吸热热量为Q4,kJ:
Q4=(t3-t4)*C*v1...式IX。
通过启动换热装置对输送至混流装置中的混合烟气进行吸热的热量为式IX的计算值Q4,kJ。
作为优选,该方法还包括在第八管道上还设置有余热回收装置对净烟气中的热量进行回收利用。
作为优选,将余热回收装置吸收的净烟气中的余热用于补热装置或换热装置。
在现有技术中,由于待处理烟气均是由于燃料的燃烧产生,同时由于燃烧的充分程度和燃料不可能完全充分燃烧,因此,烟气不仅仅含有大量的NOx还含有较高浓度的CO(6000mg/Nm3左右)。同时,一氧化碳为无色、无臭、无刺激性的气体;在水中的溶解度甚低,极难溶于水;与空气混合爆炸极限为12.5%-74.2%;一氧化碳极易与血红蛋白结合,形成碳氧血红蛋白,使血红蛋白丧失携氧的能力和作用,造成组织窒息,严重时死亡;一氧化碳对全身的组织细胞均有毒性作用,尤其对大脑皮质的影响最为严重。因此,一氧化碳的直接排放对环境污染极大。因此出于绿色排放的要求,需要多烟气进行脱硝处理的同时也需要进行CO脱除处理。目前工业采用的脱碳脱硝方法主要是现有技术先通过催化氧化的方法将烟气中的CO转化为CO2,然后再通过选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)进行脱硝处理。其中,SCR脱硝是在催化剂存在的条件下,采用氨、尿素等作为还原剂,在氧气存在及一定温度条件下的条件下将烟气中的NO还原为N2。SNCR是一种成熟的低成本脱硝技术,该技术以炉膛或者水泥行业的预分解炉为反应器,将含有氨基的还原剂喷入炉膛,还原剂与烟气中的NOx反应,生成N2和H2O。同时,现有技术中还提出有使用CO进行NOx脱除的工艺,但是由于烟气中较高浓度的O2强烈抑制了CO还原NOx的反应,从而导致CO难以直接应用于脱硝过程。而为了解决O2抑制CO还原NOx的难题,一般采用的是吸附-还原解耦脱硝工艺,即将CO还原NOx反应人为的分为吸附和还原两个过程,首先将烟气中的NOx吸附于催化剂表面,然后在单独的还原区内,吸附在催化剂表面的NOx被还原剂CO还原为N2,NOx吸附与还原过程持续进行,实现脱除烟气中NOx的目的。但是现有技术中的烟气脱碳脱硝工艺中,CO的利用效率有限,同时复杂的吸附-还原解耦脱硝工艺会依赖催化剂、吸附剂等贵重产品,增加了生产成本,而使用氨法脱硝则又易出现NH3逃逸现象而导致下游设备堵塞及在大气中形成雾霾等问题。
在本发明中,通过将脱硫除尘后烟气进行合理分配,先分配一部分烟气进入CO催化氧化反应装置脱除CO,然后剩余部分烟气与已脱除CO的烟气混合(由于一部分烟气中CO催化氧化时已经消耗了大量的氧气,从而降低了混合烟气中的氧含量,进一步减弱了O2对CO还原NOx反应的抑制),最后进入CO催化NOx还原系统进行脱硝处理。本申请的方案实现了:烟气中大部分的CO通过催化氧化转化为CO2得以脱除,反应产热供给后续脱硝系统,同时消耗了烟气中的氧气,进一步减弱了后续O2对CO还原NOx反应的抑制。同时烟气中剩余部分的CO作为脱硝反应的还原剂参与脱硝过程,以废治废,避免了脱硝过程NH3使用及钒钛系催化剂、CO脱硝吸附剂的使用的问题。CO在催化氧化作用下转变为CO2,同时可释放大量的热量,可充分利用CO催化氧化过程放出的热量用于后续脱硝,减少甚至避免外热源对烟气的补热。
在本发明中,工业烟气,如烧结烟气等,颗粒物、二氧化硫经除尘、脱硫后得以脱除,得到含CO、NOx的原烟气。其中一部分含CO、NOx原烟气先进入CO催化氧化反应器,CO在催化剂(例如以Pt、Pd为主要活性成分的贵金属催化剂)作用下发生如下反应:
2CO+O2→2CO2
上述反应完成后得到含NOx烟气,此反应过程剧烈放热,CO燃烧热为283kJ/mol。同时剩余部分含CO、NOx原烟气与含NOx烟气充分混合,进入到一氧化碳催化NOx还原系统,CO和NOx在催化剂(例如以Ir为主要活性成分的贵金属催化剂)作用下发生如下反应:
2CO+2NO→2CO2+N2
通过上述两步反应,通过合理烟气分流处理机制,充分高效地利用了原烟气中的CO实现了原烟气中的CO和NOx的同时脱除,取得了以废治废,一举两得的技术效果,获得的净烟气随烟囱排放进入大气。
在本发明中,脱硫、除尘布置顺序可以是除尘→脱硫、或脱硫→除尘、或除尘→脱硫→除尘等。脱硫工艺可以为湿法(如石灰石/石膏法)、或半干法(如循环流化床)、或干法(如活性炭法)等。除尘工艺可以为静电除尘、或布袋除尘、或电袋组合除尘等。
在本发明中,为实现原烟气的合理分配,使得部分烟气中的CO得以脱除,同时剩余部分烟气中的CO也能够满足所有烟气中NOx的脱除,通过在第三管道上设置有第一流量检测装置实时检测脱硫除尘后烟气的流量为v1,Nm3/h。在第四管道上设置有第二流量检测装置实时检测分配至催化氧化装置中的脱硫除尘后烟气的流量为v2,Nm3/h。在烟气分流装置中还设置有CO浓度检测装置实时检测脱硫除尘后烟气中CO的体积浓度为p1,ppm/Nm3。在烟气分流装置中还设置有NOx浓度检测装置实时检测脱硫除尘后烟气中NOx的体积浓度为r1,ppm/Nm3。在第四管道上还设置有第一阀门,在第五管道上还设置有第二阀门。则根据混合后烟气中CO的体积浓度和NOx的体积浓度平衡关系得:
v2*p1*(1-b)+(v1-v2)*p1=a*v1*r1...式I。
式I中,a为催化还原装置内CO的含量相对于NOx的含量的CO过剩系数,取值为1-2,优选为1.1-1.8,更优选为1.3-1.5。一般地,为保证CO催化还原NOx反应进行的更为彻底,还原剂CO相对NOx应足量,即CO量应为理论计算量的a倍,a定义为“CO过剩系数”。
式I中,b为催化氧化装置内的CO燃烧系数,取值为0.1-1,优选为0.4-0.95,更优选为0.7-0.9。
进一步地,式I转换为:
v2=(v1-a*v1*r1/p1)/b...式II。
通过调控第一阀门使得通过第四管道分配输送至催化氧化装置中的脱硫除尘后烟气的流量为式II的计算值v2,Nm3/h。通过上述公式计算后可对原烟气进行精确分流,进而使得CO的催化氧化和CO催化NOx还原反应均更加彻底。
在本发明中,为了严格控制原烟气中的氧气含量和使得CO催化氧化更为彻底,通过在烟气分流装置中设置有氧浓度检测装置实时检测脱硫除尘后烟气中氧的体积浓度为s1,ppm/Nm3。催化氧化装置还通过输氧管道与补氧装置相连。设定在催化氧化装置中氧过剩系数为c,取值为1-2,优选为1.1-1.8,更优选为1.3-1.5。则:
当s1≥0.5*p1*b*c时。氧含量充足,系统不做处理。
当s1<0.5*p1*b*c时。氧含量不足,启动补氧装置向催化氧化装置中补充含氧气体(例如空气和富氧气体),补氧量为N,ppm:
N=0.5*v2*p1*b*c-v2*s1...式III。
当催化氧化装置中氧含量不足时,通过调控补氧装置经输氧管道输送至催化氧化装置中的补氧量为式III的计算值N,ppm。通过上述公式计算获得的补氧量能够在精确控制烟气中氧气含量在满足CO催化氧化的同时不影响后续的CO催化NOx还原反应。
在本发明中,通过在在烟气分流装置中设置有温度检测装置实时检测脱硫除尘后烟气的温度为t1,℃。设定在催化氧化装置中CO催化氧化起活温度为t2,℃。则:
在本发明中,补热装置是根据工况需要对流经其的烟气选择性的进行补热或不补热的装置,进而使得流经补热装置的烟气的温度满足CO催化氧化起活温度要求,具体过程如下:
当t1≥t2时,系统不作处理。
当t1<t2时,启动补热装置对输送至催化氧化装置中的脱硫除尘后烟气进行补热,补热热量为Q1,kJ:
Q1=(t2-t1)*C*v2...式IV。
式IV中,C为脱硫除尘后烟气的平均比热容,kJ/℃·g。通过启动补热装置对输送至催化氧化装置中的脱硫除尘后烟气进行补热的热量为式IV的计算值Q1,kJ。
在本发明中,通过在第七管道上设置有换热装置。设定在催化氧化装置中CO催化氧化产热量为Q2,kJ。设定在混流装置中的混合烟气的温度为t3,℃。设定在催化还原装置中CO催化还原NOx的起活温度为t4,℃。则:
Q2=b*v2*p1*28/22.4*10-3/28*283...式V。
t3=t1+k*(Q1+Q2)/(C*v1)...式VI。
将式IV和式V代入式VI中,得:
t3=t1+[k*(t2-t1)*C*v2+k*b*v2*p1*28/22.4*10-3/28*283]/(C*v1)...式VII。
其中,k为热传递系数,取值为0.7-1,优选为0.8-0.98,更优选为0.9-0.95。CO燃烧热为283kJ/mol。CO相对分子质量为28。标准状况下1mol任何气体的体积是22.4L(此处为CO气体)。
在本发明中,所述换热装置指的是即可对流经其的烟气进行加热,也可对流经其的烟气进行降温的装置,可根据实际工况需要选择换热装置对流经的烟气进行加热或者降温,具体过程如下:
当t3=t4时,系统不作处理。
当t3<t4时,启动换热装置对输送至混流装置中的混合烟气进行加热处理,加热热量为Q3,kJ:
Q3=(t4-t3)*C*v1...式VIII。
通过启动换热装置对输送至混流装置中的混合烟气进行加热的热量为式VIII的计算值Q3,kJ。
当t3>t4时,启动或不启动(实际情况中,该处的温度不会高于实际需要的温度太多,可选择性的不作降温处理)换热装置对输送至混流装置中的混合烟气进行吸热处理,吸热热量为Q4,kJ:
Q4=(t3-t4)*C*v1...式IX。
通过启动换热装置对输送至混流装置中的混合烟气进行吸热的热量为式IX的计算值Q4,kJ。
在本发明中,通过合理设置补氧装置、补热装置、换热装置等,使得原烟气在进行CO催化氧化处理和CO催化NOx还原处理相结合的工艺效率更高,充分利用了原烟气本身的特性完成了对原烟气的脱碳脱硝处理,实现了以废治废的目的。同时还通过在第八管道上还设置有余热回收装置对净烟气中的热量进行回收利用。将余热回收装置吸收的净烟气中的余热用于补热装置或换热装置。减少了净烟气中热量的排放的同时,还能够避免对系统额外设置热源,降低了投入成本。
在本发明中,催化氧化装置为箱式结构、塔式结构或管式结构。催化氧化装置包括催化剂层、烟气入口和烟气出口。
作为优选,催化氧化装置的高度为1-50m,优选为2-45m,更优选为3-40m。
作为优选,催化氧化装置中催化剂层的高度占催化氧化装置的高度的5-90%,优选为8-80%,更优选为10-60%。
在本发明中,脱硫装置的高度为2-80m,优选为5-60m,更优选为8-40m。与现有技术相比较,本发明的有益技术效果如下:
1、本发明提供了CO脱除并资源化(CO作为还原剂催化还原脱硝)的两种技术工艺,并且两种技术工艺进行了有机组合,实现了CO脱除并资源化高效利用的目的。
2、本发明中的CO催化氧化产热用于系统烟气升温,节省甚至省去了外部燃料加热升温该烟气的过程,实现了节能降耗。
3、本发明中的CO作还原剂取代了传统的NH3作还原剂催化还原NOx,以废治废,避免了NH3及传统钒钛系催化剂使用带来二次污染的问题。
附图说明
图1为本发明的一种一氧化碳高效利用的烟气处理系统的结构图。
图2为本发明的一种一氧化碳高效利用的烟气处理系统具有检测机制的结构图。
图3为本发明所述烟气处理方法的流程示意图。
附图标记:1:脱硫装置;2:除尘装置;3:烟气分流装置;4:催化氧化装置;5:烟气混流装置;6:催化还原装置;7:补热装置;8:补氧装置;9:换热装置;10:余热回收装置;L1:第一管道;L2:第二管道;L3:第三管道;L4:第四管道;L5:第五管道;L6:第六管道;L7:第七管道;L8:第八管道;V1:第一流量检测装置;V2:第二流量检测装置;M1:第一阀门;M2:第二阀门;P:CO浓度检测装置;R:NOx浓度检测装置;S:氧浓度检测装置;T:温度检测装置。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行举例说明,本发明请求保护的范围包括但不限于以下实施例。
一种一氧化碳高效利用的烟气处理系统,该系统包括有脱硫装置1、除尘装置2、烟气分流装置3、催化氧化装置4、烟气混流装置5以及催化还原装置6。原烟气输送管道L1连通至脱硫装置1。所述脱硫装置1通过第二管道L2连通至除尘装置2。所述除尘装置2通过第三管道L3连通至烟气分流装置3。所述烟气分流装置3上分出第四管道L4连通至催化氧化装置4。所述烟气分流装置3上还分出第五管道L5连通至烟气混流装置5。所述催还氧化装置4分出第六管道L6连通至第五管道L5。所述烟气混流装置5通过第七管道L7连通至催化还原装置6。所述催化还原装置6通过第八管道L8连通至外界。
作为优选,该系统还包括有补热装置7、补氧装置8、换热装置9以及余热回收装置10。所述补热装置7设置在第四管道L4上。所述补氧装置8通过输氧管道与催化氧化装置4相连。所述换热装置9设置在第七管道L7上。所述余热回收装置10设置在第八管道L8上。
作为优选,该系统还包括有第一流量检测装置V1、第二流量检测装置V2、第一阀门M1和第二阀门M2。所述第一流量检测装置V1设置在第三管道L3上。所述第二流量检测装置V2设置在第四管道L4上。所述第一阀门M1设置在第四管道L4上。所述第二阀门M2设置在第五管道L5上。
作为优选,该系统还包括有CO浓度检测装置P、NOx浓度检测装置R、氧浓度检测装置S、温度检测装置T。所述CO浓度检测装置P、NOx浓度检测装置R、氧浓度检测装置S以及温度检测装置T均设置在烟气分流装置3内。
在本发明中,催化氧化装置为箱式结构、塔式结构或管式结构。催化氧化装置包括催化剂层、烟气入口和烟气出口。
作为优选,催化氧化装置的高度为1-50m,优选为2-45m,更优选为3-40m。
作为优选,催化氧化装置中催化剂层的高度占催化氧化装置的高度的5-90%,优选为8-80%,更优选为10-60%。
在本发明中,脱硫装置的高度为2-80m,优选为5-60m,更优选为8-40m。
实施例1
如图1所示,一种一氧化碳高效利用的烟气处理系统,该系统包括有脱硫装置1、除尘装置2、烟气分流装置3、催化氧化装置4、烟气混流装置5以及催化还原装置6。原烟气输送管道L1连通至脱硫装置1。所述脱硫装置1通过第二管道L2连通至除尘装置2。所述除尘装置2通过第三管道L3连通至烟气分流装置3。所述烟气分流装置3上分出第四管道L4连通至催化氧化装置4。所述烟气分流装置3上还分出第五管道L5连通至烟气混流装置5。所述催还氧化装置4分出第六管道L6连通至第五管道L5。所述烟气混流装置5通过第七管道L7连通至催化还原装置6。所述催化还原装置6通过第八管道L8连通至外界。
实施例2
重复实施例1,如图2所示,只是该系统还包括有补热装置7。所述补热装置7设置在第四管道L4上。
实施例3
重复实施例2,只是该系统还包括有补氧装置8。所述补氧装置8通过输氧管道与催化氧化装置4相连。
实施例4
重复实施例3,只是该系统还包括有换热装置9。所述换热装置9设置在第七管道L7上。
实施例5
重复实施例4,只是该系统还包括有余热回收装置10。所述余热回收装置10设置在第八管道L8上。
实施例6
重复实施例5,只是该系统还包括有第一流量检测装置V1和第二流量检测装置V2。所述第一流量检测装置V1设置在第三管道L3上。所述第二流量检测装置V2设置在第四管道L4上。
实施例7
重复实施例6,只是该系统还包括有第一阀门M1和第二阀门M2。所述第一阀门M1设置在第四管道L4上。所述第二阀门M2设置在第五管道L5上。
实施例8
重复实施例7,只是该系统还包括有CO浓度检测装置P。所述CO浓度检测装置P设置在烟气分流装置3内。
实施例9
重复实施例8,只是该系统还包括有NOx浓度检测装置R。所述NOx浓度检测装置R设置在烟气分流装置3内。
实施例10
重复实施例9,只是该系统还包括有氧浓度检测装置S。所述氧浓度检测装置S设置在烟气分流装置3内。
实施例11
重复实施例10,只是该系统还包括有温度检测装置T。所述温度检测装置T设置在烟气分流装置3内。

Claims (17)

1.一种一氧化碳高效利用的烟气处理系统,其特征在于:该系统包括有脱硫装置(1)、除尘装置(2)、烟气分流装置(3)、催化氧化装置(4)、烟气混流装置(5)以及催化还原装置(6);原烟气输送管道连通至脱硫装置(1);所述脱硫装置(1)通过第二管道(L2)连通至除尘装置(2);所述除尘装置(2)通过第三管道(L3)连通至烟气分流装置(3);所述烟气分流装置(3)上分出第四管道(L4)连通至催化氧化装置(4);所述烟气分流装置(3)上还分出第五管道(L5)连通至烟气混流装置(5);所述催化氧化装置(4)分出第六管道(L6)连通至第五管道(L5);所述烟气混流装置(5)通过第七管道(L7)连通至催化还原装置(6);所述催化还原装置(6)通过第八管道(L8)连通至外界。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:该系统还包括有补热装置(7)、补氧装置(8)、换热装置(9)以及余热回收装置(10);所述补热装置(7)设置在第四管道(L4)上;所述补氧装置(8)通过输氧管道与催化氧化装置(4)相连;所述换热装置(9)设置在第七管道(L7)上;所述余热回收装置(10)设置在第八管道(L8)上。
3.根据权利要求2所述的系统,其特征在:该系统还包括有第一流量检测装置(V1)、第二流量检测装置(V2)、第一阀门(M1)和第二阀门(M2);所述第一流量检测装置(V1)设置在第三管道(L3)上;所述第二流量检测装置(V2)设置在第四管道(L4)上;所述第一阀门(M1)设置在第四管道(L4)上;所述第二阀门(M2)设置在第五管道(L5)上。
4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于:该系统还包括有CO浓度检测装置(P)、NOx浓度检测装置(R)、氧浓度检测装置(S)、温度检测装置(T);所述CO浓度检测装置(P)、NOx浓度检测装置(R)、氧浓度检测装置(S)以及温度检测装置(T)均设置在烟气分流装置(3)内。
5.一种采用权利要求4所述一氧化碳高效利用的烟气处理系统进行烟气处理的方法,其特征在于:该方法包括如下步骤:
1)原烟气经由第一管道(L1)输送至脱硫装置(1)进行脱硫处理,脱硫后烟气再经由第二管道(L2)输送至除尘装置(2)进行除尘处理;然后将脱硫除尘后烟气经由第三管道(L3)输送至烟气分流装置(3)进行烟气分流处理;
2)将烟气分流装置(3)中的部分脱硫除尘后烟气经过或不经过补热装置(7)补热后由第四管道(L4)输送至催化氧化装置(4)内在启动或不启动补氧装置(8)时进行CO催化氧化处理,完成CO催化氧化处理后的部分烟气经由第六管道(L6)输送至烟气混流装置(5)内进行烟气混流处理;同时将烟气分流装置(3)中剩余部分脱硫除尘后烟气直接由第五管道(L5)输送至烟气混流装置(5)内也进行烟气混流处理;
3)在烟气混流装置(5)完成烟气混流处理后的混合烟气经过或不经过换热装置(9)换热后由第七管道(L7)输送至催化还原装置(6)内进行NOx催化还原处理;完成NOx催化还原处理后的净烟气经过余热回收装置(10)余热回收后经由第八管道(L8)排出。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:该方法还包括在第三管道(L3)上设置有第一流量检测装置(V1)实时检测脱硫除尘后烟气的流量为v1,Nm3/h;在第四管道(L4)上设置有第二流量检测装置(V2)实时检测分配至催化氧化装置(4)中的脱硫除尘后烟气的流量为v2,Nm3/h;在烟气分流装置(3)中还设置有CO浓度检测装置(P)实时检测脱硫除尘后烟气中CO的体积浓度为p1,ppm/Nm3;在烟气分流装置(3)中还设置有NOx浓度检测装置(R)实时检测脱硫除尘后烟气中NOx的体积浓度为r1,ppm/Nm3;在第四管道(L4)上还设置有第一阀门(M1),在第五管道(L5)上还设置有第二阀门(M2);则:
v2*p1*(1-b)+(v1-v2)*p1=a*v1*r1...式I;
式I中,a为催化还原装置(6)内CO的含量相对于NOx的含量的CO过剩系数,取值为1-2;b为催化氧化装置(4)内的CO燃烧系数,取值为0.1-1;
式I转换为:
v2=(v1-a*v1*r1/p1)/b...式II;
通过调控第一阀门(M1)使得通过第四管道(L4)分配输送至催化氧化装置(4)中的脱硫除尘后烟气的流量为式II的计算值v2,Nm3/h。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于:a的取值为1.1-1.8;b的取值为0.4-0.95。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于:a的取值为1.3-1.5;b的取值为0.7-0.9。
9.根据权利要求6所述的方法,其特征在于:该方法还包括在烟气分流装置(3)中设置有氧浓度检测装置(S)实时检测脱硫除尘后烟气中氧的体积浓度为s1,ppm/Nm3;催化氧化装置(4)还通过输氧管道与补氧装置(8)相连;设定在催化氧化装置(4)中氧过剩系数为c,取值为1-2;则:
当s1≥0.5*p1*b*c时;氧含量充足,系统不做处理;
当s1<0.5*p1*b*c时;氧含量不足,启动补氧装置(8)向催化氧化装置(4)中补充含氧气体,补氧量为N,ppm:
N=0.5*v2*p1*b*c-v2*s1...式III;
当催化氧化装置(4)中氧含量不足时,通过调控补氧装置(8)经输氧管道输送至催化氧化装置(4)中的补氧量为式III的计算值N,ppm。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于:c的取值为1.1-1.8。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于:c的取值为1.3-1.5。
12.根据权利要求9所述的方法,其特征在于:该方法还包括在烟气分流装置(3)中设置有温度检测装置(T)实时检测脱硫除尘后烟气的温度为t1,℃;设定在催化氧化装置(4)中CO催化氧化起活温度为t2,℃;则:
当t1≥t2时,系统不作处理;
当t1<t2时,启动补热装置(7)对输送至催化氧化装置(4)中的脱硫除尘后烟气进行补热,补热热量为Q1,kJ:
Q1=(t2-t1)*C*v2...式IV;
式IV中,C为脱硫除尘后烟气的平均比热容,kJ/(℃·g);通过启动补热装置(7)对输送至催化氧化装置(4)中的脱硫除尘后烟气进行补热的热量为式IV的计算值Q1,kJ。
13.根据权利要求12所述的方法,其特征在于:该方法还包括在第七管道(L7)上设置有换热装置(9);设定在催化氧化装置(4)中CO催化氧化产热量为Q2,kJ;设定在混流装置(5)中的混合烟气的温度为t3,℃;设定在催化还原装置(6)中CO催化还原NOx的起活温度为t4,℃;则:
Q2=b*v2*p1*28/22.4*10-3/28*283...式V;
t3=t1+k*(Q1+Q2)/(C*v1)...式VI;
将式IV和式V代入式VI中,得:
t3=t1+[k*(t2-t1)*C*v2+k*b*v2*p1*28/22.4*10-3/28*283]/(C*v1)...式VII;
其中,k为热传递系数,取值为0.7-1;CO燃烧热为283kJ/mol;CO相对分子质量为28;标准状况下1mol任何气体的体积是22.4L;
当t3=t4时,系统不作处理;
当t3<t4时,启动换热装置(9)对输送至混流装置(5)中的混合烟气进行加热处理,加热热量为Q3,kJ:
Q3=(t4-t3)*C*v1...式VIII;
通过启动换热装置(9)对输送至混流装置(5)中的混合烟气进行加热的热量为式VIII的计算值Q3,kJ;
当t3>t4时,启动或不启动换热装置(9)对输送至混流装置(5)中的混合烟气进行吸热处理,吸热热量为Q4,kJ:
Q4=(t3-t4)*C*v1...式IX;
通过启动换热装置(9)对输送至混流装置(5)中的混合烟气进行吸热的热量为式IX的计算值Q4,kJ。
14.根据权利要求13所述的方法,其特征在于:k的取值为0.8-0.98。
15.根据权利要求14所述的方法,其特征在于:k的取值为0.9-0.95。
16.根据权利要求5-15中任一项所述的方法,其特征在于:该方法还包括在第八管道(L8)上还设置有余热回收装置(10)对净烟气中的热量进行回收利用。
17.根据权利要求16所述的方法,其特征在于:将部分余热用于补热装置(7)或换热装置(9)。
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