CN116212550A - 基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置，属于污染物控制领域，其包括塔体以及鼓泡单元、喷淋层和浆液池，其中：塔体的顶部开有烟气出口，侧面开有烟气入口；鼓泡单元包括若干平行设置的吸收组件，吸收组件中导流管伸入持液鼓泡池，该持液鼓泡池的内部设置有复合吸收剂，复合吸收剂包括脱硝氧化剂和石灰石浆液；喷淋层用于喷射石灰石浆液以实现湿法烟气脱硫；浆液池的内部设置有用于脱硫的石灰石浆液。本发明将脱硫后的烟气送入鼓泡单元，深度脱除烟气中的可凝结颗粒物及可过滤颗粒物，并利用脱硝氧化剂氧化NOx并直接洗涤脱除，实现烟气脱硝，最终完成多种污染物的单塔深度净化。
Description
技术领域
本发明属于污染物控制领域，更具体地，涉及基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置。
背景技术
煤炭作为我国能源供应中的“压舱石”，是我国从化石能源向清洁能源转型过程中的基础保障能源。煤炭在燃烧过程中，除了碳排放带来的温室效应外，燃煤烟气中的污染物排放还会给人体健康、环境等带来巨大危害。
针对燃煤烟气脱硝的净化，目前国内普遍采用低氮燃烧器结合脱硝效率较高的SCR技术/SNCR+SCR技术。采用低氮燃烧器后，烟气中氮氧化物浓度约350mg/m3。SCR技术在烟气温度为300～420℃时采用催化剂进行脱硝，其工艺复杂，催化剂中毒失活、堵塞现象严重。目前国内燃煤电厂SCR技术普遍采用2～4层催化剂布置，由于未经过除尘、脱硫净化，导致催化剂堵塞失活现象频发。单独的SCR技术很难满足现有的超低排放要求(≤50mg/m3)，SNCR技术作为补充技术，在炉内高温下(850～1100℃)采用氨水/尿素溶液脱除NOx，喷氨生成的硫酸氢铵极易造成催化剂堵塞，并且该技术带来的氨逃逸问题形成了新的排放源。
针对燃煤烟气脱硫的净化，目前国内普遍采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫(WFGD)技术，其脱除效率高，CN207102313U提出的一种用于高硫煤燃煤烟气超低排放的复合吸收塔，其在单塔运行下可将SO2由8300mg/m3脱除至20mg/m3，效率高达99.8％以上，但其无法完成协同脱硝，并且该结构鼓泡效率较低，除尘净化深度不够。
针对烟尘的净化，国内普遍采用静电除尘(ESP)/布袋除尘(FFs)装置，结合湿式电除尘(WESP)装置，可将烟气中颗粒物降至5mg/m3以下。但WESP装置设备复杂，建设费用以及运行费用高昂，给企业带来巨大负担。
针对以上问题，诸多学者提出了针对燃煤烟气净化的湿法烟气脱硫脱硝装置，即采用氧化剂溶解于浆液中将烟气中NO氧化成更易溶解的NO2、N2O3、N2O4、N2O5。如CN101352647B公开了烟气湿法同时脱硫脱硝工艺，通过向浆液中添加尿素，石灰石及强氧化剂高锰酸钾形成复合溶液，协同脱硫脱硝，但强氧化剂的引入必然导致部分SO2被氧化成SO3逃逸，不仅仅会导致氧化剂的浪费，更会导致危害性更强的SO3逃逸；CN105214466B公开了一种利用复合吸收液的湿法协同脱硫脱硝工艺，采用Fe3+催化协同脱硫脱硝，但Fe3+会对石膏品质产生极大影响。面对以上问题，分级湿法脱硫脱硝装置进一步出现，如CN113069921A公开了一种船舶废气湿法脱硫脱硝一体化装置及方法、CN112774421A公开了一种湿法烟气脱硫脱硝系统和工艺，以上专利将烟气采用先脱硫再脱硝分区方案，可以有效解决SO2被氧化、石膏品质下降、氧化剂浪费问题，但其不能实现湿法烟气脱硫装置中协同除尘问题。
针对湿法烟气脱硫脱硝除尘装置，CN105013315A提出了一种湿法烟气脱硫脱硝除尘一体化系统，但其无有效除尘构件，针对经ESP/FFs后的PM2.5除尘效率低下。CN107875824A提出的一种脱硫脱硝除尘一体化湿法超净处理烟气的装置，采用填料塔结合WESP装置，该装置阻力大且运行成本高昂。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置，旨在解决现有的脱硫脱硝除尘装置除尘效率低、成本高昂的问题。
为实现上述目的，本发明提供了基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置，其包括塔体以及由上至下依次设置在塔体内部的鼓泡单元、喷淋层和浆液池，其中：所述塔体的顶部开有烟气出口，所述塔体的侧面开有烟气入口，该烟气入口位于喷淋层与浆液池之间；所述鼓泡单元包括若干平行设置的吸收组件，该吸收组件包括引流板、底板、持液鼓泡池、导流板和导流管，所述引流板交错间隔与上下底板连接，以形成蛇形烟气通道；所述持液鼓泡池设置在相邻两个引流板之间并与下方的底板连接，其内部设置有复合吸收剂，所述复合吸收剂包括脱硝氧化剂和石灰石浆液，分别用于湿法脱硝和稳定复合吸收剂的pH；所述导流板上开孔并与导流管连接，以将烟气通过导流板引入导流管，同时该导流板设置在持液鼓泡池上方并与相邻的两个引流板连接以固定导流管；所述导流管伸入持液鼓泡池的液面，用于将烟气通入复合吸收剂并形成气泡，从而捕集颗粒物实现除尘；所述喷淋层用于喷射石灰石浆液以实现湿法烟气脱硫；所述浆液池的内部设置有用于脱硫的石灰石浆液。
作为进一步优选地，所述复合吸收剂的pH为1.8～4.0。
作为进一步优选地，所述复合吸收剂中石灰石浆液的质量分数为20％～90％。
作为进一步优选地，所述脱硝氧化剂为次氯酸钠、亚氯酸钠中的一种或两种。
作为进一步优选地，所述复合吸收剂还包括表面活性剂，用于强化除尘效果。
作为进一步优选地，所述导流板上的开孔率为30％～50％。
作为进一步优选地，所述导流管上设置有出气孔，所述出气孔的孔径为导流管直径的1/20～1/10。
作为进一步优选地，所述基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置还包括设置在烟气出口与鼓泡单元之间的除雾器，用于去除烟气中的雾滴。
作为进一步优选地，所述基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置还包括设置在喷淋层与浆液池之间的托盘，所述托盘为多孔筛板，厚度为1mm～5mm，孔径为10mm～50mm，开孔率为20％～50％。
作为进一步优选地，所述基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置还包括设置在喷淋层与浆液池之间的聚气环，所述聚气环与喷淋层的距离为0～3m。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下
有益效果：
1.本发明提供的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置中烟气经过喷淋净化后，SO2浓度显著降低，能够有效实现烟气脱硫，并且该阶段不进行NOx脱除，可以大大减少SO3的生成，脱硫后的烟气进入鼓泡单元实现脱硝除尘同步进行，一方面进气引流组件将烟气通入复合吸收剂形成气泡，深度脱除烟气中的可凝结颗粒物及可过滤颗粒物，实现高效率、低成本烟气除尘，另一方面利用脱硝氧化剂氧化NOx并直接洗涤脱除，实现烟气脱硝，最终完成多种污染物的单塔深度净化；
2.尤其是，本发明通过对鼓泡单元的结构和尺寸进行优化，能够有效调控气泡尺寸，强化除尘效率并降低SO2的传质阻力，从而强化多污染物协同脱除效果；
3.此外，本发明还对复合吸收剂的种类以及pH进行优化，能够在保证复合吸收剂氧化能力、脱硫性能和脱硝性能的同时，避免造成管道腐蚀。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的鼓泡单元的结构示意图；
图3是本发明实施例中开启鼓泡单元和未开启鼓泡单元的试验结果图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-烟气出口，2-除雾器，3-鼓泡单元，3.1-引流板，3.2-持液鼓泡池，3.3-导流管，3.4-导流板，3.5-烟气，3.6-底板，4-喷淋层，5-聚气环，6-托盘，7-浆液池，8-氧化风机，9-引风机，10-复合吸收剂浆液池。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、2所示，本发明提供了基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置，该装置包括塔体以及由上至下设置在塔体内部的除雾器2、鼓泡单元3、喷淋层4和浆液池7，其中：
塔体垂直布置，其高度根据喷淋层4的层数及气体停留时间所确定，优选为15m～40m；塔体的侧面开有烟气入口，该烟气入口位于浆液池7与喷淋层4之间，并且与烟气进气管通过引风机9连接，用于通入待处理的烟气；烟气入口与地面的夹角为5°～15°；同时塔体的顶面开有烟气出口1，用于将处理后的烟气排出；
除雾器2设置在烟气出口1的下方，位于塔体的顶部，用于将烟气夹带的脱硫浆液、复合吸收剂及部分颗粒物高效分离，除雾器2为管束除雾器、屋脊式除雾器、丝网除雾器、折流板除雾器中的一种或多种；
鼓泡单元3包括包括若干平行设置的吸收组件，该吸收组件包括引流板3.1、底板3.6、持液鼓泡池3.2、导流板3.4和导流管3.3，引流板3.1交错间隔与上下底板3.6连接，以形成蛇形烟气通道，用于对烟气起到导向引流的作用；持液鼓泡池3.2设置在相邻两个引流板3.1之间并与下方的底板3.6连接，其侧面开孔用于保证烟气3.5流动，该持液鼓泡池3.2内部设置有复合吸收剂，并且与复合吸收剂浆液池10连接实现实时补充，该复合吸收剂包括脱硝氧化剂和石灰石浆液，分别用于湿法脱硝和稳定复合吸收剂的pH；导流板3.4上开孔并与导流管3.3连接，以将烟气3.5通过导流板3.4引入导流管3.3，同时该导流板3.4设置在持液鼓泡池3.2上方并与相邻的两个引流板3.1连接以固定导流管3.3，工作时导流管3.3将烟气通入复合吸收剂并形成气泡，利用复合吸收剂作为颗粒物捕集洗涤液，通过气泡形成的液膜捕集颗粒物实现烟气除尘，同时利用脱硝氧化剂氧化NOx，从而实现烟气脱硝除尘，此外石灰石浆不仅可以吸收未洗涤完全的SO2，还可以稳定复合吸收剂的pH，保证NOx的脱除效果；
喷淋层4用于喷射石灰石浆液以实现湿法烟气脱硫，喷淋层4的层数为1层～4层，各个喷淋层4之间采用交叉布置，并且同一喷淋层4中各个喷嘴采用同心圆布置，喷淋层4中喷嘴的喷射角为45°～135°，喷嘴为碳化硅实心锥形喷嘴或碳化硅空心锥形喷嘴，喷淋层4的覆盖率为200％～300％；
浆液池7位于塔体底部，内部包含用于脱硫的石灰石浆液、搅拌器、氧化风机8，浆液池7与石灰石浆液进料单元、石膏排出单元、浆液循环泵和工艺水添加单元相连接；石膏排出单元用于将氧化后的硫酸钙结晶及时排出，并经石膏旋流站和真空皮带脱水机后进入石膏储藏室静置，脱水后石膏湿度<10％；浆液循环泵用于将浆液池7中的石灰石浆液泵入喷淋层4，优选采用单吸卧式离心泵；氧化风机8用于将浆液池7中的亚硫酸钙及亚硫酸氢钙强制氧化，优选为罗茨风机；搅拌器用于将浆液池7内石灰石浆液混合及强化碳酸钙溶解，避免石灰石沉淀；运行过程中对浆液池7的pH进行监测，并通过调整新鲜浆液中石灰石浓度对浆液池7的pH进行调节，pH优选为5～5.8，钙硫比为1.03～1.1。
进一步，复合吸收剂中石灰石浆液的质量分数为20％～90％，用于吸收未洗涤完全的SO2以稳定复合吸收剂的pH，复合吸收剂的pH为1.8～4.0，从而保证高效的脱硫脱硝性能，并且避免对管道造成腐蚀。当复合吸收剂的pH过低时，易造成管道腐蚀，并且SO2脱除性能较弱，当pH过高时，氧化剂氧化能力较低，脱硝性能较弱。脱硝氧化剂为次氯酸钠、亚氯酸钠中的一种或两种。
进一步，复合吸收剂还包括表面活性剂，用于强化除尘效果，优选的表面活性剂为非离子型及阴离子型中的有机硅聚醚(XHG-245、XHG-248)、吐温80(Tween 80)、聚醚硅油(polyether silicone oil)、脂肪酸单硫酸钠复合盐(Compound No.3)、乙氧基改性聚二甲基硅氧烷(SILSURF A008)、sodiumcapryloampho hydroxypropyl sulfonate、氟碳表面活性剂(Capstone FS-10)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、α-烯基磺酸钠(AOS)、脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐(FMES)、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺(CDEA)、十二烷基硫酸钠(SDS)曲拉通(Triton X-100)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9)、椰子油基类低泡表面活性剂(A-7)、壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO3)、壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)、二甲苯磺酸钠(SX)、(十二、十四、十六、十八、二十二)烷基三甲基氯化铵/溴化铵中的一种或多种。
进一步，导流管3.3底部与持液鼓泡池3.2底部的距离为0～10mm。导流管3.3的直径为20mm～200mm，导流管3.3在导流板3.4上开孔率为30％～50％，导流管3.3上由多个分布均匀的出气孔组成，出气孔的孔径为1mm～10mm，为了充分提高污染物净化效果，出气孔孔径优选为导流管直径的1/20～1/10，导流管3.3上的开孔率为15％～50％，其与导流管3.3直径呈非线性负相关关系。通过以上参数的相互作用，能够有效优化气泡大小，增强气液传质系数的同时增强颗粒物被液膜捕集概率，从而强化多污染协同脱除效果，并获得合适的压降。维持导流板3.4开孔率为40％，导流管3.3直径40mm，出气孔的孔径10mm，开孔率40％，液面高度为50mm，导流管伸入液面距离30mm时，可实现颗粒物脱除效率80％以上，且压降低于200Pa。
进一步，湿法烟气脱硫除尘装置还包括托盘6，托盘6设置在喷淋层4与浆液池7之间，用于增强气液接触时间，可有效提高烟气分布均匀性及气液接触形态，强化脱硫及初步除尘能力。托盘6与喷淋层4的距离优选为1m～3m，塔内可多处布置，单层喷淋层4下方布置单个托盘。托盘6是多孔筛板，优选厚度1mm～5mm，孔径优选为10mm～50mm，开孔率优选为20％～50％，孔布置优选为60°交错三角布置，孔间距优选为10mm～50mm，托盘6内的多个孔与孔之间采用隔板隔开，隔板高度优选为100mm～300mm，隔板将多个孔隔成方形，隔板厚度优选为1mm～5mm，优选36～400个孔呈方形隔板布置，即6×6～20×20个孔呈方形布置。
进一步，湿法烟气脱硫除尘装置还包括聚气环5，聚气环5设置在喷淋层4的下方，用于将烟气向塔内中心处靠拢。聚气环5与喷淋层4的距离优选为0～3m，塔内可多处布置，聚气环5主要是为了避免烟气从靠近塔壁处逃逸，强化烟气向塔内中心处靠拢，进一步地优化了喷嘴的中心化布置，也可以降低喷嘴喷射浆液对塔体的冲刷。聚气环5顶部与塔体相连，顶部与塔体下壁面呈锐角布置，布置角度优选为0～90°，聚气环5底部位于塔内空间处，底部优选为锯齿状，可以有效将聚气环5上浆液二次破碎。
进一步，湿法烟气脱硫除尘装置还包括工艺水添加单元，用于清洗塔内的除雾器2、喷淋层4等，防止塔内结垢堵塞，避免塔内液面过高导致的溢流现象；清洗频次由除雾器2两侧的压差确定，当除雾器2两侧压差变化幅度大于20％时进行冲洗，冲洗水量优选为每MW机组容量0.1m3/h～0.2m3/h，冲洗频次优选为1h/次～2h/次。
本发明提供的基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置中，烟气经过喷淋净化后，SO2浓度显著降低，再进入鼓泡单元3，通过添加表面活性剂及引流管3.3调控气泡尺寸强化烟气除尘效率，并通过调控气泡尺寸降低SO2传质阻力，强化SO2吸收，同时通过添加脱硝氧化剂氧化NOx并直接洗涤脱除，从而完成多种污染物的单塔深度净化。
本发明针对燃煤细颗粒物难以深度脱除、NOx难溶导致的湿法脱除效率较低的问题，依据结构优化调控气泡尺寸、依据多种污染物特点配置复合吸收剂，突破了传统脱硫塔协同除尘效率低下、NOx协同脱除不理想、NOx协同脱除过程中造成SO2氧化生成SO3的缺陷，完成了单一装置的多污染物深度脱除。在实际运行中发现此发明运行灵活，阻力低，投资成本小，并且提高了多污染物的脱除效率，为燃煤烟气净化提供了一个新的路线。
本发明利用鼓泡单元3除尘的原理为，夹带颗粒物的烟气进入鼓泡单元3后，在低温复合复合吸收剂降温诱导下，烟气内相对湿度RH大于100％，此时烟气中的颗粒物在以扩散泳力为主导的作用力下运动至气泡内表面，从而净化脱除，降温管即是对烟气的初步降温，确保在鼓泡单元3中可以冷却至烟气过饱和温度。并且，在烟气过饱和后，烟气中水在冷凝时，CPM会同步冷凝析出，部分水在FPM表面非均相冷凝，促使FPM长大，实现了CPM、FPM高效协同脱除。
下面根据具体实施例对本发明提供的技术方案作进一步说明。
复合吸收剂中十二烷基三甲基氯化铵浓度为0.05g/L，亚氯酸钠浓度为10g/L，实验中烟气量为28000Nm3/h，脱硫塔液气比为24L/m3，高效洗涤装置pH为1.8，液面高度为100mm。对于三种工况分别进行开启鼓泡单元3和未开启鼓泡单元3的对比试验，结果如图3所示，在工况1、2、3中NOx入口处浓度最高74mg/Nm3中均实现了NOx排放浓度低于15mg/Nm3，SO2入口处浓度最高28.3mg/Nm3中出口处浓度不高于7mg/Nm3，颗粒物入口处浓度最高9.8mg/Nm3中出口处浓度不高于1.5mg/Nm3，在运行中，高效洗涤装置压降为280～360Pa。由此说明本发明是一种十分有效的脱硫脱硝除尘一体化装置，可实现多污染物的协同处置，且运行压降低，经济效应显著，具有极大的推广价值。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置，其特征在于，该分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置包括塔体以及由上至下依次设置在塔体内部的鼓泡单元(3)、喷淋层(4)和浆液池(7)，其中：所述塔体的顶部开有烟气出口(1)，所述塔体的侧面开有烟气入口，该烟气入口位于喷淋层(4)与浆液池(7)之间；所述鼓泡单元(3)包括若干平行设置的吸收组件，该吸收组件包括引流板(3.1)、底板(3.6)、持液鼓泡池(3.2)、导流板(3.4)和导流管(3.3)，所述引流板(3.1)交错间隔与上下底板(3.6)连接，以形成蛇形烟气通道；所述持液鼓泡池(3.2)设置在相邻两个引流板(3.1)之间并与下方的底板(3.6)连接，其内部设置有复合吸收剂，所述复合吸收剂包括脱硝氧化剂和石灰石浆液，分别用于湿法脱硝和稳定复合吸收剂的pH；所述导流板(3.4)上开孔并与导流管(3.3)连接，以将烟气(3.5)通过导流板(3.4)引入导流管(3.3)，同时该导流板(3.4)设置在持液鼓泡池(3.2)上方并与相邻的两个引流板(3.1)连接以固定导流管(3.3)；所述导流管(3.3)伸入持液鼓泡池(3.2)的液面，用于将烟气(3.5)通入复合吸收剂并形成气泡，从而捕集颗粒物实现除尘；所述喷淋层(4)用于喷射石灰石浆液以实现湿法烟气脱硫；所述浆液池(7)的内部设置有用于脱硫的石灰石浆液。
2.如权利要求1所述的基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置，其特征在于，所述复合吸收剂的pH为1.8～4.0。
3.如权利要求1所述的基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置，其特征在于，所述复合吸收剂中石灰石浆液的质量分数为20％～90％。
4.如权利要求1所述的基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置，其特征在于，所述脱硝氧化剂为次氯酸钠、亚氯酸钠中的一种或两种。
5.如权利要求1所述的基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置，其特征在于，所述复合吸收剂还包括表面活性剂，用于强化除尘效果。
6.如权利要求1所述的基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置，其特征在于，所述导流板(3.4)上的开孔率为30％～50％。
7.如权利要求1所述的基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置，其特征在于，所述导流管(3.3)上设置有出气孔，所述出气孔的孔径为导流管(3.3)直径的1/20～1/10。
8.如权利要求1所述的基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置，其特征在于，所述基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置还包括设置在烟气出口(1)与鼓泡单元(3)之间的除雾器(2)，用于去除烟气中的雾滴。
9.如权利要求1所述的基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置，其特征在于，所述基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置还包括设置在喷淋层(4)与浆液池(7)之间的托盘(6)，所述托盘(6)为多孔筛板，厚度为1mm～5mm，孔径为10mm～50mm，开孔率为20％～50％。
10.如权利要求1～9任一项所述的基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置，其特征在于，所述基于复合吸收液的分级湿法烟气超净脱硫脱硝除尘装置还包括设置在喷淋层(4)与浆液池(7)之间的聚气环(5)，所述聚气环(5)与喷淋层(4)的距离为0～3m。
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