CN1327939C

CN1327939C - 高效催化型烟气脱硫、脱氮方法及装置

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Publication number: CN1327939C
Application number: CNB2005100344414A
Authority: CN
Inventors: 刘汉东; 刘佳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-05-09
Filing date: 2005-05-09
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2025-05-09
Also published as: CN1712115A

Abstract

本发明涉及一种高效催化型烟气脱硫、脱氮方法，在烟道中喷入铁基催化剂、脱硫剂氢氧化钙Ca(OH)₂、脱氮剂氨NH₃；混合进入烟气反应塔内，再在反应塔内喷入铁基催化剂溶液；在温度为80℃～300℃的工况条件下，充分反应，实现同时脱硫、脱氮。本发明还涉及高效催化型烟气脱硫、脱氮方法的装置。本发明的方法具有较高的脱硫、脱氮的效率，在钙/硫摩尔比＝1.2～1.4时，脱硫效率能达到96%～97%；在氨/氮氧化物摩尔比＝0.75～1.0时，脱氮效率能达到86%～88%，氨的逸出量值小于5×10^-6。脱硫渣为含量97%～98%的半水硫酸钙，可直接利用。无废水排放。本发明的装置既可以同时脱硫、脱氮，又可以单独脱硫或脱氮。

Description

高效催化型烟气脱硫、脱氮方法及装置

技术领域

本发明涉及烟气中脱硫、脱氮的方法及装置，尤其涉及燃煤、燃油、燃气锅炉排出的烟气中脱除二氧化硫、氮氧化物的方法及装置。

背景技术

由于燃煤、燃油、燃气时产生的烟气中二氧化硫、氮氧化物等有害气体排入大气，造成酸雨，破坏生态环境，影响人的身体健康，我国有关环保法规对烟气中的二氧化硫、氮氧化物的允许排放浓度提出了严格的控制标准要求，所以各种脱硫、脱氮的方法和装置应运而生。

在我国现有的大气污染物控制方法，特别是烟气脱硫、脱氮技术领域中，存在如下问题：①单独脱硫的技术多，同时脱硫、脱氮的技术少；②投资大、耗能高、运行费用高；③脱硫渣大部分抛弃，不能直接利用或资源化，造成了固体废料的增加；甚至有大量的工业废水产生。

在湿法脱硫技术中，以石灰石——石膏法为例：脱硫效率可达95％，但不能同时脱氮，脱硫系统易腐蚀、投资高、运行费用高、能耗高，脱硫渣是二水石膏，不能直接利用，同时还产生工业废水需处理。

申请号为200310103954.7、公开号为CN1539546A、发明名称为“一种烟气脱硫脱氮净化方法及装置”的中国专利公开了一种烟气脱硫脱氮净化方法及装置。该发明净化方法是在循环流化床反应器内喷入一种高活性吸收剂，吸收烟气中的二氧化硫SO₂与氮氧化物NO_x；利用除尘装置上的回料腿将未完全反应的高活性吸收剂送回加料管内循环使用。该发明的装置包括循环流化床反应器、除尘装置、喷水增湿装置和加料装置。该发明对硫和氮能同时脱除，在钙硫氮比Ca/(S+N)为1.1的情况下，对二氧化硫SO₂的脱除效率在90％以上，氮氧化物NO_X脱除效率在60％以上。该专利存在如下问题：(1)所述的高活性吸收剂加水混匀，搅拌，而后离心脱水烘干后，会出现板结难以喷入反应器内，如果再粉磨，必然会使成本增高许多，难以推广使用。(2)所述的添加剂，都是比较贵的化工原料，反应后会生成新的污染物，对环境不太友好。(3)脱硫脱氮效率分别达到90％以上和60％以上，相对效率偏低，不适应于中、高硫煤，不能适应越来越严格的环保要求。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种能实现脱硫和脱氮，而且效率高、投资适中、运行费用低、无废水排放，脱硫渣能全部资源化的高效催化型烟气脱硫、脱氮方法。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种实现上述高效催化型烟气脱硫、脱氮方法的装置。

本发明的解决其技术问题所采用的技术方案：

一种高效催化型烟气脱硫、脱氮方法，在烟道中喷入铁基催化剂、脱硫剂氢氧化钙Ca(OH)₂、脱氮剂氨NH₃；烟道中的铁基催化剂的喷入量按脱硫剂重量的2％～10％计量调整；

以上物料与烟气混合进入烟气反应塔内，再在反应塔内喷入铁基催化剂溶液；在温度为80℃～300℃的工况条件下，充分反应，实现同时脱硫、脱氮；所述的铁基催化剂溶液，其溶质为铁基催化剂，溶剂为水，其重量百分比浓度为1.2％～5％；，其喷入量按反应器温度控制所需的加水量自动调节。

所述的铁基催化剂为硫酸亚铁FeSO₄·H₂O和高锰酸钾KMnO₄混合物，其重量百分比含量为：硫酸亚铁FeSO₄·H₂O占80％～95％，高锰酸钾KMnO₄占5％～20％。

在催化剂作用下，氨NH₃与烟气中的氮氧化物NO_X反应生成氮气N₂放出，主要化学反应是：

烟气中的二氧化硫SO₂在催化剂作用下大部分被转化为三氧化硫SO₃，并与氢氧化钙Ca(OH)₂反应生成硫酸钙CaSO₄，主要化学反应式如下：

对于烟气中的氯化氢HCl、氟化氢HF等有害气体有如下反应：

Ca(OH)₂+2HCl———→CaCl₂+2H₂O

Ca(OH)₂+2HF———→CaF₂+2H₂O

所述的脱硫剂氢氧化钙Ca(OH)₂的加入量根据烟气中的硫的含量调节，钙/硫摩尔比＝1.2～1.4时，脱硫效率能达到96％～97％。

所述的脱氮的氨气的加入量根据烟气中的氮氧化物的含量调节，在氨/氮氧化物摩尔比＝0.75～1.0时，脱氮效率能达到86％～88％，氨的逸出量值小于5×10^-6。

本发明的解决另一个技术问题所采用的技术方案：

一种实现上述高效催化型烟气单独或同时脱硫、脱氮方法的装置，它包括：

一个反应塔，脱硫、脱氮的主反应设备；

一个预除尘器，用来把锅炉排出的烟气中的粉尘去除；

一个脱硫剂仓，用来储存脱硫剂；

一个仓顶除尘器，位于脱硫剂仓的顶部，用来在脱硫剂仓进料时，净化逸出气体用；

一个脱硫剂气力输送泵，用来将脱硫剂仓内的脱硫剂输送预除尘器至反应塔的烟道；

一个氨罐，储存液氨用；

一个氨蒸发器，用来加热蒸发液氨成为氨气，以便引入至预除尘器至反应塔间的烟道；

一个催化剂仓，用来储存催化剂；

一个催化剂气力输送泵，用来输送催化剂；

一个催化剂小仓，用来暂时存放催化剂，以便计量；

一个分配发送器，用来将催化剂仓中催化剂分成两路输送；其中一路将催化剂输送至预除尘器至反应塔间的烟道；另一路将催化剂输送至所述的催化剂小仓；

一个催化剂计量可调螺旋，将催化剂小仓的催化剂计量后输送到催化液搅拌罐，用来计量、调整催化剂加入量；

一个催化液搅拌罐，以溶解均化催化剂；

一个加水器，将水加入所述的催化液搅拌罐，以溶解催化剂成为催化液；

一个水泵，将催化液打入反应塔内；

一个除尘器，用来把所述的反应塔排出的烟气进行净化；

一个选粉机，用来将所述的除尘器收下的粉状物料进行粒度分级；

一个链式输送机，用来将所述的除尘器收下的粉尘送到所述的选粉机中；

一个循环气力输送泵，用来将所述的选粉机分离出的细粉脱硫剂再送回所述的反应塔中；

一个脱硫渣仓，暂时储存脱硫渣用；

一个仓顶除尘器，位于所述的脱硫渣仓顶，用来净化所述的脱硫渣仓进料时逸出的气体；

一个脱硫渣气力输送泵，将所述的选粉机分离出来的脱硫渣送到所述的脱硫渣仓；

一个引风机，将除尘器出口烟气送入烟囱，用来为整个烟气处理系统提供流体动力；

一个烟囱，将净化后的烟气排入大气；

一个集散控制系统，根据气体在线监测仪的信号来跟踪，调整系统的温度、压力、电流和各种物料量，从而形成闭环自动控制。

上述的反应塔内设有一个负荷调整塞。

上述的反应塔内上部出口前设有内分离器，所述的内分离器将脱硫剂及净化的气体分离，使反应塔内保持较高的脱硫剂浓度。

本发明的工作过程：锅炉排出的烟气经过预除尘器，进入反应塔，中间加入了分配发送器送来的铁基催化剂、脱硫剂气力输送泵喷入的钙基脱硫剂或/和氨蒸发器引入的氨气。在反应塔内，在气流流场的作用下，催化剂、脱硫剂或/和氨和二氧化硫、氮氧化物充分混合，产生物、化反应，传质，传热，完成脱硫、或/和脱氮的反应；气流经内分离器进入除尘器，净化气体由引风机排入烟囱回归大气环境。

所述的除尘器收集下来的粉状物料，经链式输送机进入选粉机，分离出的较粗颗粒即脱流渣硫酸钙由脱硫渣气力输送泵送至脱硫渣仓待售，多余的气体经仓顶除尘器净化后排出。

由选粉机分离出的细颗粒即脱硫剂，经循环气力输送泵再送到反应塔内继续参与反应，如此形成循环。

所述的内分离器是反应塔内上部出口前的惯性锥形分离器，可以使反应塔内保持较高的脱硫剂浓度。

所述的负荷调整塞，在反应塔内有A、B两个工作位置，当满负荷时，负荷调整塞处在A位；当低负荷时，负荷调整塞处在B位，以使反应塔喉口保持一定的气流速度，从而保证反应效率。负荷调整塞用不锈钢钢丝绳吊挂在反应塔内，并可根据负荷上、下调整。

所述的催化剂仓是将铁基催化剂经催化剂气力输送泵，分配发送器将催化剂的一部分送到预除尘器的出口烟道，另一部分送到催化剂小仓经催化剂计量可调螺旋，进入催化液搅拌罐，罐中加入水，搅拌溶解均匀后形成一定浓度的催化液由水泵喷入反应塔，实现催化反应。

全套装置的控制由27DCS控制系统，根据烟囱中气体在线监测仪的信号来跟踪、调整系统的温度、压力、电流和各种物料量，形成闭环自动控制，实现稳定高效运行。

本发明的有益效果：

1、本发明的装置既可以同时脱硫、脱氮，又可以单独脱硫或脱氮。当去掉或停止使用氨罐、氨蒸发器时即可单独脱硫；当去掉或停止使用脱硫剂气力输送泵、脱硫剂仓、仓顶除尘器、循环气力输送泵、选粉机、脱硫渣气力输送泵、脱硫渣仓、仓顶除尘器即可单独脱氮。

2、本发明的方法具有较高的脱硫、脱氮的效率，在钙/硫摩尔比＝1.2～1.4时，脱硫效率能达到96％～97％；在氨/氮氧化物摩尔比＝0.75～1.0时，脱氮效率能达到86％～88％，氨的逸出量值小于5×10^-6。脱硫渣为含量97％～98％的半水硫酸钙，可直接利用。无废水排放。

3、本发明的方法和装置适用于燃煤、燃气、燃油的烟气脱硫、脱氮。

附图说明

图1为实现本发明高效催化型烟气脱硫、脱氮方法的装置

具体实施方施

实施例1

如图1一种实现催化型烟气脱硫、脱氮方法的装置，它包括：

一个反应塔5，脱硫、脱氮的主反应设备；

一个负荷调整塞6，在反应塔内有A、B两个工作位置，当满负荷时，负荷调整塞处在A位；当低负荷时，负荷调整塞处在B位，以使5反应塔喉口保持一定的气流速度，从而保证反应效率。负荷调整塞用不锈钢钢丝绳吊挂在反应塔内，并可根据负荷上、下调整。

一个内分离器7，位于所述的反应塔5内上部出口前是，用来脱硫剂及净化的气体分离，使反应塔5内保持较高的脱硫剂浓度。

一个预除尘器1，用来把锅炉排出的烟气中的粉尘去除；

一个脱硫剂仓3，用来储存脱硫剂；

一个仓顶除尘器4，位于脱硫剂仓3的顶部，用来在脱硫剂仓进料时，净化逸出气体用；

一个脱硫剂气力输送泵2，用来将脱硫剂仓3内的脱硫剂输送至预除尘器1至反应塔5的烟道；

一个氨罐25，储存液氨用；

一个氨蒸发器26，用来加热蒸发液氨成为氨气，以便引入至预除尘器1至反应塔5间的烟道；

一个催化剂仓20，用来储存催化剂；

一个催化剂气力输送泵21，用来输送催化剂；

一个催化剂小仓17，用来暂时存放催化剂，以便计量；

一个分配发送器22，用来将催化剂仓20中催化剂分成两路输送；其中一路将催化剂输送至预除尘器1至反应塔5间的烟道；另一路将催化剂输送至所述的催化剂小仓17。

一个催化剂计量可调螺旋18，将催化剂小仓17的催化剂计量后输送到催化液搅拌罐19，用来计量、调整催化剂加入量；

一个催化液搅拌罐19，以溶解均化催化剂；

一个加水器23，将水加入所述的催化液搅拌罐19，以溶解催化剂成为催化液；

一个水泵24，将催化液打入反应塔5内；

一个除尘器10，用来把所述的反应塔5排出的烟气进行净化；

一个选粉机9，用来将所述的除尘器10收下的粉状物料进行粒度分级；

一个链式输送机11，用来将所述的除尘器10收下的粉尘送到所述的选粉机9中；

一个循环气力输送泵8，用来将所述的选粉机9分离出的细粉脱硫剂再送回所述的反应塔5中；

一个脱硫渣仓14，暂时储存脱硫渣用；

一个仓顶除尘器15，位于所述的脱硫渣仓14顶部，用来净化所述的脱硫渣仓14进料时逸出的气体；

一个脱硫渣气力输送泵12，将所述的选粉机9分离出来的脱硫渣送到所述的脱硫渣仓14；

一个引风机13，将除尘器10出口烟气送入烟囱16，用来为整个烟气处理系统提供流体动力；

一个烟囱16，将净化后的烟气排入大气；

一个集散控制系统27，根据气体在线监测仪的信号来跟踪，调整系统的温度、压力、电流和各种物料量，从而形成闭环自动控制。

实施例2

将实施例1的装置用于一台410t/h电厂煤粉锅炉烟气处理，把原来的电除尘器作为预除尘器，脱硫剂为氢氧化钙Ca(OH)₂、脱氮剂为氨NH₃；铁基催化剂为硫酸亚铁重量百分比为80％的FeSO₄·H₂O和20％的高锰酸钾KMnO₄混合物，其喷入量按脱硫剂的重量的10％计量，铁基催化剂为水溶液，其重量百分比浓度为3％。采用实施例1装置后，反应塔内反应温度设为80℃下，在钙/硫摩尔比＝1.28时，脱硫效率达到96.5％；氨/氮氧化物摩尔比＝0.8时，脱氮效率达到87％；脱硫渣含半水硫酸钙97％；烟尘排放浓度小于35毫克/标立米；无废水排放；实现了同时脱硫、脱氮目标；运行费用每度电增加成本1.3分人民币。

实施例3

将实施例1的装置用于一台燃气锅炉烟气处理，脱硫剂为氢氧化钙Ca(OH)₂、脱氮剂为氨NH₃；铁基催化剂为硫酸亚铁重量百分比为95％的FeSO₄·H₂O和5％的高锰酸钾KMnO₄混合物，其喷入量按脱硫剂的重量的2％计量，铁基催化剂为水溶液，其重量百分比浓度为1.2％。采用实施例1装置后，反应塔内反应温度设为200℃下，在钙/硫摩尔比＝1.20时，脱硫效率达到96％；氨/氮氧化物摩尔比＝1.0时，脱氮效率达到88％；脱硫渣含半水硫酸钙98％；烟尘排放浓度小于30毫克/标立米；无废水排放；实现了同时脱硫、脱氮目标。

实施例4

将实施例1的装置用于一台燃油锅炉烟气处理，脱硫剂为氢氧化钙Ca(OH)₂、脱氮剂为氨NH₃；铁基催化剂为硫酸亚铁重量百分比为90％的FeSO₄·H₂O和10％的高锰酸钾KMnO₄混合物，其喷入量按脱硫剂的重量的5％计量，铁基催化剂为水溶液，其重量百分比浓度为5％。采用实施例1装置后，反应塔内反应温度设为300℃下，在钙/硫摩尔比＝1.40时，脱硫效率达到97％；氨/氮氧化物摩尔比＝0.75时，脱氮效率达到86％；脱硫渣含半水硫酸钙97.5％；烟尘排放浓度小于30毫克/标立米；无废水排放；实现了同时脱硫、脱氮目标。

Claims

1、一种高效催化型烟气脱硫、脱氮方法，其特征在于：在烟道中喷入铁基催化剂、脱硫剂氢氧化钙Ca(OH)₂、脱氮剂氨NH₃；烟道中的铁基催化剂的喷入量按脱硫剂重量的2％～10％计量调整；

以上物料与烟气混合进入烟气反应塔内，再在反应塔内喷入铁基催化剂溶液；在温度为80℃～300℃的工况条件下，充分反应，实现同时脱硫、脱氮；所述的铁基催化剂溶液，其溶质为铁基催化剂，溶剂为水，其重量百分比浓度为1.2％～5％；

所述的铁基催化剂为硫酸亚铁FeSO₄·H₂O和高锰酸钾KMnO₄的混合物，其重量百分比含量为：硫酸亚铁FeSO₄·H₂O占80％～95％，高锰酸钾KMnO₄占5％～20％。

2、根据权利要求1所述的高效催化型烟气脱硫、脱氮方法，其特征在于：在烟道中喷入铁基催化剂、脱硫剂氢氧化钙Ca(OH)₂、脱氮剂氨NH₃之前，烟气经预除尘器除尘。

3、根据权利要求1所述的高效催化型烟气脱硫、脱氮方法，其特征在于：所述脱硫剂氢氧化钙Ca(OH)₂的加入量根据烟气中的硫的含量调节，钙/硫摩尔比＝1.2～1.4。

4、根据权利要求1所述的高效催化型烟气脱硫、脱氮方法，其特征在于：所述的脱氮剂氨NH₃的加入量根据烟气中的氮氧化物的含量调节，氨/氮氧化物摩尔比＝0.75～1.0。

5、一种实现权利要求1-4任何一项所述的催化型烟气脱硫、脱氮方法的装置，其特点在于，它包括：

一个反应塔(5)，脱硫、脱氮的主反应设备；

一个预除尘器(1)，用来把锅炉排出的烟气中的粉尘去除；

一个脱硫剂仓(3)，用来储存脱硫剂；

一个仓顶除尘器(4)，位于脱硫剂仓(3)的顶部，用来在脱硫剂仓进料时，净化逸出气体用；

一个脱硫剂气力输送泵(2)，用来将脱硫剂仓(3)内的脱硫剂输送预除尘器(1)至反应塔(5)的烟道；

一个氨罐(25)，储存液氨用；

一个氨蒸发器(26)，用来加热蒸发液氨成为氨气，以便引入至预除尘器(1)至反应塔(5)间的烟道；

一个催化剂仓(20)，用来储存催化剂；

一个催化剂气力输送泵(21)，用来输送催化剂；

一个催化剂小仓(17)，用来暂时存放催化剂，以便计量；

一个分配发送器(22)，用来将催化剂仓(20)中催化剂分成两路输送；其中一路将催化剂输送至预除尘器(1)至反应塔(5)间的烟道；另一路将催化剂输送至所述的催化剂小仓(17)；

一个催化剂计量可调螺旋(18)，将催化剂小仓(17)的催化剂计量后输送到催化液搅拌罐(19)，用来计量、调整催化剂加入量；

一个催化液搅拌罐(19)，以溶解均化催化剂；

一个加水器(23)，将水加入所述的催化液搅拌罐(19)，以溶解催化剂成为催化液；

一个水泵(24)，将催化液打入反应塔(5)内；

一个除尘器(10)，用来把所述的反应塔(5)排出的烟气进行净化；

一个选粉机(9)，用来将所述的除尘器(10)收下的粉状物料进行粒度分级；

一个链式输送机(11)，用来将所述的除尘器(10)收下的粉尘送到所述的选粉机(9)中；

一个循环气力输送泵(8)，用来将所述的选粉机(9)分离出的细粉脱硫剂再送回所述的反应塔(5)中；

一个脱硫渣仓(14)，暂时储存脱硫渣用；

一个仓顶除尘器(15)，位于所述的脱硫渣仓(14)顶，用来净化所述的脱硫渣仓(14)进料时逸出的气体；

一个脱硫渣气力输送泵(12)，将所述的选粉机(9)分离出来的脱硫渣送到所述的脱硫渣仓(14)；

一个引风机(13)，将除尘器(10)出口烟气送入烟囱(16)，用来为整个烟气处理系统提供流体动力；

一个烟囱(16)，将净化后的烟气排入大气；

一个集散控制系统(27)，根据气体在线监测仪的信号来跟踪，调整系统的温度、压力、电流和各种物料量，从而形成闭环自动控制。

6、根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述的反应塔(5)内设有一个负荷调整塞(6)。

7、根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于：所述的反应塔(5)内上部出口前设有内分离器(7)，所述的内分离器(7)将脱硫剂及净化的气体分离，使反应塔(5)内保持较高的脱硫剂浓度。