一种氨碱法联合脱硫脱硝装置
技术领域
本发明涉及工业烟气污染治理领域,特别涉及一种用于冶金行业、火电厂等燃煤企业的氨碱法联合脱硫脱硝装置。
背景技术
我国蕴藏着非常丰富的煤炭资源,也是世界上最大的煤炭生产国和消费国。而且在我国,84%左右的煤炭被直接燃烧。大量的燃煤,造成了我国以煤烟型为主的空气污染,产生了大量SO2和N0x ,随着我国经济的快速发展,我国SO2的排放量已经位居世界第二位,NOx排放量也在持续增长。由煤炭燃烧所释放的SO2占总排放量的85%,NOx占总排放量的60%,二者所引起的酸雨量占总酸雨量的82%。这些污染物造成的酸雨、温室效应和臭氧层破坏等环境污染,严重地影响了人类的居住环境,引起国家的高度重视,对烟气进行脱硫脱硝已成为我国的一项重要任务。
当前烟气脱硫脱硝技术都已经很成熟,脱硫主要是采用石灰石-石膏法和氨法,脱硝采用SCR技术,石灰石-石膏法脱硫存在脱硫效率低、系统结垢和堵塞现象,影响系统稳定运行,氨法脱硫效率高,不会产生结垢现象,能保证脱硫塔长期稳定运行,但是液氨属于化学危险品,运输要求高,且液氨脱硫成本比较高。SCR脱硝技术要求烟气温度300-420℃,能耗较高,在实际生产中多采用单独脱硫、脱硝工艺,但是单独使用脱硫、脱硝技术,设备复杂,占地面积大,投资和运行费用高,而使用脱硫脱硝一体化设备和工艺则结构紧凑,投资和运行费用低 ,所以研究高效脱硫脱硝一体化工艺成为了国内外学者关注的焦点。目前联合脱硫脱硝技术活性炭法、SNOX工艺、NOXSO工艺、电子束法较为成熟,但由于运行费用较高制约了其大规模推广应用。
在众多方法中,氨法脱硫因其脱硫效率高、耗水少,无二次污染等优点被广泛采用,而且这种方法在保证脱硫的同时还具有一定的脱硝效果,由于烟气中NOx组分90%以上是NO,而NO难溶于水,这就造成普通洗涤法脱硝效率比较低,达不到环保要求,因此亟需研究开发出一种高效脱硫脱硝技术,特别是不消耗氨气而能回收NOx的工艺及装置。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的缺陷,提供了一种结构简单、系统投资少、运行稳定可靠的氨碱法联合脱硫脱硝装置。
本发明是通过如下技术方案实现的:
一种氨碱法联合脱硫脱硝的装置,包括烟气输入系统、烟气吸收系统和净化烟气输出系统,其特征在于:还包括催化剂系统、浆液制备系统、置换系统和产品回收系统,所述烟气输入系统包括依次连接的布袋除尘器、烟道鼓风机和挡板门Ⅰ;所述烟气吸收系统由脱硫脱硝塔组成,所述挡板门Ⅰ与脱硫脱硝塔的进气口连接,所述净化烟气输出系统由挡板门Ⅱ和烟囱组成,所述挡板门Ⅱ与脱硫脱硝塔的出气口连接,所述催化剂系统包括催化剂罐和催化剂输送泵,所述浆液制备系统包括依次连接的生石灰仓、皮带计量秤、制浆罐组成,所述置换系统包括依次连接的输送泵、再生罐和石膏泵,所述制浆罐与输送泵连接,所述产品回收系统包括依次连接的旋流器、真空过滤脱水机、石膏仓。
所述脱硫脱硝塔上方依次设置三级喷淋层和两级除雾器,所述喷淋层由分配管网和喷嘴组成,采用玻璃钢材质;除雾器安装在喷淋层的上方,与工艺水泵连接,除雾工艺水经工艺水泵送入除雾器,对烟气进行除雾用以分离净烟气夹带的雾滴,除雾器出口烟气雾滴浓度不大于75mg/Nm3(干基),保证在100%烟气负荷下,整个两级除雾器的压降低于120Pa;脱硫脱硝塔下方设置有浆液池和搅拌器,所述浆液池通过浆液循环泵与喷淋层连接,将浆液池内的氨水输送至喷淋层,且所述浆液池还连接有氧化风机,将浆液池的浆液中未氧化的HSO3-和SO3 2-氧化成SO4 2-。
所述挡板门Ⅰ和挡板门Ⅱ由密封风机控制开启。
所述浆液池通过氨水泵与氨水储罐连接,通过氨水泵往脱硫脱硝塔内补充水蒸气和石膏带走的少量氨。
所述催化剂输送泵与浆液池连接,盛放在催化剂罐中的催化剂通过催化剂输送泵送入浆液池,所述催化剂是为了解决NO难溶于水的情况,目的是将NO氧化成NO2,以提高NOx氧化度,提高氨水的脱硝效率。
所述再生罐通过石膏泵与旋流器连接,再生反应生成的石膏浆液进行初步脱水,所得旋流器滤液返回脱硫脱硝塔,所述再生罐通过浆液泵与脱硫脱硝塔底部连接,脱硫脱硝塔底部的饱和浆液通过浆液泵送至再生罐中,与再生罐中的石灰石浆液发生反应,对吸收液进行再生,再生后的氨水通过吸收剂泵送入浆液循环泵进行重新循环利用。
所述脱硫脱硝塔连接有事故浆液池,所述事故浆液池分为澄清池和清水池两部分,澄清池与浆液池连接连接,清水池通过清水泵与脱硫脱硝塔连接,当脱硫脱硝塔发生故障时,脱硝脱硫塔浆液进入澄清池,澄清后的澄清液进入清水池,清水池设置搅拌器,防止石膏沉淀,澄清液通过清水泵返回脱硫脱硝塔。
利用上述装置进行脱硫脱硝,采用循环氨碱法吸收烟气中的SO2及NOx,具体包括如下步骤:
(1)过滤增压:原烟气经输入烟道进入布袋除尘器过滤粉尘,然后经过烟道鼓风机进行增压,增压后的烟气通过挡板门Ⅰ送入脱硫脱硝塔;
(2)脱硫脱硝:浆液循环泵将浆液区的氨水和催化剂泵输送的催化剂打入喷淋层,喷淋层喷出吸收剂将烟气中的SO2和氮氧化物脱除;
(3)除雾:除雾工艺水通过工艺水泵进入除雾器,将经脱硫脱硝处理后所得烟气进行除雾;
(4)净烟气输出:除雾后的净烟气依次通过挡板门Ⅱ和烟囱排入大气;
(5)氨水的制备及再生:步骤(2)烟气脱硫脱硝后生成的硫酸铵及亚硫酸铵通过浆液泵送入再生罐中,与再生罐中的石灰石浆液发生反应生成氨水,生成的氨水通过吸收剂泵送入浆液循环泵进行重新循环利用;
(6)产品回收:步骤(5)反应中生成的石膏浆液通过石膏泵送入旋流器进行初步脱水,旋流器滤液返回脱硫脱硝塔,离开旋流器的含固量为40%至60%的浆液,进入真空皮带脱水机,经真空皮带脱水机脱水生成含水率不大于10%(wt)的石膏饼,石膏饼送入石膏仓,皮带滤液返回脱硫脱硝塔。
所述吸收剂为氨水与催化剂的混合液,氨水作为脱硫脱硝剂,吸收烟气中的SO2及NOx,生产亚硫酸铵,所述催化剂由催化剂罐7经催化剂泵8与吸收剂混合,催化剂能够解决NO难溶于水的情况,可以将NO氧化成NO2,以提高NOx氧化度,提高氨水的脱硝效率。
本发明的有益效果是:
(1)脱硫脱硝效果显著。综合脱硫效率可保证在98%以上,脱硝效率80%以上,烟气二氧化硫排放浓度低于35 mg/Nm3,氮氧化物排放浓度低于50 mg/Nm3。
(2)脱硫脱硝用水全部闭路循环,无二次污染。
(3)氨碱法脱硫脱硝,氨水只是作为吸收剂,吸收后的硫酸铵通过生石灰进行置换,氨水可以循环使用,氨水用量小,解决了单纯采用氨法脱硫脱硝存在氨水的购置成本高和运输成本高,运输存在爆炸危险等问题。
(4)在烟气脱硫脱硝塔内,利用多道逆向喷淋法,将吸收液喷入烟气中,在高速气流的带动下,吸收液被吹成雾状,比表面积大,使气液接触更加充分。从而确保了脱硫脱硝效率的稳定。
(5)系统可保证长期正常稳定运行,且维护量非常小。脱硫脱硝塔不含易造成结垢的部件,且采用氨液作为吸收液,有效避免了喷嘴的堵塞,不存在结垢和堵塞等问题。设备检修不影响系统的正常运转,系统正常运转率98%以上。
(6)运行费用低。在传统脱硫脱硝运行费用中脱硫脱硝剂费用占较大比例,而本系统使用硫酸铵做氨源且循环使用,理论上不消耗,实际上消耗的是石灰和极少量的氨以及催化剂,所以运行费用较低。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图1为本发明一种氨碱法联合脱硫脱硝工艺的流程图。
图中,1、生石灰仓,2、皮带计量秤,3、制浆罐,4、浆液输送泵,5、再生罐,6、浆液泵,7催化剂罐,8、催化剂输送泵,9、浆液循环泵,10、工艺水泵,11、脱硫脱硝塔,12、挡板门,13、烟囱,14、密封风机,15、挡板门,16、鼓风机,17、布袋除尘器,18、氧化风机,19、搅拌器,20、氨水泵,21、氨水储罐,22、旋流器,23、真空皮带脱水机,24、石膏仓,25、澄清液输送泵,26、清水池,27、澄清池,28、石膏泵,29、吸收剂泵,30、除雾器,31、喷淋层,32、浆液池;A、澄清液,B、地沟浆液,C、脱硫脱硝塔浆液,D、皮带滤液,E、制浆工艺水,F、除雾工艺水,G、原烟气,H、旋流器滤液。。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明,但不用来限制本发明的范围。
本发明是采用循环氨碱法吸收烟气中的SO2及NOx,即用氨作为脱硫脱硝剂,生石灰作为置换剂,在脱硫脱硝塔11中氨吸收烟气中的SO2及NOx,生产亚硫酸铵,然后与通入的氧气发生氧化反应,亚硫酸铵被氧化成硫酸铵,硫酸铵和亚硫酸铵再用石灰浆(主要成份为Ca(OH)2)进行再生置换,再生出的NH3 .H2O再回到脱硫脱硝塔11内参与脱硫脱硝,依此不断循环,氨在理论上不消耗,但在实际中应考虑水份蒸发和外排石膏所带走的氨的损失。
氨碱法联合脱硫脱硝工艺和装置是采用吸收法来净化烟气,它包含着物理和化学两个过程。烟气在脱硫脱硝塔11内从气相进入液相循环浆液的过程为物理过程,该过程可用薄膜理论解释。烟气与吸收剂之间的反应为化学过程。分为如下几个阶段:SO2及NOx从气相内部迁移到相界面→SO2及NOx从相界面上从气相进入液相→与液相中的吸收剂发生反应。
氨在脱硫脱硝中的化学反应如下:
(1) 吸收反应
(2)制备及再生反应
再生获得的NH3 .H2O清液送回脱硫脱硝塔循环使用;
(3)氧化过程
如附图1所示,本发明一种氨碱法联合脱硫脱硝的装置,包括烟气输入系统、烟气吸收系统和净化烟气输出系统,还包括催化剂系统、浆液制备系统、置换系统和产品回收系统,所述烟气输入系统包括依次连接的布袋除尘器17、烟道鼓风机16和挡板门Ⅰ15;原烟气G经过布袋除尘器17过滤粉尘,然后经过烟道鼓风机16进行增压,增压后的烟气通过挡板门Ⅰ15送入脱硫脱硝塔11;所述烟气吸收系统由脱硫脱硝塔11组成,所述挡板门Ⅰ15与脱硫脱硝塔11的进气口连接,所述净化烟气输出系统由挡板门Ⅱ12和烟囱13组成,所述挡板门Ⅱ12与脱硫脱硝塔11的出气口连接,脱硫脱硝后的净烟气通过挡板门Ⅱ12和烟囱13排入大气,密封风机14用于密封挡板门Ⅱ12和挡板门Ⅰ15;所述催化剂系统包括催化剂罐7和催化剂输送泵8,所述浆液制备系统包括依次连接的生石灰仓1、皮带计量秤2、制浆罐3组成,所述置换系统包括依次连接的输送泵4、再生罐5和石膏泵28,所述制浆罐3与输送泵4连接,所述产品回收系统包括依次连接的旋流器22、真空过滤脱水机23、石膏仓24。
所述脱硫脱硝塔11上方依次设置三级喷淋层31和两级除雾器30,所述喷淋层由分配管网和喷嘴组成,采用玻璃钢材质;除雾器30安装在喷淋层的上方,与工艺水泵10连接,除雾工艺水F经工艺水泵10送入除雾器30,对烟气进行除雾用以分离净烟气夹带的雾滴,除雾器30出口烟气雾滴浓度不大于75mg/Nm3(干基),保证在100%烟气负荷下,整个两级除雾器的压降低于120Pa;脱硫脱硝塔11下方设置有浆液池32和搅拌器19,搅拌器19保证混合均匀,防止浆液沉淀;所述浆液池32通过浆液循环泵9与喷淋层31连接,将浆液池32内的氨水输送至喷淋层31,且所述浆液池32还连接有氧化风机18,将浆液池32的浆液中未氧化的HSO3-和SO3 2-氧化成SO4 2-。
所述浆液池32通过氨水泵20与氨水储罐21连接,通过氨水泵20往脱硫脱硝塔11内补充水蒸气和石膏带走的少量氨。
所述催化剂输送泵8与浆液池32连接,盛放在催化剂罐7中的催化剂通过催化剂输送泵8送入浆液池32,所述催化剂是为了解决NO难溶于水的情况,目的是将NO氧化成NO2,以提高NOx氧化度,提高氨水的脱硝效率。
所述再生罐5通过石膏泵28与旋流器22连接,再生反应生成的石膏浆液进行初步脱水,所得旋流器滤液返回脱硫脱硝塔11,所述再生罐5通过浆液泵6与脱硫脱硝塔11底部连接,脱硫脱硝塔11底部的饱和浆液通过浆液泵6送至再生罐5中,与再生罐5中的石灰石浆液发生反应,对吸收液进行再生,再生后的氨水通过吸收剂泵29送入浆液循环泵9进行重新循环利用;再生反应生成的石膏浆液通过石膏泵28送入旋流器22进行初步脱水,旋流器滤液F返回吸收塔系统,离开旋流器22的含固量为40%至60%,进入真空皮带脱水机23,经真空皮带脱水机23脱水生成含水率不大于10%(wt)的石膏饼,石膏饼送入石膏仓24,皮带滤液D返回脱硫脱硝塔11。
所述脱硫脱硝塔11连接有事故浆液池,所述事故浆液池分为澄清池27和清水池26两部分,澄清池与浆液池连接32连接,清水池26通过清水泵25与脱硫脱硝塔11连接,当脱硫脱硝塔11发生故障时,脱硝脱硫塔浆液C进入澄清池27,澄清后的澄清液进入清水池27,清水池27设置搅拌器,防止石膏沉淀,澄清液A通过清水泵25返回脱硫脱硝塔11。
利用上述装置进行脱硫脱硝,采用循环氨碱法吸收烟气中的SO2及NOx,其特征在于:具体包括如下步骤:
(1)过滤增压:原烟气经输入烟道进入布袋除尘器17过滤粉尘,然后经过烟道鼓风机16进行增压,增压后的烟气通过挡板门Ⅰ15送入脱硫脱硝塔11;
(2)脱硫脱硝:浆液循环泵9将浆液区32的氨水和催化剂泵8输送的催化剂打入喷淋层31,喷淋管喷出吸收剂将烟气中的SO2和氮氧化物脱除;
(3)除雾:除雾工艺水F通过工艺水泵10进入除雾器30,将经脱硫脱硝处理后所得烟气进行除雾;
(4)净烟气输出:除雾后的净烟气依次通过挡板门Ⅱ12和烟囱13排入大气;
(5)氨水的制备及再生:步骤(2)烟气脱硫脱硝后生成的硫酸铵及亚硫酸铵通过浆液泵6送入再生罐5中,与再生罐5中的石灰石浆液发生反应生成氨水,生成的氨水通过吸收剂泵29送入浆液循环泵9进行重新循环利用;
(6)产品回收:步骤(5)反应中生成的石膏浆液通过石膏泵28送入旋流器22进行初步脱水,旋流器滤液F返回脱硫脱硝塔11,离开旋流器22的含固量为40%至60%的浆液,进入真空皮带脱水机23,经真空皮带脱水机23脱水生成含水率不大于10%(wt)的石膏饼,石膏饼送入石膏仓24,皮带滤液D返回脱硫脱硝塔11。
当脱硫脱硝塔11发生故障时,脱硝脱硫塔浆液C进入澄清池27,澄清后的澄清液进入清水池27,清水池27设置搅拌器,防止石膏沉淀,澄清液A通过清水泵25返回脱硫脱硝塔。
应用本发明进行烟气净化,脱硫效率达到98%,脱硝效率达到80%以上。