CN204865515U - 一种净化处理天然气锅炉烟气中污染物的系统 - Google Patents

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段晶晶
闫静
李钢
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Abstract

本实用新型公开了一种气相氧化湿式吸收法净化处理天然气锅炉烟气中污染物的系统，主要包括三通烟道、气/液换热器、氧化塔、氧气源O3发生器和两级吸收塔。本系统可同时高效率净化处理烟气中的NOx、SO2等污染物，其中NOx、SO2减排量分别达到95％和98％。通过采用清洁气相氧化和氨类吸收剂吸收，吸收乏液可作为肥料利用，不产生废水污染。通过烟气余热和冷凝水回收，可节约3～5％的天然气使用量和每蒸吨锅炉每天获得1吨以上低硬度冷凝水，基本消除白烟排放。气相氧化湿式吸收法净化处理系统运行稳定，操作简单，不影响天然气锅炉正常燃烧使用。

Description

一种净化处理天然气锅炉烟气中污染物的系统
技术领域
本实用新型涉及天然气锅炉燃烧节能与环境保护领域，尤其涉及一种气相氧化湿式吸收法净化处理天然气锅炉烟气中污染物的系统。
背景技术
氮氧化物(NOx)是形成二次细粒子(PM2.5)的重要前体物，汽车尾气、煤炭以及天然气燃烧是NOx的主要排放源。2012年8月～2013年7月在北京市包括城市背景、城区、郊区以及边界传输点在内的9个监测点位进行大气细颗粒物PM2.5样品的采集与分析，共获得486个有效样本，分析结果表明，NOx是重污染过程累积效应比较明显且贡献相对较高的二次粒子前体物[1]。虽然天然气是一种相对清洁的能源，排放的二氧化硫(SO2)和颗粒物较少，NOx排放量却与煤炭燃烧相当，随着城市对环境质量要求越来越高，天然气燃料使用量也将越来越大，北京市未来5～10年天然气燃烧排放的NOx将超过煤炭和汽车成为最大排放源，因此天然气燃烧产生NOx污染问题也越来越受到重视。北京市2015年颁布的《锅炉大气污染物排放标准》，将NOx的最高允许排放浓度由150mg﹒m-3分阶段严格至80mg﹒m-3和30mg﹒m-3，SO2由20mg﹒m-3严格至10mg﹒m-3，颗粒物由10mg﹒m-3严格至5mg﹒m-3。国际上，一些环境管控严格的发达国家对锅炉排放更加严格，其中NOx排放浓度限值低于18mg﹒m-3，且有加严趋势。
目前，净化处理天燃气燃烧排放的NOx比较成熟的技术为选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)，多用于大型燃气锅炉或燃气电厂，其中仅SCR能够达到30mg﹒m-3的排放水平，但对于数量上占90％左右的中小燃气锅炉，由于负荷通常不稳定，控制系统不够完善，运行管理水平较低，建立氨制备系统十分复杂，采用SCR技术或不能达标或氨逃逸造成二次污染。天然气采用低氮燃烧技术比较适合中小锅炉，治理成本低，采用超低氮燃烧技术的NOx排放浓度能够达到30mg﹒m-3的排放水平，但技术要求高，目前仅在个别国家采用。天然气燃烧产生的白烟排放将是我国特别是北方地区未来需要重点解决的问题，国外有些发达国家将白烟也作为一种污染。每m3天然气燃烧产生1.6kg左右的水，约为煤炭燃烧的5倍，在不利气象条件下排放大量的水汽会加重雾霾。天然气燃烧产生的大量水汽表明烟气中存在大量潜热，回收烟气余热对充分利用宝贵的天然气能源具有重要意义。
SCR、SNCR、低氮燃烧等技术方法仅能净化处理NOx一种污染物，据对天然气锅炉烟气监测结果表明，SO2平均为6mg﹒m-3，一般情况下大多数锅炉能够达到北京排放标标，但当上游气源脱硫净化处理不正常时会发生超标甚至严重超标情况。采用SCR、SNCR、低氮燃烧等技术方法不能去除SO2和虽然是极少量但全部是PM2.5的炭黑颗粒物，本身不能消除白烟和回收烟气余热，需要增加相关设备和投资。湿式吸收法是锅炉烟气脱硝方法之一，优点不仅能脱硝，还能够同时净化处理SO2和颗粒物，能够很好的适应烟气量和污染物浓度变化，净化处理效率高，操作简单，系统运行稳定，非常适合中小锅炉采用。其中，氧化吸收法的净化处理效率能够达到95％以上，所以，天然气燃烧烟气中NOx净化处理后的排放浓度能够低于15mg﹒m-3甚至低于10mg﹒m-3，能够达到国际上最严格的排放标准，SO2在任何时候均可保证达标排放，湿式吸收法还能洗涤去除部分因燃烧不好产生的炭黑颗粒。为了使吸收法达到较高的净化效率，需要降低烟气温度并除去大部分气态水份，这正好与烟气余热回收、水资源利用和消除白烟形成有机结合。NOx一方面是大气污染物，另一方面也是资源，通过采用氨类吸收剂进行吸收，吸收乏液可生产性能良好的双氮化肥，不仅不会产生污水排放，不会与农业争化肥，同时也不会增加化肥生产过程中大量的污染物排放。因此，天然气锅炉烟气通过采用氧化吸收法，将NOx氧化至高价态然后吸收制造化肥的方法，无论在具体污染净化效率效果还是宏观环境效益方面都具有突出优点。
实用新型内容
本实用新型公开了一种法净化处理天然气锅炉烟气中污染物的系统，所述烟气通过三通烟道的一个出口，依次进入气/液换热器、烟道、氧化塔、一级吸收塔和二级吸收塔，由引风机送入排放筒。氧气源臭氧(O3)发生器通过输送管将O3送入烟道，然后与烟气一起进入氧化塔。一级循环吸收液在一级吸收塔内与烟气逆向接触，二级循环吸收液在二级吸收塔内与烟气逆向接触。
可选的，所述三通烟道的另一出口与排放筒连通，平衡引风机和锅炉燃烧室压力，避免影响锅炉正常燃烧。
可选的，所述烟气温度通过气/液换热器降至50℃以下，脱除烟气水分，产生烟气冷凝水。
可选的，所述O3输送量与烟气中一氧化氮(NO)量的摩尔比为1.2～1.5，O3和烟气通过氧化塔或替代氧化塔的烟道的停留时间不少于0.5s。
可选的，所述一级吸收塔采用波纹填料塔，一级循环吸收液为质量浓度5～30％的碳酸铵溶液，吸收停留时间不少于1s，液气比5～25L﹒m-3。
可选的，所述二级吸收塔采用喷淋塔，二级循环吸收液采用烟气冷凝水，吸收停留时间不少于1s，液气比5～20L﹒m-3。
可选的，所述一级循环吸收液的吸收乏液送储存罐，将pH值调至8用作液体肥料或浓缩为固状肥料。
可选的，所述二级循环吸收液的吸收乏液用于配置一级循环吸收液和将pH值调至7～8用作锅炉供暖补充水。
可选的，气/液换热器的液体入口与供暖回水管连通，液体出口与供暖送水管连通。
附图说明
图1为氧化吸收法处理天然气燃烧烟气的系统示意图；
图2为用烟道替代氧化塔的系统示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型的技术方案作进一步阐述。
净化处理试验在天然气热水取暖锅炉现场进行，从烟道中抽取的烟气量30～150m3﹒h-1，初始烟气温度90℃左右，NOx、SO2平均浓度分别为160mg﹒m-3和13mg﹒m-3。
实施例1
如图1所示，气相氧化湿式吸收法净化处理天然气锅炉烟气中污染物的系统包括：
三通烟道1的一个出口与气/液换热器2的烟气入口连通，另一出口与排放筒8连通，烟气温度通过换热平均降至47℃，同时产生烟气冷凝水13。
气/液换热器2的烟气出口通过烟道3与氧化塔4位于顶部的入口连通，氧气源O3发生器9的O3输送管10与烟道3连通，O3与NO摩尔比为1.5，O3和烟气通过氧化塔4的停留时间1s。
一级吸收塔5位于下部的烟气进口与氧化塔4位于底部的出口连通，采用质量浓度20％的碳酸铵溶液作为吸收液11在吸收塔内自上而下循环吸收烟气中的NOx、SO2等污染物。
二级吸收塔6位于下部的烟气进口与一级吸收塔5位于顶部的烟气出口连通，二级吸收液12在吸收塔内自上而下循环吸收烟气中的污染物，同时中和吸收液酸性。
二级吸收塔6位于顶部的烟气出口与引风机7进口连通，引风机出口与排放筒8连通。
烟气通过一级吸收塔5的停留时间为3s，一级循环吸收液为质量浓度5～30％的碳酸铵溶液，液气比为25L﹒m-3。
烟气通过二级吸收塔6的停留时间为2s，二级循环吸收液采用烟气冷凝水，液气比为15L﹒m-3。
一级循环吸收液的吸收乏液送入储存罐14，pH值调至8用作液体肥料15或浓缩为固状肥料16。
二级循环液吸收液的吸收乏液用于配置一级吸收液11和将pH值调至7至8用作供暖锅炉补充水17。
气/液换热器2的液体入口与供暖回水管18连通，液体出口与供暖送水管19连通，回收烟气余热。
经检测，本实验例对天燃气锅炉烟气中NOx、SO2等污染物的减排量分别平均为95％和98％，3％O2的排放浓度低于8mg﹒m-3和1mg﹒m-3。其中：NOx与传统处理方法(O3与NO摩尔比0.5的氧化吸收法)相比，虽然成本增加70％左右，但减排量提高30个百分点以上；SO2与传统的碱液吸收法相比，减排量和运行成本相当。烟气余热回收可节约3％天燃气使用量。
实施例2
如图2所示的气相氧化湿式吸收法净化处理天然气锅炉烟气中污染物的系统，除采用满足烟气停留时间为1s的烟道3替代氧化塔4外，其他同实施例1。
由上述实验例1-2可以看出，本实用新型有益效果包括：
1、减少大气污染物排放
高效净化处理天然气锅炉排放烟气中的NOx、SO2等污染物，减排量分别为95％和98％。虽然成本增加70％左右，但减排量提高30个百分点以上。
2、适合中小型锅炉污染减排
净化处理系统运行稳定、操作简单，特别适合中小型锅炉污染减排，不影响天燃气锅炉正常燃烧。
3、节约天然气能源
根据排烟温度不同可节约3～5％的天然气使用量，如仅按冬季采暖期使用计算，一般3年收回节能设施投资。
4、回收资源
吸收乏液作为化肥可抵消吸收剂费用，节省污水处理费用。每蒸吨锅炉每天回收1吨以上低硬度冷凝水，用作配置吸收液和锅炉补水。
5、消除白烟排放
可基本消除天然气燃烧烟气产生的白烟排放。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种净化处理天然气锅炉烟气中污染物的系统，其特征在于，烟气通过三通烟道(1)的一个出口，依次进入气/液换热器(2)、烟道(3)、氧化塔(4)、一级吸收塔(5)和二级吸收塔(6)，由引风机(7)送入排放筒(8),氧气源臭氧发生器(9)通过输送管(10)将臭氧送入烟道(3)，然后与烟气一起进入氧化塔(4),一级循环吸收液(11)在一级吸收塔(5)内与烟气逆向接触，二级循环吸收液(12)在二级吸收塔(6)内与烟气逆向接触。
2.根据权利要求1所述的一种净化处理天然气锅炉烟气中污染物的系统，其特征在于，所述三通烟道(1)的另一出口与排放筒(8)连通，平衡引风机(7)与锅炉燃烧室压力，避免影响锅炉正常燃烧。
3.根据权利要求1所述的一种净化处理天然气锅炉烟气中污染物的系统，其特征在于，所述烟气温度通过气/液换热器(2)降至50℃以下，脱除烟气水分，产生烟气冷凝水(13)。
4.根据权利要求1所述的一种净化处理天然气锅炉烟气中污染物的系统，其特征在于，臭氧输送量与烟气中一氧化氮量的摩尔比为1.2～1.5，臭氧和烟气通过氧化塔(4)或替代氧化塔的烟道(3)的停留时间不少于0.5s。
5.根据权利要求1所述的一种净化处理天然气锅炉烟气中污染物的系统，其特征在于，所述一级吸收塔(5)采用波纹填料塔，一级循环吸收液(11)为质量浓度5～30％的碳酸铵溶液，吸收停留时间不少于1s，液气比5～25L﹒m-3。
6.根据权利要求1所述的一种净化处理天然气锅炉烟气中污染物的系统，其特征在于，所述二级吸收塔(6)采用喷淋塔，二级循环吸收液(12)采用烟气冷凝水，吸收停留时间不少于1s，液气比5～20L﹒m-3。
7.根据权利要求1所述的一种净化处理天然气锅炉烟气中污染物的系统，其特征在于，所述一级循环吸收液(11)的吸收乏液送储存罐(14)，将pH值调至8用作液体肥料(15)或浓缩为固状肥料(16)。
8.根据权利要求1所述的一种净化处理天然气锅炉烟气中污染物的系统，其特征在于，所述二级循环吸收液的吸收乏液用于配置一级循环吸收液(11)和将pH值调至7～8用作锅炉供暖补充水(17)。
9.根据权利要求1所述的一种净化处理天然气锅炉烟气中污染物的系统，其特征在于，气/液换热器(2)的液体入口与供暖回水管(18)连通，液体出口与供暖送水管(19)连通。
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