CN205127700U - 一种低温湿法对烧结烟气脱硝脱硫的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低温湿法对烧结烟气脱硝脱硫的系统，所述系统包括氧化剂发生装置，NOx氧化反应器，吸收剂制备装置以及吸收装置，该系统特别适应于处理烧结(球团)的烟气，可同时脱硝脱硫，而且脱硝脱硫效率高，处理效果稳定，强氧化剂臭氧使用量低。
Description
技术领域
本实用新型属于烧结(球团)烟气脱硝领域，特别涉及一种低温湿法对烧结(球团)烟气脱硝的系统。
背景技术
国家环保部于2012年6月27日发布了《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》(GB28662-2012)。该标准对各种大气污染物排放限值进行了更严格的要求，其中重点地区NOx排放标准为300mg/Nm3。
虽然烧结(球团)烟气NOx含量对比电厂烟气NOx含量偏低，现今还可满足国家排放要求，但是随着环保要求越来越高，冶金行业(烧结和球团)必须建设脱硝装置。
目前国内烟气脱硝的主要方法有选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、湿法络合吸收技术、液相氧化-吸收技术、气相氧化-吸收技术等，其中前两种方法在电厂、水泥等行业有相当的运用。但是由于其反应窗口温度较高(至少300摄氏度以上)，而烧结(球团)烟气与电厂烟气不同，不存在高温段，温度在200摄氏度以下，所以SCR及SNCR技术在冶金(烧结和球团)行业应用十分困难。
同时，烧结(球团)烟气脱硝工艺应该考虑与现有的冶金行业所用脱硫技术相适应，目前，烧结(球团)烟气脱硫工程中90％采用湿式石灰石-石膏法，现有的脱硝技术并没有与湿法钙基脱硫技术相适应的。
近些年来，钢厂烧结(球团)均已纷纷建立脱硫系统，但还未建立脱硝系统，故后续的脱硝改造技术方案必须要与原脱硫系统相配合才更有价值及意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种低温湿法对烧结烟气脱硝脱硫的系统，该系统特别适应于处理烧结(球团)的烟气，可同时脱硝脱硫，而且脱硝脱硫效率高，处理效果稳定，强氧化剂臭氧使用量低。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种低温湿法对烧结烟气脱硝脱硫的系统，所述系统包括氧化剂发生装置、NOx氧化反应器以及吸收装置，其中，
所述氧化剂发生装置，用于制造产生氧化剂；
所述NOx氧化反应器，设置于排烟烟道上，与所述NOx氧化反应器前后的排烟烟道相通，且所述NOx氧化反应器还与所述氧化剂发生装置的出口连接，以接收来自氧化剂发生装置的氧化剂以及来自所述排烟烟道的烟气，并在所述NOx氧化反应器中实现氮氧化物NOx的氧化；
所述吸收装置，烟气入口与所述NOx氧化反应器后方的排烟烟道的出口连接，以接收来自所述NOx氧化反应器的烟气，并在所述吸收装置中完成烟气的脱硝和脱硫。
在上述低温湿法对烧结烟气脱硝的系统中，作为一种优选实施方式，所述进入NOx氧化反应器的烟气温度优选为90-130℃。
在上述低温湿法对烧结烟气脱硝的系统中，作为一种优选实施方式，所述系统还包括吸收剂制备装置和后处理装置，所述吸收剂制备装置的吸收剂排出口与所述吸收装置下部的吸收液入口连接，以向所述吸收装置提供吸收液；所述后处理装置的入口与所述吸收装置下部的吸收产物排出口连接，用于处理所述吸收装置产生废液和/或石膏。
在上述低温湿法对烧结烟气脱硝的系统中，作为一种优选实施方式，所述NOx氧化反应器内设有氧化剂喷入装置，所述氧化剂喷入装置的氧化剂入口与所述氧化剂发生装置的出口连接，用于将来自所述氧化剂发生装置的氧化剂喷至所述NOx氧化反应器中；优选地，所述氧化剂喷入装置包括一排或多排气体喷头或喷枪，所述喷头或喷枪的气体喷出角度为60-150°，所述氧化剂喷出的方向与所述未处理烟气走向相同。
在上述低温湿法对烧结烟气脱硝的系统中，作为一种优选实施方式，所述NOx氧化反应器为一段内径尺寸大于所述前后排烟烟道的管道。
在上述低温湿法对烧结烟气脱硝的系统中，作为一种优选实施方式，所述NOx氧化反应器自烟气入口至烟气出口依次分为用于给烟气降温的冷却区、用于均匀喷入所述氧化剂的喷入区和用于将烟气中NOx与所述氧化剂混合并氧化的混合反应区；所述氧化剂喷入装置设置于所述喷入区。
在上述低温湿法对烧结烟气脱硝的系统中，作为一种优选实施方式，所述冷却区设置有增湿预冷组件，用于降低烟气温度和增加烟气湿度。
在上述低温湿法对烧结烟气脱硝的系统中，作为一种优选实施方式，所述吸收装置为旋涡撞击脱硫除尘装置。
在上述低温湿法对烧结烟气脱硝的系统中，作为一种优选实施方式，所述后处理装置包括石膏处理装置和/或废水处理系统。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：完全适应于烧结(球团)烟气工况，不需高温反应段，在脱硝的同时能与湿式石灰石-石膏法脱硫技术完美结合，实现脱硝的同时完成了烟气的脱硫，工艺流程简单，能保证过程稳定运行，脱硫脱硝效率高，均达到95％以上，无需对现有湿式石灰石-石膏法脱硫装备进行大幅度改造，可行性强，改造成本低；而且烟气中的氮氧化物与臭氧反应充分，使用臭氧量低，氮氧化物被吸收液吸收后产物为硝酸盐废水，基本无亚硝酸盐，单一成分的硝酸盐废水处理比较简单。
附图说明
图1为本实用新型实施例低温湿法脱硝脱硫的系统示意图。
其中，图中所示的附图标记表示如下：1、氧化剂发生装置；2、氧化剂喷入装置；3、NOx氧化反应器；4、吸收剂制备装置；5、吸收装置；6、后处理装置；7、循环泵；8、浆液池；9、吸收装置烟气入口。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述，但不作为本实用新型保护范围的限定。
如图1所示，本实用新型实施例提供的低温湿法对烧结烟气脱硝脱硫的系统，包括氧化剂发生装置1，氧化剂喷入装置2，NOx氧化反应器3，吸收剂制备装置4，吸收装置5及后处理装置6。下面对上述装置一一进行说明。
氧化剂发生装置1，与NOx氧化反应器3的氧化剂入口(即氧化剂喷入装置2的氧化剂入口)相连，用于向氧化剂喷入装置2提供氧化剂，氧化剂发生装置可以制造烟气脱硝过程中使用的氧化剂，该氧化剂为臭氧，该氧化剂发生装置1可以是任何可以产生臭氧的装置，比如市售的臭氧发生器。
NOx氧化反应器3，设置于未处理烟气的烟道上，并与前后烟道相通，其是未处理烟气进入吸收装置5的必经之路，且NOx氧化反应器3还与氧化剂发生装置1的出口连接，用于接收来自氧化剂发生装置1的氧化剂以及来自排烟烟道的未处理烟气，并在NOx氧化反应器3中实现氮氧化物NOx的氧化，即在NOx氧化反应器3中采用强氧化剂O3将NOX在较低温度下氧化为高价态的N2O5。NOx氧化反应器3可以是一段内径大于前后烟道的管道，NOx氧化反应器3包括烟气入口、主体部分、烟气出口以及氧化剂入口，其中主体部分按照流体学原理进行设计，沿未处理烟气走向主体部分分为三个功能区：冷却区，均匀喷入区，混合反应区。冷却区设置有增湿预冷组件，其主要作用是降低烟气温度(比如将烟气温度降低至90-130℃)，增加烟气湿度，以促进臭氧的氧化反应，其中，增湿预冷组件可以是市售的设备，比如一组快速降温的双流体喷枪，当进入NOx氧化反应器3的未处理烟气的温度在90-130℃范围内时，无需在冷却区设置增湿预冷组件。均匀喷入区设置有臭氧喷入装置2，该臭氧喷入装置2的臭氧入口即为NOx氧化反应器3的氧化剂入口，主要作用是使臭氧均匀喷至混合反应区内并迅速扩散。混合反应区同样是依据流体学原理进行设计，其主要功能是使臭氧与烟气充分混合，并为臭氧氧化氮氧化物NOx提供足够的反应空间，以保证反应的顺利进行。NOx氧化反应器的混合反应区的体积由处理的烟气量与烟气停留时间共同确定，一般需保证烟气可在该混合反应区停留1～3s，具体的规格尺寸依据工程建设场地进行设计。进入NOx氧化反应器3混合反应区的烟气温度优选为90-130℃，该烟气温度可以基本实现NOx完全氧化成N2O5。如果烟气温度过高或过低，可以对烟气进行预热或降温处理。进入混合反应区的烟气温度高于130℃或者低于90℃均不能很好地实现氮氧化物NOx的完全氧化，也就是说，吸收装置排出的废水中会检出较高含量的亚硝酸盐，从而增加废水处理的难度。
为了使氧化剂更好更快的分散，覆盖整个NOx氧化反应器的混合反应区的截面，并与烟气的接触更加充分，NOx氧化反应器3的均匀喷入区且位于氧化剂入口处设置有氧化剂喷入装置2，该喷入装置的氧化剂入口与氧化剂发生装置1的出口连接，该喷入装置2用于将氧化剂喷至NOx氧化反应器3的混合反应区内，使氧化剂均匀分散在NOx氧化反应器的整个截面上，并与反应器内聚集的烟气充分混合接触。氧化剂喷入装置2是任何可以将氧化剂气体喷出的装置，比如市售的气体喷头或喷枪，氧化剂喷入装置2可以包括多个气体喷头或喷枪，这些喷头可以设置为多排和/或多列，所述喷头或喷枪的气体喷出角度(即喷出气体上下边界所形成的夹角)为60-150°(比如65°、75°、95°、105°、115°、125°、135°、145°)，喷出的氧化剂的方向与未处理烟气的方向相同，氧化剂的流量依据处理烟气量及脱除的NOx量来确定，与烟气中的氮氧化物的摩尔比为0.7-1.2(比如0.8、0.9、1.0、1.1、1.15)，该摩尔比可以进一步保证NOx基本完全氧化成N2O5。
吸收剂制备装置4，出口与吸收装置5的下部的浆液池8入口连接，以向吸收装置5中提供一定浓度的吸收剂。本实用新型中使用的吸收剂为石灰石/石灰浆液，浓度优选为20-30wt％。吸收剂制备装置4即为本领域常用的调浆池，用于将石灰石或石灰细粉与水混合均匀。优选吸收剂制备装置4和吸收装置5之间设置有浆液泵，以将吸收剂泵至吸收装置的浆液池中。
吸收装置5，烟气入口9与NOx氧化反应器3的烟气出口连接，以接收来自NOx氧化反应器2的烟气，并在吸收装置5中同时完成烟气的脱硝和脱硫。吸收装置5可以是现有的能够完成湿式石灰石-石膏法脱硫的任何形成的吸收塔，比如喷雾格珊填料塔、喷雾空塔、具有浆液分层的空塔、具有双循环吸收系统的喷雾塔、对流式液柱塔、鼓泡床塔以及专利号为ZL200720195551.3的专利中记载的旋涡撞击脱硫除尘装置。这些吸收塔进行脱硫的原理如下：
来自吸收剂制备装置4的吸收液即浆液进入吸收装置5底部的浆液池8，该浆液池8的浆液通过循环泵7从吸收装置5底部打入到吸收装置5上层的喷雾层，通过喷嘴将浆液喷出，喷出的浆液与自吸收装置5中下部烟气入口进入的上行烟气接触，从而实现浆液与烟气中的SO2反应，生成CaSO3落到塔底，再在塔底经鼓风氧化，生成石膏CaSO4·2H2O。
上述吸收装置在脱硫的同时，也再进行脱硝反应，即将预处理后的烟气中的N2O5与浆液反应，N2O5首先与水反应生成硝酸，再继续与喷淋吸收剂反应生成相应的硝酸盐，从而溶解性的硝酸盐落入吸收装置底部。
由此可以看出，本实用新型最简单的利用了现有的湿式石灰石-石膏法脱硫设备实现了脱硫的同时进行脱硝。为了实现更好的脱硫脱硝效果，本实用新型优选采用专利号为ZL200720195551.3的专利中记载的旋涡撞击脱硫除尘装置作为吸收装置5。
后处理装置6，入口与吸收装置5下部的吸收产物(包括石膏和硝酸盐废水)排出口连接，用于处理吸收装置5产生的废液和石膏。后处理装置6包括石膏处理装置和废水处理系统。被排出的废水进入废水处理系统，被排出的石膏经石膏脱水机脱水后进入石膏库，而从石膏上脱掉的水一部分进入废水处理系统，一部分回用至吸收剂制备装置4或浆液池8，作为整个系统的补水，自石膏中脱出的水回用到本实用新型系统中的体积占总体积的65％～85％。
另外，如果本实用新型的系统仅用于脱硝则后处理装置6为废水处理系统，而不包含石膏处理装置。
采用上述系统对烧结烟气脱硝脱硫的方法，包括如下步骤：
预处理步骤，来自氧化剂发生装置的氧化剂和来自烟道的未处理烟气在NOx氧化反应器中发生氧化还原反应以对所述未处理烟气进行预处理，从而将烟气中的NOx氧化成N2O5；所述氧化剂为臭氧，所述氧化剂与所述烟气中的NOx的摩尔比为0.7-1.2。所述预处理的反应温度为90-130℃。所述NOx为NO与NO2的混合物，一般地，在NOx中，NO的含量为90～95％。
吸收步骤，经预处理的烟气自吸收装置的中下部烟气入口进入吸收装置，所述预处理后的烟气在上行过程中与自所述吸收装置上部连续喷下来的吸收液接触，从而实现烟气的脱硝脱硫，在吸收装置底部产生硝酸盐废水和石膏。所述吸收液为石灰石/石灰浆液，浓度为20-30wt％。
后处理步骤，当吸收装置底部浆液池内固体物含量(即石膏含量)超过15wt％时，开始将吸收装置底部的硝酸盐废水和石膏排出并进行石膏脱水处理和硝酸盐废水处理。
在上述方法中，进行预处理之前的烟气需要先进行除尘处理；在吸收装置底部浆液池内固体物含量未超过15wt％时，新鲜的吸收液不断地自吸收剂制备装置4输送至吸收装置的底部浆液池中，已完成烟气的脱硝脱硫。
本实用新型的脱硝脱硫方法特别适合于低温烟气(烟气温度在80-180℃)比如烧结(球团)烟气。其不同于常用的SCR和SNCR两种还原法，为氧化法脱硝方法，所述氧化法脱硝方法的原理主要是利用强氧化剂O3将NOX在较低温度下氧化为高价态的N2O5，在吸收系统中N2O5首先与水反应生成硝酸，再继续与喷啉吸收剂反应生成相应的硝酸盐，从而除去烟气中的NOX。在吸收塔中N2O5转化为溶解性的硝酸盐，进入后处理装置中加以去除，不影响系统废水达标排放。其脱硝化学反应的方程式如下：
NO+O3＝NO2+O2(1)
2NO2+O3＝N2O5+O2(2)
N2O5+H2O＝2HNO3(3)
2HNO3+OH-＝NO3 -+H2O(5)
2HNO3+CO3 2-＝2NO3 -+CO2+H2O(6)
本实用新型的所述脱硝方法既可以单独使用，脱除烟气中的氮氧化物，又可以与湿式石灰石-石膏脱硫技术相结合，达到同时去除氮氧化物和二氧化硫的效果，在本实用新型的系统中脱硫的化学反应的方程式如下：
SO2+O3＝SO3+O2(7)
SO3+H2O＝H2SO4(8)
H2SO4+Ca(OH)2＝CaSO4·2H2O(9)
H2SO4+CaCO3+H2O＝CaSO4·2H2O+CO2(10)
SO2+H2O＝H2SO3
H2SO3+CaCO3+H2O＝CaSO3+CO2+2H2O
CaSO3+2H2O+1/2O2＝CaSO4·2H2O
在臭氧氧化NOX的同时，也会对SO2有少量的氧化，但由于臭氧与NOX的反应速度快于SO2与臭氧的反应速度，因此，SO2的氧化仅是少量的。
下面通过实施例来说明本实用新型的技术效果。
烟气来源：球团烟气；烟气条件：500000Nm3/h，SO2浓度2500mg/Nm3，NOx浓度500mg/Nm3(其中NO的含量为90％，NO2的含量为10％)，温度130℃；未处理烟气通过烟道进入NOx氧化反应器，同时经氧化剂发生装置产生的臭氧通过喷入装置喷入NOx氧化反应器，臭氧的流量为300kg/h，烟气在反应器中停留1～3s，在该烟气温度和臭氧用量下，臭氧与NO反应生成N2O5，之后一氧化氮变为N2O5后的烟气进入吸收装置中并吸收装置上部行走；此时吸收制备装置产生的吸收液(其中石灰石含量25wt％)被送入吸收装置底部的浆液池中，浆液池中的吸收液通过设置于吸收装置外部的循环泵泵入吸收装置的上部，通过吸收装置上部设置的喷头向下喷出，从而与上行的烟气接触，实现脱硫和脱硝，循环吸收液的流量为4.5t/h。脱硝时产生的产物硝酸盐进入吸收装置的底部，脱硫时产生的产物石膏也落入吸收装置的底部，当吸收塔内固体浓度达到15％时，将底部的废水和石膏排出进行后续处理。脱硫脱硝后的烟气进入吸收装置顶部的除雾器去除雾滴，再进入气气换热器加热后进入烟囱排出，排出的烟气中SO2含量100mg/Nm3，NO浓度为50mg/Nm3，脱硫率为96％，脱硝率为90％。该实施例每小时处理了500000Nm3的烟气，共使用了臭氧300kg，石灰石新鲜吸收液8842kg(其中石灰石含量25wt％)。经检测，吸收装置底部排出的废水中亚硝酸盐含量低于1mg/L。
Claims (7)
1.一种低温湿法对烧结烟气脱硝脱硫的系统，其特征在于，所述系统包括氧化剂发生装置、NOx氧化反应器以及吸收装置，其中，
所述氧化剂发生装置，用于制造产生氧化剂；
所述NOx氧化反应器，设置于排烟烟道上，与所述NOx氧化反应器前后的排烟烟道相通，且所述NOx氧化反应器还与所述氧化剂发生装置的出口连接，以接收来自氧化剂发生装置的氧化剂以及来自所述排烟烟道的烟气，并在所述NOx氧化反应器中实现氮氧化物NOx的氧化；
所述吸收装置，烟气入口与所述NOx氧化反应器后方的排烟烟道的出口连接，以接收来自所述NOx氧化反应器的烟气，并在所述吸收装置中完成烟气的脱硝和脱硫；
所述NOx氧化反应器内设有氧化剂喷入装置，所述氧化剂喷入装置的氧化剂入口与所述氧化剂发生装置的出口连接，用于将来自所述氧化剂发生装置的氧化剂喷至所述NOx氧化反应器中；
所述氧化剂喷入装置包括一排或多排气体喷头或喷枪，所述喷头或喷枪的气体喷出角度为60-150°，所述氧化剂喷出的方向与未处理烟气走向相同。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括吸收剂制备装置和后处理装置，所述吸收剂制备装置的吸收剂排出口与所述吸收装置下部的吸收液入口连接，以向所述吸收装置提供吸收液；所述后处理装置的入口与所述吸收装置下部的吸收产物排出口连接，用于处理所述吸收装置产生废液和/或石膏。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述NOx氧化反应器为一段内径尺寸大于所述前后排烟烟道的管道。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述NOx氧化反应器自烟气入口至烟气出口依次分为用于给烟气降温的冷却区、用于均匀喷入所述氧化剂的喷入区和用于将烟气中NOx与所述氧化剂混合并氧化的混合反应区；所述氧化剂喷入装置设置于所述喷入区。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述冷却区设置有增湿预冷组件，用于降低烟气温度和增加烟气湿度。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述吸收装置为旋涡撞击脱硫除尘装置。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述后处理装置包括石膏处理装置和/或废水处理系统。
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| CN106474898A (zh) * | 2016-11-22 | 2017-03-08 | 凯天环保科技股份有限公司 | 一种低温脱硝和氮硫资源化利用的方法及系统 |
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