CN206730826U - 一种气相氧化结合干法吸收的低温脱硝装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的气相氧化结合干法吸收的低温脱硝装置，包括：依次连接的输送床多相反应器、循环流化床吸收塔、除尘器和引风机；所述输送床多相反应器和循环流化床吸收塔内部均添加钙基吸收剂；还包括：再循环烟道；超氧发生器；稀释混合器；所述再循环烟道的进气口与引风机出口相连，第一出气口与稀释混合器的第一进气口相连；所述超氧发生器的出气口与稀释混合器的第二进气口相连；所述稀释混合器的出气口与输送床多相反应器的第一进气口相连。本实用新型通过在输送床多相反应器内添加钙基吸收剂，采用两段吸收的方法，并通过设置稀释混合器和再循环烟道，大大提高了脱硝效率。

Description

一种气相氧化结合干法吸收的低温脱硝装置

技术领域

本实用新型涉及化工技术领域，尤其涉及一种气相氧化结合干法吸收的低温脱硝装置。

背景技术

随着国家环保要求的不断提高，烟气中NO_x的含量受到越来越多的关注。对于电力行业，2015年国家环保部引发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》，要求燃煤机组NO_x排放限制为50mg/Nm³，且要求全负荷下满足排放要求，对于许多发电机组，尤其是老机组，现有烟气脱硝技术存在一定不足，如SNCR脱硝效率不高，SCR则投资成本高，占地面积、改造范围大，且这两种脱硝技术对烟温要求较高，都难以满足低负荷下低烟温时的排放要求。对于非电行业的工业锅(窑)炉设备(如钢铁冶金烧结炉、炼焦、工业锅炉、玻璃窑炉、水泥、垃圾焚烧炉等)烟气，其脱硝要求也日益严格，且其烟气排放温度处于120～300℃内，传统SCR脱硝和SNCR都难以满足控制要求。因此迫切需要新型低温脱硝技术，尤其是系统简单、脱硝效率高、占地面积小、投资低的低温脱硝技术。目前现有低温脱硝技术主要有以下几种：

1)低温SCR技术

低温SCR脱硝技术其反应原理与常规SCR脱硝技术相同，通过催化剂的作用将烟气中NO_x与喷入的氨气反应生成N₂和H₂O，但其反应温度范围可以在180～300℃之间。低温SCR技术脱硝效率高，但低温催化剂成本高，且反应温度受SO₂浓度限制，通常布置于脱硫除尘之后，往往需要烟气加热，能耗高，占地空间大。

2)低温催化氧化脱硝技术(CN102527205A)

低温催化氧化脱硝技术，是通过在前端设置催化反应器将烟气中的NO氧化为NO₂，再利用装有碱性吸收液的反应塔将烟气中的NO₂吸收反应脱除，从而实现烟气脱硝。该方法存在的问题是催化剂低温下活性较差，催化剂容易受烟气中的硫和水影响而中毒，导致效率较低，目前工业实际应用困难。

3)低温液相氧化脱硝技术(CN1986033A)

低温液相氧化吸收技术，是通过往吸收反应装置中添加强氧化剂溶液，通过强氧化剂的作用将烟气中的NO氧化为易溶于水的NO₂，再通过碱性吸收剂进行反应脱除。液氧氧化吸收技术，系统较复杂，且往往结合湿法吸收塔，还需处理废水。

4)低温气相氧化脱硝技术

低温气相氧化脱硝技术，是通过往烟气中加入气相氧化剂，通常是臭氧，利用气相氧化剂将烟气中的NO氧化为易溶于水的NO₂，再通过碱性吸收剂进行反应脱除。后端吸收剂有采用浆液态的湿法吸收(CN102772990B)，也有采用干式吸收剂的干法吸收(CN103566725B)。湿法吸收需要配置制浆系统，系统较复杂，还存在废水问题，比较而言干法吸收系统简单，无废水排放，应用前景更广。但现有气相氧化干法脱硝技术相比于碱液吸收法，在氧化吸收效率方面相对较弱，导致最终脱硝效率相对较低，应用较少。

因此进一步改进气相氧化脱硝技术，提高氧化效率和干法吸收效率，对于低温气相氧化脱硝技术的应用推广具有重要意义。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种气相氧化结合干法吸收的低温脱硝装置，采用本装置进行脱硫硝，具有较高的效率。

本实用新型提供的气相氧化结合干法吸收的低温脱硝装置，包括：

依次连接的输送床多相反应器、循环流化床吸收塔、除尘器和引风机；

所述输送床多相反应器和循环流化床吸收塔内部均添加钙基吸收剂；

还包括：再循环烟道；超氧发生器；稀释混合器；

所述再循环烟道的进气口与引风机出口相连，第一出气口与稀释混合器的第一进气口相连；

所述超氧发生器的出气口与稀释混合器的第二进气口相连；

所述稀释混合器的出气口与输送床多相反应器的第一进气口相连。

本实用新型通过在输送床多相反应器内添加钙基吸收剂，采用两段吸收的方法，及时将已经氧化的NO₂预吸收脱除，促进氧化反应向正方向进行，同时减小副反应，解决了气相氧化脱硝法中采用烟道作氧化反应器，氧化效率较低的问题。

并通过设置稀释混合器和再循环烟道，无需增设稀释风机，就可以对高浓度氧化剂进行稀释，解决了气相氧化剂为高浓度小流量，与大流量低NO_x浓度的烟气混合效果差，易出现氧化不均匀的问题，节约了氧化剂用量。

附图说明

图1为本实用新型提供的气相氧化结合干法吸收的低温脱硝装置的结构示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。

本申请提供了一种气相氧化结合干法吸收的低温脱硝装置，包括：

依次连接的输送床多相反应器、循环流化床吸收塔、除尘器和引风机；

还包括再循环烟道，超氧发生器和稀释混合器。

其中，所述输送床多相反应器、循环流化床吸收塔、除尘器和引风机依次连接，即输送床多相反应器的出气口与循环流化床吸收塔的进气口相连，循环流化床吸收塔的出气口与除尘器的进气口相连，除尘器的出气口与引风机的进气口相连。

所述输送床多相反应器和循环流化床吸收塔内部均添加钙基吸收剂。所述吸收剂的比表面积优选大于15m²/g，含水率优选为1％～4％。

需要净化的烟气首先进入输送床多相反应器，本申请在输送床多相反应器中添加了钙基吸收剂，将反应与吸收结合起来，使其除了提供氧化反应的场所外，还兼做第一段吸收反应场所，使氧化后生成的NO₂及时被吸收脱除，促进了氧化反应的正向进行，减少了副反应的发生，进而提高了氧化反应效率。

所述输送床多相反应器还连接有吸收剂仓，所述吸收剂仓的出口与输送床多相反应器的第五进口相连，通过所述吸收剂仓，可将钙基吸收剂适量加入到输送床多相反应器中，将转化的NO_x部分吸收。

在本实用新型的某些具体实施例中，所述吸收剂仓与输送床多相反应器的前端相连接。

在本实用新型的某些具体实施例中，所述输送床多相反应器还连接有雾化水喷射装置，所述雾化水喷射装置与输送床多相反应器的第四进口相连。

所述雾化水喷射装置在烟温过高时(高于180℃)，可喷水降温，保证氧化反应在合适的温度区间，提高了氧化装置对不同工况的适应能力；同时可喷入适当水，促进输送床多相反应器内钙基吸收剂的吸收。

在本实用新型的某些具体实施例中，所述雾化水喷射装置由多支小流量喷枪组成，充分覆盖，每支喷枪流量＜100L/h，平均雾滴粒径50～90μm；保证其在反应器内快速蒸发。

在本实用新型的某些具体实施例中，所述雾化水喷射装置设置于输送床多相反应器前端。针对部分可能出现烟温高于180℃的烟气，在输送床前端加设雾化水喷射装置，可通过雾化水喷射降温，保证输送床内合适的反应温度。

所述输送床多相反应器后端与循环流化床吸收塔连接，其作为二级吸收段，塔内气固两相由于气流的作用，大比表面钙基吸收剂颗粒产生大量激烈的湍动与混合，与烟气充分接触，局部Ca/N比超过50，极大强化了气固间的传质与传热，保证NO_x充分吸收脱除。

在本实用新型的某些具体实施例中，输送床多相反应器内的烟气和物料通过文丘里管加速进入循环流化床吸收塔。

在本实用新型的某些具体实施例中，所述循环流化床吸收塔连接有吸收塔雾化水喷射装置，所述吸收塔雾化水喷射装置的出水口与循环流化床吸收塔的进口相连。

所述雾化水的喷入能够促进吸收塔内钙基吸收剂快速与烟气中NO_x反应脱除，循环流化床吸收塔作为二级吸收段，气固两相由于气流的作用，产生激烈的湍动与混合，充分接触，局部Ca/N比超过50，极大强化了气固间的传质与传热，保证NO_x充分吸收脱除。

所述循环流化床吸收塔出口直接连接除尘器。在本实用新型的某些具体实施例中，所述除尘器为布袋除尘器，用于收集未反应完的物料。在本实用新型的某些具体实施例中，布袋除尘器的滤袋上预涂一定厚度的吸收剂，可以在除尘的同时进一步吸收脱除烟气中的NO_x，大量未反应完的吸收剂则从布袋下端通过空气斜槽返回输送床多相反应器重复利用。

在本实用新型的某些具体实施例中，所述除尘器连接有副产物外排口，所述副产物外排口与除尘器的第二出口相连，用于少量反应后的副产物外排。

所述除尘器出口连接引风机，所述引风机用于将除尘器排出的净烟气排入烟囱。

同时所述引风机的出口设置有再循环烟道，所述再循环烟道分为两路，一路与稀释混合器相连，即所述再循环烟道的进气口与引风机出口相连，第一出气口与稀释混合器的第一进气口相连。

所述稀释混合器的出气口与输送床多相反应器的第一进气口相连。同时，所述稀释混合器与超氧发生器相连，即所述超氧发生器的出气口与稀释混合器的第二进气口相连。

所述超氧发生器用于制备氧化剂，所述氧化剂为含有一定浓度的O₃和O₂的混合气。

本实用新型通过添加稀释混合器和再循环烟道，利用再循环烟道将引风机后的部分再循环净烟气引入稀释混合器，与高浓度氧化剂稀释混合后，再喷射进入输送床多相反应器，解决了气相氧化剂为高浓度小流量，与大流量低NO_x浓度的烟气混合效果差，易出现局部氧化不均匀的问题。同时由于输送床多相反应器内压力一般为-2.5KPa以上，而引风机后出口为微正压，无需设计专门的稀释风机，即可引入稀释风，节约能耗，节约氧化剂。

在本实用新型的某些具体实施例中，所述再循环烟道和稀释混合器的连接管道设置调节阀，根据所需稀释浓度，调节稀释风量。

所述再循环净烟气与氧化剂的体积比优选为1～50：1。

在本实用新型的某些具体实施例中，所述稀释混合器通过氧化剂喷射注入装置与输送床多相反应器相连，稀释混合后的混合气体通过氧化剂喷射注入装置由第一进气口均匀注入输送床多相反应器前端，与烟气混合。所述氧化剂喷射注入装置的喷射主管设置调节阀，可根据烟气中NO_x浓度调节进气流量，使喷入的氧化剂中臭氧与烟气中NO_x的摩尔比为0.3～1.5；烟气中的NO被氧化为高价态易溶于水吸收的NO_x。

所述再循环烟道的另外一路与输送床多相反应器相连，即所述再循环烟道的第二出气口与输送床多相反应器的第二进气口相连。

在本实用新型的某些具体实施例中，所述再循环烟道与输送床多相反应器前端相连。

所述再循环烟道与输送床多相反应器的连接烟道设置有调节挡板。根据前端负荷烟气量变化情况，调整挡板开度，保证输送床内烟气流速在16m/s以上，使输送床内物料稳定输送。

比如当烟气量过低，导致输送床多相反应器内烟气流速＜16m/s时，通过调节烟气再循环风挡开度，可以将引风机后的净烟气引回输送床多相反应器入口，保证输送床多相反应器内烟气有足够的流速，维持输送床内预吸收用的钙基吸收剂量，进而保证了装置在不同烟温、不同烟气量等不同工况下系统的稳定运行，具有更高的工况适应性。

所述低温脱硝装置还包括：空气斜槽，所述空气斜槽的两端分别与除尘器第一出口、输送床多相反应器的第三进口相连。

所述空气斜槽用于将除尘器中的物料从输送床多相反应器中部加入，循环利用，使输送床多相反应器内存在大量表面湿润的钙基吸收剂循环物料(含水率约3％)，能够较快的与烟气中的高价态NO_x反应。

在本实用新型的某些具体实施例中，所述空气斜槽与输送床多相反应器的连接烟道设置有调节阀，可通过调节阀开度调节返回的循环物料，维持输送床中后段固体物料密度约为500～1000g/m³；将输送床内已经氧化的NO_x初步吸收脱除，促进NO的氧化。

上述各参数的设置，既能保持较高的脱硝效率，又能防止吸收剂在输送床多相反应器内沉积堵塞。

如图1所示，具体的，本实用新型实施例公开了一种烟气净化装置，其包括：

1-超氧发生器；2-稀释混合器；3-雾化水喷射装置；4-吸收剂仓；5、输送床多相反应器；6-吸收塔雾化水喷射装置；7-循环流化床吸收塔；8-除尘器；9-引风机；10-往烟囱排放烟道；11-再循环烟道；12-空气斜槽；13-副产物外排口。

燃煤烟气中的氮氧化物基本上由NO和NO₂组成，其中难溶于水的NO占主要部分(燃煤电厂一般达到90％以上)；本实用新型采用气相强氧化剂(主要为O₃)将烟气中的NO氧化为NO₂等易溶于水的高价态氮氧化物，再利用钙基碱性吸收剂将其快速反应脱除，在反应温度低于180℃时，O₃氧化NO具有较高的氧化效率，可以实现低温高效烟气脱硝。其主要反应式为：

NO+O₃→NO₂+O₂ (1)

4NO₂+2Ca(OH)₂→Ca(NO₃)₂+2H₂O+Ca(NO₂)₂ (2)

此外氧化生成的NO₂存在一定副反应：

NO₂+SO₂→NO+SO₃ (3)

本实用新型设计了一种输送床与循环流化床相结合的反应装置，其中前端输送床多相反应器内提供NO氧化反应的同时，通过添加钙基吸收剂及返回的表面湿润的物料的作用，将已经氧化的NO₂预吸收脱除，促进氧化反应(1)向正方向进行，同时减小副反应，解决了气相氧化脱硝法中采用烟道作氧化反应器，氧化效率较低的问题。后端通过文丘里管加速，进入循环流化床吸收塔，钙基吸收剂在吸收塔内与烟气激烈湍动混合，充分接触，在上升的过程中，不断形成絮状物向下返回，而絮状物在激烈湍动中又不断解体重新被气流提升，使得气固间的滑落速度高达单颗粒滑落速度的数十倍；吸收塔顶部结构进一步强化了絮状物的返回，进一步提高了塔内颗粒的床层密度，使得床内的Ca/N比高达50以上，极大地强化了气固间的传质与传热，实现NO_x的高效吸收脱除，大大促进了气相氧化效率和吸收效率。

通过本实用新型提供的装置，处理燃煤机组、工业窑炉烟气，可实现低温干式脱硝，脱硝效率可达85％以上，且无废水、无需防腐、系统设备简洁。

并且所述装置无需增设稀释风机，就可以对高浓度氧化剂进行稀释，解决了气相氧化剂为高浓度小流量，与大流量低NO_x浓度的烟气混合效果差，易出现氧化不均匀的问题，节约氧化剂用量。

采用两段吸收的方法，增加了吸收反应时间，提高了吸收效率，最大限度提高了脱硝效率，解决了单独采用干式吸收塔吸收氧化后的高价态NO_x，吸收效率较低，导致最终脱硝效率较低的问题。

通过添加雾化水喷射装置，解决了现有装置烟温工况适应性相对较差的问题。

为了进一步说明本实用新型，下面结合实施例对本实用新型提供的气相氧化结合干法吸收的低温脱硝装置进行详细描述。

实施例1

某电厂75t/h锅炉使用本实用新型所述的气相氧化结合干法吸收低温脱硝装置(图1所示)，烟气量为90107Nm³/h(标况)，烟气中含氧量为约5％；入口烟气温度约140℃，原烟气NO_x浓度约为200mg/Nm³，SO₂为300mg/Nm³。使用Ca(OH)₂作吸收剂，Ca/(S+N)比为1.5。

需要净化的原烟气从输送床多相反应器底部进入烟气净化装置，通过超氧发生器制备的氧化剂，在稀释混合器内与来自引风机后的部分再循环净烟气稀释混合(稀释气与原氧化剂体积比为1～50)，混合气通过氧化剂喷射注入装置从输送床多相反应器前端注入烟气中，同时输送床多相反应器前端通过旋转给料器控制吸收剂的加入，烟气中的NO被喷入的氧化剂快速氧化为NO₂等高价态NO_x，并被输送床多相反应器内新加入的及中间由空气斜槽返回的表面湿润的循环物料初步吸收；烟气和物料继续进入上部循环流化床吸收塔，通过雾化水喷枪注入适量雾化水，喷入水保证出口烟气温度在75℃左右。烟气中的NO_x在循环流化床吸收塔内激烈湍动的物料层中被快速吸收脱除，烟气经后端除尘器收集未反应完的物料，大部分物料经空气斜槽返回输送床多相反应器中部继续参加反应，输送床多相反应器内物料密度约500～1000g/m³，净烟气经引风机排往烟囱。当锅炉负荷降低，烟气量降低太多，导致输送床内烟气流速小于16m/s时，开启调节烟气再循环风挡，保持输送床内具有足够的烟气流速。

当喷入的氧化剂中，O₃/NO摩尔比控制在0.92时，系统脱硝效率最高可达90％以上，无废水排放，固体副产物主要为Ca(NO₂)₂、Ca(NO₃)₃、CaSO₃、CaSO₄，以及少量未反应的Ca(OH)₂。

实施例2

某150万吨/年催化裂化烟气处理，使用本实用新型所述的气相氧化结合干法吸收低温脱硝装置(图1所示)，烟气量为169859Nm³/h(湿标)，烟气中含氧量为约4.5％；入口烟气温度约180℃，部分工况烟气温度超过180℃。原烟气NO_x浓度约为200mg/Nm³，SO₂浓度约为900mg/Nm³。使用Ca(OH)₂作吸收剂，Ca/(S+N)比为1.42。

需要净化的原烟气从输送床多相反应器(以下简称输送床)底部进入烟气净化装置，氧化剂在稀释混合器内与来自引风机后的部分再循环净烟气稀释混合后(稀释气与原氧化剂体积比为1～50)，通过喷射注入装置从输送床前端注入烟气中，输送床前端设置雾化水喷射装置，保证入口烟温在180℃以下，同时输送床前端通过旋转给料器控制吸收剂的加入，烟气中的NO被喷入的氧化剂快速氧化为NO₂等高价态NO_x，并被输送床内新加入的及中间由空气斜槽返回的表面湿润的循环物料初步吸收；烟气和物料继续进入上部循环流化床吸收塔，通过雾化水喷枪注入适量雾化水，喷入水保证出口烟气温度在85℃左右。烟气中的NO_x在循环流化床吸收塔内激烈湍动的物料层中被快速吸收脱除，烟气经后端除尘器收集未反应完的物料，大部分物料经空气斜槽返回输送床中部继续参加反应，输送床内物料密度约500～1000g/m³，净烟气经引风机排往烟囱。当负荷降低，烟气量降低太多，导致输送床内烟气流速小于16m/s时，开启调节烟气再循环风挡，保持输送床内具有足够的烟气流速。

当喷入的氧化剂中，O₃/NO摩尔比控制在0.81时，脱硝效率可达80％以上。无废水排放，固体副产物主要为Ca(NO₂)₂、Ca(NO₃)₃、CaSO₃、CaSO₄，以及少量未反应的Ca(OH)₂。

由上述实施例可知，本实用新型提供的气相氧化结合干法吸收的低温脱硝装置，脱硝效率可达90％以上，具有较高的脱硝效率。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种气相氧化结合干法吸收的低温脱硝装置，其特征在于，包括：

依次连接的输送床多相反应器、循环流化床吸收塔、除尘器和引风机；

所述输送床多相反应器和循环流化床吸收塔内部均添加钙基吸收剂；

还包括：

再循环烟道；

超氧发生器；

稀释混合器；

所述再循环烟道的进气口与引风机出口相连，第一出气口与稀释混合器的第一进气口相连；

所述超氧发生器的出气口与稀释混合器的第二进气口相连；

所述稀释混合器的出气口与输送床多相反应器的第一进气口相连。

2.根据权利要求1所述的低温脱硝装置，其特征在于，所述再循环烟道的第二出气口与输送床多相反应器的第二进气口相连。

3.根据权利要求2所述的低温脱硝装置，其特征在于，所述再循环烟道与输送床多相反应器前端相连。

4.根据权利要求2所述的低温脱硝装置，其特征在于，所述再循环烟道与输送床多相反应器的连接烟道设置有调节挡板。

5.根据权利要求1所述的低温脱硝装置，其特征在于，还包括空气斜槽，所述空气斜槽的两端分别与除尘器第一出口、输送床多相反应器的第三进口相连。

6.根据权利要求1所述的低温脱硝装置，其特征在于，还包括雾化水喷射装置，所述雾化水喷射装置与输送床多相反应器的第四进口相连。

7.根据权利要求1所述的低温脱硝装置，其特征在于，还包括吸收剂仓，所述吸收剂仓与输送床多相反应器的第五进口相连。

8.根据权利要求1所述的低温脱硝装置，其特征在于，还包括吸收塔雾化水喷射装置，所述吸收塔雾化水喷射装置与循环流化床吸收塔的进口相连。

9.根据权利要求1所述的低温脱硝装置，其特征在于，还包括副产物外排口，所述副产物外排口与除尘器的第二出口相连。