CN208229631U - 排放控制设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于处理包括氮氧化物的气流的排放控制设备。臭氧与臭氧处理部中的气流进行接触，且气流中存在的氮氧化物和可能具有的其他污染物与臭氧反应并形成氧化产物。气流从臭氧处理部被引导到湿式洗涤器的第一区段，该气流在此处与第一含水试剂进行接触。气流中的氧化产物与第一含水试剂反应并从该气流被转化为第一液相。气流从第一区段被供给到湿式洗涤器的第二区段。第二含水试剂包括选自阴离子硫化合物和/或过渡金属阳离子的至少一种臭氧消耗物质，而第二含水试剂还被供给到湿式洗涤器的第二区段并与气流接触，由此使气流中的臭氧与至少一种臭氧消耗物质反应以形成反应产物，该反应产物被转化为第二液相。

Description

排放控制设备
技术领域
本实用新型涉及一种排放控制设备。
背景技术
氮氧化物(即，NOx)是从燃烧过程或类似过程中产生的烟气中存在的主要污染物组的其中一种。如果NOx被释放到大气中，则会与水分反应并形成硝酸，硝酸可能导致酸雨的产生。而且，NOx可以与大气中的挥发性有机化合物反应并形成臭氧。对流层中臭氧水平的增加不仅导致烟雾还会对人类的健康产生不良影响。为此，大多数国家具有对于从工业过程中释放的烟气或废气中的NOx的允许水平的规定。
多种用于降低烟气或废气中NOx的含量的方法已被提出。例如，能够使用臭氧来去除NOx。允许包括NOx的烟气与臭氧反应，从而形成更高的氮氧化物，从二氧化氮到五氧化二氮。接着，更高的氮氧化物被转化为液相，并作为HNO3的稀酸被从该过程中去除。该过程通常使用过量的臭氧以确保有效去除NOx，优选地完全或接近完全去除NOx。问题在于，去除NOx之后，被净化的烟气可能包含未反应的臭氧。如果这些臭氧与被净化的气流一起被释放到对流层中，则这会产生与上述相似的问题。因此，存在改善现有的NOx去除和排放控制过程的恒定需求。
实用新型内容
本实用新型的目的是最小化或甚至消除现有技术中存在的缺陷。
本实用新型的目的还有提供一种设备，通过该设备使从NOx去除过程中离开的臭氧含量最小化。
本实用新型的另一目的是提供一种有效且具有成本效益的去除NOx的设备。
本实用新型的又一目的是提供一种有效使用重新获得的化合物作为处理试剂的设备。
本实用新型的又另一目的是提供一种用于去除NOx的设备，该设备易于调节而达到多个工业过程的需求。
通过具有如下特征的本实用新型得到这些目的在本申请中呈现了本实用新型的一些优选实施例。除非另有明确说明，本申请中描述的特征能够彼此自由组合。而且，除非另有明确说明，本申请中公开的所有实施例既可应用于该方法也可应用于该设备。
一种用于处理包括氮氧化物的气流的典型方法包括至少以下步骤：
-在臭氧处理部中使臭氧与气流接触，并允许气流中存在的氮氧化物及可能具有的其他污染物与臭氧反应并形成氧化产物，
-将气流从臭氧处理部引导到湿式洗涤器的第一区段，气流在此处与第一含水试剂发生接触，由此气流中的氧化产物与第一含水试剂反应并从气流转化为第一液相，
-将气流从湿式洗涤器的第一区段供给到第二区段，以及
-将第二含水试剂供给到湿式洗涤器的第二区段并使其与气流接触，该第二含水试剂包括选自阴离子硫化合物和/或过渡金属阳离子的至少一种臭氧消耗物质，从而使气流中的臭氧与至少一种臭氧消耗物质反应以形成反应产物，所述反应产物被转化为第二液相。
一种用于处理包括氮氧化物的气流的典型排放控制设备包括：
-臭氧处理部，臭氧在此处与气流进行接触，并且气流中存在的氮氧化物及可能具有的其他污染物在此处被反应成为氧化产物，
-湿式洗涤器，其设置成与臭氧处理部连接并在该臭氧处理部之后，且该湿式洗涤器包括：
-第一区段，具有用于使气流中的氧化产物与第一含水试剂接触并将所述氧化产物从气流转化为第一液相的装置，该第一液相至少部分被从第一区段中去除，以及
-第二区段，气流从第一区段前进到第二区段，并且第二区段具有用于使第二含水试剂与气流接触的装置，由此使气流中的臭氧被转化为第二液相。
优选地，所述设备包括单独的试剂容器，所述单独的试剂容器被连接到使所述第二含水试剂与所述气流接触的装置。
优选的，所述引导设施被设置为引导重量百分比为1％–20％的第一液相，用以形成所述第二含水试剂。
优选的，所述湿式洗涤器的第二区段包括热交换器。
优选的，所述设备包括：臭氧测量装置，用于测量所述气流中的臭氧浓度；以及控制装置，用于基于所测量的臭氧浓度控制所述第二含水试剂的量。
优选的，所述设备包括用于急冷或冷却所述气流的预处理部，所述预处理部设置在所述臭氧处理部之前。
优选的，所述预处理部包括设置成将水注射到所述气流的急冷单元和/或所述预处理部包括热交换器。
优选的，所述设备包括干式洗涤器，所述干式洗涤器被设置在所述臭氧处理部之前，用以从所述气流中去除硫化物。
优选的，所述臭氧处理部被形成为导管，并且臭氧处理部包括用于将臭氧引入所述气流的臭氧的喷嘴阵列。
优选的，所述设备包括湿式静电沉淀器，所述湿式静电沉淀器被设置在所述湿式洗涤器之后，用以从离开所述湿式洗涤器的气流中去除气溶胶颗粒。
现在出乎意料地发现，通过将包括选自阴离子硫化合物和/或过渡金属阳离子的至少一种臭氧消耗物质的第二含水试剂供给到湿式洗涤器的第二区段中的气流中，能够降低或消除离开湿式洗涤器的气流中的臭氧含量。臭氧与臭氧消耗物质反应而被消耗，并且所形成的反应产物被去除到湿式洗涤器的第二液相。出乎意料的是，气相的未反应的臭氧可以被有效地去除，优选地通过使用该过程中已存在的化合物来去除。
在本实用新型的上下文中，术语“臭氧消耗物质”被理解为是能够与臭氧反应的化合物或物质，由此使臭氧消耗物质被氧化且臭氧被转变为氧气O2。根据本实用新型的一个优选实施例，臭氧消耗物质是阴离子硫化合物，该阴离子硫化合物是亚硫酸盐、硫化物或两者的任意混合物。替代地或附加地，臭氧消耗物质可以是过渡金属阳离子，优选地选自由Hg、Fe、V、Cr、Co和Cu构成的组。这些过渡金属阳离子可以源于被吸收和/或溶解于湿式洗涤器的第一液体冷凝物中的第一飞灰、灰尘和/或其他固体颗粒。这样，第二含水试剂可以包括至少一种阴离子硫化合物或至少一种过渡金属阳离子或者两者的任意混合物。
第二含水试剂可以具有范围6-8的pH，优选地范围6.5-7.5的pH。这个pH提供了臭氧消耗物质与臭氧之间反应的最优条件。如果需要，第二含水试剂的pH可以通过添加合适的酸或碱来调节，诸如NH4OH、Ca(OH)2、CaCO3、NaOH或KOH，优选地为NH4OH或NaOH。第二含水试剂的pH被控制，优选地被连续地控制，并且在pH脱离所限定的pH范围的情况下，该pH可以被调节回到所限定的范围，例如通过添加强酸或强碱来调节。
根据本实用新型的一个实施例，第二含水试剂具有诸如亚硫酸盐和/或硫化物的阴离子硫化合物的一总浓度，该总浓度为至少3mg/l、优选地至少50mg/l、更优选地至少100mg/l、又更优选地至少250mg/l。阴离子硫化合物的总浓度通常还小于10000mg/l。
在现有方法中，臭氧与臭氧处理部中的气流发生接触以去除NOx。气流可以是来自工业锅炉、焚化炉、燃气涡轮、铁或钢粉碎过程、水泥制造、炼油厂或硝酸制造的烟气或废气。气流可以是来自船用发动机或锅炉的废气。优选地，气流是来自工业锅炉或焚化炉、更优选地来自纸浆或造纸厂回收锅炉的烟气。气流通常包括氮氧化物(NOx)且可能具有的包括硫氧化物(SOx)和/或微量元素(诸如过渡金属)的化合物。
在臭氧处理部中，允许气流中存在的氮氧化物和可能存在的其他污染物与臭氧反应并形成氧化产物。对于氮氧化物，反应包括以下几种，其中反应(1)是主要的：
NO+O3→NO2+O2 (1)
NO2+O3→NO3+O2 (2)
NO2+NO2→N2O4 (3)
NO2+NO3→N2O5 (4)
臭氧处理部中的臭氧与NOx的摩尔比可以在0.3到3的范围内，优选地在0.5到2.5的范围内。优选地，过量的臭氧被用于臭氧处理部中，以能够使氮氧化物和可能的其他污染物完全或接近完全氧化。
臭氧处理部可以被形成为导管(duct)并且可以包括例如喷嘴或类似物的阵列(如一排喷嘴或类似物)，臭氧通过该阵列被引入流经导管的气流。优选地，臭氧在臭氧处理部中的多个位置被引入气流。喷嘴的阵列以保证注入的臭氧与气流有效混合的方式被设置在臭氧处理部中，并因而保证臭氧、氮氧化物和可能具有的其他污染物之间的有效相互作用。喷嘴的阵列可以是设有喷嘴的管道的网格或注射挡板。
进入臭氧处理区的气流的温度可以为大约200℃或甚至更高。根据本实用新型的一个实施例，在气流被带入臭氧处理部之前，气流可以在预处理部中被急冷(quench)或冷却。可通过设置为将冷却水注射到气流中的急冷单元(quenching unit)、或者通过使气流与热交换器发生接触而执行所述急冷或冷却。急冷或冷却使气流的温度降低至较低的水平，通常在150℃以下。这是有益的，因为其降低了被注入臭氧处理区中的气流的臭氧发生热分解的风险。
从臭氧处理部，气流(其中的NOx此时主要呈现二氧化氮和/或更高的氮氧化物的形式)被引导到湿式洗涤器的第一区段中，此处，气流与第一含水试剂接触。根据本实用新型的一个实施例，第一含水试剂的pH可以是大约中性的，或者pH可以是微酸性的或微碱性的。例如，第一含水试剂可以具有范围5-8的pH，优选地范围6.5-8的pH。第一含水试剂的pH可以通过使用合适的酸、碱或缓冲剂，例如NH4OH、Ca(OH)2、CaCO3、NaOH或KOH，优选地NH4OH或NaOH。
根据一个实施例，在气流进入湿式洗涤器之前，能够使来自臭氧处理区的气流与水或第一含水试剂或者它们的混合物接触。这增加了气流的水分含量并在进入湿式洗涤器之前使气体接近其露点或到达其露点，这提高了洗涤效果且提升了湿式洗涤器中实现的热量回收。
气流中的氧化产物与第一含水试剂接触。例如，涉及氮氧化物与包括NaOH的第一含水试剂的反应包括以下几种：
NaOH+NO+NO2→NaNO2+H2O
2NaOH+2NO2→NaNO2+NaNO3+H2O
当氮氧化物开始与第一含水试剂接触时，反应产物(即，亚硝酸盐和硝酸盐)被形成。这些反应产物在含水液体中极易溶解。因此，氮氧化物易于通过吸收而从气流转化为第一液相。形成的亚硝酸盐可以进一步与气相中存在的氧气反应并转化为硝酸盐。
同时，气流中的可能存在的硫氧化物与第一含水试剂反应并主要形成亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和硫酸钠，这些还被转化为第一液相。另外，可能的飞灰、灰尘和/或其他固体颗粒被第一液相吸收并部分溶解于其中。该气流从湿式洗涤器的第一区段被传递到湿式洗涤器的第二区段。在此阶段，该气流优选地几乎或基本上没有二氧化氮和更高的氧化物(例如，五氧化二氮)，并且没有硫氧化物，但其仍可能包含臭氧。
接着，该气流从湿式洗涤器的第一区段被供给到湿式洗涤器的第二区段。如上所述，该气流在湿式洗涤器的第二区段中与第二含水试剂接触，第二含水试剂包括至少一种臭氧消耗物质。
根据本实用新型的一个优选实施例，去除的第一液相的一部分通过引导装置从湿式洗涤器的第一区段被引导到湿式洗涤器的第二区段，并形成第二含水试剂的至少一部分。对于这个装置，来自第一区段的第一液相的一部分可以被循环或被引导到第二区段以耗尽(deplete)未反应的臭氧。通过这种方式，能够有效使用所形成的亚硫酸盐和可能的过渡金属阳离子作为过程中的活性试剂，并降低附加化学制品的需求。这增加了排放控制过程的成本效率且使其更为通用。通常，从第一液相分离的小的侧流被引导到第二区段以形成第二含水试剂。根据本实用新型的一个实施例，来自湿式洗涤器的第一区段的重量百分比为1％-20％、优选地重量百分比为2％-15％、更优选地重量百分比为5％-10％的第一液相被引导到湿式洗涤器的第二区段。
如果需要，第二含水试剂的pH可以通过将其供给到第一含水试剂或与第一含水试剂混合来调节。例如，当从湿式洗涤器的第一区段去除并供给到第二区段作为第二含水试剂的第一液相中分离出小的侧流时，这个侧流的pH可以通过使用第一含水试剂来调节。
根据一个实施例，第二含水试剂的至少一部分从附加试剂流形成，从单独的试剂容器供给该附加试剂流。在这种情况下，第二含水试剂可以由第一液相和从单独的附加试剂容器中流出的附加试剂的混合形成，或者第二含水试剂可以仅从单独的试剂容器供给。通过从单独的试剂容器供给第二含水试剂的至少一部分，能够保证臭氧消耗物质的浓度足以完全或接近完全消耗湿式洗涤器的第二区段中的臭氧。特别地，如果第一液相中的阴离子硫化合物的浓度低，则包含试剂流的硫化物、亚硫酸氢盐和/或亚硫酸盐可以从单独的试剂容器供给并形成第二含水试剂的至少一部分。这个尤其可以用于容易获得亚硫酸盐和硫化物化学制品的纸浆厂中。
因此，该设备可以包括用于将第一液相的一部分从第一区段引导到第二区段的装置，其中该第一液相的一部分形成第二含水试剂的至少一部分。替代地，或附加地，该设备可以包括单独的试剂容器，其被连接到用于使第二含水试剂接触气流的装置。
湿式洗涤器的第二区段之中或之后的臭氧浓度可以被测量，且供给到第二区段的第二含水试剂的量可以基于所测量的臭氧浓度被调节。臭氧测量可以被连续地或以预定时间间隔执行。例如，能够测量第二区段的出口处或之后的臭氧并调节第一液相的量，其中第一液相基于所测量的臭氧浓度被引导到第二区段。替代性地，臭氧浓度可以在湿式洗涤器之后或在排气管(stack，堆叠)的最后处测量。因此，设备可以包括用于测量气流中的臭氧浓度的臭氧测量装置、以及用于基于所测量的臭氧浓度来控制第二含水试剂的量的控制装置。任何合适的臭氧测量装置或本身已知的检测器可以被使用，其适当地位于湿式洗涤器的第二区段之中或之后。根据一个实施例，臭氧测量可以在湿式洗涤器的第二区段的入口处和/或出口处完成。
湿式洗涤器的第二区段优选地包括热交换器，通过热交换器可以恢复气流的热能。这提供了对该过程的能量平衡的整体提升。
通常，第二液相的至少一部分可以被直接或者通过湿式洗涤器的第一区段从湿式洗涤器中被去除。
该设备还可以包括干式洗涤器，其设置在通过去除硫化合物来处理气流的臭氧处理部之前。如果气流包括大量的二氧化硫，则其可以优选地在臭氧处理部之前去除二氧化硫的至少一部分。另外，臭氧可以被二氧化硫消耗掉，这增加了排放控制所需的臭氧的量。而且，当臭氧与二氧化硫反应时，反应产物是三氧化硫，三氧化硫可进一步反应为硫酸气溶胶(aerosol，气雾)微滴。这些气溶胶微滴难以在湿式洗涤器中有效地俘获，因而可能与清洁的气流一起被运输到环境中。干式洗涤器还可以去除可能的气态汞。通常，安装在臭氧处理区之前的干式洗涤器也提供了增强排放控制的可能性。
该设备还可以包括湿式静电沉淀器，其设置在湿式洗涤器之后以从离开湿式洗涤器的气流中去除气溶胶颗粒。因此，能够获取可能的液滴(例如，可能在臭氧处理部处形成的硫酸液滴)，并且有效地抑制它们对环境的释放。
根据本实用新型的一个实施例，第一液相还可被用于硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐和/或亚硫酸盐的铵盐的生产，这些适用于用作肥料或肥料的成分。第一液相的第二区段分可以从湿式洗涤器被去除并开始与氨接触。硫酸盐、亚硫酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐与氨反应并形成相应的铵盐。替代地，第一液体试剂可以包含铵基化合物，例如NH4OH，由此使硫酸盐、亚硫酸氢盐、亚硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐之间的反应以及与氨的反应已发生于湿式洗涤器的第一区段中。包括铵盐的该液相可以通过使用合适的干燥技术(例如，蒸汽或螺旋干燥器)来干燥。通过这种方式，可得到铵盐，铵盐可用作肥料或可形成肥料混合物中的成分。
本实用新型提供了有效的多重污染控制的可能性，包括NOx、SOx、汞和灰尘的控制。本实用新型易于安装且可容易地在多种现有的排放控制过程中进行重装。而且，本实用新型提供了更多变型的可能性，使其适用于更多种类的工业过程。
附图说明
在以下示意性的非限制性的附图中更密切地呈现了本实用新型，在附图中：
图1示出根据本实用新型的设备的一个实施例，以及
图2示出根据本实用新型的设备的另一个实施例。
具体实施方式
图1示出根据本实用新型的设备的一个实施例。烟气(由F表示)流进入臭氧处理单元1。烟气F包括氮氧化物，且可能地包括硫氧化物以及重金属和微量元素成分。臭氧处理单元1包括预处理部1’和臭氧处理部1”。在预处理部1’中，通过将冷却水注射到气流中来冷却气流。替代性地，预处理部(区)1’可以包括用于冷却气流的热交换器。气流从预处理部1’进入臭氧处理部1”，此处臭氧与气流发生接触并且氮氧化物和气流F中可能存在的其他污染物与臭氧反应并形成氧化产物。
气流F’从臭氧处理单元1的臭氧处理部1”被引导向湿式洗涤器2的第一区段21。在气流F’(包括氧化产物和未反应的臭氧)进入湿式洗涤器2之前，气流F’可以与水或第一含水试剂B或者它们的混合物接触。
在湿式洗涤器2中，第一含水试剂B被引入第一区段21。第一含水试剂B与气流进行接触，例如通过使用喷雾装置3。气流F’中的氧化产物(即，氮氧化物和可能具有的硫氧化物)与第一含水试剂反应并从气流被转化为第一液相。第一液相至少部分从第一区段21去除。从第一区段21中去除的流体用箭头C表示。
气流从湿式洗涤器2的第一区段21被供给到湿式洗涤器2的第二区段22。例如通过喷雾装置5还向第二区段22供给第二含水试剂D。第二含水试剂D包括选自阴离子硫化合物和/或过渡金属阳离子的至少一种臭氧消耗物质。第二含水试剂D可以从单独的试剂容器(未示出)被供给。优选地，从第一区段21去除的第一液相的一部分形成第二含水试剂D或其一部分。第二含水试剂D可以是第一液相和来自单独的试剂容器的试剂流的混合物，或者第二含水试剂可以仅由第一液相形成或者仅由来自单独的试剂容器的试剂流形成。
在第二含水试剂的pH未在所需范围，即未在pH 6-8的情况下，能够通过在第一含水试剂进入湿式洗涤器2的第二区段22之前将第一含水试剂供给到形成第二含水试剂的任何流体而调节pH。这个pH调节步骤完全是可选的，并且可以仅在需要时执行。
在湿式洗涤器2的第二区段22中，气流因此与第二含水试剂D接触，从而使气流中的臭氧与至少一种臭氧消耗物质反应并被转变为氧气O2。臭氧消耗物质被氧化并被转化为第二液相，该第二液相可从第二区段22去除。
湿式洗涤器2的第二区段22包括热交换器23，热能可借助热交换器23从气流回收。
具有低浓度的臭氧或没有臭氧的气流E从湿式洗涤器2被去除。
图2示出根据本实用新型的设备的另一实施例。气流F从锅炉100被去除。气流F首先被引导到干式洗涤器101，用以从气流F中去除硫化合物。气流F从干式洗涤器101被引导到过滤装置102，用以去除灰尘和其他固体颗粒。气流F从过滤装置102被引导到设备103，该设备103对应于图1所示的设备，并包括臭氧处理部和湿式洗涤器。气流F从设备103被引导到湿式静电沉淀器104，用以从离开装置103的气流中去除气溶胶颗粒。
本领域技术人员应该清楚地是，本实用新型并不排他地局限于上述示例，但本实用新型可以在下述权利要求书的范围内变化。

Claims (10)

1.一种用于处理包括氮氧化物的气流的排放控制设备，其特征在于，所述设备包括：
-臭氧处理部，臭氧在此处与所述气流进行接触，并且所述气流中存在的氮氧化物和可能具有的其他污染物被反应成为氧化产物，
-湿式洗涤器，设置成与所述臭氧处理部连接，并在所述臭氧处理部之后，且所述湿式洗涤器包括：
-第一区段，具有用于使所述气流中的氧化产物与第一含水试剂接触并将所述氧化产物从所述气流转化为第一液相的装置，所述第一液相至少部分从所述第一区段中被去除，
-第二区段，所述气流从所述第一区段前进到所述第二区段，并且所述第二区段具有用于使包括至少一种臭氧消耗物质的第二含水试剂与所述气流接触的装置，由此使所述气流中的臭氧被转化为第二液相，
其中，所述设备包括：引导设施，用于将所述第一液相的一部分从所述第一区段引导到所述第二区段，并形成所述第二含水试剂的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括单独的试剂容器，所述单独的试剂容器被连接到使所述第二含水试剂与所述气流接触的装置。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述引导设施被设置为引导重量百分比为1％–20％的第一液相，用以形成所述第二含水试剂。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述湿式洗涤器的第二区段包括热交换器。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备包括：臭氧测量装置，用于测量所述气流中的臭氧浓度；以及控制装置，用于基于所测量的臭氧浓度控制所述第二含水试剂的量。
6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于急冷或冷却所述气流的预处理部，所述预处理部设置在所述臭氧处理部之前。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述预处理部包括设置成将水注射到所述气流的急冷单元，和/或所述预处理部包括热交换器。
8.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备包括干式洗涤器，所述干式洗涤器被设置在所述臭氧处理部之前，用以从所述气流中去除硫化物。
9.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述臭氧处理部被形成为导管，并且臭氧处理部包括用于将臭氧引入所述气流的臭氧喷嘴阵列。
10.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备包括湿式静电沉淀器，所述湿式静电沉淀器被设置在所述湿式洗涤器之后，用以从离开所述湿式洗涤器的气流中去除气溶胶颗粒。
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