CN212492330U - 一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统，包括设置在烟道上的前置氧化系统、依次设置在烟道出口的吸收系统和烟囱；所述的前置氧化系统包括依次连接的H₂O₂储罐和超声雾化器，与超声雾化器入口连接的压缩气体罐；超声雾化器的出口接入烟道；所述的吸收系统包括吸收塔；所述的吸收塔采用分段式错流烟气净化吸附塔，包括上下隔离的出气室和进气室，从中间连通出气室和进气室的中间气室；形成中间气室的吸附剂层内设置活性焦，与进气室对应下段为脱硫段，与出气室对应上段为脱硝段，中间气室内设置喷氨装置；吸收塔的进气室连接烟道出口，出气室连接烟囱。

Description

一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统

技术领域

本实用新型涉及燃煤电厂、钢厂烧结机、工业锅炉、生物质电厂、垃圾焚烧厂等行业废气进行综合治理的烟气净化领域，具体为一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统。

背景技术

我国95％以上大型燃煤机组实现超低排放，但治理工艺路线单一，运行成本高，面临迫切的转型需求，一体化脱除和资源化利用是未来发展的方向。与电力行业污染物治理相比，非电行业污染物排放分布广、烟气量小、烟气工况复杂、治理难度大，一体化脱除和低温脱硝技术具有迫切的市场需求。

活性焦烟气联合脱硫脱硝技术，可实现多种污染物一体化脱除和硫资源化，并可以在80～150℃范围实现低温脱硝，是我国最具前景的烟气治理技术。活性焦联合脱硫脱硝技术在我国钢铁、冶金等行业有60余套业绩，普遍存在脱硝效率低、运行不稳定等问题。实践表明，活性焦虽可以实现低温脱硝，但反应速度慢、活性焦装填量、脱硝效率低、运行不稳定、催化剂用量大，且受SO₂、H₂O等浓度影响较大。

NO₂反应活性高，通过喷射氧化剂，将NO氧化为NO₂是提升活性焦脱硝效率的重要手段。O₃是工程中最常用的NO氧化剂，但是O₃发生成本高(每产生1kgO₃，电耗7～8kWh，O₂耗量约10kg，按照商业用电0.7元/kWh计算，单位O₃成本约为10500元/吨)、耗量大，工艺中存在O₃逃逸，氧化剂利用率低，氧化成本同样较高。H₂O₂是一种廉价清洁的氧化剂，单位质量成本仅为O₃的1/10，且H₂O₂分子量小，同等摩尔比条件下，质量仅为O₃的2/3。在同等摩尔比条件下氧化NO，H₂O₂成本仅为O₃的1/15。且H₂O₂氧化过程只产生O₂，不产生二次污染。因此，在NO氧化工艺中采用H₂O₂取代O₃，对于降低工艺成本具有重要意义。但在H₂O₂氧化NO工艺中，多采用压缩雾化方式将喷入烟道氧化NO，这种工艺氧化效率低，一般小于60％。受限于氧化效率和H₂O₂喷射量，导致现有技术NO_x脱除效率低，不能满足排放需求。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统，能使活性焦表面低温标准SCR反应过程改变为快速SCR反应过程，从而降低活性焦用量，提升脱硝效率和运行稳定性。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统，包括设置在烟道上的前置氧化系统、依次设置在烟道出口的吸收系统和烟囱；

前置氧化系统包括依次连接的H₂O₂储罐和超声雾化器，与超声雾化器入口连接的压缩气体罐；超声雾化器的出口接入烟道；

吸收系统包括吸收塔；所述的吸收塔采用分段式错流烟气净化吸附塔，包括上下隔离的出气室和进气室，从中间连通出气室和进气室的中间气室；形成中间气室的吸附剂层内设置活性焦，与进气室对应下段为脱硫段，与出气室对应上段为脱硝段，中间气室内设置喷氨装置；吸收塔的进气室连接烟道出口，出气室连接烟囱。

优选的，前置氧化系统还包括依次设置在烟道内的断面混合器和喷射格栅；喷射格栅与超声雾化器出口连接；断面混合器设置在喷射格栅的上游侧。

优选的，H₂O₂储罐和超声雾化器之间设置有输送泵。

优选的，吸收塔的烟气入口通过引风机连接烟道出口。

优选的，吸收塔内盛装粒径为5～15mm的煤基不定型活性焦。

优选的，喷氨装置包括设置在中间气室内的喷氨格栅，以及与喷氨格栅依次连接的氨蒸发器和氨储罐。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型通过设置前置氧化系统，并采用H₂O₂为氧化剂替代O₃，通过超声雾化和压缩空气携带的雾化方式输送至烟道，相比于压缩空气直接雾化，H₂O₂分子雾化粒径更小，避免了H₂O₂蒸发过程中的无效分解，从而降低H₂O₂氧量，同时将H₂O₂氧化NO效率提升至98％以上，且同等条件下，H₂O₂氧化成本仅为O₃氧化成本的1/15，整个设备简单，投资和运行成本低；同时，吸收系统采用分段式错流烟气净化吸附塔，并采用活性焦为催化剂，通过改变SCR反应路径，提升脱硝效率，保证活性焦联合脱硫脱硝系统连续稳定运行，既适用于新建活性焦联合脱硫脱硝工程，又适用于现有活性焦联合脱硫脱硝项目改造，具有重要的应用前景。

进一步，本实用新型还通过采用在喷射格栅上游侧设置断面混合器的方式，使H₂O₂和烟气能充分混合，提高处理效果。

进一步，本实用新型采用设置输送泵的方式，将过氧化氢送入超声雾化器，提高了处理效率。

进一步，本实用新型通过设置引风机将烟道内的烟气送入吸收塔内，确保吸收塔内的吸收效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为H₂O₂压缩雾化氧化NO特性示意图。

图3为H₂O₂超声雾化氧化NO特性示意图。

图4为基于快速SCR反应的活性焦脱硝性能验证示意图。

图中：1为H₂O₂储罐、2为输送泵、3为压缩气体罐、4为超声雾化器、5为喷射格栅、6为断面混合器、7为引风机、8为氨储罐、9为氨蒸发器、10为喷氨格栅、11为吸附塔、12为脱硫段、13为脱硝段、14为烟囱。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

本实用新型一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统，如图1所示，包括前置氧化系统、吸收系统和烟囱三部分。前置氧化系统包括依次连接的H₂O₂储罐1、输送泵2、超声雾化器4；吸收系统包括吸收塔11、设置在吸收塔11内部下段的脱硫段12、设置在吸收塔11内部上段的脱硝段13、以及设置在吸收塔11内部中间气室的喷氨格栅10和依次与喷氨格栅10连接的氨蒸发器9和氨储罐10连接。

雾化后的H₂O₂采用压缩气体携带，超声雾化器4入口与压缩气体罐3连接，出口与喷射格栅5连接，喷射格栅5前面设置断面混合器6，用于H₂O₂与烟气的充分混合。H₂O₂喷入烟道将NO氧化为NO₂，含有SO₂和NO₂气体的烟气经引风机7进入吸附塔11，吸附剂为活性焦，吸收塔11采用分段式错流烟气净化吸附塔，包括上下隔离的出气室和进气室，从中间连通出气室和进气室的中间气室；形成中间气室的吸附剂层内设置活性焦，与进气室对应下段为脱硫段12，与出气室对应上段为脱硝段13，中间气室内设置喷氨装置；其中，下段为脱硫段12，上段为脱硝段13，中间气室内设置喷氨格栅10，喷氨格栅10依次与氨蒸发器9和氨储罐8连接。吸收塔出口与烟囱14连接，净化后的烟气经烟囱14排放。

作为本实用新型优选的实施方式，所述的喷射格栅5前设置断面混合器6，用于H₂O₂和烟气的充分混合；

作为本实用新型优选的实施方式，所述的H₂O₂储罐1和超声雾化器4之间设置有输送泵2；

作为本实用新型优选的实施方式，所述的吸收塔11的烟气入口通过引风机7连接烟道出口。

在实际应用过程中，通过控制超声雾化器4的功率和压缩气体的流量，控制氧化剂H₂O₂喷入量，H₂O₂储罐1和输送泵2用于补充超声雾化器4内H₂O₂量，在250～500℃条件下，雾化后的H₂O₂通过喷射格栅5均匀喷入烟道，将NO氧化为NO₂，保证氧化效率＞98％；然后含有SO₂、NO₂的气体进入吸收塔11，含有SO₂、NO₂的气体进入吸收塔11，首先通过脱硫段12脱除大部分SO2，脱硫后的烟气与喷氨格栅10喷出的NH3混合，进入脱硝段13通过快速SCR反提高脱硝效率，实现SO₂脱除效率＞98％，NO₂脱除效率＞80％。

其中，所述喷射格栅5所处位置对应烟气温度为250～500℃；

其中，所述H₂O₂储罐1内H₂O₂质量浓度为20～50％，H₂O₂与NO摩尔比为1～5；

其中，所述H₂O₂喷射量可以通过所述的超声雾化器4的功率和压缩气体量调节，使脱硝段NO和NO₂比例接近1:1，保证快速SCR反应发生。

在目前的H₂O₂氧化NO工艺中，采用压缩雾化方式将H₂O₂喷入烟道氧化NO进行脱硫脱硝处理的研究结果，如图2所示，工艺氧化效率低，一般小于60％；而采用本实用新型进行脱硫脱硝处理的研究结果，如图3所示，使H₂O₂氧化NO效率提升至98％以上；

同时，在NH₃-SCR反应过程中，存在两种反应过程，即标准SCR反应过程和快速SCR反应过程，反应方程分别如(1)、(2)所示。研究表明，快速SCR反应速率在低温段比标准SCR至少快10倍，可以显著提升脱硝效率，降低催化剂用量。实用新型人针对活性焦脱硝过程验证了快速SCR反应过程，发现当NO₂占比约为0.5，即NO₂/NO摩尔比为1.0时，脱硝效率达到最大，即快速SCR反应效果优于标准SCR反应，结果如图4所示。

4NO+4NH₃+O₂＝4N₂+6H₂O (1)

NO+NO₂+2NH₃＝2N₂+3H₂O (2)

基于以上研究结果，本实用新型提出一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统，即采用H₂O₂为氧化，提升一定比例的NO氧化为NO₂，通过改变活性焦表面标准SCR反应过程为快速SCR反应过程，提升脱硝效率。

Claims (6)

1.一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统，其特征在于，包括设置在烟道上的前置氧化系统、依次设置在烟道出口的吸收系统和烟囱(14)；

所述的前置氧化系统包括依次连接的H₂O₂储罐(1)和超声雾化器(4)，与超声雾化器(4)入口连接的压缩气体罐(3)；超声雾化器(4)的出口接入烟道；

所述的吸收系统包括吸收塔(11)；所述的吸收塔(11)采用分段式错流烟气净化吸附塔，包括上下隔离的出气室和进气室，从中间连通出气室和进气室的中间气室；形成中间气室的吸附剂层内设置活性焦，与进气室对应下段为脱硫段(12)，与出气室对应上段为脱硝段(13)，中间气室内设置喷氨装置；吸收塔(11)的进气室连接烟道出口，出气室连接烟囱(14)。

2.根据权利要求1所述的一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统，其特征在于，所述的前置氧化系统还包括依次设置在烟道内的断面混合器(6)和喷射格栅(5)；喷射格栅(5)与超声雾化器(4)出口连接；断面混合器(6)设置在喷射格栅(5)的上游侧。

3.根据权利要求1所述的一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统，其特征在于，所述的H₂O₂储罐(1)和超声雾化器(4)之间设置有输送泵(2)。

4.根据权利要求1所述的一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统，其特征在于，所述的吸收塔(11)的烟气入口通过引风机(7)连接烟道出口。

5.根据权利要求1所述的一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统，其特征在于，所述的吸收塔(11)内盛装粒径为5～15mm的煤基不定型活性焦。

6.根据权利要求1所述的一种基于前置氧化的活性焦联合脱硫脱硝系统，其特征在于，所述的喷氨装置包括设置在中间气室内的喷氨格栅(10)，以及与喷氨格栅(10)依次连接的氨蒸发器(9)和氨储罐(8)。

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