CN212492331U - 前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统 - Google Patents

前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统 Download PDF

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申建汛
杨成龙
于在松
姚明宇
汪强
黄斌
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Abstract

本实用新型提供前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统，包括设置在烟道上的前置氧化系统、设置在烟道出口的吸收系统、以及分别与吸收系统连接设置的催化剂给入系统和烟囱；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；所述的吸收塔采用湿法喷淋塔，底部设置有盛装碱性吸收液的浆液池；吸收塔的烟气入口连接烟道出口，烟气出口连接烟囱；所述的催化剂给入系统包括催化剂储罐和催化剂输送泵；所述的催化剂储罐通过催化剂输送泵与浆液池连接，催化剂储罐内盛装有用于在碱性吸收液中实现SO2和NO2协同脱除的催化剂。

Description

前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统
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，具体为前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统。
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。
现有湿法联合脱硫脱硝工艺中，多采用O3作为氧化剂，在O3/NO摩尔比大于2.0的情况下，将NO氧化成N2O5，利用现有湿法脱硫体系，实现SO2、NOx协同脱除。该工艺中，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)、耗量投加量大(摩尔比一般大于2.0)，工艺中存在O3逃逸，产物为硝酸盐，需要处理后排放，导致工艺复杂，运行成本高。
与O3相比，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，如能在湿法联合脱除工艺中采用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，H2O2氧化NO产物为NO2，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％；在现有湿法脱硫塔联合吸收SO2和NO2过程中，NO2吸收效率仅为10～20％，效率较低，不能满足NOx排放需求。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统，能有效满足污染物一体化脱除需求，实现SO2和NOx的一体化脱除，同时脱硫脱硝效率高，工艺简单，投资和运行成本低。
本实用新型是通过以下技术方案来实现：
本实用新型提供前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统，包括设置在烟道上的前置氧化系统、设置在烟道出口的吸收系统、以及分别与吸收系统连接设置的催化剂给入系统和烟囱；
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；所述的吸收塔采用湿法喷淋塔，底部设置有盛装碱性吸收液的浆液池；吸收塔的烟气入口连接烟道出口，烟气出口连接烟囱；
催化剂给入系统包括催化剂储罐和催化剂输送泵；所述的催化剂储罐通过催化剂输送泵与浆液池连接，催化剂储罐内盛装有用于在碱性吸收液中实现SO2和NO2协同脱除的催化剂。
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(5)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，催化剂储罐内盛装有磷酸三丁酯TBP和四丁基硫酸氢铵THS的任意一种或两种混合。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型系统设置前置氧化系统，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，吸收系统采用湿法喷淋吸收塔，吸收塔与催化剂给入系统连接，吸收浆液内添加催化剂，促进SO2、NO2协同吸收，提升脱硝效率。
进一步，本实用新型系统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，本实用新型系统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，本实用新型系统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。
进一步，本实用新型采用有机萃取剂磷酸三丁酯TBP、四丁基硫酸氢铵THS作为催化剂，稳定脱硫系统中的SO3 2-，从而提升NO2吸收效率，催化剂在吸收体系中只起催化作用，不消耗，因此运行成本较低。
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TBP催化SO2/NO2协同吸收脱硝特性示意图。
图5为THS催化SO2/NO2协同吸收脱硝特性示意图。
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为吸收塔、9为催化剂储罐、10为催化剂输送泵、11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。
本实用新型前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统，如图1所示，包括前置氧化系统、吸收系统、催化剂给入系统和烟囱四部分。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，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进入吸收塔8，吸收塔8采用湿法喷淋塔，浆液池通过催化剂输送泵10与催化剂储罐9连接，用于维持浆液池内的催化剂浓度。催化剂采用磷酸三丁酯TBP或四丁基硫酸氢铵THS，吸收液为Ca(OH)2、CaCO3、NaOH、NH3·H2O等，SO2、NO2在吸收液和催化剂的作用下实现高效协同脱除，吸收塔8出口与烟囱11连接，脱硫脱硝后的烟气通过烟囱排放。
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8的烟气入口通过引风机7连接烟道出口；
作为本实用新型优选的实施方式，所述的催化剂储罐9内盛装有磷酸三丁酯TBP和四丁基硫酸氢铵THS的任意一种或两种混合。
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8，在碱性吸收液和催化剂的作用下，强化SO2、NO2的协同吸收，实现SO2脱除效率＞98％，NO2脱除效率＞80％；
其中，在烟气温度为250～500℃的烟道处均匀喷入超声雾化后的H2O2；
其中，H2O2质量浓度为20～50％，喷入的过氧化氢与NO摩尔比为1～5；
其中，碱性吸收液采用Ca(OH)2、CaCO3、NaOH和NH3·H2O中的至少一种；所述的催化剂采用磷酸三丁酯TBP和四丁基硫酸氢铵THS任意一种或两种混合；
其中，催化剂磷酸三丁酯TBP浓度为10～30％，所述的催化剂四丁基硫酸氢铵THS浓度为1～2％。
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％；而采用本实用新型系统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，本实用新型提出的超声雾化+压缩空气携带的雾化系统，H2O2氧化NO产物为NO2，NO2难溶于水，在湿法脱硫体系中的吸收效率仅为20％左右，大量研究表明，SO3 2-可以促进NO2吸收，具体反应过程如式(1)、(2)所示。但在O2存在条件下，脱硫塔吸收SO2产生的SO3 2-会被快速氧化，导致NO2吸收效率较低。因此，本实用新型提出了采用向湿法脱硫塔中加入液体催化剂，提升NO2吸收效率，通过实验验证，发现TBP和THS可以稳定脱硫体系中的SO3 2-，提升NO2吸收效率，研究结果如图4、图5所示。
Figure BDA0002652017770000051
Figure BDA0002652017770000052
基于以上研究结果，本实用新型提出前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统，即采用H2O2为氧化，通过超声雾化，提升NO氧化为NO2的效率，在此基础上，向脱硫塔中加入TBP、THS作为催化剂，大幅提升NO2吸收效率，实现SO2、NOx一体化脱除，且氧化成本低，脱除效率高。

Claims (5)

1.前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统，其特征在于，包括设置在烟道上的前置氧化系统、设置在烟道出口的吸收系统、以及分别与吸收系统连接设置的催化剂给入系统和烟囱(11)；
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(8)；所述的吸收塔(8)采用湿法喷淋塔，底部设置有盛装碱性吸收液的浆液池；吸收塔(8)的烟气入口连接烟道出口，烟气出口连接烟囱(11)；
所述的催化剂给入系统包括催化剂储罐(9)和催化剂输送泵(10)；所述的催化剂储罐(9)通过催化剂输送泵(10)与浆液池连接，催化剂储罐(9)内盛装有用于在碱性吸收液中实现SO2和NO2协同脱除的催化剂。
2.根据权利要求1所述的前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统，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所述的前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统，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所述的前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统，其特征在于，所述的吸收塔(8)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所述的前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统，其特征在于，所述的催化剂储罐(9)内盛装有磷酸三丁酯TBP和四丁基硫酸氢铵THS的任意一种。
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