CN212594908U - 一种生物质锅炉烟气臭氧氧化脱硝设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种生物质锅炉烟气臭氧氧化脱硝设备，包括氧气源、臭氧发生系统、冷却水系统、进气烟道、喷射装置、旋流混合器、碱液洗涤塔及碱液循环喷淋系统，所述臭氧发生系统分别与所述氧气源、冷却水系统及喷射装置连接，所述喷射装置分别与进气烟道及旋流混合器连接，所述碱液洗涤塔分别与所述旋流混合器及碱液循环喷淋系统连接。在本实用新型的技术方案中，可解决不能同步脱硫脱硝的难题，对低温高湿烟气的脱硫脱硝效率高，吊装布置灵活，可解决现场空间布置难题，同时可自动调节臭氧产量，实现臭氧精确投加，适应烟气的NOx负荷波动。

Description

一种生物质锅炉烟气臭氧氧化脱硝设备

技术领域

本实用新型涉及臭氧氧化脱硝技术领域，特别涉及一种生物质锅炉烟气臭氧氧化脱硝设备。

背景技术

各行业燃烧过程中产生的NOx气体是造成近年来大气环境问题的主要因素，针对NOx排放制定的排放标准越来越严格，很多行业要求超低排放标准。

发展的烟气脱硝工艺中，臭氧氧化脱硝方法特别适合低温烟气的脱硝，已经在发电厂、冶金、化工、工业窑炉等行业烟气净化领域得到广泛应用。其对NOx氧化选择性好，脱硝效率高，施工改造难度低，可以共用原有脱硫或洗涤设施，实现同步脱硫脱硝脱汞，与SCR法相比，没有催化剂失效问题，不用加热升温，投资和运行成本相对较低。

生物质发电厂烟气脱硝是较新的烟气净化领域，例如垃圾焚烧发电。与燃煤锅炉烟气相比，生物质锅炉烟气有如下特点：(1)含湿量高，可达到15％～30％左右，而燃煤锅炉烟气湿含量不会超过10％；(2)烟尘中碱金属含量高，可达8％以上，催化剂易中毒；(3)二氧化硫、氮氧化物浓度低、且波动大。与SCR催化还原技术相比，臭氧氧化脱硝工艺，没有催化剂，受上述烟气特点影响小，更适合在生物质锅炉烟气脱硝工程上应用。

目前生物质锅炉烟气常采用SDA脱硫脱酸工艺，SDA反应塔温度较高，臭氧易分解，NOx 吸收差，很难利用SDA塔同步脱硫脱硝，因此需要开发一种末端的臭氧氧化单独脱硝工艺。同时烟气负荷波动大，为保证NOx排放浓度稳定达标，需要投加过量的臭氧，不仅造成臭氧的浪费，还可能使排放烟气的剩余臭氧浓度超标，开发一种臭氧精确投加技术，可以明显节省运行费用。同时现场空间有限，没有专门预留设备间，为设备布置灵活，开发使用了集装箱式模块化臭氧发生系统。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种生物质锅炉烟气臭氧氧化脱硝设备。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种生物质锅炉烟气臭氧氧化脱硝设备，包括以下步骤：步骤一、烟气经过布袋除尘器后，烟气温度约140～160℃，再经过引风机增压；

步骤二、臭氧发生系统制备的臭氧气体经过喷射装置向烟道中的烟气喷射，喷射的臭氧气体和烟气经过旋流混合器快速混合并初步氧化，然后进入洗涤塔中，继续深度氧化；

步骤三、洗涤塔内的二级或三级喷淋装置向下喷淋碱液，首先对烟气进行急速冷却，把烟气温度降低到70～90℃，为洗涤塔内的臭氧深度氧化创造了较低的反应温度；

步骤四、喷淋的碱液液滴与向上烟气逆向充分接触，将烟气中NOx的氧化产物吸收转化为硝酸盐和亚硝酸盐，烟气裹卷的液滴经过洗涤塔上部除雾器去除，落下的碱液用回收池回收；

步骤五、回收的碱液通过喷淋循环泵循环喷淋，并通过在线pH计的显示补充调节新碱液。

优选地，在所述步骤一中，还包括在引风机后安装在线NO浓度仪来在线测量烟气的NO 浓度。

优选地，所述臭氧与烟气中NO的摩尔比O3/NO取1.5～1.7，脱硝率取60～80％。

优选地，在所述步骤一中，还包括根据烟气流量和NO浓度仪显示的NO浓度计算得到NOx 负荷。

为了解决上述技术问题，本实用新型还提供一种生物质锅炉烟气臭氧氧化脱硝设备，包括氧气源、臭氧发生系统、冷却水系统、进气烟道、喷射装置、旋流混合器、碱液洗涤塔及碱液循环喷淋系统，所述臭氧发生系统分别与所述氧气源、冷却水系统及喷射装置连接，所述喷射装置分别与进气烟道及旋流混合器连接，所述碱液洗涤塔分别与所述旋流混合器及碱液循环喷淋系统连接。

优选地，所述碱液循环喷淋系统包括喷淋装置、流量计、喷淋循环泵及碱液回收池，所述碱液回收池分别与所述旋流混合器及流量计连接，所述喷淋循环泵分别与喷淋装置及流量计连接，所述喷淋装置及碱液回收池均由上往下设置于所述碱液洗涤塔内。

优选地，所述碱液洗涤塔内的出口与烟囱连接，所述碱液洗涤塔与所述烟囱之间设置有除雾器。

优选地，所述碱液回收池与流量计之间设置有在线pH计，所述氧气源与臭氧发生系统之间设置有气体流量计，所述臭氧发生系统上设置有在线臭氧浓度仪。

优选地，所述进气烟道与喷射装置之间依次设置有旋转喷雾干燥塔、布袋除尘器及引风机，所述旋转喷雾干燥塔分别与进气烟道及布袋除尘器连接，所述引风机分别与布袋除尘器及喷射装置连接。

优选地，所述引风机与喷射装置之间设置有在线NOx浓度仪。

采用上述技术方案，本实用新型提供的一种生物质锅炉烟气臭氧氧化脱硝设备，具有以下有益效果：1、脱硫脱硝过程分开，采用原有半干法工艺脱硫，后置臭氧氧化联合湿法洗涤脱硝。臭氧发生系统采用集装箱式模块化系统，现场吊装布置。脱硝工艺可以根据NOx负荷变化调节臭氧产量，实现精确臭氧投加；2、设备可在现场空地吊装，灵活布置，不用专门设备间，而模块化设计使系统可靠性高，免维护，调节手段丰富；3、喷射的臭氧量可以根据烟气中NOx负荷变化自动调节，实现臭氧的精确投加，节省臭氧运行成本；4、可解决不能同步脱硫脱硝的难题及现场空间布置难题，同时可自动调节臭氧产量，实现臭氧精确投加，适应烟气的NOx负荷波动。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中臭氧发生系统的立体图；

图中，1-进气烟道、2-旋转喷雾干燥塔、3-布袋除尘器、4-引风机、5-在线NOx浓度仪、6-喷射装置、7-旋流混合器、8-碱液洗涤塔、9-氧气源、10-臭氧发生系统、11-冷却水系统、 15-气体流量计、16-在线臭氧浓度仪、17-烟囱、18-除雾器、19-喷淋装置、20-碱液回收池、21-在线pH计、22-排液、23-补充碱液、24-流量计、25-喷淋循环泵。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1-2所示，该生物质锅炉烟气臭氧氧化脱硝设备包括氧气源9、臭氧发生系统10、冷却水系统11、进气烟道1、喷射装置6、旋流混合器7、碱液洗涤塔8及碱液循环喷淋系统，该臭氧发生系统10分别与该氧气源9、冷却水系统11及喷射装置6连接，该喷射装置6分别与进气烟道1及旋流混合器7连接，该碱液洗涤塔8分别与该旋流混合器7及碱液循环喷淋系统连接。可以理解的，该碱液循环喷淋系统包括喷淋装置19、流量计24、喷淋循环泵 25及碱液回收池20，该碱液回收池20分别与该旋流混合器7及流量计24连接，该喷淋循环泵25分别与喷淋装置19及流量计24连接，该喷淋装置19及碱液回收池20均由上往下设置于该碱液洗涤塔8内；该碱液洗涤塔8内的出口与烟囱17连接，该碱液洗涤塔8与该烟囱17之间设置有除雾器18；该碱液回收池20与流量计24之间设置有在线pH计21，该氧气源 9与臭氧发生系统10之间设置有气体流量计15，该臭氧发生系统10上设置有在线臭氧浓度仪16；该进气烟道1与喷射装置6之间依次设置有旋转喷雾干燥塔2、布袋除尘器3及引风机4，该旋转喷雾干燥塔2分别与进气烟道1及布袋除尘器3连接，该引风机4分别与布袋除尘器3及喷射装置6连接；该引风机4与喷射装置6之间设置有在线NOx浓度仪5。

可以理解的，该生物质锅炉烟气臭氧氧化脱硝设备的具体步骤如下：

(1)烟气经过布袋除尘器3后，烟气温度约140～160℃，再经过引风机4增压。在引风机4后安装有在线NO浓度仪5，在线测量烟气的NO浓度。

(2)在NO浓度传感器5之后，臭氧发生系统10制备的臭氧气体经过喷射装置6向烟道中的烟气喷射，喷射的臭氧气体和烟气经过旋流混合器7快速混合并初步氧化，然后进入洗涤塔8中，继续深度氧化。

(3)洗涤塔8内，二级或三级喷淋装置19向下喷淋碱液，首先对烟气进行急速冷却，把烟气温度降低到70～90℃，为塔内的臭氧深度氧化创造了较低的反应温度。

(4)喷淋的碱液液滴与向上烟气逆向充分接触，将烟气中NOx的氧化产物吸收转化为硝酸盐和亚硝酸盐，烟气裹卷的液滴经过洗涤塔上部除雾器18去除，落下的碱液用回收池20 回收。

(5)回收的碱液通过喷淋循环泵25循环喷淋。碱液定期排放22更新，并通过在线pH计21的显示补充调节新碱液23，保证喷淋碱液的pH在一定范围内。

臭氧与烟气中NO的摩尔比O3/NO可以取1.5～1.7，脱硝率约60～80％，臭氧投加量越高，生成N2O5比例越高，脱硝率也越高。

为节省成本，实现精确调节臭氧产量，可以根据烟气流量和NO浓度仪5显示的NO浓度计算得到NOx负荷，然后计算某一段工时所需臭氧产量。按照制定的控制方法，臭氧产量可以先通过启停模块粗调，再调节加载电功率细调。

可以理解的，本实用新型提出一种脱硫脱硝过程分离条件下后置臭氧氧化脱硝方法，包括臭氧混合氧化和碱液湿法洗涤两部分。本实用新型还提出臭氧精确投加控制方法，并提供方便布置和灵活调节的模块化臭氧发生系统10设备。

本实用新型中，在原有布袋除尘器3和引风机4之后再增加一个臭氧氧化单独脱硝工艺，包括烟道投加混合装置和一个碱液洗涤塔8。碱液洗涤塔8内部设置两级以上循环喷淋装置 19。

本实用新型中，先脱硫再脱硝，两个过程独立。脱硝入口烟气SO2浓度很低，不能促进 NO2的吸收，与同步脱硫脱硝相比，适当增加臭氧投加量，生成更多N2O5，达到较高脱硝率。

可以理解的，脱硫脱硝过程分开，采用原有半干法工艺脱硫，后置臭氧氧化联合湿法洗涤脱硝。臭氧发生系统10采用集装箱式模块化系统，现场吊装布置。脱硝工艺可以根据NOx 负荷变化调节臭氧产量，实现精确臭氧投加；处理对象为生物质锅炉烟气或类似烟气，例如垃圾、木质、秸秆焚烧炉，其特点是含湿量高，烟尘中碱金属含量高，污染物负荷波动大；在原有脱硫工艺之后设置臭氧氧化联合湿法洗涤脱硝工艺；包括臭氧烟道混合氧化烟气，加上洗涤塔循环喷淋碱液吸收Nox；在靠近洗涤塔前烟道喷射臭氧气体，并在后面利用气气混合器快速混合臭氧与烟气；喷射的臭氧气体由集装箱式模块化臭氧发生系统10生产制备，设备可在现场空地吊装，灵活布置，不用专门设备间，而模块化设计使系统可靠性高，免维护，调节手段丰富；碱液洗涤塔8采用二级或三级喷淋，用碱液回收池20和循环泵循环喷淋，碱液为氢氧化钠、氢氧化镁、氢氧化钙、碳酸钠的其中一种。

本实用新型中的臭氧氧化联合碱液洗涤的脱硝过程如下：

(1)布袋除尘器3出口烟温大约在140～160℃。在靠近洗涤塔入口的烟道位置利用喷射装置6喷射臭氧化气体，投加臭氧量与烟气中的NOx的摩尔比O3/NOx为1.5～1.7，脱硝效率约60～80％。并用后面旋流混合器7使烟气和臭氧混合均匀，并初步将NO氧化成NO2。

(2)碱液洗涤塔8要求停留时间＞4s，布置两级或三级喷淋装置19。

碱液洗涤塔8设置循环喷淋装置19、碱液回收池20和循环喷淋系统，循环喷淋系统包括循环泵、pH计、流量计24和喷嘴。

优选地，所述碱液是氢氧化钠、氢氧化镁、氢氧化钙、碳酸钠的一种。

(3)烟气在洗涤塔内被迅速喷淋降温，塔内烟温约在70～90℃。臭氧在塔内继续深度氧化NOx，在较低反应温度下，更容易生成N2O5。

(4)氧化生成的NO2和N2O5在碱液洗涤塔8内被碱液吸收，转变为亚硝酸盐和硝酸盐。

(5)通过监控缓冲罐中的pH值和液位，来实现自动加水、加碱和产物排放，排出的高浓度产物经过浓缩结晶成盐处置。

本实用新型中的装置依次是氧气源9、臭氧发生系统10、冷却水系统11、烟道、喷射管道、旋流混合器7、碱液洗涤塔8，碱液循环喷淋系统。

本实用新型中的臭氧发生系统10采用模块化板式臭氧发生器。每个模块单元独立运行，互不干扰，系统可靠性高，出现故障不用停机可快速启用备份模块，不影响生产。可以通过模块的堆叠组合实现几公斤到几百公斤的臭氧产量，产品规格灵活。

本实用新型中臭氧发生系统10设备占地小，可实现集装箱一体化，可以在有限空间灵活吊装。可以采用40尺标准高柜集装箱，50kg以下设备采用1个集装箱，50～100kg设备采用 2个集装箱，上下布置。

本实用新型中，臭氧发生系统10所需氧气源9可以是液氧、工厂用氧和制氧机之一，其中制氧机设备可以安装在设备间。集装箱式臭氧发生系统10可以选择在烟道周围的空地吊装。冷却水系统11可以采用板式换热系统和冷水机之一，板式换热系统常配置冷却塔提供外循环水冷却，冷水机适合臭氧产量较小的设备。

本实用新型中的臭氧发生系统10可以根据负荷变化灵活调节臭氧产量，实现精确投加。调节过程如下：

(1)根据传感器传递的NOx浓度和烟气流量在线信号，计算出负荷；

(2)根据在线负荷和控制算法选择合适的控制方式；

(3)控制方式包括通过启停模块的粗调，和通过统一调节电功率。

作为一种改进，与传统臭氧发生器相比，模块化臭氧发生器增加了一种模块调节方式，可以使加载电功率处于最优状态。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种生物质锅炉烟气臭氧氧化脱硝设备，其特征在于：包括氧气源、臭氧发生系统、冷却水系统、进气烟道、喷射装置、旋流混合器、碱液洗涤塔及碱液循环喷淋系统，所述臭氧发生系统分别与所述氧气源、冷却水系统及喷射装置连接，所述喷射装置分别与进气烟道及旋流混合器连接，所述碱液洗涤塔分别与所述旋流混合器及碱液循环喷淋系统连接。

2.根据权利要求1所述的生物质锅炉烟气臭氧氧化脱硝设备，其特征在于：所述碱液循环喷淋系统包括喷淋装置、流量计、喷淋循环泵及碱液回收池，所述碱液回收池分别与所述旋流混合器及流量计连接，所述喷淋循环泵分别与喷淋装置及流量计连接，所述喷淋装置及碱液回收池均由上往下设置于所述碱液洗涤塔内。

3.根据权利要求1所述的生物质锅炉烟气臭氧氧化脱硝设备，其特征在于：所述碱液洗涤塔内的出口与烟囱连接，所述碱液洗涤塔与所述烟囱之间设置有除雾器。

4.根据权利要求2所述的生物质锅炉烟气臭氧氧化脱硝设备，其特征在于：所述碱液回收池与流量计之间设置有在线pH计，所述氧气源与臭氧发生系统之间设置有气体流量计，所述臭氧发生系统上设置有在线臭氧浓度仪。

5.根据权利要求1所述的生物质锅炉烟气臭氧氧化脱硝设备，其特征在于：所述进气烟道与喷射装置之间依次设置有旋转喷雾干燥塔、布袋除尘器及引风机，所述旋转喷雾干燥塔分别与进气烟道及布袋除尘器连接，所述引风机分别与布袋除尘器及喷射装置连接。

6.根据权利要求5所述的生物质锅炉烟气臭氧氧化脱硝设备，其特征在于：所述引风机与喷射装置之间设置有在线NOx浓度仪。

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