WO2017071515A1 - 一种燃煤工业锅炉同时吸收NOx和SO2的设备及方法 - Google Patents

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张衍国
康建斌
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    • Y02A50/2349

Abstract

一种燃煤工业锅炉同时吸收NOx和SO2的设备及方法。设备包括在工业锅炉(7)后面布置的除尘器(9)、空气加热器(10)、吸收塔(12)、GGH换热器(13)、引风机(16)和烟囱(17)。吸收塔(12)内部分为喷淋区(122)、回流收集区(31)、氧化区(38)和浓缩结晶区(123)。方法包括吸收剂制备过程、吸收剂吸收过程、吸收剂再生过程和副产品回收过程。采用碳铵分解产生的NH 3与二价Co2+离子络合形成Co(NH3)6 2 作为吸收剂吸收烟气中的NOx和SO2,吸收后生成的NH4NO2、NH4NO3、NH4HSO3、(NH4)2SO3和(NH4)2SO4等盐类用干燥法结晶回收,吸收过程被氧化生成的Co(NH3)6 3 采用膜式分离,然后电解还原成Co2 重复利用。

Description

一种燃煤工业锅炉同时吸收NOx和SO2的设备及方法 技术领域

本发明涉及一种脱除烟气中NOx和SO2的装置和方法,尤其涉及一种以NH3为脱除剂并以钴盐作为催化剂脱除燃煤工业锅炉烟气中NOx和SO2并回收(NH4)2SO4和NH4NO3的装置和方法,特别适合于对SO2和NOx脱除效率高并要求对资源进行回收的工业锅炉领域。

背景技术

我国是以煤炭为主要能源的国家,煤炭占我国一次能源消耗的70%以上。由于我国的石油、天然气储量不足,这种现状在未来的10~20年内仍不可能得到根本性的转变。煤炭燃烧会产生SO2和NOx等污染物,SO2和NOx是酸雨和雾霾的主要原因之一,酸雨损害生态环境、破坏森林、湖泊、建筑结构等,雾霾影响空气质量的同时,降低能见度,严重时影响交通。空气污染直接影响我们的健康和环境,根据世界卫生组织最近的研究结果,我国每年约有120万人因空气污染而死亡。

根据《工业锅炉行业年鉴》,截至2012年,我国有各种容量的在役锅炉62.3万台,其中燃煤工业锅炉约46万台,占总量的85%左右,是仅次于火力发电的第二大煤炭消费大户和第二大燃煤型污染源。随着环保要求的日益提高,采用一项技术和设备单独脱除一种污染物的传统做法因其经济性和适应性差已难以适应形势,尤其对我国数量众多的中、小型燃煤设备来说,这个问题尤为突出。针对工业锅炉,2014年我国最新版《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014)要求新建燃煤锅炉SO2和NOx排放限值均为300mg/Nm3,而2001年相应标准中SO2仅为900mg/Nm3、NOx则无限制,排放标准急剧提高,可见工业锅炉终将面临越来越大的环保和政策压力。

目前,工业锅炉SO2和NOx污染排放控制主要是采用两套独立设备分别脱硫和脱硝。其中,烟气脱硝以选择性催化还原技术(SCR)最为广泛,SCR最大的问题是催化剂昂贵,另外煤燃烧后废气中有大量的粉尘、重金属和SO2等酸性气体,这些共存污染物将会引起催化剂中毒失效,根据运行工况的不同,一般2~3年必须更换催化剂。过高的运行成本不适合我国的实际国情,也不利于其在工业锅炉上大量推广。国、内外研发的替代技术主要是同时脱硫脱硝技术,即利用一套设备同时吸收或吸附烟气中的SO2和NOx,这样可以避免SCR技术所带来的经济和次生环境问题。根据吸收或吸附剂的不同,同时脱硫脱硝有多种衍生技术,例如,活性炭吸附、离子液体吸收、先氧化后吸收和直接吸收等技术。由于同时脱除技术可以大大降低成本,因而是一项很有市场需求的污染控制技术。

氨法同时吸收技术涉及到吸收剂的制备、再生、资源回收等关键工艺,同时也涉及到其中的具体设备和工艺流程的设计。

对于同时吸收技术,由于需要把NO氧化成NO2,把SO2氧化成SO3,因而需要采用氧化剂,这些氧化剂包括氯酸、高锰酸钾、双氧水、臭氧等,由于氧化剂的成本较高因而推广存在问题。

华东理工大学龙湘犁团队以钴(Co)的氨(NH3)络合物为吸收剂,开发了相应的同时吸收SO2和NOx的技术。例如,中国专利CN 1311052A公开了一种同时脱除烟气中SO2和NOx的方法,利用烟气中的O2作为氧化剂,钴的络合物作为催化剂,碘的负离子(I-1)作为助催化剂,对NO进行液化催化氧化和吸收,但其使用的是常规反应器,反应器的直径仅为2cm,并且在再生过程中需要用紫外光照射碘的负离子(I-1)将失去吸收能力的

Figure PCTCN2016102700-appb-000001
还原为
Figure PCTCN2016102700-appb-000002
为了进一步提高钴络合物脱除NO的能力,中国专利CN 101352648A公开了一种同时脱除废气中NOx和SO2的方法,将可溶性钴盐溶解在乙二胺(H2NCH2CH2NH2)(en)水溶液中,形成乙二胺合钴离子
Figure PCTCN2016102700-appb-000003
可以络合NO和SO2,反应过程中会生成三价的
Figure PCTCN2016102700-appb-000004
而失去吸收能力,三价的
Figure PCTCN2016102700-appb-000005
在活性炭的催化作用下可与H2O发生反应从而将三价Co3+还原为二价钴Co2+,从而循环利用。

鉴于钴盐的成本较高,中国专利CN 101711943A公布了一种低温液相催化还原治理NO、SO2污染废气的方法,在Fe-EDTA溶液中,利用活性炭作为催化剂,利用尿素作为还原剂现NO的催化还原。

为了提高络合物脱除SO2和NOx的效率,简化工艺流程。中国专利CN 102728204A公布了一种同时治理废气中NO和SO2的吸收塔,在塔的吸收层采用填料或者筛板,虽然传质效率较高,但填料容易被烟气中的灰尘堵塞。为了克服工业锅炉烟气中灰尘含量高对脱硫脱硝的影响,中国专利CN 201410289401公开了一种联合脱硫脱硝带伞帽的气柱塔,适用于工业锅炉负荷频繁变化的运行条件,具有不易结垢堵塞、塔内气液传质速率快、结构紧凑等优点,但在该塔内没有脱硫脱硝剂的再生系统。中国专利CN101530729A公开了一种同时治理废气中NO和SO2的多功能吸收塔,在塔内设置了吸收液再生层,在再生层内填充催化剂,虽然可以对吸收剂进行再生,但不能有效的回收生成的NH4NO3和(NH4)2SO4

在传统的氨法脱硫中设备中,一般集成有吸收、氧化、浓缩、结晶等工段。中国专利CN102850092A公布了一种氨法烟气脱硫生产硫铵化肥的工艺及装置,在工艺中包括反应塔、蒸发结晶器、离心机、干燥机和包装机等,利用烟气的热量对吸收浆液进行蒸发浓缩结晶,可以生产硫铵颗粒,但这种系统不适合于需要吸收剂再生的脱硫和脱硝系统。

中国专利CN103505999A公布了一种湿法脱硫脱硝的系统和方法,氨逃逸率低,副产物可资源化,但同时需要一个脱硫塔和一个脱硝塔。

用钴盐同时直接吸收SO2和NOx具有设备简单,占地面积小和初投资及运行成本低等优势。该技术在理论上可以对SO2和NOx同时高效吸收,并可将脱硫副产物作为肥料加以利用。但是吸收药剂的选择、制备、再生和液态产物的处理以及吸收塔的设计、工艺流程的组合等 方面还需要进一步研究,一些工艺问题也还需要优化。当前,该技术面临的主要障碍是工业设计的改进、吸收剂消耗量的降低、吸收剂再生以及反应后水中吸收剂的回收和处理。

发明内容

针对现有技术中,络合物同时脱硫脱硝系统中副产物资源回收困难、络合物吸收剂再生率低、吸收和再生复杂等不足和缺陷,本发明提出一种以NH3为脱除剂并以钴盐作为催化剂脱除燃煤工业锅炉烟气中NOx和SO2,同时回收(NH4)2SO4和NH4NO3的装置及方法,可以作为工业锅炉脱硫脱硝解决方案。

本发明是通过以下技术方案实现的:

一种燃煤工业锅炉同时吸收NOx和SO2的设备,它包括在工业锅炉后面布置的除尘器、空气加热器、吸收塔、GGH换热器、引风机和烟囱,其特征在于:所述的空气加热器后面通过第二烟管热段连接GGH换热器,GGH换热器通过第二烟管冷段与旋风段入口相连,第二烟管热段和第二烟管冷段之间通过GGH换热器热烟气旁通阀相连;第一烟管热段的入口布置在GGH换热器和旋风段入口之间的管道上,干燥结晶器通过第一烟管热段与GGH换热器的出口相连;在吸收塔的下部设置池底格栅和结晶液出口,结晶液出口通过结晶液管线与膜式过滤器相连,膜式过滤器通过膜式过滤器铵盐出口与干燥结晶器相连,膜式过滤器通过膜式过滤器钴盐出口与电解还原池相连;吸收液混合池通过管线分别与电解还原池、氨水混合池、钴盐补充装置、计量泵相连,计量泵的出口与循环泵的出口通过吸收液泵出管相连;氨水混合池分别与碳铵分解罐和工艺水池相连;原氨水罐与氨水混合池、碳铵分解罐相连;干燥结晶器通过管线与硫铵和硝铵存存放场相连;吸收塔的烟气出口通过第三烟管冷段、GGH换热器、第三烟管热段、烟道以及引风机与烟囱相连;碳铵分解罐内布置有辅助电加热器,且碳铵分解罐通过热风管与空气加热器相连。

本发明的技术特征还在于:吸收塔内部分为喷淋区、回流收集区、氧化区和浓缩结晶区;在喷淋区内的喷淋格栅上布置螺旋喷嘴;在喷淋格栅上方布置除雾器;在回流收集区的底部布置池底格栅,在池底格栅上布置烟帽,池底格栅将回流收集区与浓缩结晶区隔开;循环泵出口与喷淋格栅相连,氧化区与循环泵入口相连;氧化区通过浓缩液排放管道与浓缩结晶区相连;在浓缩结晶区布置有液位计;在喷淋区的下面布置有废气再入口;在氧化区布置有氧化风入口,氧化风入口与氧化风机相连;在浓缩结晶区前面布置有旋风段入口。

本发明的技术特征还在于:喷淋格栅上的螺旋喷嘴的顶部设置有O型圈,旋风段入口内布置有旋流器,烟帽上部设置有烟帽盖,氧化区内布置有浓缩堰。池底格栅与水平面的夹角α为5~20°,池底格栅上烟帽的开孔率为20%~50%。

本发明提供的一种燃煤工业锅炉同时吸收NOx和SO2的方法,其特征在于所述方法包括如下步骤:

1)吸收剂制备过程:在碳铵分解罐内碳铵作为原料被来自空气加热器内的热空气和辅助 电加热器加热产生NH3;NH3进入氨水混合池与来自工艺水池的工艺水混合形成质量浓度10-20wt%的浓氨水,利用来自原氨水罐内的氨水调整氨水混合池内的氨水浓度;来自膜式过滤器钴盐出口和来自钴盐补充装置的二价钴离子Co2+与来自氨水混合池内的氨水在吸收液混合池内混合,形成pH值为4~11的水合

Figure PCTCN2016102700-appb-000006
吸收液;

2)NOx和SO2吸收过程:工业锅炉排出的烟气进入GGH换热器,烟气温度降低到70℃以下后通过旋风段入口进入吸收塔的浓缩结晶区;在浓缩结晶区内烟气把来自于浓缩液排放管道的液体加热蒸发结晶;进入浓缩结晶区的烟气通过布置在池底格栅上的烟帽穿过回流收集区进入到喷淋区;循环泵从浓缩堰的下方氧化区抽取吸收液打入到喷淋格栅,从布置在喷淋格栅上的螺旋喷嘴喷入到喷淋区,喷淋的气液比在10~50L/Nm3;在喷淋区内,吸收液内的

Figure PCTCN2016102700-appb-000007
(NH4)2SO3和NH3与烟气中的O2、SO2和NOx发生反应而吸收气态污染物,并生成
Figure PCTCN2016102700-appb-000008
NH4NO2和NH4HSO3溶于吸收液中,经回流收集区越过浓缩堰自流到氧化区,NH4NO2和NH4HSO3被氧化风机送入的空气氧化;脱除气态污染物后的烟气流经除雾器除去水滴后进入到GGH换热器升温,然后经引风机排入到烟囱;

3)吸收剂再生过程:在NOx、SO2吸收过程中生成的含有

Figure PCTCN2016102700-appb-000009
NH4NO2、NH4NO3、NH4HSO3、(NH4)2SO3和(NH4)2SO4离子的溶液从旋风段入口下方的管道流入到膜式过滤器,在膜式过滤器内大分子的
Figure PCTCN2016102700-appb-000010
Figure PCTCN2016102700-appb-000011
被截留后送入到电解还原池,在电解还原池内
Figure PCTCN2016102700-appb-000012
还原为
Figure PCTCN2016102700-appb-000013
进入到吸收液混合池内混合形成吸收液;

4)副产品回收过程:来自膜式过滤器的富含铵盐的溶液进入到干燥结晶器内,被来第一烟管热段的烟气加热蒸发结晶,温度降低后的烟气经第一烟管冷段送入到旋风段入口。

本发明所述方法中,膜式过滤器内膜的内外工作压差为0.1~1.0MPa。

本发明与现有技术相比,具有以下优点及突出性效果:①用一套设施可以同时吸收烟气中的SO2和NOx,脱硫脱硝效率高。②脱硫脱硝后生成的硝铵和硫铵可以作为生产化肥的原料,不但可以降低污染物排放,而且可以回收资源。③采用独特的吸收剂再生以及资源回收系统,运行操作方便,成本低。本发明由于工业锅炉的烟气的治理。

附图说明

图1为本发明的系统示意图。

图2为本发明的螺旋喷嘴示意图。

图3为本发明的旋风段入口示意图。

图4为本发明的烟帽示意图。

图中:1-干燥结晶器;2-第一烟管冷段;3-第一烟管热段;4-热风管;5-氧化风机;6-液位计;7-工业锅炉;8-旋风段入口;81-旋流器;9-除尘器;10-空气加热器;11-第二烟管热段;111-第二烟管冷段;112-GGH换热器热烟气旁通阀;12-吸收塔;121 -烟气出口;122-喷淋区;123-浓缩结晶区;124-除雾器;13-GGH换热器;131-GGH换热冷烟气旁通阀;14-第三烟管热段;141-第三烟管冷段;15-烟道;16-引风机;17-烟囱;18-硫铵和硝铵存放场;19-膜式过滤器;191-膜式过滤器钴盐出口;192-膜式过滤器铵盐出口;20-电解还原池;21-吸收液混合池;211-钴盐补充装置;22-氨水混合池;23-碳铵分解罐;24-浓缩液排放管道;25-氧化风入口;26-浓缩堰;27-循环泵;28-池底格栅;29-废气再入口;30-烟帽;301-烟帽盖;31-回流收集区;32-螺旋喷嘴;321-O型圈;33-工艺水池;34-原氨水罐;35-吸收液泵出管;351-计量泵;36-散气管;37-逸气管;38-氧化区;39-结晶液出口;40-结晶液管线;41-喷淋格栅;42-辅助电加热器。

具体实施方式

本发明的实施方式原理是这样的:

将NH3添加到钴盐(例如硝酸钴、氯化钴、醋酸钴等)的水溶液中可以形成钴的络合物

Figure PCTCN2016102700-appb-000014
可以与工业锅炉烟气中残余的O2通过反应(1)生成类似H2O2的具有氧化作用的桥式络合物:[(NH3)5Co-O-O-Co(NH3)5]4+

Figure PCTCN2016102700-appb-000015

同时,

Figure PCTCN2016102700-appb-000016
能络合NO,将NO由气相转化为液相,反应如式(2)所示:

Figure PCTCN2016102700-appb-000017

在液相中,络合的NO能被桥式化合物[(NH3)5Co-O-O-Co(NH3)5]4+氧化为络合的NO2(以[Co(NH3)5NO2]2+形式),[Co(NH3)5NO2]2+溶解在氨水NH3·H2O中形成NH4NO2和NH4NO3

Figure PCTCN2016102700-appb-000018
同时氧化和吸收NO的总反应如式(3)所示:

Figure PCTCN2016102700-appb-000019

Figure PCTCN2016102700-appb-000020

氨水溶液是碱性,可以吸收烟气中的SO2,反应如式(5)、式(6)和式(7)所示:

SO2+NH3+H2O→NH4HSO3                          (5)

NH4HSO3+NH3→(NH4)2SO3                        (6)

SO2+(NH4)SO3+H2O→2NH4HSO3                   (7)

同时,亚硫酸铵可以被[(NH3)5Co-O-O-Co(NH3)5]4+氧化,如式(8)所示:

Figure PCTCN2016102700-appb-000021

氧化生成的

Figure PCTCN2016102700-appb-000022
可进一步与氨反应生成(NH4)2SO4

另外,脱硫反应生成的(NH4)2SO3还可以和NO、NO2反应生成N2,从而实现脱除NOx的目标,反应如下:

2NO+2(NH4)2SO3→2(NH4)2SO4+N2                    (9)

2NO2+4(NH4)2SO3→4(NH4)2SO4+N2                   (10)

在反应(4)中生成的NH4NO2以及反应(5)中生成的(NH4)2SO3不稳定,可以与O2进一步发生氧化反应生成NH4NO3和(NH4)2SO4,反应分别如下:

2(NH4)2SO3+O2→2(NH4)2SO4                       (11)

2NH4NO2+O2→2NH4NO3                        (12)

反应后的硝酸氨NH4NO3和硫酸铵(NH4)2SO4可以作为制造肥料的原材料。由于在反应(3)中,二价的

Figure PCTCN2016102700-appb-000023
会被氧化为三价的
Figure PCTCN2016102700-appb-000024
失去进一步吸收NO的能力,为了保持钴氨溶液吸收NO的能力,须将
Figure PCTCN2016102700-appb-000025
回收后再生为
Figure PCTCN2016102700-appb-000026
这一再生反应和工艺方法是本发明钴盐同时脱硫脱硝技术的关键。

基于上述原理,下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。

图1为本发明的系统示意图,图2为本发明的螺旋喷嘴示意图,图3为本发明的旋风段入口示意图,图4为本发明的烟帽示意图。

一种燃煤工业锅炉同时吸收NOx和SO2的设备,它包括在工业锅炉7后面布置的除尘器9、空气加热器10、吸收塔12、GGH换热器13、引风机16和烟囱17。所述的空气加热器10后面通过第二烟管热段11连接GGH换热器13,GGH换热器13通过第二烟管冷段111与旋风段入口8相连,第二烟管热段11和第二烟管冷段111之间通过GGH换热器热烟气旁通阀112相连;第一烟管热段3的入口布置在GGH换热器13和旋风段入口8之间的管道上,干燥结晶器1通过第一烟管热段3与GGH换热器13的出口相连;在吸收塔12的下部设置池底格栅28和结晶液出口39,结晶液出口39通过结晶液管线40与膜式过滤器19相连,膜式过滤器19通过膜式过滤器铵盐出口192与干燥结晶器1相连,膜式过滤器19通过膜式过滤器钴盐出口191与电解还原池20相连;吸收液混合池21通过管线分别与电解还原池20、氨水混合池22、钴盐补充装置211、计量泵351相连,计量泵的出口与循环泵27的出口通过吸收液泵出管35相连;氨水混合池22分别与碳铵分解罐23和工艺水池33相连;原 氨水罐34与氨水混合池22、碳铵分解罐23相连;干燥结晶器1通过管线与硫铵和硝铵存存放场18相连;吸收塔12的烟气出口121通过第三烟管冷段141、GGH换热器13、第三烟管热段14、烟道15以及引风机16与烟囱17相连;碳铵分解罐23内布置有辅助电加热器42,且碳铵分解罐23通过热风管4与空气加热器10相连。

吸收塔12内部分为喷淋区122、回流收集区31、氧化区38和浓缩结晶区123;在喷淋区122内的喷淋格栅41上布置螺旋喷嘴32;在喷淋格栅41上方布置除雾器124;在回流收集区的底部布置池底格栅28,在池底格栅28上布置烟帽30,池底格栅28将回流收集区31与浓缩结晶区123隔开;循环泵27出口与喷淋格栅41相连,氧化区38与循环泵27入口相连;氧化区38通过浓缩液排放管道24与浓缩结晶区123相连;在浓缩结晶区123布置有液位计6;在喷淋区122的下面布置有废气再入口29;在氧化区38布置有氧化风入口25,氧化风入口25与氧化风机5相连;在浓缩结晶区123前面布置有旋风段入口8。

喷淋格栅41上的螺旋喷嘴32的顶部设置有O型圈321,旋风段入口8内布置有旋流器81,烟帽30上部设置有烟帽盖301,氧化区38内布置有浓缩堰26。池底格栅28与水平面的夹角α为10°,池底格栅上烟帽30的开孔率为30%。

一种燃煤工业锅炉同时吸收NOx和SO2的方法,该方法包括吸收剂制备过程、吸收过程、吸收剂再生过程和副产品回收过程。工业锅炉排放的烟气首先经过除尘设备进行除尘,然后通过脱硫脱硝设施,经过脱硫脱硝反应后产生的铵盐可以作为肥料原料,经过处理后废水及固体废弃物与烟气一起达标排放,其具体包括如下步骤:

1)吸收剂制备过程:在碳铵分解罐23内碳铵作为原料被来自空气加热器10内的热空气和辅助电加热器42加热产生NH3;NH3进入氨水混合池22与来自工艺水池33的工艺水混合形成质量浓度10-20wt%的浓氨水,利用来自原氨水罐34内的氨水调整氨水混合池22内的氨水浓度;来自膜式过滤器钴盐出口191和来自钴盐补充装置221的二价钴离子Co2+与来自氨水混合池22内的氨水在吸收液混合池21内混合,形成pH值为4~11的水合

Figure PCTCN2016102700-appb-000027
吸收液;

2)NOx和SO2吸收过程:工业锅炉7排出的烟气进入GGH换热器13,烟气温度降低到70℃以下后通过旋风段入口8进入吸收塔12的浓缩结晶区123;在浓缩结晶区123内烟气把来自于浓缩液排放管道24的液体加热蒸发结晶;进入浓缩结晶区123的烟气通过布置在池底格栅28上的烟帽30穿过回流收集区31进入到喷淋区122;循环泵27从浓缩堰26的下方氧化区38抽取吸收液打入到喷淋格栅41,从布置在喷淋格栅41上的螺旋喷嘴32喷入到喷淋区122,喷淋的气液比在10~50L/Nm3;在喷淋区内,吸收液内的

Figure PCTCN2016102700-appb-000028
(NH4)2SO3、NH3与烟气中的O2、SO2、NOx发生反应而吸收气态污染物,并生成
Figure PCTCN2016102700-appb-000029
NH4NO2、NH4HSO3溶于吸收液中,经回流收集区31越过浓缩堰26自流到氧化区38,NH4NO2、NH4HSO3被氧化风机5送入的空气氧化;脱除气态污染物后的烟气流经除雾器124除去水滴 后进入到GGH换热器13升温,然后经引风机16排入到烟囱17;

3)吸收剂再生过程:在NOx、SO2吸收过程中生成的含有

Figure PCTCN2016102700-appb-000030
NH4NO2、NH4NO3、NH4HSO3、(NH4)2SO3和(NH4)2SO4离子的溶液从旋风段入口8下方的管道流入到膜式过滤器19,膜式过滤器内膜的内外工作压差为0.1~1.0MPa;在膜式过滤器19内大分子的
Figure PCTCN2016102700-appb-000031
Figure PCTCN2016102700-appb-000032
被截留后送入到电解还原池20,在电解还原池20内
Figure PCTCN2016102700-appb-000033
还原为
Figure PCTCN2016102700-appb-000034
进入到吸收液混合池21内混合形成吸收液;

4)副产品回收过程:来自膜式过滤器19的富含铵盐的溶液进入到干燥结晶器1内,被来第一烟管热段3的烟气加热蒸发结晶,温度降低后的烟气经第一烟管冷段2送入到旋风段入口(8)。在干燥结晶器1内可回收NH4NO2、NH4NO3、NH4HSO3、(NH4)2SO3和(NH4)2SO4等资源。

干燥结晶器1出来的废气中含有NH3等,从逸气口37排出进入吸收塔12上的废气再入口29后送回到吸收塔12内,一方面可以继续吸收烟气中的SO和NOx,另一方面也可降低回收环节本身的排放。布置在碳铵分解罐23上的散气管36可以在事故时排放NH3和空气的混合物。在浓缩洁净区123的液位计6可以用来观察液位,当液位较低时,可打开浓缩液排放管道24上的阀门从氧化区38放入液体。

在第二烟管热段11、第二烟管冷段111、第一烟管热段3、第三烟管热段14、第三烟管冷段141等管道上布置有一些阀门,这些阀门可以调节旁路流量,从而起到调节温度作用。例如,通过调节GGH换热器热烟气旁通阀112可以改变进入GGH换热13的热烟气流量,从而调整通过旋风段入口8进入到吸收塔12内的烟气温度,避免因烟气过高,而导致吸收NOx的效率降低。GGH换热冷烟气旁通阀131可以调节进入烟囱17的烟气温度,避免因烟气温度低于露点温度而出现的“白羽”现象。

布置在吸收塔12前的除尘器9可以去除烟气中的灰尘,避免灰尘与吸收剂接触和吸附吸收剂,从而影响吸收剂的利用率。

吸收塔8内的螺旋喷嘴32顶部布置有O型圈321,O型圈可以促进吸收剂的雾化,提高吸收剂与烟气的混合效率,促进吸收。O型圈的大小以及与螺旋喷准顶端的距离与液体流量、流速、压力、需要的雾化粒度等有关。吸收塔内烟帽30上部的烟帽盖301可以调节进入吸收塔内烟气的流动均匀度,避免出现烟气流动死角。

原氨水罐34内存放的是高浓度氨水(浓度可达28wt%),该罐内的氨水一方面可以调节氨水混合池内的氨水浓度,另外可以与碳铵分解罐内产生的NH3互为备用和补充,提高系统的安全性和可靠性。循环泵27也设置多台,可互为备用。

碳铵分解罐23内辅助电加热器42的工作电压为220V。

理论上,本方法需要消耗的脱硫脱硝剂为(NH4)2CO3,其中的钴盐仅仅起反应载体或者催化剂的作用。但事实上,在钴盐回收过程中,钴盐有损失,因而需要通过钴盐补充装置211 补充氯化钴、硝酸钴或者醋酸钴等钴盐到吸收液混合池21中,然后通过计量泵351、吸收液泵出管35送入循环泵27的出口管线上。

Claims (6)

  1. 一种燃煤工业锅炉同时吸收NOx和SO2的设备,它包括布置在工业锅炉(7)后面的除尘器(9)、空气加热器(10)、吸收塔(12)、GGH换热器(13)、引风机(16)和烟囱(17),其特征在于:所述的空气加热器(10)通过第二烟管热段(11)连接GGH换热器(13),GGH换热器(13)通过第二烟管冷段(111)与旋风段入口(8)相连,第二烟管热段(11)和第二烟管冷段(111)之间通过GGH换热器热烟气旁通阀(112)相连;第一烟管热段(3)的热烟气入口布置在GGH换热器(13)和旋风段入口(8)之间的管道上,干燥结晶器(1)通过第一烟管热段(3)与GGH换热器(13)的出口相连;在吸收塔(12)的下部设置池底格栅(28)和结晶液出口(39),结晶液出口(39)通过结晶液管线(40)与膜式过滤器(19)相连,膜式过滤器(19)通过膜式过滤器铵盐出口(192)与干燥结晶器(1)相连,膜式过滤器(19)通过膜式过滤器钴盐出口(191)与电解还原池(20)相连;吸收液混合池(21)通过管线分别与电解还原池(20)、氨水混合池(22)、钴盐补充装置(211)、计量泵(351)相连,计量泵(351)的出口与循环泵(27)的出口通过吸收液泵出管(35)相连;氨水混合池(22)分别与碳铵分解罐(23)和工艺水池(33)相连;原氨水罐(34)与氨水混合池(22)、碳铵分解罐(23)相连;干燥结晶器(1)通过管线与硫铵和硝铵存存放场(18)相连;吸收塔(12)的烟气出口(121)通过第三烟管冷段(141)、GGH换热器(13)、第三烟管热段(14)、烟道(15)以及引风机(16)与烟囱(17)相连;碳铵分解罐(23)内布置有辅助电加热器(42),且碳铵分解罐(23)通过热风管(4)与空气加热器(10)相连。
  2. 按照权利要求1所述的一种燃煤工业锅炉同时吸收NOx和SO2的设备,其特征在于:吸收塔(12)内部分为喷淋区(122)、回流收集区(31)、氧化区(38)和浓缩结晶区(123);在喷淋区(122)内的喷淋格栅(41)上布置螺旋喷嘴(32);在喷淋格栅(41)上方布置除雾器(124);在回流收集区的底部布置池底格栅(28),在池底格栅(28)上布置烟帽(30),池底格栅(28)将回流收集区(31)与浓缩结晶区(123)隔开;循环泵(27)出口与喷淋格栅(41)相连,氧化区(38)与循环泵(27)入口相连;氧化区(38)通过浓缩液排放管道(24)与浓缩结晶区(123)相连;在浓缩结晶区(123)布置有液位计(6);在喷淋区(122)的下面布置有废气再入口(29);在氧化区(38)布置有氧化风入口(25),氧化风入口(25)与氧化风机(5)相连;在浓缩结晶区(123)前面布置有旋风段入口(8)。
  3. 按照权利要求2所述的一种燃煤工业锅炉同时吸收NOx和SO2的设备,其特征在于:螺旋喷嘴(32)的顶部设置有O型圈(321);旋风段入口(8)内布置有旋流器(81);烟帽(30)上部设置有烟帽盖(301);氧化区(38)内布置有浓缩堰(26)。
  4. 按照权利要求1、2或3所述的一种燃煤工业锅炉同时吸收NOx和SO2的设备,其特征在于:池底格栅(28)与水平面的夹角α为5~20°,池底格栅上烟帽(30)的开孔率为20%~50%。
  5. 采用如权利要求1或2所述设备的一种燃煤工业锅炉同时吸收NOx及SO2的方法,其特征在于所述方法包括如下步骤:
    1)吸收剂制备过程:在碳铵分解罐(23)内碳铵作为原料被来自空气加热器(10)内的热空气和辅助电加热器(42)加热产生NH3;NH3进入氨水混合池(22)与来自工艺水池(33)的工艺水混合形成质量浓度10-20wt%的浓氨水,利用来自原氨水罐(34)内的氨水调整氨水混合池(22)内的氨水浓度;来自膜式过滤器钴盐出口(191)和来自钴盐补充装置(221)的二价钴离子Co2+与来自氨水混合池(22)内的氨水在吸收液混合池(21)内混合,形成pH值为4~11的水合
    Figure PCTCN2016102700-appb-100001
    吸收液;
    2)NOx和SO2吸收过程:工业锅炉(7)排出的烟气进入GGH换热器(13),烟气温度降低到70℃以下后通过旋风段入口(8)进入吸收塔(12)的浓缩结晶区(123);在浓缩结晶区(123)内烟气把来自于浓缩液排放管道(24)的液体加热蒸发结晶;进入浓缩结晶区(123)的烟气通过布置在池底格栅(28)上的烟帽(30)穿过回流收集区(31)进入到喷淋区(122);循环泵(27)从浓缩堰(26)的下方氧化区(38)抽取吸收液打入到喷淋格栅(41),从布置在喷淋格栅(41)上的螺旋喷嘴(32)喷入到喷淋区(122),喷淋的气液比在10~50L/Nm3;在喷淋区内,吸收液内的
    Figure PCTCN2016102700-appb-100002
    (NH4)2SO3和NH3与烟气中的O2、SO2和NOx发生反应而吸收气态污染物,并生成
    Figure PCTCN2016102700-appb-100003
    NH4NO2和NH4HSO3溶于吸收液中,经回流收集区(31)越过浓缩堰(26)自流到氧化区(38),NH4NO2和NH4HSO3被氧化风机(5)送入的空气氧化;脱除气态污染物后的烟气流经除雾器(124)除去水滴后进入到GGH换热器(13)升温,然后经引风机(16)排入到烟囱(17);
    3)吸收剂再生过程:在NOx和SO2吸收过程中生成的含有
    Figure PCTCN2016102700-appb-100004
    NH4NO2、NH4NO3、NH4HSO3、(NH4)2SO3和(NH4)2SO4离子的溶液从旋风段入口(8)下方的管道流入到膜式过滤器(19),在膜式过滤器(19)内大分子的
    Figure PCTCN2016102700-appb-100005
    Figure PCTCN2016102700-appb-100006
    被截留后送入到电解还原池(20),在电解还原池(20)内
    Figure PCTCN2016102700-appb-100007
    还原为
    Figure PCTCN2016102700-appb-100008
    进入到吸收液混合池(21)内混合形成吸收液;
    4)副产品回收过程:来自膜式过滤器(19)的富含铵盐的溶液进入到干燥结晶器(1)内,被来第一烟管热段(3)的烟气加热蒸发结晶,温度降低后的烟气经第一烟管冷段(2)送入到旋风段入口(8)。
  6. 按照权利要求5所述的一种燃煤工业锅炉同时吸收NOx和SO2的方法,其特征在于:膜式过滤器(19)中膜内外的工作压差为0.1~1.0MPa。
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