CN105771577A - 一种制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环境污染治理技术领域，特别涉及一种制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的装置和方法。本发明装置包括一个Y型三通管道，其中两条呈V型的管道之间的夹角为55°~65°，作为两条进料管道，剩余的第三条管道作为混合反应发生器，在管道的出口端安装有分配喷雾装置，分配喷雾装置包括安全阀和若干个并联的喷淋头，喷淋头能够直接深入到烟气管道中，含二氧化氯的混合物与烟气均匀混合发生脱硝反应。本发明能够使反应产生的含二氧化氯的混合物有序可控地进入到烟气脱硝流程，细雾状的二氧化氯与烟气的反应更加充分，并能通过分配喷雾装置根据烟气条件调节二氧化氯的出料量。

Description

一种制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的装置和方法
技术领域
本发明属于环境污染治理技术领域，特别涉及一种制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的装置和方法。
背景技术
为防止锅炉内燃烧后产生过多的NOx污染环境，需要对烟气进行脱硝处理。根据脱硝原理不同可分为还原脱硝和氧化脱硝。
其中还原脱硝包括选择性非催化还原脱硝法（SNCR）和选择性催化还原脱硝法（SCR）。所述的非选择性还原脱硝法（SNCR）是一种不使用催化剂，在850～1100℃温度范围内还原NOx的方法，最常使用的药品为氨和尿素；一般来说，SNCR脱硝效率对大型燃煤机组可达25%～40%，对小型机组可达80%；由于该法受锅炉结构尺寸影响很大，多用作低氮燃烧技术的补充处理手段；其工程造价低、布置简易、占地面积小，适合老厂改造，新厂可以根据锅炉设计配合使用；但SNCR工艺要求的温度窗口小，如喷氨不合理会损坏锅炉及后续设备，同时SNCR脱硝存在效率低等问题。所述的选择性催化还原法（SCR）是利用还原剂(NH3，尿素)在金属催化剂作用下，选择性地与NOx反应生成N2和H2O，而不是被O2氧化，故称为“选择性”还原；世界上流行的SCR工艺主要分为氨法SCR和尿素法SCR两种，此两种方法都是利用氨对NOx的还原功能，在催化剂的作用下将NOx(主要是NO)还原为对大气没有多少影响的N2和水，还原剂为NH3；在SCR中使用的催化剂大多以TiO2为载体，以V2O5或V2O5-WO3或V2O5-MoO3为活性成分，应用于烟气脱硝中的SCR催化剂可分为高温催化剂（345℃～590℃）、中温催化剂（260℃～380℃）和低温催化剂（80℃～300℃），不同的催化剂适宜的反应温度不同；如果反应温度偏低，催化剂的活性会降低，导致脱硝效率下降，且如果催化剂持续在低温下运行会使催化剂发生永久性损坏；如果反应温度过高，NH3容易被氧化，NOx生成量增加，还会引起催化剂材料的相变，使催化剂的活性退化；国内外SCR***大多采用高温，反应温度区间为315℃～400℃；该法脱硝效率高，价格相对低廉，广泛应用在国内外工程中，成为电站烟气脱硝的主流技术；但SCR工艺目前主要应用在电厂等大的锅炉机组上，锅炉工况稳定，而工业锅炉由于锅炉负荷较小，工况不稳定，容易造成SCR催化剂堵塞、中毒、失活等问题，处理不及时将大大影响脱硝效率，使烟气不能达标排放，甚至影响整个SCR***的稳定运行。
目前的氧化脱硝得到应用的方法主要是臭氧氧化法脱硝。主要是利用臭氧的强氧化性，将烟气中的低价态氮氧化物氧化为高价态氮氧化物，然后在洗涤塔内将氮氧化物吸收，达到脱除的目的。但由于目前臭氧产生设备产生臭氧的效率低，使其应用得到限制，仅适用于小流量烟气的脱硝治理。
早在1811年，美国科学家H.Davery利用KClO3水溶液和盐酸反应，首次合成并收集了二氧化氯气体。由于二氧化氯空气中的体积浓度超过10％便有***性，具有与氯气相似的刺激气体，有窒息性臭味。限制了其推广应用。直到20世纪30年代，ClO2才得以安全且经济地规模生产，开始了工业化的广泛应用。1944年，二氧化氯首次作为消毒剂用于处理美国纽约州尼加拉大瀑布城的饮用水，之后迅速推广到全世界。中国应用二氧化氯消毒技术始于八十年代。1987年，广东省卫生监督部门批准其可以用于食品消毒、保鲜及食品设备、用具消毒。1990年上海卫生管理部门批准其可以用于水处理、食品加工以及水产养殖、除臭等。我国***也在2000年前明确提出，逐步用二氧化氯替代氯气进行饮用水的消毒。由于高浓度二氧化氯危险性大，运输困难，只能现场制备，现场使用。但成功其应用仅限于在水处理相关领域，但是目前所使用的二氧化氯生产设备由于转化率低，反应速度慢，不适应烟气的波动，限制其成功应用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的装置和方法，目的是迅速、高效地制备出二氧化氯，并将其直接用于烟气脱硝，为烟气后续处理打下良好基础。
实现本发明目的的制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的装置包括一个Y型三通管道，其中两条呈V型的管道之间的夹角为55°~65°，作为两条进料管道，并在管道上安装有逆止阀，剩余的第三条管道作为混合反应发生器，在管道的出口端安装有压力表和分配喷雾装置，其中所述的分配喷雾装置包括安全阀和若干个并联的喷淋头，喷淋头能够直接深入到烟气管道中。
其中，所述的作为混合反应发生器的第三条管道长度为950~1200mm。
采用上述制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的装置进行制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的方法按照以下步骤进行：
（1）以质量浓度为15~18%氯酸钠溶液和质量浓度为31%的工业盐酸为原料，将原料预先加热至55~70℃，然后采用计量泵，按照体积比工业盐酸：氯酸钠溶液=1:（1~1.2）的比例将氯酸钠溶液和工业盐酸分别送入三通管道的两条夹角为55°~65°的V型管中，在第三条管道中进行混合反应；
（2）管道中发生混合反应后得到含强氧化剂ClO2的混合物，通过管道出口端的分配喷雾装置均匀分配后将气液混合物分散成细雾状，分配喷雾装置的喷淋头直接深入到烟气管道中，将其与烟气均匀混合，烟气中的低价态氮氧化物（NO）即与ClO2发生氧化还原反应，低价态氮氧化物（NO）被氧化为高价态的氮氧化物（NO2），氧化后产物用碱液进行吸收。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
现有技术中二氧化氯使用收到的最大限制因素就是其不稳定和不可控性。与现有技术相比，本发明的制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的装置通过设置一个三通管道，将三通管道中的一条作为管道反应器，长度为950~1200mm，夹角为55°~65°的管道作为两条进料管道，当进料管道的夹角为55°~65°时，原料的流量、压力能够得到最优控制效果，使氧化反应迅速地在管道反应器内发生，整个过程最快只有十几秒，而通过在管道反应器出口端设置分配喷雾装置，能够使反应产生的含二氧化氯的混合物有序可控地进入到烟气脱硝流程，同时在两条进料管道上安装有逆止阀能够防止送料过程中计量泵停泵时发生回灌，管路上的压力表和安全阀也能够防止管道压力过大，方便及时控制调整进料过程。
细雾状的含强氧化剂ClO2的混合物与烟气均匀混合后，烟气中的低价态氮氧化物（NO）即与ClO2发生氧化还原反应，低价态氮氧化物（NO）被氧化为高价态的氮氧化物（NO2），氧化后产物用碱液进行吸收，细雾状的二氧化氯与烟气的反应更加充分，并能通过分配喷雾装置根据烟气条件调节二氧化氯的出料量，二氧化氯氧化剂具体发生的反应是：
2NaClO3+4HCl→2NaCl+2ClO2+Cl2+2H2O
Cl2+NO+H2O→NO2+2HCl
2ClO2+5NO+H2O→5NO2+2HCl
2NaOH+3NO2→2NaNO3+NO+H2O
2NaOH+NO2+NO→2NaNO2+H2O
HCl+NaOH→NaCl+H2O
若烟气中含有SO2，则在烟气中发生如下反应：
SO2+H2O→H2SO3
NO+NO2+H2O→HNO2
H2SO3+HNO2→N2+H2SO4
此过程中脱硫脱硝同时进行，能够减少烟气后续处理负担。
附图说明
图1是本发明的制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的装置示意图；
其中：1：三通管道；2：逆止阀；3：分配喷雾装置；4：喷淋头；5：压力表；6：安全阀。
具体实施方式
本发明实施例的制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的装置如图1所示，包括一个Y型三通管道1，其中两条呈V型的管道之间的夹角为55°~65°，作为两条进料管道，并在管道上安装有逆止阀2，剩余的第三条管道作为混合反应发生器，在管道的出口端安装有压力表5和分配喷雾装置3，其中所述的分配喷雾装置3包括安全阀6和若干个并联的喷淋头4，喷淋头4能够直接深入到烟气管道中。
实施例1
本实施例采用图1所示的制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的装置制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的方法按照以下步骤进行：
（1）以质量浓度为15%氯酸钠溶液和质量浓度为31%的工业盐酸为原料，将原料预先加热至55℃，然后采用计量泵，按照体积比工业盐酸：氯酸钠溶液=1:1.2的比例将氯酸钠溶液和工业盐酸分别送入三通管道的两条夹角为55°的V型管中，在第三条管道中进行混合反应；
（2）管道中发生混合反应后得到含强氧化剂ClO2的混合物，通过管道出口端的分配喷雾装置均匀分配后将气液混合物分散成细雾状，分配喷雾装置的喷淋头直接深入到烟气管道中，某化工厂锅炉以水煤浆为燃料，吨位为75t/h，烟气流量70000m3/h，烟气温度55℃左右，烟气中氮氧化物平均浓度为450mg/Nm3，将其与烟气均匀混合，烟气中的低价态氮氧化物（NO）即与ClO2发生氧化还原反应，低价态氮氧化物（NO）被氧化为高价态的氮氧化物（NO2），氧化后产物用碱液进行吸收，经检测烟道出口处氮氧化物的浓度达到65mg/Nm3，达到国家GB13223-2011规定的排放标准（100mg/Nm3）。
实施例2
本实施例采用图1所示的制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的装置制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的方法按照以下步骤进行：
（1）以质量浓度为16%氯酸钠溶液和质量浓度为31%的工业盐酸为原料，将原料预先加热至68℃，然后采用计量泵，按照体积比工业盐酸：氯酸钠溶液=1:1.1的比例将氯酸钠溶液和工业盐酸分别送入三通管道的两条夹角为65°的V型管中，在第三条管道中进行混合反应；
（2）管道中发生混合反应后得到含强氧化剂ClO2的混合物，通过管道出口端的分配喷雾装置均匀分配后将气液混合物分散成细雾状，分配喷雾装置的喷淋头直接深入到烟气管道中，某化工厂锅炉以水煤浆为燃料，吨位为75t/h，烟气流量70000m3/h，烟气温度55℃左右，烟气中氮氧化物平均浓度为450mg/Nm3，将其与烟气均匀混合，烟气中的低价态氮氧化物（NO）即与ClO2发生氧化还原反应，低价态氮氧化物（NO）被氧化为高价态的氮氧化物（NO2），氧化后产物用碱液进行吸收，经检测烟道出口处氮氧化物的浓度达到45mg/Nm3，达到国家GB13223-2011规定的排放标准（100mg/Nm3）。
实施例3
本实施例采用图1所示的制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的装置制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的方法按照以下步骤进行：
（1）以质量浓度为17%氯酸钠溶液和质量浓度为31%的工业盐酸为原料，将原料预先加热至65℃，然后采用计量泵，按照体积比工业盐酸：氯酸钠溶液=1:1的比例将氯酸钠溶液和工业盐酸分别送入三通管道的两条夹角为60°的V型管中，在第三条管道中进行混合反应；
（2）管道中发生混合反应后得到含强氧化剂ClO2的混合物，通过管道出口端的分配喷雾装置均匀分配后将气液混合物分散成细雾状，分配喷雾装置的喷淋头直接深入到烟气管道中，某化工厂锅炉以水煤浆为燃料，吨位为75t/h，烟气流量70000m3/h，烟气温度55℃左右，烟气中氮氧化物平均浓度为450mg/Nm3，将其与烟气均匀混合，烟气中的低价态氮氧化物（NO）即与ClO2发生氧化还原反应，低价态氮氧化物（NO）被氧化为高价态的氮氧化物（NO2），氧化后产物用碱液进行吸收，经检测烟道出口处氮氧化物的浓度达到28mg/Nm3，达到国家GB13223-2011规定的排放标准（100mg/Nm3）。
实施例4
本实施例采用图1所示的制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的装置制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的方法按照以下步骤进行：
（1）以质量浓度为18%氯酸钠溶液和质量浓度为31%的工业盐酸为原料，将原料预先加热至55℃，然后采用计量泵，按照体积比工业盐酸：氯酸钠溶液=1:1.2的比例将氯酸钠溶液和工业盐酸分别送入三通管道的两条夹角为55°的V型管中，在第三条管道中进行混合反应；
（2）管道中发生混合反应后得到含强氧化剂ClO2的混合物，通过管道出口端的分配喷雾装置均匀分配后将气液混合物分散成细雾状，分配喷雾装置的喷淋头直接深入到烟气管道中，某电厂锅炉以煤为燃料，吨位为130t/h，烟气流量140000m3/h，烟气温度50℃左右，烟气中氮氧化物平均浓度为400mg/Nm3，将其与烟气均匀混合，烟气中的低价态氮氧化物（NO）即与ClO2发生氧化还原反应，低价态氮氧化物（NO）被氧化为高价态的氮氧化物（NO2），氧化后产物用碱液进行吸收，经检测烟道出口处氮氧化物的浓度达到70mg/Nm3，达到国家GB13223-2011规定的排放标准（100mg/Nm3）。
实施例5
本实施例采用图1所示的制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的装置制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的方法按照以下步骤进行：
（1）以质量浓度为18%氯酸钠溶液和质量浓度为31%的工业盐酸为原料，将原料预先加热至60℃，然后采用计量泵，按照体积比工业盐酸：氯酸钠溶液=1:1.1的比例将氯酸钠溶液和工业盐酸分别送入三通管道的两条夹角为65°的V型管中，在第三条管道中进行混合反应；
（2）管道中发生混合反应后得到含强氧化剂ClO2的混合物，通过管道出口端的分配喷雾装置均匀分配后将气液混合物分散成细雾状，分配喷雾装置的喷淋头直接深入到烟气管道中，某电厂锅炉以煤为燃料，吨位为130t/h，烟气流量140000m3/h，烟气温度50℃左右，烟气中氮氧化物平均浓度为400mg/Nm3，将其与烟气均匀混合，烟气中的低价态氮氧化物（NO）即与ClO2发生氧化还原反应，低价态氮氧化物（NO）被氧化为高价态的氮氧化物（NO2），氧化后产物用碱液进行吸收，经检测烟道出口处氮氧化物的浓度达到48mg/Nm3，达到国家GB13223-2011规定的排放标准（100mg/Nm3）。
实施例6
本实施例采用图1所示的制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的装置制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的方法按照以下步骤进行：
（1）以质量浓度为15%氯酸钠溶液和质量浓度为31%的工业盐酸为原料，将原料预先加热至70℃，然后采用计量泵，按照体积比工业盐酸：氯酸钠溶液=1:1的比例将氯酸钠溶液和工业盐酸分别送入三通管道的两条夹角为60°的V型管中，在第三条管道中进行混合反应；
（2）管道中发生混合反应后得到含强氧化剂ClO2的混合物，通过管道出口端的分配喷雾装置均匀分配后将气液混合物分散成细雾状，分配喷雾装置的喷淋头直接深入到烟气管道中，某电厂锅炉以煤为燃料，吨位为130t/h，烟气流量140000m3/h，烟气温度50℃左右，烟气中氮氧化物平均浓度为400mg/Nm3，将其与烟气均匀混合，烟气中的低价态氮氧化物（NO）即与ClO2发生氧化还原反应，低价态氮氧化物（NO）被氧化为高价态的氮氧化物（NO2），氧化后产物用碱液进行吸收，经检测烟道出口处氮氧化物的浓度达到15mg/Nm3，达到国家GB13223-2011规定的排放标准（100mg/Nm3）。

Claims (4)

1.一种制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的装置，其特征在于装置包括一个Y型三通管道，其中两条呈V型的管道之间的夹角为55°~65°，作为两条进料管道，并在管道上安装有逆止阀，剩余的第三条管道作为混合反应发生器，在管道的出口端安装有压力表和分配喷雾装置，其中所述的分配喷雾装置包括安全阀和若干个并联的喷淋头，喷淋头能够直接深入到烟气管道中。
2.根据权利要求1所述的一种制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的装置，其特征在于所述的作为混合反应发生器的第三条管道长度为950~1200mm。
3.采用如权利要求1所述的制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的装置进行制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的方法，其特征在于按照以下步骤进行：
（1）以氯酸钠溶液和工业盐酸为原料，将原料预先加热至55~70℃，然后采用计量泵，按照体积比氯酸钠溶液：工业盐酸=1:（1~1.2）的比例将氯酸钠溶液和工业盐酸分别送入三通管道的两条夹角为55°~65°的V型管中，在第三条管道中进行混合反应；
（2）管道中发生混合反应后得到含强氧化剂ClO2的混合物，通过管道出口端的分配喷雾装置均匀分配后将气液混合物分散成细雾状，分配喷雾装置的喷淋头直接深入到烟气管道中，将其与烟气均匀混合，烟气中的低价态氮氧化物即与ClO2发生氧化还原反应，低价态氮氧化物被氧化为高价态的氮氧化物，氧化后产物用碱液进行吸收。
4.根据权利要求3所述的一种制备二氧化氯并将其用于烟气脱硝的方法，其特征在于所述的氯酸钠溶液质量浓度为15~18%，工业盐酸质量浓度为31%。
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