CN107497298B - 燃煤电站烟气干式氨法低温多污染物综合净化***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了燃煤电站烟气干式氨法低温多污染物综合净化***和方法，该***包括二级复合式反应器、氨喷入装置、催化剂输送装置、再生塔和催化剂返回输送装置；二级复合式反应器包括脱硫反应腔和脱硝反应腔；脱硫反应腔设有催化剂入口、催化剂出口、烟气入口和氨气入口；脱硝反应腔内设有氨气入口、净烟气出口；氨喷入装置包括第一喷氨管和第二喷氨管，第一喷氨管连通于脱硫反应腔的氨气入口，第二喷氨管通于脱硝反应腔的氨气入口；再生塔的入口设于催化剂输送装置的出料端；再生塔的出口设于催化剂返回输送装置的上方，催化剂返回输送装置的出料端与脱硫反应腔的催化剂入口连通。应用本发明***和方法可实现较高的脱硫脱硝性能。
Description
技术领域
本发明属于大气污染控制领域，涉及一种燃煤电站烟气干式氨法低温多污染物综合净化***和方法。
背景技术
煤炭占我国一次能源生产和消耗的比例一直在70％以上，燃烧过程中产生的NOx、SO2、SO3等是烟气中的主要污染物质。严格控制燃煤电站NOx、SO2、SO3等大气污染物的排放，既是社会经济发展的国家需求，更是电力工业绿色、和谐、可持续发展的行业需求。
《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)中规定了燃煤电厂烟气中烟尘、SO2、NOx的排放浓度限值分别为30mg/Nm3、100mg/Nm3、100mg/Nm3，国家环境保护部办公厅于2015年12月11日发布《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》，要求全国所有具备改造条件的燃煤电厂在2020年以前力争实现超低排放，即烟气中烟尘、SO2、NOx的排放浓度限值分别为10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3，对燃煤电厂提出了更严格的环保排放要求。近年来燃煤火电机组超低排放改造的技术基本已原有的针对单一污染物的治理技术为基础，即针对煤燃电站产生的二氧化硫、氮氧化物、烟尘等多种污染物，主要采用末端治理的方法控制其排放，即在燃烧设备的尾部串联安装脱硝、除尘和脱硫设施，随着环保要求逐渐严格，在串联设施的基础上进行改造增效，***日趋复杂，烟道阻力随之增大，烟道通风能耗也随之增大，另外设备投资、占地面积和运行费用也都随之大幅增加，***的复杂性也使得环保设备的投运影响其他设备的运行(如SCR***导致的氨逃逸会增加省煤器等下游设备的阻塞风险)其不合理性日渐呈现。因此，研究开发新兴的燃煤电站多种污染物的综合控制技术，既是“资源节约型、环境友好型”社会建设的需要，也是电力工业绿色和谐可持续发展的需要。
专利201310415859.4提出了一种可以吸附脱除烟气中二氧化硫、催化脱除烟气中氮氧化物的低温SCR催化剂，专利201420240959.8提出了可将此催化剂应用于工业实践的反应器，但是由于催化剂催化活性较低，反应器床层较密，同时需要一定厚度，增加***压力损失，限制了该方法的应用范围。专利201010606894、201010611242.6提出了活性较高低温SCR催化剂制备方法，专利201110434570.8更进一步提出了工业化制备的蜂窝状低温SCR催化剂，但这些催化剂在二氧化硫浓度较高时失活较快，限制了其在火电厂烟气条件下的应用推广。
提出一种烟气压力损失相对较低，同时保持较高二氧化硫、氮氧化物综合脱除能力的应用方案，是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种燃煤电站烟气干式氨法低温多污染物综合净化***和方法，以有效控制烟气中NOx、SO2、SO3等污染物。
上述目的是通过如下技术方案实现的：
一种燃煤电站烟气干式氨法低温多污染物综合净化***，包括二级复合式反应器、氨喷入装置、催化剂输送装置、再生塔和催化剂返回输送装置；
所述二级复合式反应器包括竖直并排设置的脱硫反应腔和脱硝反应腔，脱硫反应腔和脱硝反应腔的顶部连通；所述脱硫反应腔的内壁设有向下倾斜布置的导流板，上部一侧设有催化剂入口，底部设有催化剂出口，催化剂出口设有振动筛，振动筛的出料口设于所述催化剂输送装置的上方，下部一侧设有烟气入口和氨气入口；所述脱硝反应腔内设有用于放置SCR脱硝催化剂的支架或筛板，上部一侧设有氨气入口，下部一侧设有净烟气出口；还包括净烟气导流单元，净烟气导流单元包括设于脱硫反应腔侧壁与脱硫反应腔连通的导流喷嘴、连接导流喷嘴和净烟气出口的导流管道和设于导流管道上的导流风机；净烟气导流单元将温度较低的净烟气引流到脱硫反应腔，可以显著提高硫酸铵和硫酸氢铵在脱硫催化剂表面的凝结吸附量和吸附效率，在脱硫催化剂用量一定的前提下有效提高烟气脱硫效果。
所述氨喷入装置包括第一喷氨管和第二喷氨管，第一喷氨管和第二喷氨管的一端经喷氨管道与氨气空气混合气源连通，第一喷氨管的另一端连通于脱硫反应腔的氨气入口，第二喷氨管的另一端连通于脱硝反应腔的氨气入口；
所述再生塔为脱硫催化剂再生塔，再生塔的入口设于所述催化剂输送装置的出料端；再生塔的出口设于所述催化剂返回输送装置的上方，所述催化剂返回输送装置的出料端与所述脱硫反应腔的催化剂入口连通；
还设有新催化剂加料装置，新催化剂加料装置的出口与催化剂输送装置连通。
在脱硫反应腔中颗粒状的脱硫催化剂与气体分流交错移动，提升气固接触，同时，喷入的氨气与SO2在100-150℃区间容易生成硫酸铵和硫酸氢铵，在温度相对较低的导流喷嘴喷出的烟气的引导下，硫酸铵和硫酸氢铵在脱硫催化剂表面发生快速凝结吸附，高效脱除烟气中的SO2；在脱硝反应腔内设置低温SCR催化剂，充分利用低温SCR催化剂在低SO2浓度条件下高效脱除烟气中NOx。
脱硫催化剂可采用分子筛、介孔硅、堇青石等多孔材料表面涂覆酚醛树脂、呋喃、聚乙烯醇等吸附材料，在二氧化碳保护气环境中加热至700℃，并在900℃保持8小时左右活化制成，也可采用专利201310415859.4所述的催化剂，当采用前者时，脱硫反应腔仅脱除烟气中的二氧化硫，当采用后者时，在脱除烟气中二氧化硫时，也脱除一部分氮氧化物。脱硝催化剂可按照专利201110434570.8等低温SCR催化剂制备方法制成蜂窝状或颗粒状SCR催化剂。
优选地，所述催化剂返回输送装置与脱硫反应腔催化剂入口之间还设有缓冲储仓，催化剂返回输送装置的出料端设于缓冲储仓上方，缓冲储仓的出料端与所述脱硫反应腔的催化剂入口连通。
优选地，所述喷氨管道设有氨气预热器。
优选地，所述再生塔上部设有高温蒸汽入口和高温蒸汽出口，下部设有冷却风入口和冷却风出口，还连通有氮气入口和浓缩气出口。再生塔分为高温加热段和冷却段两段，在高温加热段中负载硫酸铵和硫酸氢铵的吸附剂在换热管中通入的高温蒸汽作用下加热至400-500℃发生硫酸铵和硫酸氢铵挥发及分解(试验数据表明在400℃左右开始释放NH3、SO2，在500℃左右达到高速NH3、SO2的释放)；在冷却段冷却后离开再生塔。
优选地，所述再生塔的出口设有振动筛，振动筛的出料口设于所述催化剂返回输送装置的上方。
一种采用上述***进行燃煤电站烟气干式氨法低温多污染物综合净化的方法，过程如下：
(1)燃煤电站锅炉尾部烟气经过除尘器处理后进入所述二级复合式反应器，烟气温度为100-150℃，二氧化硫含量为1000～2500mg/Nm3，三氧化硫含量为1～25mg/Nm3，氮氧化物含量为200～1500mg/Nm3；
(2)颗粒状的脱硫催化剂在脱硫反应腔中从上到下延导流板发生向下滑落运动，待处理烟气从脱硫反应腔的烟气入口进入，同时第一喷氨管喷入氨气，烟气与氨气混合，混合气体与脱硫催化剂充分接触，烟气在移动中SO2与混合气体中的NH3一同吸附在脱硫催化剂表面；混合烟气进入脱硝反应腔，与第二喷氨管喷入的氨气混合，混合烟气与脱硝反应腔内的低温SCR催化剂充分接触，烟气中的NOx与注入的NH3在SCR催化剂的催化作用下发生氧化还原反应，生成N2、H2O无害产物经净烟气出口排出；
(3)吸附饱和的脱硫催化剂从脱硫反应腔底部的催化剂出口排出，经振动筛、催化剂输送装置进入再生塔，再生塔温度保持在300-600℃之间，在氮气吹扫保护下，脱硫催化剂吸附的铵盐分解成SO2、NH3混合浓缩气，该浓缩气进入副产物回收***回收。
(4)经过再生后的脱硫催化剂经过振动筛选筛掉在脱硫过程中由于碰撞挤压产生的粉末，由催化剂返回输送装置送入脱硫反应腔的催化剂入口。
在进入脱硫反应腔前向其中补充一定量的新催化剂，补充量为再生量的0.005％-10％。
本发明的有益效果：
本发明的***和方法可以实现较高的脱硫脱硝性能，二氧化硫脱除率99％以上，氮氧化物的脱除率为70-95％，三氧化硫脱除率在90％以上，不仅适合新建锅炉也适合旧锅炉的改造，对电厂的空间要求低。通过脱硫催化剂连续再生的方式，提高了***运行稳定性和适应性，同时能回收部分硫酸铵，较目前其他的脱硫脱硝方法更具有经济性，在尾部配合湿式静电除尘器脱除烟气中的烟尘，可使烟气达到超低排放标注，适合我国当前的国情，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明***的结构框图；
图中，1-二级复合式反应器(左侧腔体为脱硫反应腔，右侧腔体为脱硝反应腔)，2-第一喷氨管，2’-第二喷氨管；3-催化剂输送装置，4-再生塔，5-催化剂返回输送装置，6-缓冲储仓，7-振动筛，8-新催化剂加料装置，9-氨气预热器，10-浓缩气抽风机，11-导流风机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例具体介绍本发明的技术方案。
实施例1：
如图1所示的一种燃煤电站烟气干式氨法低温多污染物综合净化***，包括二级复合式反应器1、氨喷入装置、催化剂输送装置3、再生塔4和催化剂返回输送装置5；
二级复合式反应器包括竖直并排设置的脱硫反应腔和脱硝反应腔，脱硫反应腔和脱硝反应腔的顶部连通；脱硫反应腔的内壁设有向下倾斜布置的导流板，上部一侧设有催化剂入口，底部设有催化剂出口，催化剂出口设有振动筛7，振动筛的出料口设于催化剂输送装置3的上方，下部一侧设有烟气入口和氨气入口；脱硝反应腔内设有用于放置SCR脱硝催化剂的筛板，上部一侧设有氨气入口，下部一侧设有净烟气出口；还包括净烟气导流单元，净烟气导流单元包括设于脱硫反应腔侧壁与脱硫反应腔连通的导流喷嘴、连接导流喷嘴和净烟气出口的导流管道和设于导流管道上的导流风机11；
氨喷入装置包括第一喷氨管2和第二喷氨管2’，第一喷氨管2和第二喷氨管2’的一端经喷氨管道与氨气空气混合气源连通，第一喷氨管2的另一端连通于脱硫反应腔的氨气入口，第二喷氨管2’的另一端连通于脱硝反应腔的氨气入口，喷氨管道设有氨气预热器9；
再生塔4为脱硫催化剂再生塔，再生塔4的入口设于催化剂输送装置3的出料端；再生塔4的出口设有振动筛，振动筛的出料口设于催化剂返回输送装置5的上方，催化剂返回输送装置5与脱硫反应腔催化剂入口之间设有缓冲储仓6，催化剂返回输送装置5的出料端设于缓冲储仓6上方，缓冲储仓6的出料端与脱硫反应腔的催化剂入口连通。
再生塔上部设有高温蒸汽入口和高温蒸汽出口，下部设有冷却风入口和冷却风出口，还连通有氮气入口和浓缩气出口。再生塔分为高温加热段和冷却段两段，在高温加热段中负载硫酸铵和硫酸氢铵的吸附剂在换热管中通入的高温蒸汽作用下加热至400-500℃发生硫酸铵和硫酸氢铵挥发及分解(试验数据表明在500℃左右达到高速NH3、SO2的释放)；在冷却段冷却后离开再生塔。
还设有新催化剂加料装置8，新催化剂加料装置8的出口与催化剂输送装置3连通。
在脱硫反应腔中颗粒状的脱硫催化剂与气体分流交错移动，提升气固接触，同时，喷入的氨气与SO2在100-150℃区间容易生成硫酸铵和硫酸氢铵，在温度相对较低的导流喷嘴喷出的烟气的引导下，硫酸铵和硫酸氢铵在脱硫催化剂表面发生快速凝结吸附，高效脱除烟气中的SO2；在脱硝反应腔内设置低温SCR催化剂，充分利用低温SCR催化剂在低SO2浓度条件下高效脱除烟气中NOx。
脱硫催化剂可采用分子筛、介孔硅、堇青石表面涂覆酚醛树脂、呋喃、聚乙烯醇等吸附材料，在二氧化碳保护气环境中加热至700℃，并在900℃保持8小时左右活化制成，也可采用专利201310415859.4的催化剂，当采用前者时，脱硫反应腔仅脱除烟气中的二氧化硫，当采用后者时，在脱除烟气中二氧化硫时，也脱除一部分氮氧化物。脱硝催化剂可按照专利201110434570.8等低温SCR催化剂制备方法制成蜂窝状的SCR催化剂。
一种采用上述***进行燃煤电站烟气干式氨法低温多污染物综合净化的方法，过程如下：
(1)燃煤电站锅炉尾部烟气经过除尘器处理后进入所述二级复合式反应器，烟气温度为100-150℃，二氧化硫含量为1000～2500mg/Nm3，三氧化硫含量为1～25mg/Nm3，氮氧化物含量为200～1500mg/Nm3；
(2)颗粒状的脱硫催化剂在脱硫反应腔中从上到下延导流板发生向下滑落运动，待处理烟气从脱硫反应腔的烟气入口进入，同时第一喷氨管喷入氨气，烟气与氨气混合，混合气体与脱硫催化剂充分接触，烟气在移动中SO2与混合气体中的NH3一同吸附在脱硫催化剂表面；混合烟气进入脱硝反应腔，与第二喷氨管喷入的氨气混合，混合烟气与脱硝反应腔内的低温SCR催化剂充分接触，烟气中的NOx与注入的NH3在SCR催化剂的催化作用下发生氧化还原反应，生成N2、H2O无害产物经净烟气出口排出；
(3)吸附饱和的脱硫催化剂从脱硫反应腔底部的催化剂出口排出，经振动筛、催化剂输送装置进入再生塔，再生塔温度保持在300-600℃之间，在氮气吹扫保护下，脱硫催化剂吸附的铵盐分解成SO2、NH3混合浓缩气，该浓缩气进入副产物回收***回收。
(4)经过再生后的脱硫催化剂经过振动筛选筛掉在脱硫过程中由于碰撞挤压产生的粉末，由催化剂返回输送装置送入脱硫反应腔的催化剂入口。
在进入脱硫反应腔前向其中补充一定量的新催化剂，补充量为再生量的0.005％-10％。
实施例2：
某电站锅炉排放烟气120万m3/h，烟气中二氧化硫的浓度为1500mg/Nm3，三氧化硫含量为15mg/Nm3，氮氧化物浓度为450mg/Nm3，总汞浓度为25ug/Nm3。反应器设计截面为7.5米×5米，高20米，颗粒状脱硫催化剂按专利201310415859.4方法制备，粒径为2.5～10mm，循环总量为300吨，蜂窝状SCR催化剂采用专利201110434570.8所述催化剂。具体流程为：
来自除尘器出口的烟气经过进入二级复合式反应器1，其中的颗粒状脱硫催化剂循环量约300吨，蜂窝状SCR催化剂烟气温度为120℃，烟气通过第一喷氨管2，与来自氨气预热器9的氨气进行混合接触，一并进入脱硫反应腔，脱硫反应腔设置导流喷嘴，从净烟气出口抽取一定烟气在脱硫反应腔中部位置喷入，引导烟气与催化剂颗粒的混合，由于导流烟气管道经过一定的热量损失，导流烟气温度相对烟气低1-10℃，烟气中的SO2和SO3与氨气以及烟气中的氧气和水在导流气的引导下快速反应生成强黏性与吸附性的硫酸氢铵，并吸附在脱硫催化剂表面，吸附了硫酸氢铵的催化剂从脱硫反应腔底部排出，经过振动筛7，由催化剂输送装置3送入再生塔4，在高温蒸汽加热作用下，配合通入的氮气保护，铵盐分解成SO2、NH3等，由浓缩气抽风机10提供负压抽取高浓度SO2、NH3气体，可用于回收硫酸铵。再生后的脱硫催化剂经过冷却段后从再生塔4的下部排出，经过振动筛7’分选出粉末状的催化剂排出***，剩余的催化剂由催化剂返回输送装置5送入缓冲储仓6，缓冲后送入脱硫反应腔，同时通过新催化剂加料装置8补充一定量的新吸附剂，补充量为再生量的0.05％。脱除SO2和SO3的烟气经过第二喷氨管2’后进入脱硝反应腔；由于烟气经过一级净化，烟气中的大部分SO2和SO3已被脱除，与氨气混合后的气体正好处于低温SCR催化剂的最优运行条件，在脱硝反应腔中NOx与NH3反应，生成N2和H2O，低温SCR催化剂为蜂窝状或板状，分为两级，催化剂高效催化脱除烟气中的NOx，同时可吸附烟气中剩余的少量SO2，提高***脱硝效率。该***的运行SO2脱除效率达到98％，SO3脱除效率达到95％，脱硝效率达到90％，脱汞效率达到85.4％。
综上可见，应用本发明的***和方法，可以实现较高的脱硫脱硝性能，不仅适合新建锅炉也适合旧锅炉的改造，对电厂的空间要求低。通过脱硫催化剂连续再生的方式，提高了***运行稳定性和适应性，同时能回收部分硫酸铵，较目前其他的脱硫脱硝方法更具有经济性，在尾部配合湿式静电除尘器脱除烟气中的烟尘，可使烟气达到超低排放标注，适合我国当前的国情，具有广泛的应用前景。
上述实施例的作用仅在于说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和保护范围。
Claims (6)
1.一种燃煤电站烟气干式氨法低温多污染物综合净化***，其特征在于：包括二级复合式反应器、氨喷入装置、催化剂输送装置、再生塔和催化剂返回输送装置；
所述二级复合式反应器包括竖直并排设置的脱硫反应腔和脱硝反应腔，脱硫反应腔和脱硝反应腔的顶部连通；所述脱硫反应腔的内壁设有向下倾斜布置的导流板，上部一侧设有催化剂入口，底部设有催化剂出口，催化剂出口设有振动筛，振动筛的出料口设于所述催化剂输送装置的上方，下部一侧设有烟气入口和氨气入口；所述脱硝反应腔内设有SCR脱硝催化剂，上部一侧设有氨气入口，下部一侧设有净烟气出口；还包括净烟气导流单元，净烟气导流单元包括设于脱硫反应腔侧壁与脱硫反应腔连通的导流喷嘴、连接导流喷嘴和净烟气出口的导流管道和设于导流管道上的导流风机；
所述氨喷入装置包括第一喷氨管和第二喷氨管，第一喷氨管和第二喷氨管的一端经喷氨管道与氨气空气混合气源连通，第一喷氨管的另一端连通于脱硫反应腔的氨气入口，第二喷氨管的另一端连通于脱硝反应腔的氨气入口；
所述再生塔为脱硫催化剂再生塔，再生塔的入口设于所述催化剂输送装置的出料端；再生塔的出口设于所述催化剂返回输送装置的上方，所述催化剂返回输送装置的出料端与所述脱硫反应腔的催化剂入口连通；
还设有新催化剂加料装置，新催化剂加料装置的出口与催化剂输送装置连通；
烟气通过第一喷氨管，与来自氨气预热器的氨气进行混合接触，一并进入脱硫反应腔，脱硫反应腔设置导流喷嘴，从净烟气出口抽取一定烟气在脱硫反应腔中部位置喷入，引导烟气与催化剂颗粒的混合，由于导流烟气管道经过一定的热量损失，导流烟气温度相对烟气低1-10℃，烟气中的SO2和SO3与氨气以及烟气中的氧气和水在导流气的引导下快速反应生成强黏性与吸附性的硫酸氢铵，并吸附在脱硫催化剂表面，吸附了硫酸氢铵的催化剂从脱硫反应腔底部排出。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述催化剂返回输送装置与脱硫反应腔催化剂入口之间还设有缓冲储仓，催化剂返回输送装置的出料端设于缓冲储仓上方，缓冲储仓的出料端与所述脱硫反应腔的催化剂入口连通。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述喷氨管道设有氨气预热器。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述再生塔上部设有高温蒸汽入口和高温蒸汽出口，下部设有冷却风入口和冷却风出口，还连通有氮气入口和浓缩气出口。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述再生塔的出口设有振动筛，振动筛的出料口设于所述催化剂返回输送装置的上方。
6.一种采用权利要求1-5任一所述***进行燃煤电站烟气干式氨法低温多污染物综合净化的方法，其特征在于，过程如下：
（1）燃煤电站锅炉尾部烟气经过除尘器处理后进入所述二级复合式反应器，烟气温度为100-150℃，二氧化硫含量为1000~2500mg/Nm3，三氧化硫含量为1~25mg/Nm3，氮氧化物含量为200~1500mg/Nm3；
（2）颗粒状的脱硫催化剂在脱硫反应腔中从上到下延导流板发生向下滑落运动，待处理烟气从脱硫反应腔的烟气入口进入，同时第一喷氨管喷入氨气，烟气与氨气混合，混合气体与脱硫催化剂充分接触，烟气在移动中SO2与混合气体中的NH3一同吸附在脱硫催化剂表面；混合烟气进入脱硝反应腔，与第二喷氨管喷入的氨气混合，混合烟气与脱硝反应腔内的低温SCR催化剂充分接触，烟气中的NOx与注入的NH3在SCR催化剂的催化作用下发生氧化还原反应，生成N2、H2O无害产物经净烟气出口排出；
（3）吸附饱和的脱硫催化剂从脱硫反应腔底部的催化剂出口排出，经振动筛、催化剂输送装置进入再生塔，再生塔温度保持在300-600℃之间，在氮气吹扫保护下，脱硫催化剂吸附的铵盐分解成SO2、NH3混合浓缩气，该浓缩气进入副产物回收***回收；
（4）经过再生后的脱硫催化剂经过振动筛选筛掉在脱硫过程中由于碰撞挤压产生的粉末，由催化剂返回输送装置送入脱硫反应腔的催化剂入口。
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