CN108014613A - 一种基于炭材料氧化脱硝的半干式烟气净化***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于炭材料氧化脱硝的半干式烟气净化***及方法。所述基于炭材料氧化脱硝的半干式烟气净化***包括脱硫反应器、除尘单元、乏吸收剂储送、活化及增湿单元和脱硝反应器；所述脱硫反应器的出口与所述除尘单元相连接；所述除尘单元的烟气出口与所述脱硝反应器相连接；所述脱硝反应器的出口依次连接引风机和烟囱；所述除尘单元的落灰斗的出口与所述乏吸收剂储送、活化及增湿单元相连接。本发明实现了脱硝、脱硫、除尘技术的耦合，设备紧凑，占地面积小；采用半干法，耗水量少，最终产物为固态，无需处理废水，工艺简单，可广泛用于工业烟气处理过程中。

Description

一种基于炭材料氧化脱硝的半干式烟气净化***及方法
技术领域
本发明涉及一种烟气净化装置及其方法，具体涉及一种基于炭材料氧化脱硝的半干式烟气净化***及方法。
背景技术
目前SCR是工业应用最多的烟气脱硝技术，其中高温催化剂反应温度要求在350℃左右，需要布置在除尘脱硫之前，高硫高尘烟气对催化剂的活性和使用寿命有很大的负面作用。低温SCR工艺将脱硝放在脱硫除尘之后，但反应温度一般也在150℃以上，而经脱硫以后的烟气温度一般在70℃以下，这就要求脱硝之前还需对烟气进行再加热。另外SCR脱硝法采用NH3做还原剂，氨气属于危险品，运输及存储过程中存在一定安全隐患，脱硝过程中也存在NH3逃逸的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于炭材料氧化脱硝的半干式烟气净化***及方法。
本发明所提供的基于炭材料氧化脱硝的半干式烟气净化***，它包括脱硫反应器、除尘单元、乏吸收剂储送、活化及增湿单元和脱硝反应器；
所述脱硫反应器的出口与所述除尘单元相连接；
所述除尘单元的烟气出口与所述脱硝反应器相连接；
所述脱硝反应器的出口依次连接引风机和烟囱；
所述除尘单元的落灰斗的出口与所述乏吸收剂储送、活化及增湿单元相连接。
本发明中，所述乏吸收剂指的是具有吸收潜力，但尚需活化处理的吸收剂。
所述的半干式烟气净化***中，所述脱硫反应器之前还连接一空预器。
所述的半干式烟气净化***中，所述脱硫反应器可为立管式反应器。
所述的半干式烟气净化***中，所述除尘单元包括连接的初级除尘器和精除尘器；
所述初级除尘器为旋风式除尘器、重力式除尘器和百叶窗式除尘器中任一种；
所述精除尘器为布袋除尘器、电除尘器和电袋结合除尘器中任一种。
所述的半干式烟气净化***中，所述乏吸收剂储送、活化及增湿单元包括依次相连接的储料仓、输送装置、活化器和增湿混合器；
所述除尘单元与所述储料仓之间设有锁气阀，以防止串气对除尘效果的负面影响；
所述储料仓呈倒锥形，其锥角大于70°，有利于固体颗粒物的流动；
所述储料仓的仓壁上设有流化装置和空气炮；
所述储料仓壁面上设有称重装置，用于固体颗粒物输送量的计量；
所述输送装置为回转卸料阀或螺旋给料器；
所述活化器上设有精细雾化喷嘴或蒸汽喷口，并可预留外加固体吸收剂加料口；
所述活化器为连续式或间歇式出料方式，如采用间歇式出料则采用2+N个活化器并联布置，通过延长活化时间进一步提高乏吸收剂的活化效果；
所述的半干式烟气净化***中，所述增湿混合器与所述脱硫反应器通过布料器相连通；
所述布料器呈圆形、方形或簸箕形。
所述的半干式烟气净化***中，所述引风机的出口处连接一烟气循环烟道旁路，所述烟气循环烟道旁路与设于锅炉内的换热器相连接，所述换热器的出口与所述脱硝反应器的再生烟气入口相连接；
所述脱硝反应器的再生烟气出口与所述空预器的入口相连接；
当所述脱硝反应器内的炭基催化剂失活(即NO2气体吸附饱和)后，可通过所述烟气循环烟道旁路实现对所述炭基催化剂的再生：通过所述换热器加热洁净烟气，返回至所述脱硝反应器内；利用热烟气的加热作用使炭基催化剂上吸附的NO2再通过再生烟气出口回到空预器的进口，与锅炉尾气汇合，在脱硫反应器中被脱硫剂脱除。
所述的半干式烟气净化***中，所述半干式烟气净化***包括多个并联的所述脱硝反应器，当一个脱硝反应器开始再生时，可开启其余脱硝反应器，以保证脱硝的连续运行。
本发明还提供了一种烟气净化方法，包括如下步骤：利用所述的半干式烟气净化***对待净化的烟气进行脱硫脱硝，得到符合排放标准的烟气。
其中，待净化烟气的净化路线是：待净化的烟气经过所述空预器进入所述脱硫反应器内，与所述脱硫反应器内的脱硫剂接触；然后所述烟气从所述脱硫反应器的出口进入至所述除尘单元进行除尘；所述烟气从所述除尘单元的烟气出口进入至所述脱硝反应器内，在所述炭基催化剂的作用下进行脱硝，然后从所述脱硝反应器的脱硝烟气出口排出达到符合排放标准的烟气。
所述脱硫剂可为高钙粉煤灰，为得到含活性钙的粉煤灰，锅炉燃料优选采用高钙煤种(当煤中含硫量为0.5～1％时，灰分中CaO含量＞10％～20％)；如燃料为低钙煤，可在煤中掺入一定量的CaCO3、Ca(OH)2或CaO。也可将Ca(OH)2或CaO加入循环灰中。为了提高脱硫剂的反应活性，可通过水增湿循环灰(或水增湿循环灰+在反应器中上部喷入二级增湿水)的方式调节脱硫反应器内所需的温度及相对湿度。反应温度与近绝热饱和温度的温距控制在5～25℃。
所述炭基催化剂可为活性炭、活性焦、活性半焦和/或活性炭纤维
本发明实现烟气净化的原理是：
在脱硝反应器内炭基材料的催化作用下，烟气中吸附性差的NO氧化生成更易被炭基材料吸附的NO2，烟气的中NOx被催化吸附脱除；炭材料失活即吸附饱和后，通入洁净热烟气加热再生，再生后的高NO2烟气返回到脱硫反应器内用钙基脱硫剂将其脱除。
本发明取得如下技术效果：
本发明采用炭基材料作为催化剂，在低温及氧存在的条件下，将烟气中的NO氧化成极易被炭材料吸附的NO2，从而脱除烟气中的NOx，脱除率在90％以上。炭材料吸附饱和后，采用热烟气加热的方式进行再生，可多次重复使用。
再生后含有NO2的烟气进入脱硫反应装置中与钙基脱硫剂反应将其脱除，极大简化了脱硝后副产物的处理工艺。脱硝反应器布置在脱硫及除尘之后，大大减少了烟气中硫化物及粉尘对催化剂的毒化、堵塞、磨损等负面影响，且脱硝反应采用固定床结构形式，避免了移动床脱硝工艺中催化剂的机械磨损。
脱硫后的烟气温度在50～90℃，正好在NO催化氧化的温度窗口，烟气可直接通入脱硝反应器中进行脱硝反应，无需再对烟气进行加热。
本发明实现了脱硝、脱硫、除尘技术的耦合，设备紧凑，占地面积小；采用半干法，耗水量少，最终产物为固态，无需处理废水，工艺简单，可广泛用于工业烟气处理过程中。
附图说明
图1是本发明半干式烟气净化***的结构示意图。
图2是发明半干式烟气净化***中脱硝反应器的结构示意图。
图中各标记如下：
1，2脱硝反应器，3脱硫反应器，41初级除尘器，42精除尘器，5锁气阀，6储料仓，7输送装置，8活化器，9增湿混合器，10布料器，11空预器，12锅炉，13换热器，14再生烟气循环泵，15引风机，16烟囱，17灰库，101，102，103，104，201，202，203，204阀门，105催化剂进料口，106催化剂出料口，107脱硝烟气进口，108脱硝烟气出口，109再生烟气进口，110再生烟气出口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
如图1所示，为本发明半干式烟气净化***的结构示意图，该脱除***与锅炉12相连接，锅炉12的尾部烟道与空预器11相连接，空预器11的出口与立管式的脱硫反应器3相连接，在脱硫反应器3内利用粉煤灰中的活性钙脱除烟气中SO2、SO3等酸性气体。脱硫反应器3的出口与与除尘单元相连接，用于将脱除污染物后的烟气进行除尘。其中，除尘单元包括连接的初级除尘器41和精除尘器42，初级除尘器41可选择旋风式除尘器、重力式除尘器和百叶窗式除尘器中任一种，精除尘器42可选择布袋除尘器、电除尘器和电袋结合除尘器中任一种。该除尘单元的落灰口通过锁气阀5与乏吸收剂储送、活化及增湿单元相连接，锁气阀5的作用是防止串气对除尘效果的负面影响。该乏吸收剂储送、活化及增湿单元包括依次连接的储料仓6、输送装置7、活化器8和增湿混合器9，储料仓6呈倒锥形，其锥角大于70°，有利于循环灰的流动。在储料仓6锥段设卸灰口，多余的物料经卸灰口排出送至灰库17，以维持***的物料平衡。本发明***中增湿混合器9与脱硫反应器3通过布料器10相连通，布料器可呈圆形、方形或簸箕形。除尘单元的烟气出口与2个并联的脱硝反应器1和2相连接，在炭基材料的催化作用下，烟气中吸附性差的NO氧化生成更易被炭基材料吸附的NO2，烟气的中NOx被催化吸附脱除。脱硝反应器1和2的出口依次连接引风机15和烟囱16，即洁净烟气经引风机15从烟囱16排出。与脱硝反应器1和2的烟气入口和烟气出口相连接的管路上设有阀门101、102、103、104、201、202、203和204。
当脱硝反应器1和2内的炭基催化剂失活(即NO2气体吸附饱和)后，可通过设置烟气循环烟道旁路实现对炭基催化剂的再生：在引风机15的出口处连接该烟气循环烟道旁路，该烟气循环烟道旁路与设于锅炉12内的换热器13相连接，换热器13的出口与脱硝反应器1和2的再生烟气入口109相连接；脱硝反应器1和2的再生烟气出口110与空预器11的入口相连接；通过换热器13加热洁净烟气，返回至脱硝反应器1和2内，利用热烟气的加热作用使炭基催化剂上吸附的NO2再通过再生烟气出口110回到空预器11的进口，与锅炉尾气汇合，在脱硫反应器3中被脱硫剂脱除。
本发明半干式烟气净化***采用的脱硝反应器的结构如图2所示，其上部和下部分别设有催化剂进料口105和催化剂出料口106，其相对侧壁上分别设有脱硝烟气进口107和脱硝烟气出口108，其侧壁上还设有再生烟气进口109和再生烟气出口110。
采用本发明半干式烟气净化***进行烟气净化的流程如下：
锅炉12燃烧产生100～200℃烟气经空预器11换热后进一步降温，温度在120℃以下的烟气进入立管式的脱硫反应器3中，在脱硫反应器3内利用粉煤灰中的活性钙脱除烟气中SO2、SO3等酸性气体；之后依次进入初级除尘器41和精除尘器42脱除烟气中的粉尘；经脱硫除尘后的低温烟气(50～90℃)进入脱硝反应器1，在炭基材料的催化作用下，烟气中吸附性差的NO氧化生成更易被炭基材料吸附的NO2，烟气的中NOx被催化吸附脱除，洁净烟气经引风机从烟囱排出。预除尘器41和精除尘器42收集的粉煤灰经锁气阀5进入储料仓6中储存，输送装置7定量供入活化器8，活化后的物料进入增湿混合装置9均匀增湿后，再经布料器10负压吸入脱硫反应器3中，未反应完全的脱硫剂重新参与反应，以提高脱硫剂的利用率。储料仓6中多余的粉煤灰排入灰库17中。
脱硝反应器1内炭材料失活后即NO2气体吸附饱和，关闭进出口烟气阀门101和102，开启再生烟气进出口烟道阀门103和104，从引风机15出口引出部分烟气经循环风机14进入位于锅炉12内的换热器13，加热至250～450℃的洁净热烟气经再生烟气进口阀门103进入脱硝反应器1内部或者夹套(即热烟气对炭材料的加热解析可以采用直接接触式，也可以采用非接触式)，经热烟气加热后脱硝反应器1中炭材料上吸附的NO2通过出口阀门104回到空预器11进口，与锅炉尾气汇合，在脱硫反应器3中被脱硫剂脱除。为保证脱硝装置的连续运行，脱硝反应器1开始再生时，同时开启脱硝反应器2的进出口烟道阀门201和201。两个及以上脱硝反应器交替启用。
本发明***的净化效果：
锅炉尾气组成为：SO2浓度为600mg/Nm3，NOx浓度为400mg/Nm3，烟气的温度为120℃。经本发明半干式烟气净化***进行净化，其中，脱硫剂为高钙粉煤灰，炭基催化剂为活性炭。经净化处理，SO2脱除效率为92％，NOx脱除效率为90％。

Claims (10)

1.一种基于炭材料氧化脱硝的半干式烟气净化***，它包括脱硫反应器、除尘单元、乏吸收剂储送、活化及增湿单元和脱硝反应器；
所述脱硫反应器的出口与所述除尘单元相连接；
所述除尘单元的烟气出口与所述脱硝反应器相连接；
所述脱硝反应器的出口依次连接引风机和烟囱；
所述除尘单元的落灰斗的出口与所述乏吸收剂储送、活化及增湿单元相连接。
2.根据权利要求1所述的半干式烟气净化***，其特征在于：所述脱硫反应器为立管式反应器；
所述脱硫反应器采用的脱硫剂为高钙粉煤灰。
3.根据权利要求1或2所述的半干式烟气净化***，其特征在于：所述除尘单元包括连接的初级除尘器和精除尘器；
所述初级除尘器为旋风式除尘器、重力式除尘器和百叶窗式除尘器中任一种；
所述精除尘器为布袋除尘器、电除尘器和电袋结合除尘器中任一种。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的半干式烟气净化***，其特征在于：所述乏吸收剂储送、活化及增湿单元包括依次相连接的储料仓、输送装置、活化器和增湿混合器；
所述除尘单元与所述储料仓之间设有锁气阀；
所述储料仓呈倒锥形，其锥角大于70°；
所述储料仓的仓壁上设有流化装置和空气炮；
所述储料仓壁面上设有称重装置；
所述输送装置为回转卸料阀或螺旋给料器；
所述活化器上设有精细雾化喷嘴或蒸汽喷口；
所述活化器为连续式或间歇式出料方式。
5.根据权利要求4所述的半干式烟气净化***，其特征在于：所述增湿混合器与所述脱硫反应器通过布料器相连通；
所述布料器呈圆形、方形或簸箕形。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的半干式烟气净化***，其特征在于：所述引风机的出口处连接一烟气循环烟道旁路，所述烟气循环烟道旁路与设于锅炉内的换热器相连接，所述换热器的出口与所述脱硝反应器的再生烟气入口相连接；
所述脱硝反应器的再生烟气出口与所述空预器的入口相连接。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的半干式烟气净化***，其特征在于：所述半干式烟气净化***包括多个并联的所述脱硝反应器；
所述脱硝反应器采用的炭基催化剂为活性炭、活性焦、活性半焦和/或活性炭纤维。
8.一种烟气净化方法，包括如下步骤：利用权利要求1-7中任一所述的半干式烟气净化***对待净化的烟气进行脱硫脱硝，得到符合排放标准的烟气。
9.根据权利要求8所述的烟气净化方法，其特征在于：待净化烟气的净化路线是：待净化的烟气经过所述空预器进入所述脱硫反应器内，与所述脱硫反应器内的脱硫剂接触；然后所述烟气从所述脱硫反应器的出口进入至所述除尘单元进行除尘；所述烟气从所述除尘单元的烟气出口进入至所述脱硝反应器内，在所述炭基催化剂的作用下进行脱硝，然后从所述脱硝反应器的脱硝烟气出口排出达到符合排放标准的烟气。
10.根据权利要求8或9所述的烟气净化方法，其特征在于：所述脱硫剂为高钙粉煤灰；
所述炭基催化剂为活性炭、活性焦、活性半焦和/或活性炭纤维。
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