CN109529566A - 新型烟气净化方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新型烟气净化方法及设备。所述新型烟气净化方法，其包括步骤：1)、将高温烟气与碱液混合，急速降温至100℃以下，烟气中的酸性气体被碱液中和，挥发性重金属冷凝在碱液中，颗粒物被碱液吸收，排出烟气，并得到溶液；2)、将步骤1)得到的溶液pH值调整至8‑11.5，使得溶液中的重金属转化为氢氧化物沉淀；3)、经过步骤1)处理后得到的烟气使用臭氧氧化，将烟气中的NO氧化为高价态氮氧化物；再将烟气输入洗涤塔用碱液洗涤，碱液吸收烟气中的酸性气体并将其中和洗涤塔内的碱液吸收烟气中的重金属及颗粒物；排出烟气；4)、调节洗涤塔内的溶液的pH值至8‑11.5，使重金属转化为氢氧化物沉淀。本发明可以避免使用雾化喷嘴易造成的堵塞问题。

Description

新型烟气净化方法及设备
技术领域
本发明涉及一种新型烟气净化方法及设备。
背景技术
其中一种烟气的处理方法，烟气经余热锅炉换热后烟气温度下降至500℃左右后进入急冷半干脱酸塔，烟气在此过程中完成急冷和脱酸。烟气温度在急冷过程中由500℃下降至200℃，然后烟气分别进入SCR脱硝反应器干式脱酸塔和带有活性炭喷射装置的布袋除尘器在此过程中完成低温脱硝、脱酸除尘与吸附，目的是去除重金属与二噁英，烟气最后进入湿式洗涤塔进一步完成脱酸后经烟囱排放。
在上述方法中，烟气急冷半干过程中使用碱液对烟气进行降温使得烟气温度在1s内由500℃降低到200℃以下，该过程对于控制要求极高，既要将烟气温度极速降低，又不能因为喷入过量水分造成“湿壁”引起塔体腐蚀，而且在急冷过程中所使用的小颗粒的雾化碱液由高品质的雾化喷头产生，雾化喷头在使用过程中不可避免地因机械摩擦或结垢堵塞，因此需要频繁维护和更换。在SCR低温脱硝过程中主流的SCR脱硝催化剂为金属氧化物型，这类催化剂是纳米二氧化钛为载体，以五氧化二钒、三氧化钨为活性成分。这些催化剂失活后具有很强的毒性，需要进一步处置。再者，在此工艺路线中急冷半干和干法所采用的碱会以颗粒物的形式进入布袋除尘器，人为地增加烟气中的颗粒物浓度增加了布袋除尘器的处置负荷。烟气中大多数的易挥发性重金属仍然在布袋除尘器所排出的二次飞灰中，这些飞灰需要进一步处置。而且由于现阶段布袋大多含有PTFE材料，在经过2-3年使用后这些布袋也需要经过焚烧进行处置，处置过程中会有氟元素的释放，因而增大了烟气净化的难度及***的防腐要求。
发明内容
本发明的目的之一是为了克服现有技术中的至少一个不足，提供一种设备使用寿命长的新型烟气净化方法及设备。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种新型烟气净化方法，其特征在于，包括步骤：
1)、将高温烟气与碱液混合，急速降温至100℃以下，烟气中的酸性气体被碱液中和，挥发性重金属冷凝在碱液中，颗粒物被碱液吸收，排出烟气，并得到溶液；
2)、将步骤1)得到的溶液pH值调整至8-11.5，使得溶液中的重金属转化为氢氧化物沉淀；
3)、经过步骤1)处理后得到的烟气使用臭氧氧化，将烟气中的NO氧化为高价态氮氧化物；再将烟气输入洗涤塔用碱液洗涤，碱液吸收烟气中的酸性气体并将其中和洗涤塔内的碱液吸收烟气中的重金属及颗粒物；排出烟气；
4)、调节洗涤塔内的溶液的pH值至8-11.5，使重金属转化为氢氧化物沉淀。
根据本发明的一个实施例，步骤1)中，液气比为1-20L/m3。
根据本发明的一个实施例，步骤1)中高温烟气的温度为500℃以上。
根据本发明的一个实施例，在所述步骤1)之前，还包括步骤1-1)，对烟气进行余热回收及脱硝处理，然后再进入步骤1)。
根据本发明的一个实施例，步骤2)和步骤4)产生溶液经压滤处理，回收氢氧化物沉淀。
根据本发明的一个实施例，所述步骤3)中，液气比为1-20L/m3。
根据本发明的一个实施例，在步骤4)之后还包括步骤5)，经洗涤塔后排出的烟气进入湿式电除尘器处理，脱除颗粒物和水滴后再排出。
根据本发明的一个实施例，所述步骤5)中，经湿式电除尘器处理后的烟气，加热至130℃以上后排放。
根据本发明的一个实施例，在所述步骤1)之前，还包括步骤1-1)，对烟气进行余热回收及脱硝处理，然后再进入步骤1)；烟气回收的余热加热水产生水蒸汽，水蒸汽用于加热步骤5)所获得的烟气。
根据本发明的一个实施例，在所述步骤1和3所述的碱液为Ca(OH)2、NaOH、KOH、NaHCO3、Na2CO3、K2CO3、KHCO3和/或Ca(HCO3)2等溶液。
根据本发明的一个实施例，所述烟气为灰渣熔融烟气。
根据本发明的一个实施例，所述烟气为垃圾或废弃物焚烧或气化所产生的烟气。所述垃圾可以是生活垃圾，也可以是工业垃圾。垃圾或废弃物只要适合用焚烧处理的，均可适用于本发明方法。
烟气净化设备，其特征在于，包括急冷脱酸塔，所述急冷脱酸塔结构自上至下包括直线段、收缩段，喉口段和扩张段；所述直线段内部口径上下一致，其上端设置有供烟气进入的开口；所述收缩段上端口径大于下端口径，其上端口径与下端口径之比为1.1-20:1，收缩段上端与直线段连通，下端与喉口段连通；喉口段口径与收缩段下端口径相同；喉口段自上至下口径相同；喉口段上端与收缩段下端连通，下端与扩张段连通；扩张段上端口径与下端口径之比为1:1.5-20。
根据本发明的一个实施例，所述烟气净化设备还包括脱硝及余热回收设备、溶液回收罐、氧化反应塔、洗涤塔、湿式电除尘及加热器；所述脱硝及余热回收设备、急冷脱酸塔、溶液回收罐、氧化反应塔、洗涤塔、湿式电除尘及加热器依次连通。
本发明中的新型烟气净化方法和设备，在对烟气进行高效脱酸、除尘的同时可以收集挥发性重金属，该方法有利于富集挥发性重金属，使得回收这些重金属成为可能，降低烟气对设备的腐蚀。而且***不需要布袋，很好地避免了同类烟气除尘过程中二次飞灰产生的弊端，降低二次污染。使用本发明中的设备，可以在急冷过程中直接用大量的碱液对烟气降温，烟气温度由500℃降至100℃以下，避免了使用雾化喷嘴易造成的堵塞问题，更容易地对烟气净化***进行控制，同时减少***维护成本。
附图说明
图1为本发明中的烟气净化设备结构示意图。
图2为本发明中使用的急冷脱酸塔结构示意图。
具体实施方式
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
实施例1
一种新型新型烟气净化方法，如图1所示，其包括以下步骤：
步骤1-1)，对气化反应产生的高温烟气进行余热回收及脱硝处理，本步骤，可使用图1所示的余热回收锅炉6回收余热。回收的余热用于加热水使之产生水蒸汽，用于后续步骤。余热回收处理后，烟气温度降至500℃左右，为480℃-600℃。烟气具体温度视实际情况而定，通常优选不超过600℃。
步骤1)、本步骤中，使用如图2所示的急冷脱酸塔1。本发明所使用的急冷脱酸塔1，其结构自上至下包括直线段11、收缩段12，喉口段13和扩张段14。直线段11内部口径上下一致，其上端设置有供烟气进入的开口。收缩段12上端口径大于下端口径，其上端口径与下端口径之比优选为1.1-20:1，其具体比例视收缩段高度而定，可以是1.1、2、3.5、5、8、11.5、13、15.6、18.7或20:1等。收缩段12越高，则其上端口径与下端口径比越大。本实施例中采用1.5:1。收缩段12自上至下呈收缩状。收缩段12上端与直线段11连通，下端与喉口段13连通。喉口段13口径与收缩段12下端口径相当，优选相同。喉口段13自上至下口径优选相同。喉口段13上端与收缩段12下端连通，下端与扩张段14连通。扩张段14上端口径比下端口径小，其比例优选为1:1.5-20，其可以是1.1、2、5、8、11.5、13、15.6、18.7或20:1等。本实施例中扩张段14上端口径与下端口径比为1:2.5。
将来自步骤1-1)的余热锅炉的高温烟气自直线段11进入，碱液自收缩段12或喉口段13喷入。液气比为1-20L/m3，优选为5-15L/m3，其具体比例可以是1.1、1.8、2.5、5、7.6、8.4、2、10、11、12.5、13、15、16、18、20L/m3等，本实施例采用8L/m3。碱液为Ca(OH)2、NaOH、KOH、NaHCO3、Na2CO3、K2CO3、KHCO3和/或Ca(HCO3)2等溶液。本实施例中碱液为NaOH溶液。由于喷入碱液量较大，液气比较高，因此烟气与碱液在喉口段12充分接触，烟气温度在1秒内被迅速被降至100℃以下，被处理的烟气温度具体温度会因液气比具体数值而有所不同，只要低于100℃即可。烟气中的酸性气体如HCl、SO2被碱液中和，挥发性重金属冷凝在碱液中，颗粒物被碱液吸收。然后烟气及碱液进入扩张段14，经扩张段14进入下方的溶液回收罐15内。在溶液回收罐15内，溶液位于下方，烟气处于上方。
2)、将步骤1)得到的溶液pH值调整至8-11.5，pH值具体数值可根据重金属含量确定，其可以是8、8.3、9.2、10、10.5、11或者11.5等。调整溶液pH值可使得溶液中的重金属转化为氢氧化物沉淀。重金属转化为氢氧化物沉淀后，使用压滤机5压滤处理，回收重金属氢氧化物。
3)、容器15中的经过步骤1)处理后得到的烟气输入氧化反应塔2内使用臭氧氧化，将烟气中的NO氧化为高价态氮氧化物，比如NO2、NO3、N2O4、N2O5等。再将烟气输入洗涤塔7使用稀碱液洗涤，所述洗涤塔7内预先储存有碱液或者在输入烟气的同时喷入碱液，液气比为1-20L/m3，具体比例可以是1、1.1、1.8、2.5、11、12.5、13、15、16、18、20L/m3等。碱液为Ca(OH)2、NaOH、KOH、NaHCO3、Na2CO3、K2CO3、KHCO3和/或Ca(HCO3)2等溶液。本实施例中碱液为NaOH溶液。洗涤塔7内的碱液吸收烟气中的酸性气体HCl、和SO2及NO2、NO3、N2O4、N2O5等并将其中和，排出烟气；洗涤塔7内的碱液吸收烟气中的重金属并脱除颗粒物。本步骤处理后的烟气温度降至60℃左右。
4)、调节洗涤塔7内的溶液的pH值至8-11.5，本步骤的溶液pH值可参照步骤2)调整。调整溶液pH值使重金属转化为氢氧化物沉淀并进一步脱除颗粒物。溶液使用压滤机5压滤处理，回收氢氧化物沉淀。
5)，经洗涤塔7后排出的烟气进入湿式电除尘器3处理，低至0.5um的微细颗粒物、水滴、气溶胶等被进一步脱除。脱除颗粒物后再排出。经湿式电除尘器3处理后的烟气温度为60℃左右。经静电除尘器3处理后的烟气输送至加热器4内，使用步骤1-1)中的水蒸汽加热至135℃以上后排放。达到消除白烟的目的。
按照实施例1所述的方法步骤，改变各步骤的工艺参数重复实施，下表为各其它实施例中的工艺参数：
经实验检测，本发明各实施例的方法均能达到以下效果：
本发明采用湿法急冷，在急冷过程中采用大量稀碱液使得烟气温度在1s内由500℃降至100℃以下，同时对烟气中酸性物质如HCl、SO2等进行脱除，同时将烟气中的颗粒物洗涤至塔底。这样的优势对比传统急冷半干法如下：
1.避免了急冷半干过程中使用雾化喷嘴以及其所带来的堵塞、机械磨损等问题；由于湿法急冷过程中冷却液不需要雾化，因此可以用大口径的喷嘴避免了堵塞。
2.降低了急冷温度控制的复杂度。急冷半干过程中对于控制要求极高，喷入的雾化碱液量必须根据进塔烟气量和烟气温度的波动不断地进行调节，***控制有一定的滞后，如果喷入碱液量过少则烟气温度得不到降低达不到控制二噁英，喷入水量过多则会引起“湿壁”对塔体的腐蚀。而采用湿法急冷在大量碱液的冷却下既可以不受烟气量及烟气温度的波动很容易地控制出口烟气温度，因此降低了急冷温度控制的复杂度。并避免了塔体腐蚀的风险，降低了***维护成本。
3.降低了烟气中的粉尘。传统急冷半干过程中由于喷入碱液急冷后的烟气温度在200℃左右，碱液与酸性气体反应后生成的盐以颗粒物的形式在烟气中飘散，同时干法过程中喷入大量的粉状Ca(OH)2和活性炭，这样烟气中的颗粒物浓度被大大提高，增加了后续除尘压力，而且烟气中的重金属得不到富集。而在湿法急冷过程中大量的稀碱液可以将烟气中的颗粒物、重金属以及水洗过程中生成的盐一次性的洗至塔底，这样大大降低烟气中的颗粒物浓度，同时在塔底调节塔底冷却液的pH值在8-11.5之间使得易溶于水的重金属物质以氢氧化物沉淀的形式沉淀，以便于重金属富集，塔底冷却液中的颗粒物和不溶于水的重金属物质等经压滤后形成泥饼，使得回收其中的重金属变成可能。
4.更有效的去除NOx。本发明在湿法急冷后加入了臭氧脱硝装置，将烟气中的NO氧化成高阶易溶于水的的NO2、NO3、N2O4、N2O5等等物质，在二级碱洗中脱除。避免了传统的SCR低温脱硝过程中催化剂的中毒失活以及废催化剂的处置。
5.更有效彻底的脱酸。本发明采用二级碱洗对烟气中的酸性物质(HCl、SO2、高阶NOx)、重金属物质和颗粒物进行进一步的吸收净化。在此水洗过程中生成部分少量易溶于水的盐和不溶于水的重金属氢氧化物在塔底富集，塔底冷却液中的颗粒物和不溶于水的重金属物质等经压滤后形成泥饼，使得回收其中的重金属回收变成可能。同时烟气中的污染物被进一步降低。
6.没有固态废弃物排出减少二次污染。本发明从二级碱洗塔出来的烟气经过湿式电除尘器，能对烟气中低至0.5um的微细颗粒物(水滴、气溶胶等)高效脱除，替代了传统的布袋除尘器。因此避免了使用布袋除尘器过程中产生二次飞灰，同时也避免了废布袋处置过程中氟元素对于处置***的腐蚀，减少了由此产生的二次污染。
降低烟气消白的能耗。传统急冷半干法在布袋除尘器之后还需一级湿塔洗涤，在此过程中会增加烟气的湿度，在后续烟气加热消白过程中需要更多的能量。湿式电除尘器对于烟气中的液态雾滴去除率高达98％，有效降低了烟气的湿度，因此降低了后续烟气加热的能耗。
本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明的保护范围内。

Claims (14)

1.一种新型烟气净化方法，其特征在于，包括步骤：
1)、将高温烟气与碱液混合，急速降温至100℃以下，烟气中的酸性气体被碱液中和，挥发性重金属冷凝在碱液中，颗粒物被碱液吸收，排出烟气，并得到溶液；
2)、将步骤1)得到的溶液pH值调整至8-11.5，使得溶液中的重金属转化为氢氧化物沉淀；
3)、经过步骤1)处理后得到的烟气使用臭氧氧化，将烟气中的NO氧化为高价态氮氧化物；再将烟气输入洗涤塔用碱液洗涤，碱液吸收烟气中的酸性气体并将其中和洗涤塔内的碱液吸收烟气中的重金属及颗粒物；排出烟气；
4)、调节洗涤塔内的溶液的pH值至8-11.5，使重金属转化为氢氧化物沉淀。
2.根据权利要求1所述的新型烟气净化方法，其特征在于，步骤1)中，液气比为1-20L/m3。
3.根据权利要求1所述的新型烟气净化方法，其特征在于，步骤1)中高温烟气的温度为500℃以上。
4.根据权利要求1所述的新型烟气净化方法，其特征在于，在所述步骤1)之前，还包括步骤1-1)，对烟气进行余热回收及脱硝处理，然后再进入步骤1)。
5.根据权利要求1所述的新型烟气净化方法，其特征在于，步骤2)和步骤4)产生溶液经压滤处理，回收氢氧化物沉淀。
6.根据权利要求1所述的新型烟气净化方法，其特征在于，所述步骤3)中，液气比为1-20L/m3。
7.根据权利要求1所述的新型烟气净化方法，其特征在于，在步骤4)之后还包括步骤5)，经洗涤塔后排出的烟气进入湿式电除尘器处理，脱除颗粒物和水滴后再排出。
8.根据权利要求7所述的新型烟气净化方法，其特征在于，所述步骤5)中，经湿式电除尘器处理后的烟气，加热至130℃以上后排放。
9.根据权利要求8所述的新型烟气净化方法，其特征在于，在所述步骤1)之前，还包括步骤1-1)，对烟气进行余热回收及脱硝处理，然后再进入步骤1)；烟气回收的余热加热水产生水蒸汽，水蒸汽用于加热步骤5)所获得的烟气。
10.根据权利要求1所述的新型烟气净化方法，其特征在于，在所述步骤1和3所述的碱液为Ca(OH)2、NaOH、KOH、NaHCO3、Na2CO3、K2CO3、KHCO3和/或Ca(HCO3)2溶液。
11.根据权利要求1所述的新型烟气净化方法，其特征在于，所述烟气为灰渣熔融烟气。
12.根据权利要求1所述的新型烟气净化方法，其特征在于，所述烟气为垃圾或废弃物焚烧或气化所产生的烟气。
13.烟气净化设备，其特征在于，包括急冷脱酸塔，所述急冷脱酸塔结构自上至下包括直线段、收缩段，喉口段和扩张段；所述直线段内部口径上下一致，其上端设置有供烟气进入的开口；所述收缩段上端口径大于下端口径，其上端口径与下端口径之比为1.1-20:1，收缩段上端与直线段连通，下端与喉口段连通；喉口段口径与收缩段下端口径相同；喉口段自上至下口径相同；喉口段上端与收缩段下端连通，下端与扩张段连通；扩张段上端口径与下端口径之比为1:1.5-20。
14.根据权利要求13所述的烟气净化设备，其特征在于，所述烟气净化设备还包括脱硝及余热回收设备、溶液回收罐、氧化反应塔、洗涤塔、湿式电除尘器及加热器；硝及余热回收设备、急冷脱酸塔、溶液回收罐、氧化反应塔、洗涤塔、湿式电除尘器及加热器依次连通。
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