CN109647146A - 一种工业锅炉烟气脱硫脱硝的***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种工业锅炉烟气脱硫脱硝的***及方法，所述的***包括喷淋塔，设置在喷淋塔外部入口烟道上的前置氧化***，设置在喷淋塔内部的脱硫循环***、气液分离层和脱硝循环***；所述的方法包括前置氧化、脱硫处理和脱硝处理。本发明的***降低了氧化法脱硝氧化成本和电耗，提高了吸收效率，实现了催化剂的再生利用，解决了氧化法脱硝中产物无法处理的问题，为工业烟气同时脱硫脱硝提供了一种可行的技术方案。本发明的方法通过气液分离装置将喷淋塔内部脱硫喷淋层和脱硝喷淋层隔开，从而完成脱硫脱硝的同时进行；方法中基于湿法脱硫***用磷脂类有机催化剂和再生剂进行烟气脱硝处理，离线再生催化剂进行脱硝反应的循环。
Description
技术领域
本发明涉及大气污染防治领域，具体为一种工业锅炉烟气脱硫脱硝的***及方法。
背景技术
燃煤锅炉排放烟气中的SO2、NOx(主要包括NO和NO2)是大气的主要污染物之一，对人类的健康和自然环境造成极大的危害，是光化学污染和酸雨的重要成因之一。现阶段无论是湿法脱硫***还是干法脱硫***都对SO2的脱除具有显著效果，且适用性好，在工业和电力行业具有广泛的应用，而且烟气脱硝一直是污染物脱除的重点和难点。我国工业固定源NOx排放占到NOx排放总量的70％左右。目前工业烟气NOx排放控制技术主要有选择性催化还原技术(selective catalytic reduction,SCR)、活性焦/活性炭吸附技术、氧化法脱硝等等。
SCR技术在燃煤锅炉烟气脱硝领域应用广泛，该技术是在300℃-400℃的温度范围内，NH3和NOx在催化剂的作用下反应生成N2和H2O，该方法脱硝效率高，运行成本低，但是初投资高，必须满足运行温度窗口，而且对煤质要求较高，对碱金属敏感，难以在工业锅炉应用。
活性炭/活性焦法与SCR技术类似，将活性金属负载在改性后的活性焦或活性炭上，起到对NOx催化还原的作用并脱除NOx，其优点可以在低温段实现高效脱硝，但是初投资大，活性焦设备占地面积大，并且需要搭配活性焦脱硫***，前置完全脱硫避免SO2影响下游脱硝***。
氧化法脱硝是通过前置氧化技术，喷入两倍于烟气中NO的臭氧，将NOx氧化为N2O5，之后在湿法脱硫***中与SO2一同被碱性吸收剂吸收。其优点在于占地面积小，氧化选择性强，吸收效率高，可以做到SO2和NOx的完全脱除，但是氧化成本高，耗电量大，脱硝产物难处理。
开发新型工业锅炉烟气脱硝法对工业锅炉污染防治的发展具有重要意义。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种工业锅炉烟气脱硫脱硝的***及方法，在现有氧化法脱硫脱硝的基础上，降低氧化剂用量、电耗，只将NO氧化为NO2即可实现烟气脱硝，同时脱硝产物为N2和H2O无污染，催化剂可以循环利用成本低。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种工业锅炉烟气脱硫脱硝的***，包括喷淋塔，设置在喷淋塔外部入口烟道上的前置氧化***，设置在喷淋塔内部的脱硫循环***、气液分离层和脱硝循环***；
所述的脱硫循环***包括脱硫浆液池、脱硫循环泵和脱硫喷淋层；脱硫浆液池设置在喷淋塔的底部；脱硫浆液池通过脱硫循环泵与脱硫喷淋层连通；
所述的脱硝循环***包括催化剂再生池、脱硝浆液泵和脱硝喷淋层；催化剂再生池设置在喷淋塔的外部，其进液口通过脱硝浆液泵与气液分离层连通，出液口与脱硝喷淋层连通；
所述的脱硫喷淋层、气液分离层和脱硝喷淋层由下而上依次设置在塔内的烟气入口上方。
优选的，所述的前置氧化***设置在喷淋塔距离烟气入口15-20米的入口烟道外，前置氧化***输出端设置氧化剂喷射***；所述的氧化剂喷射***输入端连接前置氧化***，输出端伸入入口烟道内双向喷射。
进一步，所述的前置氧化***采用臭氧发生器、双氧水发生器或二氧化氯发生器中的至少一种。
优选的，所述的脱硫喷淋层和脱硝喷淋层均不少于2层。
优选的，所述的气液分离层包括相互套设的集液槽和升气帽，集液槽的出口端分为两路，一路经一个脱硝浆液泵连接催化剂再生池，另一路经另一个脱硝浆液泵连接脱硝喷淋层。
优选的，所述的脱硫浆液池底部连通设置有氧化风机。
优选的，所述的催化剂再生池中设置有机催化剂和水的分离装置。
一种工业锅炉烟气脱硫脱硝的方法，采用上述任意一种***，包括如下步骤：
步骤一，前置氧化：利用前置氧化***在喷淋塔的入口烟道内喷入氧化剂，将烟气中的NO氧化为低价态的NO2，处理过的烟气进入喷淋塔中；
步骤二，脱硫处理：处理过的烟气中的硫氧化物在脱硫循环***内被脱硫喷淋层喷淋的碱性水溶吸收剂吸收，生成亚硫酸盐和/或硫酸盐；脱硫后的烟气通过气液分离层后升入脱硝循环***内；
步骤三，脱硝处理：脱硫后的烟气中的氮氧化物在脱硝循环***内被脱硝喷淋层喷淋的有机催化剂吸收，生成强氧化性物质；所述的有机催化剂为磷脂类物质中的一种或多种混合物；
通过脱硝浆液泵将气液分离层中的脱硝浆液抽出至催化剂再生池，向催化剂再生池加入再生剂水溶液进行搅拌，静止待油水分离后将上层催化剂抽出并打回喷淋塔内部的脱硝喷淋层，实现有机催化剂的再生循环利用。
进一步，步骤三中，有机催化剂采用磷酸三丁酯和甘油-3-磷酸中的至少一种。
再进一步，步骤三中，再生剂采用尿素或者硫代硫酸钠或者水合肼。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过少量的前置氧化剂将烟气中的NO氧化为低价态的NO2，在喷淋塔内通过湿法脱硫***和有机催化剂脱硝***实现单塔双循环的同时脱硫脱硝工艺，降低了氧化法脱硝氧化成本和电耗，提高了吸收效率，实现了催化剂的再生利用，解决了氧化法脱硝中产物无法处理的问题，为工业烟气同时脱硫脱硝提供了一种可行的技术方案。
进一步的，前置氧化***需设置在脱硫塔入口15-20米之前，使烟气与氧化剂充分反应后再进入喷淋塔。
进一步的，利用气液分离层将喷淋塔设置为单塔双循环结构，通过宝盖型气液分离装置实现脱硫脱硝双循环，保证烟气贯通，循环浆液互不干扰。
本发明所述的方法通过气液分离装置将喷淋塔内部脱硫喷淋层和脱硝喷淋层隔开，喷淋塔为单塔双循环反应，保证上下层吸收液完全隔离，而烟气贯通；第一循环为脱硫喷淋层，使用钙法或碱法脱除烟气中的SO2；第二循环为脱硝喷淋层，使用有机催化剂吸收烟气中的NO2，从而完成脱硫脱硝的同时进行；方法中基于湿法脱硫***用磷脂类有机催化剂和再生剂进行烟气脱硝处理，采用磷脂类有机物作为吸收剂吸收NO2形成强氧化性物质，利用尿素还原性与吸收剂NO2的脱硝浆液反应，离线再生催化剂进行脱硝反应的循环。
附图说明
图1为本发明***的结构示意图。
图中：1入口烟道，2前置氧化***，3氧化剂喷射***，4氧化风机，5脱硫浆液池，6喷淋塔，7脱硫循环泵，8脱硫喷淋层，9气液分离层，10脱硝喷淋层，11脱硝浆液泵，12催化剂再生池。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
本发明一种工业锅炉烟气脱硫脱硝的***，如图1所示，其包括脱硫浆液池5；喷淋塔6；喷淋塔6的入口烟道1；前置氧化***2；与前置氧化***2相连设置在入口烟道1内双向喷射的氧化剂喷射***3；氧化风机4，用于向脱硫浆液池5内鼓入新鲜空气将亚硫酸盐强制氧化为硫酸盐；脱硫循环泵7；脱硫喷淋层8，本优选实例中设置两层喷淋用于保证脱硫效率；气液分离层9，用于隔离脱硫循环和脱硝循环，保证烟气流通，阻止脱硝浆液混入下方脱硫循环区；脱硝喷淋层10，本优选实例中设置双层喷淋用于保证脱硝效率；脱硝浆液泵11；催化剂再生池12，其输入端与气液分离层9中分离出的脱硝浆液层连接，输出端和脱硝喷淋层10相连。
在实际应用中，本发明包括喷淋塔6，位于喷淋塔6的入口烟道1的前置氧化***2，用于将NO氧化为NO2；脱硫循环***，使用石灰石石膏法或氨法，用于脱除烟气中的SO2；脱硝循环***，采用有机催化剂吸收烟气中的NO2；气液分离层9，用于分离脱硫循环***和脱硝循环***并保证烟气贯通，并收集脱硝浆液进行循环利用；催化剂再生***，用于还原结合了NO2的催化剂；脱硫浆液池5的氧化风机4，鼓入新鲜空气将亚硫酸盐强制氧化为硫酸盐；氧化剂喷射***3的双向喷射是沿烟气的流向在上游和下游同时进行喷射，保证了氧化的效果。
其中，在湿法脱硫的基础上，使有机催化剂作为新吸收剂通过喷淋方式与带有NO2的原烟气逆向接触，实现湿法脱硝；同时，通过脱硝浆液泵11将吸收了NO2的催化剂抽出，在催化剂再生池12内加入尿素溶液等还原性物质对催化剂进行再生，再生完毕后通过分离装置对催化剂和水进行分离，再将催化剂通过脱硝循环泵打回吸收塔内部，实现催化剂的循环利用；
其中，有机催化剂为磷脂类有机物的一种或多种复配物，难溶于水，通过离心或静止的手段就能与水分离，便于催化剂再生；
其中，前置氧化***2采用臭氧氧化或双氧水氧化或二氧化氯中的一种或两种配合使用，将烟气中的NO氧化为NO2，氧化剂为能够将NO氧化成低价态的NO2并高效吸收，降低氧化效率和电耗；
其中，喷淋塔6为单塔双循环结构，第一循环为脱硫喷淋层8，使用钙法即石灰石石膏法或氨法脱除烟气中的SO2；第二循环为脱硝喷淋层10，使用有机催化剂吸收烟气中的NO2；
其中，喷淋塔6内部脱硫喷淋层8和脱硝喷淋层10通过气液分离层9隔开，保证上下层吸收液完全隔离，而烟气贯通。
实施例2
本发明一种工业锅炉烟气脱硫脱硝的***，前置氧化***2和氧化剂喷射***3分别采用臭氧发生器和臭氧喷射***，首先臭氧发生器产生的臭氧在臭氧喷射***喷入喷淋塔6的入口烟道1，将烟气中的NO氧化为NO2，烟气由喷淋塔6的入口烟道1进入喷淋塔6，采用石灰石石膏法或氨法脱除烟气中的SO2，两层或多层的脱硫喷淋层8的喷淋保证脱硫效率，烟气通过脱硫后经由气液分离层9进入脱硝循环***，在脱硝喷淋层10的喷淋作用下烟气中的NO2被催化剂吸收，形成氧化性物质；通过脱硝循环泵11将包含氧化性物质的脱硝浆液抽出并与作为再生剂的尿素反应，产生N2和H2O实现催化剂的再生，静置分离之后抽出上层油相催化剂注入脱硝循环***中实现催化剂的循环利用，形成再生循环回路，并最终实现高效同时脱硫脱硝。
其中，气液分离层9采用宝盖型气液分离装置，其包括相互套设的集液槽和升气帽，集液槽的出口端分为两路，一路经一个脱硝浆液泵11连接催化剂再生池12，另一路经另一个脱硝浆液泵11连接脱硝喷淋层10。脱硝浆液可以直接通过一个独立的脱硝循环泵11连接脱硝喷淋层10进行循环利用，也就是直接循环回路和再生循环回路能够并行运行，提高了脱硝效率和再生效率。
根据上述实施方式，在实验室力搭建小型试验台，以石灰石溶液作为脱硫吸收液，有机催化剂作为脱硝吸收液，配置含有NO2、SO2、N2、CO2、O2、H2O的模拟烟气，控制反应温度55℃，烟气温度150℃，测试得到脱硫效率大于99％，脱硝效率大于95％。
实施例3
本发明一种工业锅炉烟气脱硫脱硝的方法，包括如下步骤：
步骤一，前置氧化：利用前置氧化***2在喷淋塔6的入口烟道1内喷入氧化剂，将烟气中的NO氧化为低价态的NO2，处理过的烟气进入喷淋塔6中；
步骤二，脱硫处理：处理过的烟气中的硫氧化物在脱硫循环***内被脱硫喷淋层8喷淋的碱性水溶吸收剂即脱硫浆液吸收，生成亚硫酸盐/硫酸盐；脱硫后的烟气通过持液层等气液分离层9后升入脱硝循环***内；
步骤三，脱硝处理：脱硫后的烟气中的氮氧化物在脱硝循环***内被脱硝喷淋层10喷淋的有机催化剂吸收，生成氧化性物质；脱硝催化剂吸收氮氧化物生成的脱硝浆液通过脱硝浆液泵11抽出至催化剂再生池12，向催化剂再生池12加入再生剂水溶液进行搅拌，静止待油水分离后将上层催化剂抽出并打回喷淋塔6内部的脱硝喷淋层10，实现有机催化剂的再生循环利用。
其中，步骤三中，有机催化剂采用磷酸三丁酯、甘油-3-磷酸等磷脂类物质的一种或多种混合物。
其中，步骤三中，再生剂采用尿素或者硫代硫酸钠或者水合肼。
其中，脱硫浆液通过鼓气氧化、离心、干燥等步骤，分别将生成的亚硫酸盐转化为硫酸盐、脱水干燥后形成固体从而脱离脱硫体系。
Claims (10)
1.一种工业锅炉烟气脱硫脱硝的***，其特征在于：包括喷淋塔(6)，设置在喷淋塔(6)外部入口烟道(1)上的前置氧化***(2)，设置在喷淋塔(6)内部的脱硫循环***、气液分离层(9)和脱硝循环***；
所述的脱硫循环***包括脱硫浆液池(5)、脱硫循环泵(7)和脱硫喷淋层(8)；脱硫浆液池(5)设置在喷淋塔(6)的底部；脱硫浆液池(5)通过脱硫循环泵(7)与脱硫喷淋层(8)连通；
所述的脱硝循环***包括催化剂再生池(12)、脱硝浆液泵(11)和脱硝喷淋层(10)；催化剂再生池(12)设置在喷淋塔(6)的外部，其进液口通过脱硝浆液泵(11)与气液分离层(9)连通，出液口与脱硝喷淋层(10)连通；
所述的脱硫喷淋层(8)、气液分离层(9)和脱硝喷淋层(10)由下而上依次设置在塔内的烟气入口上方。
2.根据权利要求1所述的一种工业锅炉烟气脱硫脱硝的***，其特征在于：所述的前置氧化***(2)设置在喷淋塔(6)距离烟气入口15-20米的入口烟道(1)外，前置氧化***(2)输出端设置氧化剂喷射***(3)；所述的氧化剂喷射***(3)输入端连接前置氧化***(2)，输出端伸入入口烟道(1)内双向喷射。
3.根据权利要求2所述的一种工业锅炉烟气脱硫脱硝的***，其特征在于：所述的前置氧化***(2)采用臭氧发生器、双氧水发生器或二氧化氯发生器中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种工业锅炉烟气脱硫脱硝的***，其特征在于：所述的脱硫喷淋层(8)和脱硝喷淋层(10)均不少于2层。
5.根据权利要求1所述的一种工业锅炉烟气脱硫脱硝的***，其特征在于：所述的气液分离层(9)包括相互套设的集液槽和升气帽，集液槽的出口端分为两路，一路经一个脱硝浆液泵(11)连接催化剂再生池(12)，另一路经另一个脱硝浆液泵(11)连接脱硝喷淋层(10)。
6.根据权利要求1所述的一种工业锅炉烟气脱硫脱硝的***，其特征在于：所述的脱硫浆液池(5)底部连通设置有氧化风机(4)。
7.根据权利要求1所述的一种工业锅炉烟气脱硫脱硝的***，其特征在于：所述的催化剂再生池(12)中设置有机催化剂和水的分离装置。
8.一种工业锅炉烟气脱硫脱硝的方法，采用如权利要求1-7所述的任意一种***，包括如下步骤：
步骤一，前置氧化：利用前置氧化***(2)在喷淋塔(6)的入口烟道(1)内喷入氧化剂，将烟气中的NO氧化为低价态的NO2，处理过的烟气进入喷淋塔(6)中；
步骤二，脱硫处理：处理过的烟气中的硫氧化物在脱硫循环***内被脱硫喷淋层(8)喷淋的碱性水溶吸收剂吸收，生成亚硫酸盐和/或硫酸盐；脱硫后的烟气通过气液分离层(9)后升入脱硝循环***内；
步骤三，脱硝处理：脱硫后的烟气中的氮氧化物在脱硝循环***内被脱硝喷淋层(10)喷淋的有机催化剂吸收，生成强氧化性物质；所述的有机催化剂为磷脂类物质中的一种或多种混合物；
通过脱硝浆液泵(11)将气液分离层(9)中的脱硝浆液抽出至催化剂再生池(12)，向催化剂再生池(12)加入再生剂水溶液进行搅拌，静止待油水分离后将上层催化剂抽出并打回喷淋塔(6)内部的脱硝喷淋层(10)，实现有机催化剂的再生循环利用。
9.根据权利要求8所述的一种工业锅炉烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于：步骤三中，有机催化剂采用磷酸三丁酯和甘油-3-磷酸中的至少一种。
10.根据权利要求8所述的一种工业锅炉烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于：步骤三中，再生剂采用尿素或者硫代硫酸钠或者水合肼。
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