CN103349893A - 一种湿法脱硝方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湿法脱硝方法及设备，所述湿法脱硝方法包括预氧化步骤、一级逆喷洗涤步骤、低温氧化步骤、二级逆喷洗涤步骤，所述逆喷洗涤是指洗涤循环液从废气下方向上喷射洗涤，使得洗涤效果更好。所述湿法脱硝设备包括预氧化器、一级逆喷洗涤塔、氧化塔、二级逆喷洗涤塔、氧化剂发生器、一级循环泵、排酸泵、二级循环泵、废水泵、吸收剂发生装置、引风机、控制器、一级传感器、二级传感器，一级传感器用来检测一级逆喷洗涤循环液的硝酸酸度，二级传感器用来检测二级逆喷洗涤循环液的密度，一级逆喷洗涤塔、二级逆喷洗涤塔底部均安装有向上喷射的喷淋设备。本发明具有设计合理，降低处理成本，无二次污染，处理效果稳定，脱硝率高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种湿法脱硝方法及设备。
背景技术
大气环境污染是当代具有全球性的环境污染问题，改善环境空气质量，维护人类健康是我们急需解决的时代课题。在众多大气污染物中SOx、NOx等的治理对人类生活有着极其重要的现实意义。其中氮氧化物(NOx)是重点控制的污染物之一，自20世纪70年代起，欧、美、日等发达国家相继对NOx的排放作了限制，并且随技术与经济的发展，限制日趋严格。
在中国随着经济的快速发展，环境污染日趋严重，特别是燃煤烟气、玻璃、水泥制造中和生产、使用硝酸型工厂排放的NOx，对大气污染已成为一个不容忽视的重要问题。鉴于此，国家环保局于20世纪90年代中后期，对NOx的排放做出了限制。
目前，常用的脱硝方式为有选择性非催化( selective non catalytic reaction, SNCR) 和选择性催化( selective catalytic reaction, SCR) 技术。SNCR技术是低成本高效率的低NOx控制技术, 但脱除效率一般仅能达到50%～65%，对于今后日益严格的排放要求,，势必寻找更高效的脱除技术。SCR 是目前商业技术中最有效的低NOx控制技术，可以达到80% 以上的脱硝效率，但其初期投资在 490～1250 元/ kW，非常昂贵，NOx的运行费用大约为2100～ 2800 元/t，同时烟气中含尘及氨溢出等问题影响运行的稳定性，且脱硝效率仍不够理想。传统湿法脱硝技术采用碱液吸收，吸收后生成硝酸钠、亚硝酸钠存在二次污染，同时存在效率低处理率不稳定等缺点。公开号为CN102357332A的中国专利申请文件公开了一种湿法吸收烟气脱硝系统及方法，该系统及方法仍存在洗涤效果差，氧化效果差，脱硝率低，消耗过多的臭氧等缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中所存在的上述不足，而提供一种降低处理成本，无二次污染，处理效果稳定，脱硝率高的湿法脱硝方法和设备。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案包括：一种湿法脱硝方法，其特征是主要包括预氧化步骤、一级逆喷洗涤步骤、低温氧化步骤、二级逆喷洗涤步骤，所述逆喷洗涤是指洗涤液从废气下方向上喷射洗涤，使得洗涤效果更好。根据NOX进气浓度大小及出口要求高低，一级逆喷洗涤及二级逆喷洗涤步骤可采用多级串联的方案。本发明所述一级逆喷洗涤步骤中的洗涤液、二级逆喷洗涤步骤中的洗涤液均循环利用，以节约成本，增加副产品的生产量，增加回收的价值。
为降低处理成本，含NOX废气需进入预氧化器进行预氧化，所述预氧化步骤采用空气、氧气、双氧水中的一种或多种作为氧化剂。预氧化步骤降低了被处理废气的温度，并使得其中部分的低NOX被氧化，从而使得后续的低温氧化步骤所需的高档氧化剂使用量减少，节约了成本。
然后进入一级逆喷洗涤步骤，采用水为一级逆喷时的初始洗涤循环液，水吸收初始废气后成为一级逆喷洗涤循环液，当一级逆喷洗涤循环液的硝酸浓度在30%以下时循环利用，当一级逆喷洗涤循环液的硝酸浓度超过30%时排出并补充等量的新鲜水，初始废气经过一级逆喷洗涤循环液洗涤后成为一级处理废气，一级处理废气的温度在100℃以下。
所述低温氧化步骤在氧化塔内进行，低温氧化步骤的氧化剂采用臭氧，臭氧温度保持在0～100℃的范围内，一级处理废气在氧化塔内的停留时间在0.5～10秒之间，提高氧化效果。
所述二级逆喷洗涤步骤对氧化塔出来的氧化处理废气进行二级逆喷洗涤，二级逆喷时的初始洗涤循环液采用浓度在50%以下的尿素溶液，二级逆喷时的初始洗涤循环液和二级逆喷洗涤循环液的密度均在1.1以上，二级逆喷洗涤循环液循环利用，当二级逆喷洗涤循环液密度低于1.1以后补充尿素。
本发明上述技术问题所采用的技术方案还包括一种湿法脱硝设备，所述湿法脱硝设备主要包括预氧化器、一级逆喷洗涤塔、氧化塔、二级逆喷洗涤塔、氧化剂发生器、一级循环泵、排酸泵、二级循环泵、废水泵、吸收剂发生装置、引风机、控制器、一级传感器、二级传感器，控制器与氧化剂发生器、一级循环泵、排酸泵、二级循环泵、废水泵、吸收剂发生装置、引风机、一级传感器、二级传感器均连接，一级传感器、二级传感器分别安装在一级逆喷洗涤塔、二级逆喷洗涤塔内，一级传感器用来检测一级逆喷洗涤循环液的硝酸酸度，二级传感器用来检测二级逆喷洗涤循环液的密度，预氧化器与废气入口连接，一级逆喷洗涤塔入口与预氧化器出口、一级循环泵出口连接，一级逆喷洗涤塔液体出口与排酸泵入口、一级循环泵入口连接，排酸泵出口与排酸管道连接，一级逆喷洗涤塔气体出口、氧化剂发生器均与氧化塔入口连接，氧化塔出口与二级逆喷洗涤塔入口连接，二级逆喷洗涤塔气体出口与引风机连接，二级逆喷洗涤塔液体出口与二级循环泵入口、废水泵入口连接，二级循环泵出口与二级逆喷洗涤塔入口连接，二级逆喷洗涤塔与吸收剂发生装置连接，自来水管与吸收剂发生装置、一级逆喷洗涤塔、氧化塔、二级逆喷洗涤塔均连接，一级逆喷洗涤塔、二级逆喷洗涤塔底部均安装有向上喷射的喷淋设备，用来逆喷洗涤。
本发明所述吸收剂发生装置由吸收剂罐和输送泵组成，吸收剂罐与输送泵入口、自来水管连接，输送泵出口与二级逆喷洗涤塔连接。
本发明所述一级逆喷洗涤塔由多个一级逆喷洗涤塔串联构成。
本发明所述二级逆喷洗涤塔由多个二级逆喷洗涤塔串联构成。
本发明与现有技术相比，具有设计合理，降低处理成本，无二次污染，处理效果稳定，脱硝率高等特点。
附图说明
图1为本发明实施例湿法脱硝设备的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明实施例湿法脱硝方法实施例主要包括预氧化步骤、一级逆喷洗涤步骤、低温氧化步骤、二级逆喷洗涤步骤，所述逆喷洗涤是指洗涤液从废气下方向上喷射洗涤，以便通过洗涤液向上喷射和在重力影响下向下回落两个过程延长洗涤液与废气的接触时间，强化洗涤效果。根据NOX进气浓度大小及出口要求高低，一级逆喷洗涤步骤、二级逆喷洗涤步骤均可采用多级串联（即一级逆喷洗涤步骤可采用多个一级逆喷洗涤塔2串联的方式，二级逆喷洗涤步骤也可采用多个二级逆喷洗涤塔4串联的方式）的方案。
为降低处理成本，含NOX的初始废气需进入预氧化器进行预氧化，预氧化剂（媒介）可采用低档的氧化剂如空气、氧气、双氧水（或者其组合）等。预氧化步骤降低了被处理废气的温度，并使得其中部分的低NOX（特别是NO）被氧化到高价态，从而使得后续的低温氧化步骤所需的高档氧化剂使用量减少，节约了成本。
然后进入一级逆喷洗涤步骤，采用水为一级逆喷时的初始洗涤循环液，当一级逆喷时的初始洗涤循环液（水）吸收初始废气后成为一级逆喷洗涤循环液（稀硝酸液，即已经一级逆喷洗涤后的洗涤循环液，下同），当一级逆喷洗涤循环液的硝酸浓度在30%以下时循环利用，当一级逆喷洗涤循环液的硝酸浓度超过30%时排出并补充等量（与排出的一级逆喷洗涤循环液体积相同的）的新鲜水为洗涤循环液，初始废气经过一级逆喷洗涤后成为一级处理废气，一级处理废气的温度在100℃以下。
所述低温氧化步骤的氧化剂采用臭氧，臭氧温度保持在0～200℃的范围内，一级处理废气在氧化塔3内的停留时间在0.5～10秒之间；所述二级逆喷洗涤步骤对氧化塔3出来的氧化处理废气进行二级逆喷洗涤，二级逆喷时的初始洗涤循环液采用浓度为50%以下的尿素溶液，二级逆喷时的初始洗涤循环液及二级逆喷洗涤循环液（即已经二级逆喷洗涤后的洗涤循环液，下同）的密度均控制在1.1（1吨/立方米，下同）以上，通过二级循环泵9循环利用，当二级逆喷洗涤循环液密度低于1.1以后补充尿素至二级逆喷洗涤循环液密度在1.1以上，特例为二级逆喷时的初始洗涤循环液密度和补充尿素后的二级逆喷洗涤循环液密度均在1.2～1.3之间。
含NOx的初始废气首先进入预氧化器1、一级逆喷洗涤塔2，一级逆喷洗涤塔2内的初始洗涤循环液首选是水，也可以选择其他碱性液体如：烧碱、氨水等。经一级逆喷洗涤塔2洗涤后的废气（一级处理废气）降低了温度，一般废气经一级逆喷洗涤塔2后出口温度在100℃以下，这样的温度有利于下一步的氧化反应。同时经一级逆喷洗涤塔2后，一级处理废气中的NO2气体经水吸收成硝酸回用，使下一步的氧化剂消耗量进一步减少，同时一级逆喷洗涤塔2除去大部分尘，有利于下部氧化反应进行。
经过一级逆喷洗涤后的废气进入氧化塔3，NOx气体较难处理主要是NO较难被吸收，NO需氧化成NO2等容易吸收的其他才能被处理，氧化NO首选氧化剂为臭氧，但需要保持在0～200℃的工作范围内，如果温度过高，臭氧容易分解氧化效果较差。同时保证废气与臭氧有足够的接触时间，所以氧化塔3内的停留时间设定在0.5～10s之间。氧化剂也可以选经气化后的双氧水，氧化剂来自氧化剂发生器5，工艺上控制氧化剂与废气同时进入氧化塔3。
经氧化塔3后的气体（氧化处理废气）经充分反应，90%以上NO转化为NO2，再进入二级逆喷洗涤塔4，二级逆喷洗涤塔4的吸收剂（二级逆喷时的初始洗涤循环液）首选是尿素溶液，也可以选择水、氨水等，吸收剂来自吸收剂发生装置11。如是尿素，则最终生成氮气、二氧化碳、水等物质，其中的废气（二级处理废气）经引风机6排出，无二次污染。
本发明实施例用来实施上述湿法脱硝方法的湿法脱硝设备主要包括预氧化器1、一级逆喷洗涤塔2、氧化塔3、二级逆喷洗涤塔4、氧化剂发生器5、引风机6、一级循环泵7、排酸泵8、二级循环泵9、废水泵10、吸收剂发生装置11、控制器、一级传感器、二级传感器，控制器与氧化剂发生器5、一级循环泵7、排酸泵8、二级循环泵9、废水泵10、吸收剂发生装置11、引风机6、一级传感器、二级传感器均连接，一级传感器、二级传感器分别安装在一级逆喷洗涤塔2、二级逆喷洗涤塔4内，一级传感器用来检测一级逆喷洗涤循环液的硝酸酸度，二级传感器用来检测二级逆喷洗涤循环液的密度（浓度）。预氧化器1入口与废气入口连接，一级逆喷洗涤塔入口12与预氧化器1出口、一级循环泵7出口连接，一级逆喷洗涤塔液体出口13与排酸泵8入口、一级循环泵7入口连接，排酸泵8出口与排酸管道连接，一级逆喷洗涤塔气体出口14、氧化剂发生器5均与氧化塔入口21连接，氧化塔出口22与二级逆喷洗涤塔入口31连接，二级逆喷洗涤塔气体出口32与引风机6连接，二级逆喷洗涤塔液体出口33与二级循环泵9入口、废水泵10入口连接，二级循环泵9出口与二级逆喷洗涤塔入口31连接，二级逆喷洗涤塔4与吸收剂发生装置11连接，自来水管（输送新鲜水）与吸收剂发生装置11、一级逆喷洗涤塔2、氧化塔3、二级逆喷洗涤塔4均连接，一级逆喷洗涤塔2、二级逆喷洗涤塔4内的底部均安装有向上喷射（逆喷洗涤）的喷淋设备。
本发明所述吸收剂发生装置11由吸收剂罐15和输送泵16组成，吸收剂罐15与输送泵16入口、自来水管连接，输送泵16出口与二级逆喷洗涤塔4连接。
本发明所述一级逆喷洗涤塔2、氧化塔3、二级逆喷洗涤塔4、氧化剂发生器5、一级循环泵7、排酸泵8、二级循环泵9、废水泵10、吸收剂发生装置11、引风机6、控制器、一级传感器、二级传感器、喷淋设备均可采用现有技术实现。
本发明实际应用时，初始废气为含NOx浓度为2000mg/NM3气体，气量为每小时2500M3，进入预氧化器1预氧化后进入一级逆喷洗涤塔2，一级逆喷的初始洗涤循环液为水，水吸收废气后成为硝酸（一级逆喷洗涤循环液），当硝酸浓度在30%以下时一级逆喷洗涤循环液经过一级循环泵7进行循环利用，当硝酸浓度在大于30且小于40%时，一级逆喷洗涤循环液通过排酸泵8排掉，并通过自来水管补充等量的新鲜水。废气经一级逆喷洗涤塔2后成为一级处理废气并进入氧化塔3，氧化塔3通入臭氧，臭氧按1～50kg/h的量补充，一级处理废气在氧化塔3的停留时间为0.5～10s，一级处理废气经氧化塔3后成为氧化处理废气并进入二级逆喷洗涤塔4。二级逆喷时的初始洗涤循环液为5%～50%的尿素溶液，二级逆喷洗涤塔循环液密度控制在1.1以上,通过二级循环泵9循环利用，当二级逆喷洗涤循环液密度小于1.1,补充尿素。经以上处理后废气成为二级处理废气并含NOx的浓度低于200mg/NM3，达到国家排放标准，而成本投资成本比SCR降低20%以上，同时只需补充氧气及尿素，运行成本降低10%以上，操作稳定不需要更换催化剂。
以上装置可处理任何温度下的废气。
本发明的创新点：
1、增加预氧化器1，使部分低成本NO转变NO2，降低处理成本，同时增加稀硝酸的产出量，增加回收的价值。
2、采用逆喷洗涤技术，加强气液传质效率，使产生的副产物硝酸浓度达30%以上，增加了经济效益。
3、采用臭氧氧化技术，既减少氧化时间使氧化能在较短的时间内完成又能在低温的条件反应，使处理效果更佳，满足烟气的温度条件。
4、采用尿素吸收使氮氧化物转变为氮气，系统不产生二次污染。
5、本发明适用温度范围较宽，对于0~1000℃的废气都能正常处理，尤其是一些回收热量后废气，温度条件不适用SNCR、SCR等技术的状况下。
本发明实施例适用范围广，可处理任何温度下的含NOx废气：锅炉烟道气、化工反应气体，同时处理成本较低，最终产物为硝酸，可以回用，同时处理效果稳定，脱硝率可以达到90%以上。
本发明技术特征或技术方案的简单变形和组合，应认为落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种湿法脱硝方法，其特征是：主要包括预氧化步骤、一级逆喷洗涤步骤、低温氧化步骤、二级逆喷洗涤步骤，所述逆喷洗涤是指洗涤液从废气下方向上喷射洗涤。
2.根据权利要求1所述的湿法脱硝方法，其特征是：所述预氧化步骤在预氧化器中进行，预氧化步骤采用空气、氧气、双氧水中的一种或多种作为氧化剂。
3.根据权利要求1或2所述的湿法脱硝方法，其特征是：所述一级逆喷洗涤步骤采用水为一级逆喷时的初始洗涤循环液，水吸收初始废气后成为一级逆喷洗涤循环液，当一级逆喷洗涤循环液的硝酸浓度在30%以下时循环利用，当一级逆喷洗涤循环液的硝酸浓度超过30%时排出并补充等量的新鲜水，初始废气经过一级逆喷洗涤循环液洗涤后成为一级处理废气，一级处理废气的温度在100℃以下。
4.根据权利要求1或2所述的湿法脱硝方法，其特征是：所述低温氧化步骤在氧化塔内进行，低温氧化步骤的氧化剂采用臭氧，臭氧温度保持在0～100℃的范围内，一级处理废气在氧化塔内的停留时间在0.5～10秒之间。
5.根据权利要求1或2所述的湿法脱硝方法，其特征是：所述二级逆喷洗涤步骤对氧化塔出来的氧化处理废气进行二级逆喷洗涤，二级逆喷时的初始洗涤循环液采用浓度在50%以下的尿素溶液，二级逆喷时的初始洗涤循环液和二级逆喷洗涤循环液的密度均保持在1.1以上，二级逆喷洗涤循环液循环利用，当二级逆喷洗涤循环液的密度低于1.1以后补充尿素至二级逆喷洗涤循环液的密度在1.1以上。
6.一种用于实施权利要求1或2所述湿法脱硝方法的湿法脱硝设备，其特征是：所述湿法脱硝设备主要包括预氧化器、一级逆喷洗涤塔、氧化塔、二级逆喷洗涤塔、氧化剂发生器、一级循环泵、排酸泵、二级循环泵、废水泵、吸收剂发生装置、引风机、控制器、一级传感器、二级传感器，控制器与氧化剂发生器、一级循环泵、排酸泵、二级循环泵、废水泵、吸收剂发生装置、引风机、一级传感器、二级传感器均连接，一级传感器、二级传感器分别安装在一级逆喷洗涤塔、二级逆喷洗涤塔内，一级传感器用来检测一级逆喷洗涤循环液的硝酸酸度，二级传感器用来检测二级逆喷洗涤循环液的密度，预氧化器与废气入口连接，一级逆喷洗涤塔入口与预氧化器出口、一级循环泵出口连接，一级逆喷洗涤塔液体出口与排酸泵入口、一级循环泵入口连接，排酸泵出口与排酸管道连接，一级逆喷洗涤塔气体出口、氧化剂发生器均与氧化塔入口连接，氧化塔出口与二级逆喷洗涤塔入口连接，二级逆喷洗涤塔气体出口与引风机连接，二级逆喷洗涤塔液体出口与二级循环泵入口、废水泵入口连接，二级循环泵出口与二级逆喷洗涤塔入口连接，二级逆喷洗涤塔与吸收剂发生装置连接，自来水管与吸收剂发生装置、一级逆喷洗涤塔、氧化塔、二级逆喷洗涤塔均连接，一级逆喷洗涤塔、二级逆喷洗涤塔底部均安装有向上喷射的喷淋设备。
7.根据权利要求6所述的湿法脱硝设备，其特征是：所述吸收剂发生装置由吸收剂罐和输送泵组成，吸收剂罐与输送泵入口、自来水管连接，输送泵出口与二级逆喷洗涤塔连接。
8.根据权利要求6或7所述的湿法脱硝设备，其特征是：所述一级逆喷洗涤塔由多个一级逆喷洗涤塔串联构成。
9.根据权利要求6或7所述的湿法脱硝设备，其特征是：所述二级逆喷洗涤塔由多个二级逆喷洗涤塔串联构成。
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