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CN109126431A - 液相吸附式氧化还原法烟气脱硝的装置及方法 - Google Patents

液相吸附式氧化还原法烟气脱硝的装置及方法 Download PDF

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CN109126431A CN201810877664.4A CN201810877664A CN109126431A CN 109126431 A CN109126431 A CN 109126431A CN 201810877664 A CN201810877664 A CN 201810877664A CN 109126431 A CN109126431 A CN 109126431A
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Abstract

本发明公开液相吸附式氧化还原法烟气脱硝的装置及方法。本发明将经湿法烟气脱硫(WFGD)后的锅炉烟气，以鼓泡或喷淋等方式与脱硝混合液充分接触，烟气中的NOx先被脱硝混合液中的吸附剂吸附，随后与还原剂和氧化剂等发生氧化还原反应，生成N2、CO2及H2O，达到脱硝的目的。液相氧化还原脱硝的反应温度范围为20‑80℃，无需额外再加热，而且双氧水/NO摩尔占比仅为30‑50％，双氧水使用量大幅降低，大幅降低运行成本。本发明方法可达到90％以上的脱硝效率，且成本较为低廉，设备简单，易于操作，无需再热，无需催化剂，无二次污染。

Description

液相吸附式氧化还原法烟气脱硝的装置及方法
技术领域
本发明涉及燃煤锅炉烟气处理技术领域，尤其涉及一种液相吸附式氧化还原法烟气脱硝的装置及方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展和人民生活水平的稳步提高，我国能源及电力的消费和需求量逐年增加。由于我国富煤贫油少气的能源资源特点，我国电力的供应以燃煤火力发电为主，而在燃煤过程中，不可避免地会产生烟尘、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、碳氧化物(CO/CO2)、汞(Hg)等有毒重金属以及挥发性有机物(VOCs)等污染物。燃煤污染物对我国的大气环境和生态环境造成了极其严重的污染和破坏，对人体健康也带来直接或间接的伤害和影响。氮氧化物是继烟尘及二氧化硫之后最主要的大气污染物，是N2O，NO，NO2，NO3，N2O5等一系列氮氧化物的总称。NOx对人体及动植物都有较大的危害，能够形成酸雨和酸雾，破坏生态环境，还能与挥发性有机物结合形成光化学烟雾，破坏臭氧层，并造成全球变暖。近三十年来，我国氮氧化物的排放总量随着火电机组装机容量的增长而逐年急剧地增加，已远远超出环境的承受能力。随着环境污染的日益严重和人们环保意识的日益增强，燃煤电厂的NOx排放要求也日益严格。根据环保部火电厂大气污染物排放标准(GB 13223-2011),无论是现有燃煤锅炉还是新建锅炉，其NOx排放限值为100mg/m3，只有少部分锅炉可实施200mg/m3的排放限值。NOx的排放控制是我国经济社会发展中一个十分突出的问题，也是学术领域普遍关注的热点问题。
燃燃电厂NOx排放控制主要有两种途径,即燃烧过程中和烟气后处理技术。燃烧过程中处理技术是指通过改进燃烧器的设计、改变燃烧的条件来降低NOx排放量。常见的燃烧过程中处理技术包括低空气过剩燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环、浓淡偏差燃烧等。这些燃烧过程中处理技术总体上仅能降低30-50％左右的NOx排放,难以满足现行日益严格的排放标准。因此，在火电厂实际工程中，必须安装烟气后处理技术，以达到排放标准。烟气后处理技术主要有选择性非催化还原(SNCR)和选择性催化还原(SCR)。SNCR技术是一种不用催化剂，在850～1100℃的温度范围内，将含氨基的还原剂(如氨水，尿素溶液等)喷入炉内，将烟气中的NOx还原脱除，生成氮气和水的脱硝技术。SNCR技术的主要缺陷在于氨泄露，并且其脱硝效率仅为50-70％，往往难以满足日益严格的排放要求。
选择性催化还原(SCR)是欧美日本等发达国家广泛采用的脱硝技术。SCR技术脱硝效率高，运行稳定，存在的问题是，催化剂的失活、还原性物质(如氨水等)泄露造成的二次污染，高灰布置情况下烟气中较高的粉尘颗粒容易引起催化剂的磨损、堵塞等问题、运行和投资费用非常昂贵。湿法烟气脱硫WFGD装置是目前广泛应用的成熟脱硫技术。经WFGD脱硫后，烟气温度一般为50-70℃，而选择性催化SCR的工作温度一般为250-350℃。若在WFGD装置后再布置SCR进行脱硝，则需要对烟气进行再加热，势力大幅增加运行费用。基于此，迫切需要开发一种低成本高效率的液相烟气脱硝技术，以便和湿法烟气脱硫WFGD装置联用，达到脱除烟气污染物的目的。
发明内容
本发明的目的是针对目前各种烟气脱硝技术难以同时实现低成本和高效率的特点，提供一种液相吸附式氧化还原法烟气脱硝装置，本发明脱除效率较高，达90％以上，且成本较为低廉，设备简单，易于操作，无需再热，无需催化剂，无二次污染。本发明可适用于经湿法烟气脱硫(WFGD)后的锅炉烟气脱硝处理，鼓泡法和喷淋法装置均可应用实施。
第一种方法：本发明装置主要包括鼓泡脱硝塔、脱硝混合液、除雾器、脱硝液缓冲罐；
所述的鼓泡脱硝塔内装有脱硝混合液，鼓泡脱硝塔的底部设有烟气进口，该口通过增压引风机接烟道，用于烟气进入塔内；塔内上端设有除雾器；塔内上方且位于除雾器的上端设有烟气出口，该口接尾部烟道，用于处理后烟气排出塔外；鼓泡脱硝塔侧边开有脱硝混合液进料口，该口通过脱硝液输送管与脱硝液缓冲罐的出料口连接；脱硝液缓冲罐设有给料口，用于添加于吸附剂、还原剂、氧化剂等物料。
上述液相吸附式氧化还原法烟气脱硝方法，主要包括以下步骤：
步骤(1)、锅炉烟气经湿法脱硫(WFGD)降温至50-70℃后，通过增压引风机，增压后从鼓泡脱硝塔底部烟气进口喷入至塔内。
所述的锅炉烟气为含NOx、SO2、粉尘等污染物的烟气；
步骤(2)、烟气以鼓泡的方式与脱硝混合液充分接触，烟气中的NOx先被脱硝混合液中的吸附剂吸附，随后与还原剂和氧化剂等发生氧化还原反应，生成N2、CO2及H2O，达到脱硝的目的，并且无二次污染。
鼓泡脱硝塔内脱硝混合液由脱硝液缓冲罐输送补给，罐内脱硝混合液通过给料口补给吸附剂、还原剂、氧化剂等物料，并充分搅拌混合。
步骤(3)、经脱硝混合液脱除NOx后，鼓泡冒出的烟气经除雾器除雾后进入尾部烟道排放。
第二种方法：本发明装置主要包括喷淋脱硝塔、喷淋装置、脱硝混合液、除雾器、脱硝液缓冲罐。
喷淋脱硝塔的底部设有烟气进口和脱硝混合液出料口；烟气进口接烟道，用于烟气进入塔内；脱硝混合液出料口通过脱硝液输送管输送与脱硝液缓冲罐的脱硝混合液进料口连接。喷淋脱硝塔内设有喷淋装置，该喷淋装置通过循环泵与脱硝液缓冲罐的脱硝混合液出料口连接；喷淋脱硝塔内上方且位于喷淋装置上方布置除雾器；喷淋脱硝塔内上方且位于除雾器上方设有烟气出口，该口接尾部烟道，用于处理后烟气排出塔外；脱硝液缓冲罐设有给料口，用于添加于吸附剂、还原剂及氧化剂等物料。
进一步地，脱硝液输送管可控制脱硝液输送量，从而使得烟气进口位于塔内处理后的脱硝混合液液面的上方。
上述液相吸附式氧化还原法烟气脱硝方法，主要包括以下步骤：
步骤(1)、锅炉烟气经湿法脱硫(WFGD)降温至50-70℃后，进入喷淋脱硝塔。
所述的锅炉烟气为含NOx、SO2、粉尘等污染物的烟气；
步骤(2)、烟气与喷淋脱硝塔内喷淋装置喷出的脱硝喷淋液充分接触，烟气中的NOx先被脱硝喷淋液中的吸附剂吸附，随后与还原剂和氧化剂等发生氧化还原反应，生成N2、CO2及H2O，达到脱硝的目的，并且无二次污染。
步骤(3)、喷淋后脱硝混合液由脱硝液输送管输送至脱硝液缓冲罐，罐内脱硝混合液通过给料口适当补给吸附剂、还原剂及氧化剂等物料，并充分搅拌混合，再通过循环泵输送至喷淋装置进行循环喷淋脱硝。
步骤(4)、烟气经喷淋脱硝液脱除NOx后，再经除雾器除雾后进入尾部烟道排放。
脱硝液缓冲罐输出的脱硝液是吸附剂、还原剂及氧化剂的混合液，其中还原剂质量浓度为1-20％，氧化剂质量浓度为0.1-5％，吸附剂质量浓度为0.1-10％，其余为水；
作为优选，还原剂质量浓度为5-15％；
作为优选，氧化剂质量浓度为0.2-2％；
作为优选，吸附剂质量浓度为0.2-2％；
所述的吸附剂为活性炭等含有大量孔隙、高比表面积的炭基吸附剂，粒度范围为1-1000μm，优选为30-500μm
所述的还原剂为尿素、氨水等含有-3价氮的化合物；
所述的氧化剂为双氧水；
所述的鼓泡脱硝塔和喷淋脱硝塔内反应温度范围为20-80℃，以50-70℃为宜。
本发明的有益效果是：
(1)本发明采用的脱硝混合液是由吸附剂、还原剂及氧化剂按一定比例混合组成；在实施过程中，烟气中的NOx被吸附在吸附剂表面，随后与还原剂和氧化剂等发生氧化还原反应而被脱除，吸附剂在脱硝反应过程中起到中间媒介作用，无需持续添加，大幅节约运行成本。
(2)相比一般氧化法脱硝(臭氧/NO或双氧水/NO摩尔占比高达100-120％)，本发明基于还原剂(例如尿素)和氧化剂(例如双氧水)混合液喷淋的深度脱硝(综合脱硝效率90％以上)，氧化还原脱硝的氧化剂(例如双氧水)/NO摩尔占比仅为30-50％，可减少60-80％的氧化剂(例如双氧水)使用量，大幅节约运行成本。
(3)本发明鼓泡脱硝塔和喷淋脱硝塔内反应温度范围为20-80℃，以50-70℃为宜，无需额外再加热，大幅降低运行成本。
本发明提供的液相吸附式氧化还原法烟气脱硝新方法，采用鼓泡法和喷淋法装置应用实施，均可达到90％以上的脱硝效率，且成本较为低廉，设备简单，易于操作，无需再热，无需催化剂，无二次污染。
附图说明
图1是液相吸附式氧化还原法烟气脱硝鼓泡法装置结构示意图；图中：烟道1，增压引风机2，鼓泡脱硝塔3，脱硝混合液4，除雾器5，脱硝液缓冲罐6，脱硝液输送管7，给料口8，尾部烟道9。
图2是液相吸附式氧化还原法烟气脱硝喷淋法装置结构示意图；图中：烟道1，喷淋脱硝塔2，喷淋装置3，脱硝混合液4，除雾器5，脱硝液输送管6，脱硝液缓冲罐7，给料口8，循环泵9，尾部烟道10。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步详细描述本发明。
下面脱硝液缓冲罐输出的脱硝液是吸附剂、还原剂及氧化剂的混合液，其中还原剂质量浓度为1-20％，氧化剂质量浓度为0.1-5％，吸附剂质量浓度为0.1-10％，其余为水；
作为优选，还原剂质量浓度为5-15％；
作为优选，氧化剂质量浓度为0.2-2％；
作为优选，吸附剂质量浓度为0.2-2％；
所述的吸附剂为活性炭等含有大量孔隙、高比表面积的炭基吸附剂，粒度范围为1-1000μm，优选为30-500μm
所述的还原剂为尿素、氨水等含有-3价氮的化合物；
所述的氧化剂为双氧水；
所述的鼓泡脱硝塔和喷淋脱硝塔内反应温度范围为20-80℃，以50-70℃为宜。
实施例1：
如图1示，一种液相吸附式氧化还原法烟气脱硝鼓泡法装置具有依次相连接的烟道1、增压引风机2、鼓泡脱硝塔3和尾部烟道9。鼓泡脱硝塔3内装有脱硝混合液4，塔内顶部布置除雾器5。烟气1经增压引风机2后鼓入鼓泡脱硝塔3，烟气中NOx被脱硝混合液4脱除，脱硝后烟气再经除雾器5除雾，最后通过尾部烟道9排放。脱硝混合液4通过脱硝液输送管7连接脱硝液缓冲罐6，脱硝液输送管7可控制脱硝液输送量。脱硝液缓冲罐6顶部布置给料口，用于吸附剂、还原剂及氧化剂等物料供给。
本发明应用实施鼓泡法装置(图1)进行脱硝主要包括以下步骤：
1)锅炉烟气1经湿法脱硫(WFGD)降温至50-70℃后，通过增压引风机2，增压后从鼓泡脱硝塔3底部喷入脱硝混合液4。
2)烟气以鼓泡的方式与脱硝混合液充分接触，烟气中的NOx先被脱硝混合液中的吸附剂吸附，随后与还原剂和氧化剂等发生氧化还原反应，生成N2、CO2及H2O，达到脱硝的目的，并且无二次污染。
3)脱硝混合液由脱硝液缓冲罐6通过脱硝液输送管7补给，罐内脱硝混合液通过给料口8补给吸附剂、还原剂及氧化剂等物料，并充分搅拌混合。
4)经脱硝混合液脱除NOx后，鼓泡冒出的烟气经除雾器除雾后进入尾部烟道9排放。
如图2示，一种液相吸附式氧化还原法烟气脱硝喷淋法装置具有依次相连接的烟道1、喷淋脱硝塔2和尾部烟道9。喷淋脱硝塔2内布置喷淋装置3，底部为脱硝混合液4，顶部布置除雾器5。烟气经烟道1进入喷淋脱硝塔，与喷淋脱硝液充分接触，烟气中NOx被脱硝喷淋液4吸附脱除，脱硝后烟气再经除雾器5除雾，最后通过尾部烟道10排放。喷淋后脱硝混合液4通过脱硝液输送管6输送至脱硝液缓冲罐7，脱硝液输送管6可控制脱硝液输送量。脱硝液缓冲罐7顶部布置给料口，用于吸附剂、还原剂及氧化剂等物料供给。缓冲罐7内脱硝混合液通过循环泵9输送到喷淋装置3，从而实现循环喷淋脱硝。
本发明应用喷淋法装置(图2)进行脱硝主要包括以下步骤：
1)锅炉烟气1经湿法脱硫(WFGD)降温至50-70℃后，进入喷淋脱硝塔2，进入位置在高于脱硝混合液4液面的喷淋脱硝塔下部。
2)烟气与喷淋装置喷出的脱硝喷淋液充分接触，烟气中的NOx先被脱硝混合液中的吸附剂吸附，随后与还原剂和氧化剂等发生氧化还原反应，生成N2、CO2及H2O，达到脱硝的目的，并且无二次污染。
3)喷淋后脱硝混合液4由脱硝液输送管6输送至脱硝液缓冲罐7，罐内脱硝混合液通过给料口8适当补给吸附剂、还原剂及氧化剂等物料，并充分搅拌混合，再通过循环泵输送至喷淋装置进行循环喷淋脱硝。
4)经喷淋脱硝液脱除NOx后，烟气再经除雾器5除雾后进入尾部烟道10排放。
根据实验结果，以10％尿素为还原剂，以0.5-1％活性炭为吸附剂，以0.3-0.5％双氧水为氧化剂，鼓泡法及喷淋法脱硝效率90％以上。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。
本发明可用其他的不违背本发明的精神和主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (9)

1.液相吸附式氧化还原法烟气脱硝的装置，其特征在于主要包括鼓泡脱硝塔、脱硝混合液、除雾器、脱硝液缓冲罐；
所述的鼓泡脱硝塔内装有脱硝混合液，鼓泡脱硝塔的底部设有烟气进口，该口通过增压引风机接烟道，用于烟气进入塔内；塔内上端设有除雾器；塔内上方且位于除雾器的上端设有烟气出口，该口接尾部烟道，用于处理后烟气排出塔外；鼓泡脱硝塔设有脱硝混合液进料口，该口通过脱硝液输送管与脱硝液缓冲罐的出料口连接；脱硝液缓冲罐设有给料口，用于添加于吸附剂、还原剂及氧化剂等物料；
脱硝液缓冲罐输出的脱硝液是吸附剂、还原剂及氧化剂的混合液，其中还原剂质量浓度为1-20％，氧化剂质量浓度为0.1-5％，吸附剂质量浓度为0.1-10％，其余为水；
鼓泡脱硝塔内反应温度范围为20-80℃。
2.基于权利要求1所述的装置进行液相吸附式氧化还原法烟气脱硝方法，主要包括以下步骤：
步骤(1)、锅炉烟气经湿法脱硫(WFGD)降温至50-70℃后，通过增压引风机，增压后从鼓泡脱硝塔底部烟气进口喷入至塔内；
所述的锅炉烟气为含NOx、SO2、粉尘等污染物的烟气；
步骤(2)、烟气以鼓泡的方式与脱硝混合液充分接触，烟气中的NOx先被脱硝混合液中的吸附剂吸附，随后与还原剂和氧化剂等发生氧化还原反应，生成N2、CO2及H2O，达到脱硝的目的，并且无二次污染；
鼓泡脱硝塔内脱硝混合液由脱硝液缓冲罐输送补给，罐内脱硝混合液通过给料口补给吸附剂、还原剂及氧化剂等物料，并充分搅拌混合；
步骤(3)、经脱硝混合液脱除NOx后，鼓泡冒出的烟气经除雾器除雾后进入尾部烟道排放。
3.液相吸附式氧化还原法烟气脱硝的装置，其特征在于主要包括喷淋脱硝塔、喷淋装置、脱硝混合液、除雾器、脱硝液缓冲罐；
喷淋脱硝塔的底部设有烟气进口和脱硝混合液出料口；烟气进口接烟道，用于烟气进入塔内；脱硝混合液出料口通过脱硝液输送管输送与脱硝液缓冲罐的脱硝混合液进料口连接；喷淋脱硝塔内设有喷淋装置，该喷淋装置通过循环泵与脱硝液缓冲罐的脱硝混合液出料口连接；喷淋脱硝塔内上方且位于喷淋装置上方布置除雾器；喷淋脱硝塔内上方且位于除雾器上方设有烟气出口，该口接尾部烟道，用于处理后烟气排出塔外；脱硝液缓冲罐设有给料口，用于添加于吸附剂、还原剂及氧化剂等物料；
脱硝液缓冲罐输出的脱硝液是吸附剂、还原剂及氧化剂的混合液，其中还原剂质量浓度为1-20％，氧化剂质量浓度为0.1-5％，吸附剂质量浓度为0.1-10％，其余为水；
喷淋脱硝塔内反应温度范围为20-80℃。
4.基于权利要求3所述的装置进行液相吸附式氧化还原法烟气脱硝方法，主要包括以下步骤：
步骤(1)、锅炉烟气经湿法脱硫(WFGD)降温至50-70℃后，进入喷淋脱硝塔；
所述的锅炉烟气为含NOx、SO2、粉尘等污染物的烟气；
步骤(2)、烟气与喷淋脱硝塔内喷淋装置喷出的脱硝喷淋液充分接触，烟气中的NOx先被脱硝喷淋液中的吸附剂吸附，随后与还原剂和氧化剂等发生氧化还原反应，生成N2、CO2及H2O，达到脱硝的目的，并且无二次污染；
步骤(3)、喷淋后脱硝混合液由脱硝液输送管输送至脱硝液缓冲罐，罐内脱硝混合液通过给料口适当补给吸附剂、还原剂及氧化剂等物料，并充分搅拌混合，再通过循环泵输送至喷淋装置进行循环喷淋脱硝；
步骤(4)、烟气经喷淋脱硝液脱除NOx后，再经除雾器除雾后进入尾部烟道排放。
5.如权利要求1或3所述的液相吸附式氧化还原法烟气脱硝的装置，其特征在于脱硝液缓冲罐输出的脱硝液中还原剂质量浓度为5-15％；氧化剂质量浓度为0.2-2％；吸附剂质量浓度为0.2-2％。
6.如权利要求1或3所述的液相吸附式氧化还原法烟气脱硝的装置，其特征在于脱硝液缓冲罐输出的脱硝液中所述的还原剂为尿素、氨水等含有-3价氮的化合物。
7.如权利要求1或3所述的液相吸附式氧化还原法烟气脱硝的装置，其特征在于脱硝液缓冲罐输出的脱硝液中所述的氧化剂为双氧水。
8.如权利要求1或3所述的液相吸附式氧化还原法烟气脱硝的装置，其特征在于脱硝液缓冲罐输出的脱硝液中所述的吸附剂为活性炭等含有大量孔隙、高比表面积的炭基吸附剂，粒度范围为1-1000μm。
9.如权利要求1或3所述的液相吸附式氧化还原法烟气脱硝的装置，其特征在于所述的鼓泡脱硝塔和喷淋脱硝塔内反应温度范围为50-70℃。
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