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CN109603539A - 一种工业烟气高温脱硫脱硝除尘系统及其处理方法 - Google Patents

一种工业烟气高温脱硫脱硝除尘系统及其处理方法 Download PDF

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CN109603539A CN201910085786.4A CN201910085786A CN109603539A CN 109603539 A CN109603539 A CN 109603539A CN 201910085786 A CN201910085786 A CN 201910085786A CN 109603539 A CN109603539 A CN 109603539A
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Abstract

本发明公开了一种工业烟气高温脱硫脱硝除尘系统，包括余热利用单元，还包括通过管路依次连接的脱硫塔、旋风塔、调质单元、陶瓷一体化单元；其中，脱硫塔包括脱硫塔以及与脱硫塔相连通的管路；旋风塔包括旋风塔以及与旋风塔相连通的管路；调质单元包括投料塔、调质塔、氨储存器、水储存器；陶瓷一体化单元包括多个并连的陶瓷催化反应釜。这种系统集多种处理功能于一体，可以有效降低SO2、NOX、细微颗粒的浓度；本发明同时提供了一种工业烟气高温脱硫脱硝除尘的处理方法，结合本发明的一体化装置，可以避免中低温段的余热锅炉，管道，设备等的堵塞腐蚀，提高装置的运行寿命和运行稳定性。系统的良好互备实现脱硫脱硝除尘等废气连续不间断处理。

Description

一种工业烟气高温脱硫脱硝除尘系统及其处理方法
技术领域
本发明涉及环保领域，具体涉及一种工业烟气高温脱硫脱硝除尘系统及其处理方法。
背景技术
近几年我国对环境保护的关注不断提高，相应标准也在不断提高。一些工业生产排放污染物必须达到排放标准才可排放。工业排放的烟气中主要的成分为细微颗粒、SO2、NOX等，玻璃等行业窑炉燃烧石油焦或其它石化燃料排放的烟气具有硫含量高、含有氟化物、污染物复杂并具有粘性物质等特点，造成环保处理达到较好净化标准非常困难。
窑炉烟气的处理经历了第一类为传统的脱硫脱硝除尘处理工艺：窑炉排放的烟气在500℃以上，首先进行一级余热利用后温度在350-400℃之间，进入调质塔进行调质，调质后进入电除尘器中进行除尘，除尘后温度降至330-380℃，进入SCR脱硝塔进行脱硝，然后进行二级余热处理，二级余热处理后的温度降至200℃左右，进入脱硫塔进行脱硫，脱硫后进入布袋除尘器进行除尘，最后被引风机引入烟囱排除，排出时的温度为50-70℃。
上述传统流程中静电除尘在温度较高阶段进行，除尘效率低，烟尘通常在50-100mg/m3以上，高浓度的烟尘中含有碱金属和其它重金属等有害物质会堵塞后面的SCR脱硝塔，同时使脱硝催化剂不同程度中毒降低脱硝效果增加氨逃逸，这使催化剂的使用周期只有一到两年；没有脱硫的废气含有大量的SO2等强酸性腐蚀气体与逃逸的氨形成硫酸氢铵造成余热锅炉和系统管道腐蚀严重，使得锅炉和管道使用寿命短一般不超过一年，维护成本高、系统不能安全稳定运行；布袋除尘只能达到30-50mg/m3，而且布袋的使用寿命通常不超过2年；传统的处理装置占地面积大，最终的脱硫脱硝的排放为400mg/m3左右，达不到国家更高的环保排放标准。
第二类为陶瓷一体化脱硫脱硝除尘系统，这种系统主要依靠陶瓷催化反应釜进行脱硫脱硝除尘。窑炉中的烟气首先进行一级余热利用然后进入调质塔调质，然后进入陶瓷催化反应釜，在反应釜中除尘、脱硫、脱硝，收集的灰渣在底部排除，烟气进入第二段余热利用后被引风机引入烟囱排出。
第二类的处理方式只适用于天然气等洁净的燃料，烟气中的原始硫含量小于1000mg/m3，而且因为吸附剂利用率低，运行成本相对要高。
当排放的烟气中硫含量在2000以上时，如何处理复杂烟气且达到国家对烟气的高排放标准，是现在企业面对的一个亟需解决的难题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种工业烟气高温脱硫脱硝除尘系统，这种系统集多种处理功能于一体，可以有效降低SO2、NOX、细微颗粒的浓度，使SO2、NOX排放浓度小于100mg/m3，细微颗粒的浓度小于5mg/m3，实现高标准超低排放；本发明同时提供了一种工业烟气脱硫脱硝除尘的处理方法，结合本发明的高温脱硫脱硝除尘系统，可以实现废气温度在300度以上完成脱硫脱硝除尘达到高标准净化，解决了中低温余热锅炉及管道的堵塞和腐蚀问题，增加了整个环保系统的运行稳定性，提高装置的运行寿命以及提高了余热利用效率。
为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种工业烟气高温脱硫脱硝除尘系统，包括余热利用单元、用于吸引烟气运动的引风机以及与引风机相连通用于排放洁净烟气的烟囱，所述余热利用单元包括第一锅炉、第二锅炉，还包括通过管路依次连接的脱硫塔、旋风塔、调质单元、陶瓷一体化单元；
其中，所述调质单元包括投料塔、调质塔、氨储存器、水储存器；所述陶瓷一体化单元包括多个并联的陶瓷催化反应釜；
所述第一锅炉的烟气排放口通过管路与脱硫塔下部设置的脱硫塔烟气进口相连；设置在脱硫塔上部的脱硫塔烟气出口通过管路与旋风塔上部的旋风塔烟气进口相连；设置在旋风塔上部的旋风塔烟气出口与设置在调质塔下部的调质塔烟气进口通过管道相连，在旋风塔与调质塔之间的管道上设置有投放新鲜消石灰的投料塔；所述调质塔的上部设置有调质塔烟气出口与陶瓷一体化单元通过管道相连接，陶瓷一体化单元通过管路与第二锅炉相连通，所述第二锅炉烟气出口连通有引风机；
系统还包括循环单元，所述循环单元包括烟气循环管路以及消石灰循环管路，所述烟气循环管路的一端设置在引风机与烟囱之间的管路上，另一端与脱硫塔连通在脱硫塔上，所述消石灰循环管路设置在陶瓷催化反应釜与脱硫塔之间。
一种工业烟气脱硫脱硝除尘的处理方法，包括如下步骤：
S1：大于500℃的窑炉原烟气通过管道进入第一锅炉进行调温，温度下降为350-400℃通过第一锅炉的排出口上连通的管路进入脱硫塔烟气进口；
S2:在脱硫塔内部来自消石灰循环管路输送的包含消石灰的废灰形成流化床的形式，高温烟气与消石灰接触反应完成第一次脱硫处理，第一次脱硫后的烟气通过脱硫塔烟气出口排出脱硫塔；
S3：从脱硫塔排出的烟气经过管道进入旋风塔烟气进口进入旋风塔内部，烟气携带的粉尘、粘性物质、反应后的消石灰在此沉淀实现除尘，并使得烟气中的含硫物质与消石灰反应实现第二次脱硫，除尘后的烟气通过旋风塔烟气出口排出旋风塔；
S4:从旋风塔排出的烟气通过管道进入调质塔，在旋风塔与调质塔之间的管路上设置的投料塔向烟气按照Ca:S为2-5：1的比例投送300-500目新鲜消石灰，烟气在此段管道携带新鲜的消石灰进入调质塔烟气进口；
S5：烟气通过调质塔烟气进口进入到调质塔内部，水泵将水从水储存器中泵入调质塔内调温，氨泵将氨气从氨储存器中泵入调质塔内与废气进行混合均匀，新鲜的消石灰在此处与烟气充分混合进行反应完成第三次脱硫，并实现烟气的调质，在调质塔内完成调温后温度降低为330-380℃，烟气通过调质塔烟气出口排出调质塔，通过管道进入陶瓷催化反应釜的反应釜烟气进口；
S6：通过反应釜烟气进口烟气进入到陶瓷催化反应釜的废气室，经过陶瓷过滤器的吸附、过滤、催化完成第四次脱硫、脱硝、除尘，净化后的烟气进入陶瓷过滤器的内腔通过陶瓷过滤器的过滤器出口排入净气室，通过净气出口排出本陶瓷催化反应釜，经过陶瓷一体化单元后此时烟气的温度为320-380℃；
S7：从陶瓷一体化单元排出的烟气进入第二锅炉进行余热利用然后通过引风机将洁净的烟气经烟囱排出或通过引风机后将部分洁净的烟气引入烟气循环管路重新输送回脱硫塔内部；
S8：每个陶瓷催化反应釜的下方设置有卸料器，收集陶瓷一体化单元反冲下的包含消石灰的废灰并通过消石灰循环管路输送回脱硫塔。
大于500℃的原烟气从窑炉排放后进入第一锅炉进行余热回收，温度降低至350-400℃，经过第一锅炉降温后的原烟气通过管路从脱硫塔的下方进入脱硫塔。消石灰循环管路从脱硫塔外部将包含消石灰的废灰运送至脱硫塔内部，通过原烟气将包含消石灰的废灰吹起，原烟气中的SOX与消石灰充分接触，进行反应，使得含S的物质脱离原烟气实现第一次脱硫。原烟气携带包含消石灰的废灰进入旋风塔。包含消石灰的废灰在向旋风塔流动的过程中、在旋风塔中与烟气中的含S物质继续反应进行第二次脱硫。原烟气中包括未完全燃烧的黏性物质、颗粒以及经过脱硫的废灰，在旋风塔中进行除尘，一部分已经反应的消石灰、吸附有粘性物质的消石灰块状物、颗粒在旋风塔的底部的卸料阀中被排出，通过仓泵被排入废料仓中，另一部分被流动的烟气携带进入管道。从旋风塔排出的烟气通过管路进入调质塔，在旋风塔与调质塔之间设置有投料塔用于投放消石灰，其中Ca与S的比值为2-5：1。新鲜的消石灰随烟气从调质塔的下部进入调质塔，向上流动的烟气带动消石灰向上流动，调质塔内喷射水进行调温，喷射氨气脱硝，烟气与新鲜的消石灰反应在调质塔内完成第三次脱硫。从调质塔上部排出的烟气，进入陶瓷催化反应釜的下部，通过陶瓷过滤器的过滤将消石灰、颗粒、粉尘隔绝，烟气进入陶瓷过滤器时与陶瓷过滤器表面吸附的消石灰反应，实现第四次脱硫。烟气在通过陶瓷过滤器内部时在催化剂作用下氨与氮反应实现脱硝。被过滤的消石灰、颗粒、粉尘被反吹落下经收集并通过卸料器以及仓泵排出，一部分通过仓泵排入废料仓另一部分被重新排入脱硫塔循环利用。从陶瓷催化反应釜中排放出的烟气已经达到排放的标准，经过处理的烟气中硫化物、氮氧化物均小于100mg/m3，细小颗粒的含量小于5mg/m3，烟气的温度为320-380℃，烟气经过第二锅炉进行余热利用，温度降低，经引风机排入烟囱。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明适合高硫含量、高氮含量以及有较多复杂有害组分的烟气，烟气在处理前硫含量一般在2000-8000mg/m3，经过本发明系统以及处理方法处理后硫化物、氮氧化物均小于100mg/m3，细小颗粒的含量小于5mg/m3，排放指标远优于国家标准。
2、现有技术均采用低温脱硫，(NH4)HSO3在低于147℃时容易粘附在管道、设备的表面是腐蚀的最大起因。本发明提供了一种工业烟气脱硫脱硝除尘的处理方法，结合本发明的一体化系统，可以实现废气温度在300℃以上完成脱硫脱硝除尘达到高标准净化，解决了中低温余热锅炉及管道(NH4)HSO3及酸性腐蚀物质的堵塞和腐蚀问题，增加了整个脱硫脱硝除尘系统的运行稳定性，提高装置的运行寿命及余热利用效率。使用寿命可以使用长达10年以上，进一步降低了运行维护成本。
3、本发明环保一体化装置充分考虑了设备检修需要，可保障10年以上连续净化处理烟气，从而保障了玻璃等多年连续作业窑炉烟气环保连续不间断达标。
附图说明
图1为本发明流程图；
图2为本发明装置连接示意图；
图3为本发明陶瓷催化反应釜结构示意图；
图4为本发明陶瓷过滤器结构示意图；
图5为图4的A部放大图；
图6为辅助烟气进气管与脱硫塔结构示意图；
图7为湿度、温度对SO2脱除的影响图。
图中，窑炉1、第一锅炉2、脱硫塔3、旋风塔4、投料塔5、调质塔6、第二锅炉7、陶瓷催化反应釜8、烟囱9、引风机10、第一仓泵11、主管31、支管32、氨储存器61、水储存器62、氨泵63、水泵64、净气室81、废气室82、净气出口83、卸料器84、废渣出口85、反应釜烟气进口86、陶瓷过滤器87、反冲口88、支管烟气进口321、过滤器出口871、烟气扩散层875、表面堆积层874、纤维过滤层873、内腔872。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
如图1-4所示，一种工业烟气高温脱硫脱硝除尘系统，包括余热利用单元、用于吸引烟气运动的引风机10以及与引风机10相连通用于排放洁净烟气的烟囱9，所述余热利用单元包括第一锅炉2、第二锅炉7，还包括通过管路依次连接的脱硫塔3、旋风塔4、调质单元、陶瓷一体化单元；
其中，所述调质单元包括投料塔5、调质塔6、氨储存器61、水储存器62；所述陶瓷一体化单元包括陶瓷催化反应釜8；
所述第一锅炉2的烟气排放口通过管路与脱硫塔3下部设置的脱硫塔烟气进口相连；设置在脱硫塔3上部的脱硫塔烟气出口通过管路与旋风塔4上部的旋风塔烟气进口相连；设置在旋风塔4上部的旋风塔烟气出口与设置在调质塔6下部的调质塔烟气进口通过管道相连，在旋风塔4与调质塔6之间的管道上设置有投放新鲜消石灰的投料塔5；所述调质塔6的上部设置有调质塔烟气出口与陶瓷一体化单元通过管道相连接，陶瓷一体化单元通过管路与第二锅炉7相连通，所述第二锅炉7烟气出口连通有引风机10；
系统还包括循环单元，所述循环单元包括烟气循环管路以及消石灰循环管路，所述烟气循环管路一端设置在引风机10与烟囱9之间的管路上，另一端连通在脱硫塔3上，所述消石灰循环管路设置在陶瓷催化反应釜8与脱硫塔3之间。
所述陶瓷催化反应釜8的上部一端设置有反冲口88，与反冲口88相对的一端设置有净气出口83，陶瓷催化反应釜8的下部设置有反应釜烟气进口86，陶瓷催化反应釜8的下端设置有废渣出口85，所述废渣出口85上设置有卸料器84，陶瓷催化反应釜8内部分为废气室82以及位于废气室82上方的净气室81，所述废气室82与净气室81隔绝，反应釜烟气进口86与废气室82连通，所述净气室81与反冲口88、净气出口83连通，所述陶瓷催化反应釜8内部设置有用于脱硫、脱硝、除尘的多根陶瓷过滤器87。
所述多根陶瓷过滤器87的结构均相同呈一端闭合另一端开口的管状，由负载有催化剂的纤维过滤层873包裹而成。
所述第二锅炉7通过管道与烟囱9连通，且引风机10设置在第二锅炉7与烟囱9之间，引风机10可将从第二锅炉7排出的烟气进入烟囱9。
所述消石灰循环管路上设置有用于将陶瓷催化反应釜8排放的包含消石灰的废灰输送回脱硫塔3的输送装置，所述输送装置包括第一仓泵11或空气压缩机。
所述氨储存器61连接有将氨气输送至调质塔6的氨泵63，所述水储存器62连接有将水输送至调质塔6的水泵64。
一种工业烟气脱硫脱硝除尘的处理方法，包括如下步骤：
S1：大于500℃的窑炉1原烟气通过管道进入第一锅炉2进行调温，温度下降为350-400℃通过第一锅炉2的排出口上连通的管路进入脱硫塔烟气进口；
S2:在脱硫塔3内部来自消石灰循环管路输送的包含消石灰的废灰形成流化床的形式，高温烟气与消石灰接触反应完成第一次脱硫处理，第一次脱硫后的烟气通过脱硫塔烟气出口排出脱硫塔3；
S3：从脱硫塔3排出的烟气经过管道进入旋风塔烟气进口进入旋风塔4内部，烟气携带的粉尘、粘性物质、反应后的消石灰在此沉淀实现除尘，并使得烟气中的含硫物质与消石灰反应实现第二次脱硫，除尘后的烟气通过旋风塔烟气出口排出旋风塔4；
S4:从旋风塔4排出的烟气通过管道进入调质塔6，在旋风塔4与调质塔6之间的管路上设置的投料塔5向烟气按照Ca:S为2-5：1的比例投送300-500目新鲜消石灰，烟气在此段管道携带新鲜的消石灰进入调质塔烟气进口；
S5：烟气通过调质塔烟气进口进入到调质塔6内部，水泵64将水从水储存器62中泵入调质塔6内调温，氨泵63将氨气从氨储存器61中泵入调质塔6内与废气进行混合均匀，新鲜的消石灰在此处与烟气充分混合进行反应完成第三次脱硫，并实现烟气的调质，在调质塔6内完成调温后温度降低为330-380℃，烟气通过调质塔烟气出口排出调质塔6通过管道进入陶瓷催化反应釜8的反应釜烟气进口86；
S6：通过反应釜烟气进口86烟气进入到陶瓷催化反应釜8的废气室82，经过陶瓷过滤器87的吸附、过滤、催化完成第四次脱硫、脱硝、除尘，净化后的烟气进入陶瓷过滤器87的内腔872通过陶瓷过滤器87的过滤器出口871排入净气室81，通过净气出口83排出本陶瓷催化反应釜8，经过陶瓷一体化单元后此时烟气的温度为320-380℃；
S7：从陶瓷一体化单元排出的烟气进入第二锅炉7进行余热利用然后通过引风机10将洁净的烟气经烟囱9排出或通过引风机10将洁净的烟气引入烟气循环管路重新输送回脱硫塔3内部；
S8：每个陶瓷催化反应釜8的下方设置有卸料器84，收集陶瓷一体化单元反冲下的包含消石灰的废灰通过消石灰循环管路输送回脱硫塔3。
一种工业烟气高温脱硫脱硝除尘系统，包括余热利用单元、脱硫塔3、旋风塔4、调质单元、陶瓷一体化单元、循环单元，其中余热利用单元包括第一锅炉2、第二锅炉7。原始烟气从窑炉1中排出，进入第一锅炉2，所述第二锅炉7与烟气最终排放的烟囱9相连，经过第二次预热回收后从烟囱9排出。按照烟气流动的顺序在第一锅炉2和第二锅炉7之间依次设置有：脱硫塔3、旋风塔4、调质单元、陶瓷一体化单元，所述循环单元包括烟气循环管路以及消石灰循环管路；
其中，所述脱硫塔3的下部设置有脱硫塔烟气进口、脱硫塔消石灰进口，脱硫塔3上部设置有脱硫塔烟气出口，所述脱硫塔烟气进口上连通有管路，所述旋风塔4包括旋风塔4以及与旋风塔4相连通的管路；所述调质单元包括投料塔5、调质塔6、氨储存器61、水储存器62以及与调质塔6相连通的管路；所述陶瓷一体化单元包括多个并联的陶瓷催化反应釜8以及与陶瓷一体化单元相连通的管路；所述烟气循环管路的一端设置在引风机10之后，另一端设置在脱硫塔3的脱硫烟气进口处，使得烟气在经过脱硫塔3、旋风塔4、调质塔6、陶瓷催化反应釜8及引风机10后又返回脱硫塔3形成循环；所述消石灰循环管路的一端与设置在引风机10与烟囱9之间的管路上，另一端与脱硫塔3相连。
工业原烟气从窑炉1排放进入管路，在原烟气排放管路上设置有第一锅炉2旁通管路及阀门，旁通管路一端连接在窑炉1与第一锅炉2之间，另一端连接在第一锅炉2和脱硫塔3之间，并设置有烟气温度检测单元，当原始烟气的温度大于400℃时可通过旁通管路阀门开度大小调节部分或全部烟气进入第一锅炉2进行第一次余热回收，然后通过第一锅炉2的排放口上连通的管路进入到脱硫塔3内部；当原始烟气的温度小于400℃，原始烟气直接通过全开旁通阀进入脱硫塔3。第一锅炉2的烟气进口和出口都设有截止阀，全关截止阀可对第一锅炉2检修而不影响整个系统运行。
脱硫塔3上设置有脱硫塔消石灰进口，与消石灰循环管路连通，消石灰循环管路的另一端设置在陶瓷一体化单元，通过第一仓泵11将陶瓷一体化单元内的包含消石灰的废灰输送回脱硫塔3内部。
烟气经过脱硫塔3的脱硫塔烟气出口，进入旋风塔4。旋风塔4的上部设置有旋风塔烟气进口、旋风塔烟气出口；旋风塔4下方设置有废灰出口。
烟气经旋风塔烟气出口排出，通过管道进入调质塔6。在旋风塔4和调质塔6之间设置有投料塔5，将新鲜的消石灰带入旋风塔4和调质塔6之间的管道，流动的烟气将新鲜的消石灰带入调质塔6内部。调质塔6的调质塔烟气进口设置在下部，调质塔烟气出口设置在上部，调质塔6内部设置有雾化喷头，雾化喷头喷射水，在调质塔6内等高设置。在调质塔6外有氨储存器61、水储存器62，通过氨泵63、水泵64，分别将氨储存器61、水储存器62中的氨气和水泵入调质塔6内，水用于降温调质，氨气在后段催化脱硝。
烟气经过调质塔6的调质塔烟气出口排出，通过管道进入陶瓷一体化单元的陶瓷催化反应釜8。所述陶瓷催化反应釜8包括壳体以及壳体内部互不相连通的净气室81和废气室82，所述净气室81与废气室82之间设置有隔板，隔板上间隔固定有多个陶瓷过滤器87，所述陶瓷过滤器87为一端封闭的管状结构，所述开口端位于净气室81内，封闭端位于废气室82内，所述陶瓷过滤器87的管壁为纤维过滤层873，纤维过滤层873为陶瓷纤维，主要成分包括Al2O3\SiO2，纤维过滤层873的厚度为20mm，在纤维过滤层873上负载有催化剂，所述催化剂通过纳米浸泡结合离心技术负载与纤维过滤层873上。陶瓷催化反应釜8的反应釜烟气进口86设置在陶瓷催化反应釜8的下部与废气室82相连通，净气出口83设置在陶瓷催化反应釜8的上部与净气室81相连通，烟气进入废气室82经过陶瓷过滤器87过滤后进入净气室81并从净气出口83排出。
陶瓷一体化单元有多个陶瓷催化反应釜8并联而成。每个陶瓷催化反应釜8有多个陶瓷过滤器87并联而成，每个陶瓷催化反应釜8能够独立运行。净气室81上均包括相对设置的反冲口88与净气出口83，各个净气室81之间彼此通过阀门互相连通，关断阀门可对该反应釜检修而其他陶瓷催化反应釜8继续工作，其中每一个反应釜净气室81上的反冲口88接通反冲装置，对本反应釜所包括的陶瓷过滤器87进行反冲，其他反应釜陶瓷过滤器87仍然可以保持脱硫脱硝除尘的工作。多个陶瓷催化反应釜8交替工作保障了陶瓷一体化单元可多年连续工作净化处理烟气。
从陶瓷一体化单元排出的烟气温度依旧高达320-380℃，烟气进入第二锅炉7进行第二次余热利用，温度降低后，通过引风机10引入烟囱9排放，或者进入烟气循环管路，再次进入脱硫塔3内部。第二锅炉7也和第一锅炉2一样设有旁通管路和阀门，关闭第二锅炉7烟气进口和出口阀门，打开旁通管路阀门就可使烟气排出对锅炉检修，保障整个烟气净化系统连续运行。
本发明专利可以在前端300℃以上完成烟气脱硫、脱硝、除尘，而且改变了现有技术在低温段进行脱硫的设置，在前段进行脱硫可以减少NH4HSO4和酸性物质对中段、后段管路的腐蚀作用。烟气在整个净化系统内的温度一直保持在350℃左右，这是因为在350℃消石灰脱硫效果最佳，如图7所示，在330-370℃时，对烟气的脱硫不受湿度的影响，所以整个系统的温度控制在350℃左右。
原始工业烟气中含S物质中SO2相对稳定，而相对活泼的SO3与系统中的氨气和水反应生成具有强腐蚀作用的NH4HSO4。NH4HSO4可以造成(1)设备堵塞和腐蚀(2)造成催化剂失活。是低温脱硫中最大的瓶颈。而SO3本身会引起(1)气溶胶形成烟羽(2)形成酸性物质腐蚀管道和设备(3)是PM2.5的前体(3)降低锅炉效率。在本系统中保持350℃的环境，加快SO3的脱除，减少NH4HSO4的生成，延长设备的使用寿命。通过在线监测设备监测，脱硫塔3、旋风塔4可脱除＞99％的SO3。
SO3与NH3有如下反应：
NH3+SO3+H2O＝NH4HSO4(液体)
2NH3+SO3+H2O＝(NH4)2SO4(固体)
氨逃逸的原因包括：(1)氨与含N物质的比例不当(2)烟气流动不均匀分布(3)低温(4)催化剂失活或催化剂反应面积不够。本系统的320-400℃的反应环境与侵润催化剂的陶瓷过滤网纳米级空隙极高的反应面积高效控制了氨逃逸，减少了NH4HSO4。
脱硫塔3内部，烟气将包含消石灰的废灰吹起，废灰靠重力再下落两者上下流动形成流化床。在脱硫塔3内部形成流化床要求不塌床需要保持一定的烟气的流速和流量，为了保障烟气量稳定需要从引风机10后通过烟气循环管路引来已经达到了排放标准的洁净烟气再循环补充。为达到脱硫效率需要保持有足够的消石灰，消石灰循环管路将陶瓷催化反应釜8内部过滤的包含消石灰的废灰运输回脱硫塔3，用废灰是为了提高系统消石灰的利用率降低成本。
脱硫塔3为文丘里流化床空塔结构，在这个脱硫塔3内对多种复杂有害废气及杂质进行初步脱硫脱酸处理并对废气调质实现一级脱硫。由于用废灰脱硫所以此处一级脱硫效率为50-70％。循环流化床烟气脱硫技术的主要化学反应原理如下：
在自然界垂直的气固两相流体系中，在循环流化床状态(气速4～6m/s)下可获得相当于单颗粒滑落速度数十至上百倍的气固滑落速度。由于SO2与消石灰的颗粒在循环流化床中的反应过程，是一个外扩散控制的化学反应过程，通过气固间大的滑落速度，强化了气固间的传质、传热速率和气固混合，从而满足了二氧化硫与消石灰高效反应的条件要求。
通过颗粒的激烈湍动导致颗粒之间不断的碰撞，使消石灰的表面得到不断的更新，以及脱硫灰的不断再循环使用，从而大大提高了消石灰的利用率。
在循环流化床内，SO2与Ca(OH)2的反应生成副产物CaSO3·1/2H2O，同时还与SO3、HF和HCl反应生成相应的副产物CaSO4·1/2H2O、CaF2、CaCl2等。主要化学反应方程式如下：
Ca(OH)2+SO2＝CaSO3·1/2H2O+1/2H2O
Ca(OH)2+SO3＝CaSO4·1/2H2O+1/2H2O
CaSO3·1/2H2O+1/2O2＝CaSO4·1/2H2O
Ca(OH)2+CO2＝CaCO3+H2O
Ca(OH)2+2HCl＝CaCl2·2H2O
2Ca(OH)2+2HCl＝CaCl2·Ca(OH)2·2H2O
Ca(OH)2+2HF＝CaF2+2H2O
在旋风塔4内，进入旋风塔4内的烟气携带着粉尘，烟气向下，又因为离心作用，颗粒、粉尘碰到旋风塔4内壁，颗粒、粉尘落入底部，从旋风塔4底部收集并排入废料仓。在旋风塔4内部，进行了第二次脱硫反应，同时进行第一次除尘，并把所采用的一级脱硫反应后的部分废灰排出，减少了脱硫产物在系统中的含量，有利于脱硫反应的进行，起到了初次调质作用。在系统中的一些粘性物质在这里也被大部分排出系统，减少对陶瓷催化反应釜8的影响。二次脱硫效率为30-50％。
投料塔5上设置有消石灰仓，仓内粒度细于300-500目的消石灰增大了比表面积有利于加快反应。系统内部进行2-5倍钙硫比以上喷入新鲜消石灰，确保酸性组分的高效脱除，同时大大提高了吸附剂的高效利用率。
调质塔6内部的氨气用于脱除烟气中的含N物质，但是脱硝反应需要催化剂，在调质塔6内部主要是调节氨气与含N物质的比例和混合均匀，水主要起到调节温度，使得进入下一个单元时烟气在最佳温度范围内。在进入调质塔6前并在塔内进行第三级脱硫和调质，其主要是采用文丘里原理，对烟气、消石灰、雾化氨气、进行有效的混合，确保延长有效的接触时间，从而提高的酸性组分的有效去除，并确保均匀混合的烟气进入陶瓷催化反应釜8实现多污染物的高效脱除；调质塔6的另一个功能就是在第一余热利用锅炉或脱硫塔3出现故障或进行维护，植入调质塔6可以通过喷雾单元对烟气进行有效的烟气温度控制，确保后端陶瓷催化反应釜8催化脱硝反应低于400℃安全运行。三级脱硫效率为40-60％。
如图5所示，烟气从陶瓷催化反应釜8烟气进口进入废气室82后，携带的消石灰会聚集陶瓷过滤器87的表面，烟气扩散层875包围陶瓷过滤器87，靠近陶瓷过滤器87的表面时，因其纤维过滤层873的表面为纳米活性因子，具有吸附作用，会吸附形成消石灰的表面堆积层874，并将颗粒、消石灰吸附在表面堆积层874上，起到过滤除尘去重金属的作用，同时含硫S，氯化氢HCl，氟化氢HF气体通过时可以与消石灰进行反应起到脱硫脱酸作用，纤维过滤层873上负载有催化剂，具有除氮氧化物NOx、脱硝的作用，净化后的烟气进入陶瓷过滤器87的内腔872，并通过过滤器出口871进入净气室81经净气室81出口排出并与其他并联的陶瓷催化反应釜8排出的洁净烟气混合排出陶瓷一体化单元。
每个陶瓷催化反应釜8上方设置有反冲口88用于将吸附在表面堆积层874的消石灰反冲进入积灰仓，开启卸料器84通过废渣出口85排出陶瓷催化反应釜8进入消石灰循环管路。
陶瓷过滤器87的基础材质是陶瓷纤维(Al2O3\SiO2)，通过离心工艺成型。陶瓷过滤器87适用于200-1100℃温度范围的烟气净化，以纳米浸泡技术对陶瓷过滤器87管体实施深度SCR催化剂深浸泡，形成具有高效除尘、脱硫及高效脱硝于一体的陶瓷催化过滤器，其性能特征反应机理是对含有氮化物NOx和氨水NH3的烟气进行均化分布，并穿透纳米级陶瓷过滤层与深层陶瓷纤维表面SCR催化剂高效活性因子直接碰撞发生还原反应，具有脱硝效率高和氨逃逸低等特点。
陶瓷过滤器87的原理：
(1)通过陶瓷过滤器87的管体表面去除烟气中的灰尘；
(2)使用消石灰粉，通过在陶瓷管式过滤器上的吸附层去除SOx及酸性组分。
SO2+Ca(OH)2＝CaSO3+H2O
CaSO3+1/2O2＝CaSO4
SO3+Ca(OH)2＝CaSO4+H2O
2HCl+Ca(OH)2＝CaCl2+2H2O
2HF+Ca(OH)2＝CaF2+2H2O
(3)使用NH3或尿素作为还原剂在通过20mm的催化层时实现脱硝，烟气在通过20mm的催化层时进行脱硝反应，脱除率高，且NH3逃逸率低。
4NO+4NH3+O2＝4N2+6H2O
2NO2+4NH3+O2＝3N2+6H2O
陶瓷过滤器87的优点包括：
(1)陶瓷过滤器87可在高温运行，过滤材料本体的典型除尘＜5mg/Nm3，陶瓷过滤元件本体表面层脱硫及其他酸性组分协同脱除的有效性；
(2)陶瓷过滤器87在中高温催化脱硝的高效率达95％以上，包括脱硫、脱氟、二噁英及其他酸性组分高效脱除等；
烟气经过陶瓷催化反应釜8后指标如下：
尘＜5mg/Nm3；
氮化物NOx脱除率＞97％；
硫化物SOx脱除率＞95％；
酸性组分HF、HCl、SO3及其他酸性组分脱除率＞95％；
二噁英脱除率大于99％。
排放烟气碱金属含量过高易引起催化剂中毒等缺陷。本发明公开的陶瓷过滤器87积脱硫、脱硝、脱氟、除尘一体化控制技术，其特点表现在系统多污染物协同脱除率高、运行费用低和使用寿命长等优势，可应用于锅炉、垃圾焚烧、陶瓷、水泥玻璃及其他工业窑炉烟气净化技术等。陶瓷过滤器87使用温度适应范围宽泛200-380℃，且330-380℃段多污染物高效脱除；对国家未来环保标准提升适应性强，可实现窑炉烟气多污染物超低排放；陶瓷催化剂管式过滤管具有较高的性价比，使用寿命甚至可达10年以上，具有高效除尘、脱硫、脱硝及其他酸性组分于一体的技术优势；系统占地面积小、运行可靠性高、具有较低的运行费用。
脱硫塔3的其中一种结构如图6所示，在脱硫塔3外部设置辅助烟气进气管路，所述辅助烟气进气管路与烟气循环管路相连通，辅助烟气进气管路包括主管31和主管31上设置的多个支管32，所述主管31围绕脱硫塔3设置，每个支管32的一端与主管31相连通，另一端为支管烟气进口321延伸至脱硫塔3内部，所述多个支管烟气进口321倾斜向上设置。辅助烟气进气管上设置有空压泵，加快烟气喷入速度形成射流，射流强化了消石灰和烟气的相对滑动摩擦速度，提高了流化床的脱硫脱酸效率。
本发明的系统可以净化硫含量在2000-8000mg/m3之间的工业烟气，经过脱硫塔3初次脱硫、旋风塔4二次脱硫、调质塔6内三次脱硫、陶瓷催化反应釜8四次脱硫，脱硫效果明显，整个系统保持高温在350℃左右，有利于含S物质与消石灰反应，加快脱硫效果。循环洁净烟气补充保持系统烟气量稳定防止塌床。消石灰循环管路使得消石灰循环利用，减少消石灰的投入提高利用效率降低脱硫成本。本系统前端高温脱硫脱酸，减少酸性物质和NH4HSO4对中、后段管路、设备的腐蚀作用，提高整个系统的使用寿命。中段除尘、吸附粘性物质、酸性物质，减少对后段设置的陶瓷催化反应釜8的毒化堵塞影响，进一步提高陶瓷催化反应釜8的催化效果，高效脱硝减少了氨逃逸、减少了NH4HSO4。陶瓷催化反应釜8通过纤维过滤层873的过滤及催化作用积脱硫、脱硝、除尘于一体，进一步提高本系统的净化作用。本系统的余热利用单元能够充分利用工业烟气的余热还能对系统的反应温度起到调节作用。本系统的余热锅炉旁通管路以及陶瓷一体化单元的陶瓷催化反应釜8并联配置独立运行保障了系统10年以上连续运行。
本发明公开的系统作为一个有机整体，大大降低了粉尘、有害气体的排放，实现了高温脱硫的效果，使得排放的烟气指标远远优于国家标准。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种工业烟气高温脱硫脱硝除尘系统，包括余热利用单元、用于吸引烟气运动的引风机(10)以及与引风机(10)相连通用于排放洁净烟气的烟囱(9)，所述余热利用单元包括第一锅炉(2)、第二锅炉(7)，其特征在于：还包括通过管路依次连接的脱硫塔(3)、旋风塔(4)、调质单元、陶瓷一体化单元；
其中，所述调质单元包括投料塔(5)、调质塔(6)、氨储存器(61)、水储存器(62)；所述陶瓷一体化单元包括多个并联的陶瓷催化反应釜(8)；
所述第一锅炉(2)的烟气排放口通过管路与脱硫塔(3)下部设置的脱硫塔烟气进口相连；设置在脱硫塔(3)上部的脱硫塔烟气出口通过管路与旋风塔(4)上部的旋风塔烟气进口相连；设置在旋风塔(4)上部的旋风塔烟气出口与设置在调质塔(6)下部的调质塔烟气进口通过管道相连，在旋风塔(4)与调质塔(6)之间的管道上设置有投放新鲜消石灰的投料塔(5)；所述调质塔(6)的上部设置的调质塔烟气出口与陶瓷一体化单元通过管道相连接，陶瓷一体化单元通过管路与第二锅炉(7)相连通，所述第二锅炉(7)烟气出口连通有引风机(10)；
系统还包括循环单元，所述循环单元包括烟气循环管路以及消石灰循环管路，所述烟气循环管路一端设置在引风机(10)与烟囱(9)之间的管路上，另一端连通在脱硫塔(3)上，所述消石灰循环管路设置在陶瓷催化反应釜(8)与脱硫塔(3)之间。
2.根据权利要求1所述的一种工业烟气高温脱硫脱硝除尘系统，其特征在于：所述陶瓷催化反应釜(8)的上部一端设置有反冲口(88)，与反冲口(88)相对的一端设置有净气出口(83)，陶瓷催化反应釜(8)的下部设置有反应釜烟气进口(86)，陶瓷催化反应釜(8)的下端设置有废渣出口(85)，所述废渣出口(85)上设置有卸料器(84)，陶瓷催化反应釜(8)内部分为废气室(82)以及位于废气室(82)上方的净气室(81)，所述废气室(82)与净气室(81)隔绝，反应釜烟气进口(86)与废气室(82)连通，所述净气室(81)与反冲口(88)、净气出口(83)连通，所述陶瓷催化反应釜(8)内部设置有用于脱硫、脱硝、除尘的多根陶瓷过滤器(87)。
3.根据权利要求2所述的一种工业烟气高温脱硫脱硝除尘系统，其特征在于：所述多根陶瓷过滤器(87)的结构均相同呈一端闭合另一端开口的管状，由负载有催化剂的纤维过滤层(873)包裹而成。
4.根据权利要求1所述的一种工业烟气高温脱硫脱硝除尘系统，其特征在于：所述第二锅炉(7)通过管道与烟囱(9)连通，且引风机(10)设置在第二锅炉(7)与烟囱(9)之间，引风机(10)可将从第二锅炉(7)排出的烟气进入烟囱(9)。
5.根据权利要求4所述的一种工业烟气高温脱硫脱硝除尘系统，其特征在于：所述消石灰循环管路上设置有用于将陶瓷催化反应釜(8)排放的包含消石灰的废灰输送回脱硫塔(3)的输送装置，所述输送装置包括第一仓泵(11)或空气压缩机。
6.根据权利要求1所述的一种工业烟气高温脱硫脱硝除尘系统，其特征在于：所述氨储存器(61)连接有将氨气输送至调质塔(6)的氨泵(63)，所述水储存器(62)连接有将水输送至调质塔(6)的水泵(64)。
7.一种工业烟气脱硫脱硝除尘的处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：大于500℃的窑炉(1)原烟气通过管道进入第一锅炉(2)进行调温，温度下降为350-400℃通过第一锅炉(2)的排出口上连通的管路进入脱硫塔烟气进口；
S2:在脱硫塔(3)内部来自消石灰循环管路输送的包含消石灰的废灰形成流化床的形式，高温烟气与消石灰接触反应完成第一次脱硫处理，第一次脱硫后的烟气通过脱硫塔烟气出口排出脱硫塔(3)；
S3：从脱硫塔(3)排出的烟气经过管道进入旋风塔烟气进口进入旋风塔(4)内部，烟气携带的粉尘、粘性物质、反应后的消石灰在此沉淀实现除尘，并使得烟气中的含硫物质与消石灰反应实现第二次脱硫，除尘后的烟气通过旋风塔烟气出口排出旋风塔(4)；
S4:从旋风塔(4)排出的烟气通过管道进入调质塔(6)，在旋风塔(4)与调质塔(6)之间的管路上设置的投料塔(5)向烟气按照Ca:S为2-5：1的比例投送300-500目新鲜消石灰，烟气在此段管道携带新鲜的消石灰进入调质塔烟气进口；
S5：烟气通过调质塔烟气进口进入到调质塔(6)内部，水泵(64)将水从水储存器(62)中泵入调质塔(6)内调温，氨泵(63)将氨气从氨储存器(61)中泵入调质塔(6)内与废气进行混合均匀，新鲜的消石灰在此处与烟气充分混合进行反应完成第三次脱硫，并实现烟气的调质，在调质塔(6)内完成调温后温度降低为330-380℃，烟气通过调质塔烟气出口排出调质塔(6)通过管道进入陶瓷催化反应釜(8)的反应釜烟气进口(86)；
S6：通过反应釜烟气进口(86)烟气进入到陶瓷催化反应釜(8)的废气室(82)，经过陶瓷过滤器(87)的吸附、过滤、催化完成第四次脱硫、脱硝、除尘，净化后的烟气进入陶瓷过滤器(87)的内腔(872)通过陶瓷过滤器(87)的过滤器出口(871)排入净气室(81)，通过净气出口(83)排出本陶瓷催化反应釜(8)，经过陶瓷一体化单元后此时烟气的温度为320-380℃；
S7：从陶瓷一体化单元排出的烟气进入第二锅炉(7)进行余热利用然后通过引风机(10)将洁净的烟气经烟囱(9)排出或通过引风机(10)后将部分洁净的烟气引入烟气循环管路重新输送回脱硫塔(3)内部；
S8：每个陶瓷催化反应釜(8)的下方设置有卸料器(84)，收集陶瓷一体化单元反冲下的包含消石灰的废灰通过消石灰循环管路输送回脱硫塔(3)。
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