CN112426861A - 一种高效脱硫脱硝系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的脱硫脱硝系统在燃烧锅炉的下游侧，依次设置连接SO₃还原催化剂床、脱硝塔、加热器、除尘器、用于热交换的热交换器、湿式脱硫塔、烟气塔。热交换器用于热量交换、回收并储存热能；SO₃还原催化剂床设置在燃烧锅炉的下游侧和脱硝塔的上游侧。本发明脱硫脱硝方法在上游侧去除了腐蚀性强的SO₃气体，降低了烟气对设备的腐蚀作用；同时使用热交换器让烟气冷却，提高了湿法脱硫除SO₂的效率。

Description

一种高效脱硫脱硝系统及方法

技术领域

本发明涉及一种脱硫脱硝的系统及方法，具体地涉及一种同时去除烟气中氮氧化物和硫氧化物的系统和方法。

背景技术

锅炉烟气中含有大量的硫和氮的氧化物，如果直接排放至大气中，会形成严重的大气污染。现有技术中，对降低烟气中的硫化物主要采用的方法有干法烟气脱硫、半干法烟气脱硫和湿法烟气脱硫，上述方法的基本原理都是使烟气中的SO₂与碱发生中和反应。湿法脱硫技术是指通过使烟气中的SO₂与碱性溶液发生反应，从而去除烟气中硫化物的方法。湿法脱硫技术脱硫效率较高，吸收剂的利用率也比较高。脱硝技术一般利用催化还原的方法，利用还原剂将NOx还原成N₂，再进行排放。

CN103611398A公开了一种高效的海水烟气脱硫脱硝方法，属于烟气脱硫脱硝领域，包括海水脱硫吸收塔，包括以下步骤：在烟气进入海水脱硫吸收塔之前，先采用NO氧化剂将NO氧化成能溶于海水的NO₂，同时部分SO₂氧化成SO₃，然后再采用SO₃预脱除剂碳酸氢盐预先脱除SO₃以及部分氮氧化物和SO₂，在海水脱硫吸收塔内，烟气被海水洗涤，未反应完的NO氧化剂、SO₃预脱除剂及SO₃预脱除过程中的副产物也溶入洗涤后的海水中，脱硫脱硝后的海水通过海水恢复系统水质恢复达标后排入大海。该发明能够同时脱硫脱硝，且具有较高的脱硫脱硝效率；具有烟气脱硫脱硝一体化、投资和运行成本低、装置/系统运行稳定、安全性和可靠性高等特点。

CN110762520A涉及一种煤燃烧高效脱硫、脱硝的方法，涉及清洁燃烧的技术领域，包括以下步骤：煤从循环流化床锅炉的进煤管喷入且在炉膛中进行燃烧，在炉膛内喷入脱硫剂，在炉膛的排出口且位于旋风分离器入口处喷入脱硝剂。通过脱硫剂和脱硝剂除去烟气中的SO₃、NOx，降低了排放气体中SO₂、NOx的量，满足低于国家规定的超低排放浓度的标准。

CN105642098A公开了一种脱硫脱硝方法，采用的系统包括一塔体，所述塔体的下部设有烟气进口，对应烟气进口的下方位置于所述塔体内设有氧化段，对应烟气进口的上方位置于所述塔体内按由下至上的顺序依次设有浓缩段、吸收段、净化水洗段和除雾段，还公开一种前述脱硫脱硝系统的脱硫脱硝方法以。提供的脱硫脱硝系统结构设计巧妙、合理，有效解决了运行成本高的问题，而且工艺稳定，吸收、浓缩结晶整体运行，无任何废液排放，限制氨逃逸排放，彻底解决氨逃逸及气溶胶问题。本发明提供的脱硫脱硝方法，工艺步骤简易，不仅实现脱硫和脱硝的效果，且具有脱硫脱硝效率高，节能环保，成本低，操作安全稳定的特点，能实现变废为宝，是今后环保脱硫发展的重点方向。

现有技术脱硫脱硝的系统和方法，对烟气中的SO₃缺乏有效的去除手段，往往将所有的硫氧化物及氮氧化物会在同一道工序中处理，这就造成了有害气体去除的效率不高，特别是SO₃的残留较多，不但对大气污染的较为严重，而且含有强腐蚀性的SO₃的烟气也会使下游侧的催化剂的失效以及设备腐蚀。

发明内容

本发明开发出一种脱硫脱硝系统及方法，能够高效地除去排放烟气中氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SO₃以及SO₂)。为实现上述效果，发明人通过以下设计来获得本发明技术手段：

通过在本发明的系统中，将SO₃还原催化剂和脱硝催化剂依次连接(串联布置)，优选的，用于除去原料烟气中的硫氧化物以及氮氧化物是通过使用催化剂，而其特征在于，硫氧化物去除工序设置在在上游侧和而氮氧化物去除工序设置在下游侧，并且两道工序被依次、紧接、串联地布置在本系统中的烟气的流动方向。

本发明中，使用氨作为还原剂，来处理氮氧化物以及硫氧化物。优选的，在SO₃还原后，SO₃还原催化剂床的下游侧出口处的NH₃浓度相对于SO₃的量为不低于1。

本发明中，在烟气的处理方法及脱硫脱硝系统中，含有氮氧化物(NOx)和三氧化硫(SO₃)，NOx和SO₃可通过还原反应高效地同时被除去。因此，在烟气中根据本发明的系统处理，由于系统中上游侧SO₃已被去除，下游侧的脱硝塔中的脱硝催化剂的不容易于中毒或失效，从而本发明脱硫脱硝的系统具有以下优点，例如整个系统简单易用，便于维修，使用寿命长。

在本发明的烟气处理方法中，SO₃还原过程被设置在上游侧脱硝反应先于进行的，脱硝过程相对于烟气的流动方向上的下游侧进行对含有氮氧化物烟气。在SO₃还原的前段工序过程中，氨NH₃作为一种还原剂，通过外加的氨源添加注入。其中，NH₃加入过程中，氨应该被添加到所述烟气气体中，NH₃氨相对于氮氧化物(NOx)的摩尔比，优选为1.5以上。由于NH₃添加到烟气时是SO₃还原反应发生时，因此该段工序即SO₃还原工序中，氨的浓度是相对高的。在SO₃还原过程中，SO₃在催化剂作用下还原。如之前所述，通过使用NH₃作为还原剂，则SO₃还原进行还原反应(SO₃在氨以及富氧空气存在的条件下，被转化为SO₂)。因此在前段工序中，SO₃还原反应完成。在SO₃还原过程完全成后，优选的，在SO₃还原催化剂床的下游出口处的NH₃浓度控制为相对于NOx含量为不低于1。因为如果NH₃的浓度过低，在下游侧的脱硝过程，因为还原剂不足，氮氧化物去除的效果会变差。在本系统中的后段的氮氧化物去除工序中，氮氧化物被氨还原剂在脱硝催化剂存在的条件下，还原成N₂。

在本系统中，当SO₃以及NOx两段还原工序完成后，如果还存在残留的过量的氨，在富氧空气存在条件下，将其氧化成N₂。在本发明中，SO₃还原过程通常设置在脱硝过程的上游侧。因此需要控制在SO₃还原过程的后续阶段和脱硝过程的先前阶段根据反应需要添加预定量的氨。在排气气体脱硝处理后，NOx和SO₃两者都被还原除去，并且加入的NH₃也被去除。在本发明中，烟气气体的NOx和SO₃被还原除去，从而消除了腐蚀性强的SO₃气体，即使烟气通过下游设备，例如除尘器和湿式脱硫器，即使烟气中含有SO₂气体(对设备的腐蚀性相对SO₃要弱的多)，对设备的腐蚀作用也会被大大降低。

本发明中，使用湿式脱硫器对含有SO₂的烟气湿法脱硫前，优选的，使用热交换器让烟气冷却，以便湿法脱硫除SO₂的效率更高(高温气体与喷洒的脱硫剂溶液混合时容易产生水气和烟雾，影响反应进行)。优选的，湿法脱硫后，在排至大气中前将之前热交换储存回收的热量再次用来加热烟气，更一步进净化烟气，同时使烟气在烟囱中的流体动能增加，更加顺利地排放到大气，减少烟囱中流体的阻塞。

具体的，本发明提供的方案为：

一种高效脱硫脱硝的系统，其特征在于，

在燃烧锅炉的下游侧，依次设置连接SO3还原催化剂床、脱硝塔、加热器、除尘器、用于热交换的热交换器、湿式脱硫塔；

所述燃烧锅炉的上游侧设置原料烟气以及富氧空气的连接入口；

所述SO3还原催化剂床设置在燃烧锅炉的下游侧和脱硝塔的上游侧，SO3还原催化剂床的上游侧还连接了储氨罐，所述储氨罐将氨注入SO3还原催化剂床；

其中，所述热交换器用于热量交换、回收并储存热能，其上下游连接顺序依次是除尘器、热交换器、湿式脱硫塔，所述湿式脱硫塔出口依次连接热交换器、烟气塔。

优选的，所述储氨罐与SO₃还原催化剂床的的连接方式可使用多个注入管或多个喷嘴。

优选的，所述多个喷嘴垂直于气流平行地布置。

优选的，所述SO₃还原催化剂床中，放置Ru作为活性金属负载在载体上的催化剂，所述载体为选自二氧化钛、氧化铝、氧化锆、二氧化硅和沸石中的至少一种或其组合。

优选的，所述催化剂的形状为蜂窝状。

优选的，所述脱硝塔中放置脱硝催化剂，所述脱硝催化剂为含有载体上负载选自Mo和V的至少一种作为活性金属的催化剂。

优选的，所述载体选自Al₂O₃、SiO₂、金属硅酸盐和沸石中的至少一种。

一种高效脱硫脱硝的方法，其包含以下步骤：

1)喂入原料：将原料烟气以及富氧空气注入燃烧锅炉中；

2)SO₃还原催化：通入氨还原剂，在SO₃还原催化剂床中，烟气中的SO₃还原成SO₂；

3)脱硝还原催化：SO₃还原后的烟气进入脱硝塔中，烟气中NOx还原；

4)加热、除尘：脱硝后的烟气经加热器加热，进入除尘器，捕集烟气中的大颗粒杂质粒子；

5)热交换、脱硫：除尘后的烟气经热交换器冷却，进入湿式脱硫塔，烟气中的SO₂被去除；

6)热交换、排气：去除SO₂后的烟气，再经热交换器加热后，排出烟气塔。

优选的，在SO₃还原后的烟气进入脱硝塔之前，使用焦炭进行处理烟气。

优选的，NH₃加入过程中,NH₃相对于氮氧化物(NOx)的摩尔比，优选为1.5以上。

优选的，在SO₃还原催化剂床的下游出口处的NH₃浓度控制为相对于NOx含量为不低于1。

本发明获得的技术效果包含：

本发明在系统上游侧去除了腐蚀性强的SO₃气体，降低了烟气对设备的腐蚀作用；同时本发明中，使用热交换器让烟气冷却，提高了湿法脱硫除SO₂的效率。湿法脱硫后，将之前热交换储存回收的热量再次用来加热烟气，更一步进净化烟气，同时使烟气在烟囱中的流体动能增加，更加顺利地排放到大气，减少烟囱中流体的阻塞。

附图说明1

图1为本发明脱硫脱硝系统以及工艺流程的示意图。

附图中的标记如下：1、燃烧锅炉；2、SO₃还原催化剂床；3、储氨罐、4、脱硝塔；5、加热器；6、除尘器；7、热交换器；8、湿式脱硫塔；9、烟气塔。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的脱硫脱硝系统中，参照图1，在燃烧锅炉1的下游侧，依次连接SO₃还原催化剂床2，脱硝塔4，作为加热装置的加热器5，除尘器6，用于热交换的热交换器7。另外，热交换器7能够调控和回收热能，其上下游连接顺序依次是除尘器6，热交换器7，湿式脱硫塔8，烟气塔9；SO₃还原催化剂床2设置在燃烧锅炉1的下游侧和脱硝塔3的上游侧。在SO₃还原催化剂床2的上游连接了储氨罐3，可以将氨作为还原剂注入。优选的，例如，储氨罐3与SO₃还原催化剂床2的的连接方式可使用多个注入管或多个喷嘴。作为用于注入氨的方法可以为液氨被蒸发，并且蒸发的还原剂是通过将空气，惰性气体，水蒸汽等气体加入到管道中进行注入。优选的，为保证氨均匀地流动到SO₃还原催化剂床以及气体的混合的均匀性，将多个喷嘴垂直于气流平行的布置。优选的，作为在该系统中使用的SO₃还原催化剂床2中，可以使用具有SO₃还原功能的任何催化剂。优选的，可以选择Ru作为活性金属承载在载体上的催化剂。用于SO₃还原催化剂的载体的种类没有特别限制，优选的，选自二氧化钛，二氧化硅和沸石中的至少一种或其组合。另外，优选地，根据需要，SO₃还原催化剂可以在载体中含有选自W和V中的至少一种金属作为助催化剂。SO₃还原催化剂的形状没有特别限制。优选的，可以使用蜂窝状催化剂或者通过填充颗粒状形成的催化剂等。

优选的，作为该系统的脱硝塔4中使用的脱硝催化剂，使用在含有载体上负载选自Mo、V的至少一种作为活性金属的催化剂。优选的，在催化剂的载体中包含选自Pd、Ir、Cu、Co、Ag、Mn、Ni、Zn中的至少一种的活性金属的催化剂。优选的，载体可以使用选自Al₂O₃、SiO₂、金属硅酸盐和沸石中的至少一种。优选的，硝化催化剂的形状没有特别限制。例如，可以使用蜂窝状催化剂，或者通过填充颗粒状形成的催化剂等。

优选的，除尘器6能够收集烟气中的灰尘，然后将除尘后的烟气导入热交换器7中。

优选的，在除尘器6的下游侧，设置有用于回收热能的热交换器7和湿式脱硫塔8。优选的，湿式脱硫塔7不受特别限制。例如，一般用于烟道的湿式脱硫吸收塔，能够进行气体处理，优选的，提供一种脱硫剂使用。优选的，脱硫剂可以使用普通的湿式脱硫剂，作为湿式吸收脱硫剂可以选择氧化钙、氢氧化钙、碳酸钠、氢氧化钠等碱吸收剂的水溶液。

优选的，在湿式脱硫吸收塔8中，含硫气体的导入方式为从塔的底部注入，进入后气体按自下而上的方向沿塔内流动，与塔内顶部自上而下喷射出的脱硫剂发生反应，进行脱硫。

优选的，在系统中，热交换器7设置在除尘器6的下游侧，吸收除尘器6排出的高温气体，热交换后，在热交换器7中排出冷却后的低温气体(将要脱硫处理的烟气)，进去湿式脱硫塔8中，进行湿法脱硫处理。同时，优选的，首次热交换后的热能可以回收储存在热交换器中。

优选的，在系统中，热交换器7设置在湿式脱硫塔8的下游侧再次相连，加热后的气体通过烟气塔9排放到空气中。通过本发明的设备后，特别在热交换器7再加热、燃烧待排放气体处理，其中热交换器7中之前回收的热能用于加热脱硫后的气体。优选的，其中热能是通过使用热介质作为介质交换，例如是气体-气体直接实现热交换。优选的，热交换器7含有第一入口、第一出口以及第二入口、第二出口，其中第一入口、第一出口分布在热交换器顶部以及而第二入口、第二出口分布在底部。其中第一入口连接除尘器6，第一出口连接湿式脱硫塔的入口，第二入口连接湿式脱硫塔的出口，第二出口连接烟气塔。

优选的，原料烟气选择为炼钢工厂、石油化工厂等排出的产生燃烧或加热炉排出的气体，优选的，其气体包含二氧化碳、氧、硫氧化物、氮氧化物、烟尘、水，甚至单质或游离的硫、磷、砷、氢等元素。因此原料烟气与富氧空气先经过燃烧锅炉1，一是经预处理除去一些游离的单质杂质，二是合理的提高烟气温度，提升其后续的反应活性。

如果，烟气气体在脱硫脱硝过程中可能存在一些SO₂的氧化反应，产生的SO₃会进一步增加。优选的，可以在进入脱硝塔之前的上游侧添加另一段还原工序(如使用焦炭还原SO₃)有效地除去SO₃。

具体实施例

采用图1所示的系统，进行烟气的脱硫脱硝的方法，具体步骤包括：

1)喂入原料：将原料烟气以及富氧空气注入燃烧锅炉中；其中原料烟气组合物为

3000ppm的硫氧化物(包括700ppm的SO₃)，1000ppm的NOx，100ppm的NH₃，10％H₂O，15％CO_x，余量为一些必要的杂质以及N₂。

2)SO₃还原催化：通入氨还原剂，在SO₃还原催化剂床中，烟气中的SO₃还原成SO₂；温度为选择为合适的反应温度，适合还原反应，可以优选选择350-380℃；通入的氨还原剂，保证NH₃/NOx的摩尔比为1.5；催化剂选择为商用的负载蜂窝状的TiO₂载体上的含Ru的粉状颗粒催化剂。

3)脱硝还原催化：SO₃还原后的烟气进入脱硝塔中，烟气中NOx还原；脱硝催化剂选择商用的负载蜂窝状的Al₂O₃载体上的含V的催化剂。

4)加热、除尘：脱硝还原后的烟气经加热器加热，进入除尘器，捕集烟气中的大颗粒杂质粒子；除尘器选择为静电除尘器。

5)热交换、脱硫：除尘后的烟气经热交换器冷却，进入湿式脱硫塔，烟气中的SO₂被去除；选择冷却烟气至室温，湿式脱硫塔中自上而下喷淋浓度为10％的氢氧化钠的溶液。

6)热交换、排气：SO₂去除后的烟气，再经热交换器加热后，排出烟气塔。

对本实施例的系统和方法进行氮氧化物以及硫氧化物的含量的变化，评价脱硫脱硝的效率。

其中，SO₃还原催化剂床排出后的烟气中SO₃含量降低至120ppm；脱硝塔排出后的烟气中的NOx含量降低至80ppm；湿式脱硫塔出口排出烟气中的SO₂的含量为50ppm；排出烟气塔的烟气最终成分组成为170ppm的硫氧化物(包括120ppm的SO₃)，75ppm的NOx，10ppm的NH₃，其余为H₂O以及N₂。可见本发明的脱硫脱硝系统以及方法能够有效除去烟气中的NOx和硫氧化物，烟气达到了国家最新颁布的烟气排放标准。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种高效脱硫脱硝的系统，其特征在于，

在燃烧锅炉的下游侧，依次设置连接SO₃还原催化剂床、脱硝塔、加热器、除尘器、用于热交换的热交换器、湿式脱硫塔；

所述燃烧锅炉的上游侧设置原料烟气以及富氧空气的连接入口；

所述SO₃还原催化剂床设置在燃烧锅炉的下游侧和脱硝塔的上游侧，SO₃还原催化剂床的上游侧还连接了储氨罐，所述储氨罐将氨注入SO₃还原催化剂床；

其中，所述热交换器用于热量交换、回收并储存热能，其上下游连接顺序依次是除尘器、热交换器、湿式脱硫塔，所述湿式脱硫塔出口依次连接热交换器、烟气塔。

2.根据权利要求1所述的一种高效脱硫脱硝的系统，其特征在于，所述储氨罐与SO₃还原催化剂床的的连接方式可使用多个注入管或多个喷嘴。

3.根据权利要求2所述的一种高效脱硫脱硝的系统，其特征在于，所述多个喷嘴垂直于气流平行地布置。

4.根据权利要求1所述的一种高效脱硫脱硝的系统，其特征在于，所述SO₃还原催化剂床中，放置Ru作为活性金属负载在载体上的催化剂，所述载体为选自二氧化钛、二氧化硅和沸石中的至少一种或其组合。

5.根据权利要求4所述的一种高效脱硫脱硝的系统，其特征在于，所述催化剂的形状为蜂窝状。

6.根据权利要求1所述的一种高效脱硫脱硝的系统，其特征在于，所述脱硝塔中放置脱硝催化剂，所述脱硝催化剂为含有载体上负载选自Mo和V的至少一种作为活性金属的催化剂。

7.根据权利要求6所述的一种高效脱硫脱硝的系统，其特征在于，所述载体选自Al₂O₃、SiO₂、金属硅酸盐和沸石中的至少一种。

8.一种高效脱硫脱硝的方法，其包含以下步骤，

1)喂入原料烟气：将原料烟气以及富氧空气注入燃烧锅炉中；

2)SO₃还原催化：加入氨还原剂，在SO₃还原催化剂床中，烟气中的SO₃还原成SO₂；

3)脱硝还原催化：SO₃还原后的烟气进入脱硝塔中，烟气中NOx还原；

4)加热、除尘：脱硝还原后的烟气经加热器加热，进入除尘器，捕集烟气中的大颗粒杂质粒子；

5)热交换、脱硫：除尘后的烟气经热交换器冷却，进入湿式脱硫塔，烟气中的SO₂被去除；

6)热交换、排气：SO₂去除后的烟气，再经热交换器加热后，排出烟气塔。

9.根据权利要求8所述的一种高效脱硫脱硝的方法，其特征在于，步骤2)中NH₃加入过程中NH₃相对于氮氧化物(NOx)的摩尔比，为1.5以上。

10.根据权利要求8所述的一种高效脱硫脱硝的方法，其特征在于，在SO₃还原催化剂床的下游出口处的NH₃浓度控制为相对于NOx含量为不低于1。

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