一種高效脫除煙氣中NO_x的方法

2023-09-16 18:15:00

專利名稱：一種高效脫除煙氣中NOx的方法
技術領域：
本發明屬於環境保護領域，涉及一種高效脫除煙氣中NOx的方法，具體地說，是指一種通過選擇性非催化還原NOx、放電等離子體氧化NO為NO2和鹼液吸收NOx的結合，實現 高效脫除燃煤煙氣中NOx的方法。
背景技術：
燃煤煙氣的主要汙染物包括煙塵、SO2和NOx等。先利用選擇性非催化還原或選擇 性催化還原技術脫硝；然後，利用電除塵器或布袋除塵分離煙塵；最後，利用溼式脫硫系統 脫硫是常規的煙氣淨化方法。燃煤煙氣中的NOx主要包括NO和NO2，其中NO約佔95 %。選擇性催化還原是指在 催化劑的作用下，以NH3為還原劑，選擇性地與煙氣中的NOx反應，並生成N2和H20。選擇性 催化還原是一種成熟的煙氣脫硝技術。在ΝΗ3/Ν0摩爾比為1的情況下，可以獲得80%以上 的NOjJA除率。然而，選擇性催化還原需要消耗大量的催化劑，因此投資和運行費用高。統 計表明，選擇性催化還原系統的催化劑費用通常佔到系統初始投資的30-50%左右，其運行 成本也受制於催化劑的壽命。一般每隔2至3年，就要更換一次催化劑。目前我國自主生 產選擇性催化還原脫硝催化劑的能力非常有限，因而該技術的推廣受到限制。除此之外，對 於改造機組，採用選擇性催化還原技術還存在場地限制，設備安裝困難等問題。選擇性非催化還原是在不使用催化劑的情況下，將NH3、尿素或其它氨基還原劑直 接噴入鍋爐爐膛或緊靠爐膛出口的煙道，在溫度為8oo°c iioo°c的區域內，還原劑選擇 性與NOx反應，使其還原為N2和H20。通常，設計合理的選擇性非催化還原系統能達到40% 左右的NOx脫除效率。與選擇性催化還原相比，選擇性非催化還原運行費用低，舊設備改造 少，尤其適合於改造機組，而且僅需要氨水貯槽和噴射裝置，因而投資也較選擇性催化還原 低得多。但是，選擇性非催化還原的NOx脫除效率較低，隨著排放標準日趨嚴格，僅依靠選 擇性非催化還原不能滿足日益嚴格的排放標準。實際上，當煙氣中NO2佔NOx的比例達到50%以上時，利用常規鹼液脫硫系統，即 可實現高效脫除NOx的目的。因此，在煙氣進入鹼液吸收脫硫系統之前，先利用放電等離 子體部分氧化NO為NO2，然後，利用常規鹼液脫硫系統實現同步脫硫脫硝，是高效脫除煙 氣NOx的途徑之一。不過，放電等離子體氧化NO的能耗與NO濃度密切相關，當NO濃度較 高時，僅採用放電等離子體氧化與吸收相結合的處理方法，會造成能耗過高，難以推廣應 用。近年來，基於放電等離子體氧化與吸收相結合脫除SO2和NOxW思路，國內外學者做 了不少工作，如美國Powerspan公司開發了一種稱為電催化氧化的煙氣汙染物同時脫除技 術，宣稱對SO2、NOx和Hg的脫除效率分別達到98%、90%和80%以上。但該技術用到的電 催化氧化反應器電耗高且結構複雜，因而投資和運行費用皆較高，維護管理難度也大，難以 推廣應用。另外，國內學者申請的專利包括集流光放電等離子體煙氣汙染物同步淨化方法 (ZL200410029622. 3)、一種等離子體燃煤鍋爐煙氣淨化新工藝(ZL200310121117. 7)、資源 化同時脫除煙氣中二氧化硫、氮氧化物的臭氧氧化幹法(CN101337152)等。值得注意的是，這些專利技術皆建立在僅藉助等離子體氧化與吸收相結合脫除NOx的設想之上，沒有注意 到NO氧化所需的高能耗。正因為如此，這些技術迄今為止均未在燃煤煙氣淨化中得到應用。

發明內容
本發明的目的是針對常規煙氣處理工藝，即選擇性非催化還原脫硝一電除塵或布 袋除塵一溼法脫硫工藝路線，提出一種在電除塵器內配置等離子體反應單元；或者在布袋 除塵器和溼式吸收塔之間增設一個專用放電等離子體反應器，實現高效脫除煙氣中NOx的 方法，既適用於現有系統改造，也適用於新系統的設計和建設。本發明提供的方法能在改造 工程量小，對投資和運行費用影響不大的前提下，實現煙氣中S02、NOx和煙塵的高效脫除， SO2、NOx和煙塵的去除效率分別達到95%、85%和99%以上。本發明提出的高效脫除煙氣中NOx的方法建立在選擇性非催化還原脫硝一電除塵 或布袋除塵一溼法脫硫的煙氣淨化工藝路線之上，即只有採用這一工藝路線，再通過在電 除塵器內配置等離子體反應單元，或在布袋除塵器與溼式吸收塔之間增設專用放電等離子 體反應器，才能實現高效脫除煙氣中NOx的目的。否則，若煙氣淨化工藝中缺少選擇性非催 化還原和溼式煙氣脫硫兩個環節中的任何一個，或將煙氣脫硫的溼式吸收塔置於電除塵器 或專用等離子體反應器之前，皆無法實現本發明的高效脫硝之目的。所述的在電除塵器內配置等離子體反應單元，是將電除塵器的部分電場空間改造 成正極性流光放電的等離子體反應單元，該反應單元可位於電除塵器的入口端、出口端或 電除塵器中部任意位置。專用等離子體反應器則是一個配有陰陽兩極，並採用正極性電源 供電的反應器。在等離子體反應單元或專用放電等離子體反應器內，藉助高壓放電產生的 等離子體可使NO高效氧化為NO2。同時，也發生煙塵荷電，並在電場力作用下，定向遷移至 極板或極線的過程。整個高效脫除煙氣中NOx的過程包括如下三個主要步驟1)基於選擇性非催化還原脫硝原理，將氨或尿素之類還原劑噴入鍋爐爐膛或緊靠 鍋爐出口的煙道，使其選擇性地與NOx作用，還原部分NOx為N2。2)煙氣從鍋爐排出後進入電除塵器或布袋除塵器，若採用電除塵器，則在電除塵 器的放電等離子體反應單元，基於正極性流光放電產生的非熱等離子體將NO氧化為NO2,與 此同時，在該反應單元內，也有部分煙塵荷電，並在電場力作用下定向運動，沉積到極板或 極線上。對於未改造的電除塵器電場區域，依舊按照常規的方式進行除塵。若採用布袋除塵器，則煙氣從鍋爐排出並通過布袋除塵器之後，進入專用放電等 離子體反應器。同樣地，在該專用放電等離子體反應器內，基於正極性流光放電產生的非熱 等離子體將NO氧化為NO2。與此同時，在該反應區域內，也有部分煙塵荷電，並在電場力作 用下定向運動，沉積到極板或極線上。3)從電除塵器或專用放電等離子體反應器排出的煙氣進入溼式吸收塔，該溼式吸 收塔以石灰/石灰石漿液或其它鹼性溶液作吸收液，可有效吸收脫除煙氣中的SO2和具有
一定氧化度的NOx。與傳統的選擇性非催化還原法脫硝一電除塵或布袋除塵一溼法脫硫煙氣淨化方 法相比，該法的優點是僅需在電除塵器內配置放電等離子體反應單元，或在布袋除塵器與溼式吸收塔之間增設專用放電等離子體反應器，在投資、運行費用比設置選擇性性催化還 原脫硝小得多的前提下，即可使傳統煙氣淨化工藝系統獲得高效脫除煙氣中NOx的功能。與現有技術中提出的放電等離子體與吸收相結合處理煙氣中多種汙染物的方法 相比，本發明的優勢在於，充分認識到氧化NO所需的能耗高，在可接受的能量消耗水平前 提下，藉助等離子體氧化煙氣中高濃度NO難以實現這一認識。通過設計先利用選擇性非催 化還原方法脫除部分N0X，再在配有放電等離子體反應單元的電除塵器或專用放電等離子 體反應器中，氧化NO為NO2的工藝方案，規避了放電等離子體氧化高濃度NO存在的能耗過 高的不足。


圖1為本發明涉及的對應採用電除塵器的煙氣淨化工藝流程示意圖；圖2為本發明涉及的對應採用布袋除塵器的煙氣淨化工藝流程示意圖；圖3至圖5為配有放電等離子體反應單元的電除塵器的三種布置方式；圖6為專用放電等離子體反應器的示意圖。圖中1.鍋爐；2.配有放電等離子體反應單元的電除塵器；3.溼式吸收塔；4.煙囪；5.布袋除塵器；6.專用放電等離子體反應器；7.負極性高壓電源；8.電除塵常規除塵區域；9.正極性高壓電源；10.放電等離子體反應單 元；11.放電等離子體反應單元的極線；12.放電等離子體反應單元的極板；13.專用放電等離子體反應器的極線；14.專用放電等離子體反應器的極板。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明提供的通過配置放電等離子體反應單元的電除 塵器或在布袋除塵器與溼式脫硫吸收塔之間設置專用放電等離子體反應器實現高效脫硝 的方法進行說明。當採用電除塵器時，本發明提供的煙氣淨化工藝流程如圖1所示，具體如下(1)將氨或尿素之類還原劑噴至鍋爐1的爐膛或者緊靠爐膛出口煙道位置，還原 劑選擇性地與NOx作用，使部分NOx還原為N2。(2)煙氣從鍋爐1排出後，進入配有放電等離子體反應單元的電除塵器2，基於正 極性流光放電誘導產生的等離子體氧化NO為N02。與此同時，在該反應區域內，也有少量煙 塵荷電，並在電場力作用下定向運動，沉積到極板或板線上。在電除塵器2的其它區域，發 生常規的電除塵過程。(3)從電除塵器2排出的煙氣進入溼式吸收塔3，該溼式吸收塔3採用石灰/石灰 石漿液或其它鹼性水溶液作吸收液，可有效吸收脫除煙氣中的SO2和N0x(N02佔NOx的比例 達50%以上)。最後煙氣從煙囪4排出。步驟(2)所述的配有放電等離子體反應單元的電除塵器2內部設置了放電等離子 體反應單元10，使其具有氧化NO功能，如圖3、圖4和圖5所示。放電等離子體反應單元10 的極板12和極線11的結構型式與常規電除塵區域8相同，但極線11與極線11、極線11與極板12的間距小於常規電除塵區域8。圖3中，放電等離子體反應單元10設置在電除塵器2的入口端，即常規電除塵區域8之前；圖4中，放電等離子體反應單元10設置在電除塵器2的出口端，即常規電除塵區 域8之後；圖5中，放電等離子體反應單元10設置在電除塵器的中部，即將常規電除塵區域 8分成兩個部分，放電等離子體反應單元位於兩個常規電除塵區域之間。放電等離子體反應 單元10由正極性高壓電源9供電；常規電除塵區域8由負極性高壓電源7供電。當採用布袋除塵時，本發明提供的煙氣淨化工藝流程如圖2所示，具體如下(1)將氨或尿素之類還原劑噴至鍋爐1的爐膛或者緊靠爐膛出口位置，還原劑選 擇性地與NOx作用，使部分NOx還原為N2。(2)煙氣從鍋爐1排出後，進入布袋除塵器5，分離煙塵。(3)從布袋除塵器5排出的煙氣，進入專用放電等離子體反應器6。在專用放電等 離子體反應器6中，基於正極性流光放電誘導產生的等離子體氧化NO為N02。與此同時，在 該反應區域內，也有少量煙塵荷電，並在電場力作用下定向運動，沉積到極板或板線上。(4)從專用放電等離子體反應器6排出的煙氣進入溼式吸收塔3，該溼式吸收塔3 採用石灰/石灰石或其它鹼性水溶液作吸收液，可有效吸收脫除煙氣中的SO2和N0x(N02佔 NOx的50%以上)。最後煙氣從煙囪4排出。專用放電等離子體反應器6如圖6所示。專用放電等離子體反應器6由正極性高 壓電源9供電，其極板14和極線13與常規電除塵器2相同，但極線13與極線13的間距、 極線13與極板14的間距小於常規電除塵器。實施例1 從鍋爐1 (配有尿素選擇性非催化還原脫硝系統)排出燃煤煙氣，不向鍋爐1噴 尿素時，排出煙氣中NOx濃度為520mg/m3 ；向鍋爐1噴尿素時，排出煙氣含2700mg/m3S02、 310mg/m3N0x和10. 2g/m3煙塵，流量為120000m7h。經過電除塵器2 (等離子體反應單元10 與常規電除塵單元8的布置如圖3所示)和溼式吸收塔3 (採用石灰石漿液作吸收液)後， SO2, NOx和煙塵的濃度分別降為135mg/m3、73mg/m3和52mg/m3。S02、NOx和煙塵的去除效率 分別為 95%、86%禾口 99. 5%0實施例2 從鍋爐1 (配有尿素選擇性非催化還原脫硝系統)排出燃煤煙氣，不向鍋爐1噴 尿素時，排出煙氣中NOx濃度為420mg/m3 ；向鍋爐1噴尿素時，排出煙氣含2220mg/m3S02、 232mg/m3N0x和7. 8g/m3煙塵，流量為60000m7h。經過電除塵器2 (等離子體反應單元10 與常規電除塵單元8的布置如圖4所示)和溼式吸收塔3 (採用廢鹼液作吸收液)後，S02、 NOx和煙塵的濃度分別降為96mg/m3、59mg/m3和34mg/m3。S02、N0x和煙塵的去除效率分別為 95. 7%、86%和 99. 6%。實施例3 從鍋爐1(配有氨選擇性非催化還原脫硝系統)排出燃煤煙氣，不向鍋爐1噴氨 時，排出煙氣中NOx濃度為490mg/m3 ；向鍋爐1噴氨時，排出煙氣含1890mg/m3S02、301mg/ Hi3NOj^ng. lg/m3煙塵，流量為12000m3/h。經過電除塵器2 (等離子體反應單元與常規電除 塵單元的布置如圖5所示)和溼式吸收塔3 (採用石灰漿液作吸收液)後，S02、N0x和煙塵 的濃度分別降為68mg/m3、72mg/m3和65mg/m3。S02、NOx和煙塵的去除效率分別為96. 4%,85. 3%和 99. 3%。實施例4 從鍋爐1 (配有尿素選擇性非催化還原脫硝系統)排出燃煤煙氣，不向鍋爐1噴尿素時，排出煙氣中NOx濃度為535mg/m3;向鍋爐1噴尿素時，排出煙氣含2170mg/m3S02、 SZTmgAi3NOj^n 9. 8g/m3煙塵，流量為72000m3/h。經過布袋除塵器5、專用等離子體反應器6 和溼式吸收塔3 (採用廢鹼液作吸收液)後，S02、N0x和煙塵的濃度分別降為58mg/m3、71mg/ m3禾口 15mg/m3。S02、NOx和煙塵的去除效率分別為97. 3%,86. 7%禾口 99. 8% 0實施例5 從鍋爐1(配有氨選擇性非催化還原脫硝系統)排出燃煤煙氣，不向鍋爐1噴氨 時，排出煙氣中NOx濃度為496mg/m3 ；向鍋爐1噴氨時，排出煙氣含1620mg/m3S02、302mg/ Hi3NOx和10. 6g/m3煙塵，流量為15300m3/h。經過布袋除塵器5、專用等離子體反應器6和溼 式吸收塔3 (採用石灰漿液作吸收液)後，S02、N0x和煙塵的濃度分別降為63mg/m3、71mg/m3 禾口 25mg/m3。S02、NOx和煙塵的去除效率分別為96. 1%,85. 7%和99. 8%0
權利要求
一種高效脫除煙氣中NOx的方法，其特徵在於首先，基於選擇性非催化還原原理，將氨或尿素噴至鍋爐爐膛或緊靠爐膛的出口煙道，使煙氣中部分NOx還原為N2，其中x＝1，2；然後，煙氣進入配有放電等離子體反應單元的電除塵器，或通過布袋除塵器之後，進入專用放電等離子體反應器，在實現高效除塵的同時，放電產生的非熱等離子體使煙氣中的NO氧化為NO2；最後，煙氣進入溼式吸收塔，使NOx被進一步吸收脫除。
2.根據權利要求1所述的高效脫除煙氣中NOx的方法，其特徵在於所述的放電等離子 體反應單元是將常規電除塵器的部分電場空間改造所形成的，改造內容是調整極板和極線 的匹配方式，用正極性的高壓電源替代負極性的高壓電源供電。
3.根據權利要求1或2所述的高效脫除煙氣中NOx的方法，其特徵在於所述的放電等 離子體反應單元位於電除塵器的入口端；或者位於電除塵器的出口端；或者位於電除塵器 的中部。
4.根據權利要求1所述的高效脫除煙氣中NOx的方法，其特徵在於所述的專用放電等 離子體反應器的極板和極線與常規電除塵器相同，但極線與極線間距和極線與極板的間距 小於常規電除塵器，而且採用正極性的高壓電源為反應器供電。
5.根據權利要求1或2所述的高效脫除煙氣中NOx的方法，其特徵在於所述的放電等 離子體反應單元的極板和極線與常規電除塵器相同，但極線與極線和極線與極板的間距小 於常規電除塵器。
6.根據權利要求2或4所述的高效脫除煙氣中NOx的方法，其特徵在於所述的正極性 的高壓電源為正極性直流高壓電源；或正極性直流高壓疊加交流的高壓電源；或正極性的 脈衝電源。
全文摘要
本發明公開了一種高效脫除煙氣中NOx的方法，具體為基於選擇性非催化還原原理，先在鍋爐爐膛內或緊靠爐膛出口的煙道位置，利用尿素或氨使煙氣中的部分NOx還原為N2；然後，煙氣進入配有放電等離子體反應單元的電除塵器，或通過布袋除塵器內後進入專用放電等離子體反應器，在實現高效除塵的同時，也使NO氧化為NO2；最後，煙氣進入溼式吸收塔，在高效脫硫的同時，也實現NOx的進一步脫除。本發明提供的方法只需對常規的選擇性非催化還原脫硝、電除塵或布袋除塵、溼法脫硫煙氣淨化工藝稍加改造，即可在投資和運行費用增大很小的情況下，實現85％以上的NOx脫除效率，95％以上的SO2脫除效率和99％以上的除塵效率。
文檔編號B01D53/56GK101810990SQ20101014858
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月16日 優先權日2010年4月16日
發明者孫軼斐, 朱天樂, 王美豔 申請人:北京航空航天大學