燃煤煙氣中SO3的前端脫除系統及其脫除方法與流程

2023-07-01 03:27:06 1

本發明涉及煙氣脫硫系統
技術領域：
，特別是涉及一種燃煤煙氣中so3的前端脫除系統及其脫除方法。
背景技術：
：煤炭燃燒產生的煙氣中含有一定濃度的so2和so3，其中so2是煤炭在鍋爐中燃燒產生，濃度為1500～18000mg/m3，主要集中在3000～6000mg/m3；而so3來源於兩部分，一部分是在鍋爐內直接燃燒產生，濃度約佔so2濃度的0.5％-1.5％；另一部分是so2經過scr脫硝反應器後被氧化成so3，這部分的轉化率約佔so2濃度的0.5％-1.5％。因此，在scr反應器出口煙氣中so3濃度約佔so2濃度的1％-3％。在通常的溼法脫硫過程中，只有一少部分so3能被脫除，大部分還是被直接排入大氣中，so3的大氣排放目前尚未制定統一的排放標準，由於so3在煙氣中主要以氣溶膠的形式存在，造成煙囪最終排放「藍煙」、「煙羽拖尾」現象；so3會加重霧霾和溫室效應；而且scr脫硝過程中未反應的氨與so3反應會生成硫酸氫銨，硫酸氫銨極易附著在空預器表面，吸附飛灰，造成空預器的壓降增大，排煙溫度升高，機組效率下降，運行成本增加，這種現象在負荷較低時尤為顯著，即便在高負荷下由於氨逃逸以及部分so2催化轉化為so3，同樣會生成硫酸氫銨，長期運行積累也會危及空預器正常運行。此外，so3在空預器的低溫段造成煙氣中酸露點升高，空預器的低溫腐蝕嚴重，在scr運行條件下，設備壽命下降。目前，煙氣中so3的控制技術有：燃用低硫煤、混煤，使用低低溫電除塵器，採用溼式靜電除塵器，爐內或爐後噴鹼性吸收劑等。使用低硫煤、混煤簡單、直接，但是提高運行成本。使用低低溫電除塵器或溼式靜電除塵器對so3的脫除率高，但由於處於環保島的末端，無法解決空預器積灰、腐蝕、堵塞等問題，不能降低空預器出口煙氣溫度，鍋爐熱效率低，投資成本高。向爐內噴射鹼性吸收劑，如mg(oh)2，漿液迅速蒸發變成mgo顆粒，然後與so3反應生成mgso4，可有效脫除燃燒過程中產生的so3，降低scr反應器入口煙氣中so3的濃度，但是鍋爐內的溫度較高，有700-1000℃，技術控制上難度較大，鹼性吸收劑在進入鍋爐內時瞬時蒸發成細小顆粒，分散效果差，對煙氣中so3的脫除效率不高，造成鹼性吸收劑的消耗量較大，運行成本較高，而且對scr中產生的so3的脫除效率相對較低。在爐後煙氣中噴入鹼性吸收劑，如mgo、nahso3、na2co3、天然鹼等，若直接噴入鹼性吸收劑顆粒，顆粒較大，利用效率不高；若霧化後乾燥為細小顆粒，需額外增加配套的乾燥設備，提高運行成本；且噴入位置一般在省煤器或scr與空氣預熱器之間，可有效降低so3的濃度，但是鹼性吸收劑的噴射量較高，而鈣基的吸收劑會增加飛灰的比電阻，會降低電除塵器的效率；在空預器後噴入鹼性吸收劑則不能避免空預器的積灰、腐蝕和堵塞問題，空預器出口的煙氣溫度較高，鍋爐的熱效率低下。技術實現要素：本發明提供一種鹼性吸收劑利用率高、運行成本低、提高能源利用率、so3脫除率高的燃煤煙氣中so3的前端脫除系統。解決的技術問題是：現有脫除煙氣中so3的方法，或運行成本高，或無法避免空預器的積灰、腐蝕和堵塞問題，或鹼性吸收劑的利用率低下，或鹼性吸收劑顆粒分散均勻性差。為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案：本發明燃煤煙氣中so3的前端脫除系統，包括空氣加熱器、熱解爐、尿素噴槍、鹼性吸收劑噴槍、渦流混合器和氰酸分解反應器；所述空氣加熱器的進氣口與風機連通、出氣口通過管道與熱解爐的進氣口連通；熱解爐的進氣口下方均勻設置有尿素噴槍、出氣口與氰酸分解反應器的進氣口連接，氰酸分解反應器內裝有金屬氧化物催化劑，氰酸分解反應器的出氣口與熱解氣管道連接；所述熱解氣管道內設置有鹼性吸收劑噴槍，所述鹼性吸收劑噴槍的噴射方向與熱解氣管道內氣流方向的夾角為0-180°；所述熱解氣管道另一端通過噴氨管與燃煤煙道連接，所述噴氨管的噴射方向與煙氣流動方向相反；噴氨管的出氣口下方傾斜設置有渦流混合器，燃煤煙道的進氣口與鍋爐後省煤器的煙氣出口連接、出氣口依次與scr反應器、空氣預熱器和除塵器連接。本發明燃煤煙氣中so3的前端脫除系統，進一步的，所述尿素噴槍的進液口通過尿素輸送泵與尿素溶液儲罐連接；所述鹼性吸收劑噴槍通過鹼液輸送泵與鹼性吸收劑溶液儲罐連接。本發明燃煤煙氣中so3的前端脫除系統，進一步的，所述鹼性吸收劑噴槍的數量為1-10個，每個鹼性吸收劑噴槍上帶有1-10個噴嘴，鹼性吸收劑噴槍沿熱解氣管道延伸方向並排設置。本發明燃煤煙氣中so3的前端脫除系統，進一步的，所述金屬氧化物催化劑為蜂窩狀scr脫硝催化劑或波紋板式scr脫硝催化劑。本發明燃煤煙氣中so3的前端脫除系統，進一步的，所述渦流混合器與煙氣流動方向的夾角為30-40°；所述渦流混合器固定在燃煤煙道的內側壁上。本發明燃煤煙氣中so3的前端脫除系統的脫除方法，包括以下步驟：步驟一、空氣加熱：空氣經過加熱，溫度升至600-650℃；步驟二、尿素熱解：高溫空氣進入熱解爐，與噴入的尿素溶液接觸，尿素溶液發生熱解，生成nh3、hnco和co2；步驟三、異氰酸分解：尿素熱解產物經過金屬氧化物催化劑，hnco分解為nh3和co2；步驟四、吸收劑乾燥：鹼性吸收劑溶液霧化為細小液滴後，與含有尿素二次熱解產物的熱氣體接觸，鹼性吸收劑液滴瞬時蒸發乾燥為細小顆粒，細小顆粒的平均粒徑不大於50μm；鹼性吸收劑溶液濃度為5％～25％，鹼性吸收劑的噴射量為煙氣中so3摩爾量的1～5倍；步驟五、so3一次脫除：步驟四所得細小顆粒均勻分散後與鍋爐內直接燃燒產生的so3和水蒸氣反應生成硫酸鹽顆粒；步驟六、so3二次脫除：步驟五中生成的硫酸鹽顆粒與剩餘的鹼性吸收劑細小顆粒隨煙氣進入scr反應器進行煙氣脫硝，脫硝過程中再次生成的so3直接與剩餘的鹼性吸收劑細小顆粒反應，生成硫酸鹽顆粒；步驟七、除塵：經過scr反應器處理的煙氣經過除塵器過濾去除其中的硫酸鹽顆粒，然後進入後續的淨化處理。本發明燃煤煙氣中so3的前端脫除系統的脫除方法，進一步的，所述步驟二中尿素溶液的濃度為30-52％，尿素噴射量為煙氣中nox的0.4～0.6倍摩爾量。本發明燃煤煙氣中so3的前端脫除系統的脫除方法，進一步的，所述步驟三中金屬氧化物催化劑為蜂窩狀scr脫硝催化劑或波紋板式scr脫硝催化劑。本發明燃煤煙氣中so3的前端脫除系統的脫除方法，進一步的，步驟四中所述鹼性吸收劑為碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀和碳酸氫鉀中的一種或幾種。本發明燃煤煙氣中so3的前端脫除系統的脫除方法，進一步的，步驟四中所述鹼性吸收劑溶液的濃度為1-30％。本發明燃煤煙氣中so3的前端脫除系統及其脫除方法與現有技術相比，具有如下有益效果：本發明燃煤煙氣中so3的前端脫除系統在尿素熱解系統後引入了鹼性吸收劑溶液的霧化蒸發裝置，利用尿素熱解餘熱實現了吸收劑細小顆粒的製備，避免了配備附加的霧化蒸乾設備和能源裝置，簡化了系統的構成，減少了能源的浪費，提高了能源利用率，降低了系統的運行成本。本發明採用熱解爐與氰酸分解反應器相結合進行尿素熱解，使尿素徹底分解為nh3和co2，降低異氰酸對鹼性吸收劑的消耗，提高鹼性吸收劑的利用效率，降低運行成本。本發明將鹼性吸收劑細小顆粒噴入scr反應器之前的燃煤煙道中，並在煙道內設置了渦流混合器，提高了吸收劑細小顆粒的分散性，大大提高了so3的脫除效率。本發明燃煤煙氣中so3的前端脫除系統的脫除方法，在scr反應器前的煙道中噴入鹼性吸收劑細小顆粒，針對不同產生途徑的so3分別予以脫除，在燃煤煙道內，鹼性吸收劑細小顆粒與煙氣直接接觸，與煤炭燃燒直接產生的so3發生反應，生成對環境和系統無危害的硫酸鹽固體顆粒，最終由除塵器捕集；降低了環境負擔，同時減少so3對脫硝scr催化劑和空氣預熱器的影響。然後控制噴入煙氣中的鹼性吸收劑細小顆粒的量，使其與煙氣中的so3充分反應後仍有適量的鹼性吸收劑細小顆粒，隨煙氣一同進入scr反應器，可及時將在反應器中由so2轉化再次生成的so3脫除，使得scr反應器出口處的so3濃度低於5ppm。將so3分步脫除，提高了so3的脫除率，降低了鹼性吸收劑細小顆粒的噴射量，運行成本較低，更加經濟環保。下面結合附圖對本發明的燃煤煙氣中so3的前端脫除系統及其脫除方法作進一步說明。附圖說明圖1為本發明燃煤煙氣中so3的前端脫除系統的結構示意圖。附圖標記：1-空氣加熱器；11-風機；2-熱解爐；3-尿素噴槍；31-尿素輸送泵；32-尿素溶液儲罐；41-熱解氣管道；42-噴氨管；43-燃煤煙道；5-鹼性吸收劑噴槍；51-鹼液輸送泵；52-鹼性吸收劑溶液儲罐；6-渦流混合器；71-鍋爐；72-省煤器；73-scr反應器；74-空氣預熱器；75-除塵器；8-氰酸分解反應器。具體實施方式如圖1所示，本發明燃煤煙氣中so3的前端脫除系統包括空氣加熱器1、熱解爐2、尿素噴槍3、鹼性吸收劑噴槍5、渦流混合器6和氰酸分解反應器8；空氣加熱器1的進氣口與風機11連通、出氣口通過管道與熱解爐2的進氣口連通；熱解爐2的進氣口下方均勻設置有尿素噴槍3，尿素噴槍3的進液口通過尿素輸送泵31與尿素溶液儲罐32連接，尿素噴槍3的噴射方向與熱空氣的流動方向一致；熱解爐2的出氣口與氰酸分解反應器8的進氣口連接，氰酸分解反應器8內裝有金屬氧化物催化劑，可與氰酸和水蒸氣反應生成氨氣和二氧化碳，金屬氧化物催化劑為蜂窩狀scr脫硝催化劑或波紋板式scr脫硝催化劑；氰酸分解反應器8的出氣口與熱解氣管道41連接，熱解氣管道41內設置有鹼性吸收劑噴槍5，鹼性吸收劑噴槍5通過鹼液輸送泵51與鹼性吸收劑溶液儲罐52連接，鹼性吸收劑噴槍5的數量為1-10個、每個噴槍上帶有1-10個噴嘴、噴槍沿熱解氣管道41延伸方向並排設置，鹼性吸收劑噴槍5的噴射方向與熱解氣管道41內氣流方向的夾角為0-180°；熱解氣管道41另一端通過噴氨管42與燃煤煙道43連接，噴氨管42的噴射方向與煙氣流動方向相反；燃煤煙道43的內側壁上設置有渦流混合器6，渦流混合器6傾斜設置在噴氨管42的出氣口下方，渦流混合器6與煙氣流動方向的夾角為30-40°；燃煤煙道43的進氣口與鍋爐71後省煤器72的煙氣出口連接、出氣口依次與scr反應器73、空氣預熱器74和除塵器75連接。應用實施例按照以下脫除方法控制so3脫除系統，具體包括以下步驟：步驟一、空氣加熱：空氣經過加熱，溫度升至600-650℃；步驟二、尿素熱解：高溫空氣進入熱解爐2，與噴入的尿素溶液接觸，尿素溶液發生熱解，生成nh3、hnco和co2；尿素溶液的濃度為30-52％，尿素噴射量為煙氣中nox的0.4～0.6倍摩爾量，高溫空氣在熱解爐2內的流速控制為0.8-2m/s；各實施例的具體取值如表1所示；步驟三、異氰酸分解：尿素熱解產物經過金屬氧化物催化劑，hnco分解為nh3和co2；其中，金屬氧化物催化劑為蜂窩狀scr脫硝催化劑或波紋板式scr脫硝催化劑；步驟四、吸收劑乾燥：鹼性吸收劑溶液經過鹼性吸收劑噴槍5霧化為粒徑小於100μm的細小液滴，與350-450℃的含有尿素二次熱解產物的熱氣體接觸，鹼性吸收劑液滴瞬時蒸發乾燥為細小顆粒，細小顆粒的平均粒徑不大於50μm；鹼性吸收劑溶液濃度為5％～25％，鹼性吸收劑的噴射量為煙氣中so3摩爾量的1～5倍；鹼性吸收劑為碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀和碳酸氫鉀中的一種或幾種，各實施例的具體取值如表1所示；步驟五、so3一次脫除：步驟四所得細小顆粒均勻分散後與鍋爐71內直接燃燒產生的煙氣中的so3和水蒸氣反應生成硫酸鹽顆粒；步驟六、so3二次脫除：步驟五中生成的硫酸鹽顆粒與剩餘的鹼性吸收劑細小顆粒隨煙氣進入scr反應器進行煙氣脫硝，脫硝過程中再次生成的so3直接與剩餘的鹼性吸收劑細小顆粒反應，生成硫酸鹽顆粒；步驟七、除塵：經過scr反應器處理的煙氣經過除塵器過濾去除其中的硫酸鹽顆粒，然後進入後續的淨化處理。表1各應用實施例參數控制註：1、尿素噴射量為煙氣中nox的摩爾量的倍數；2、鹼性吸收劑噴射量為煙氣中so3的摩爾量的倍數。上述各應用實施例，待系統工作穩定後，對scr反應器出口處so3濃度進行測量：測量的具體結果如表2所示。表2so3濃度測量結果so3濃度，ppm應用1應用2應用3應用4吸收劑噴入前18.419.217.518.8吸收劑噴入後3.34.82.61.7由表2可知，噴入鹼性吸收劑後，scr反應器出口處的so3濃度控制在5ppm以內，鹼性吸收劑的細小顆粒對煙氣中so3的去除率高達75-91％。對比實施例1以本發明上述應用實施例4為對照組，設置2個試驗組，試驗1組將鹼性吸收劑噴槍設置在鍋爐內，其餘組件設置與參數控制均與對照組相同；試驗2組將鹼性吸收劑噴槍設置在scr反應器的入口煙道內，其餘參數控制均與對照組相同。試驗1組-試驗2組也按照上述應用實施例中，對scr出口處的so3濃度進行測量，並對相關設備進行觀察和檢修，具體的試驗結果如表3所示。表3對比實施例2的試驗結果項目應用4試驗1組試驗2組吸收劑噴入前so3濃度，ppm18.817.518.3吸收劑噴入後so3濃度，ppm1.710.27.12使用後噴槍狀態噴嘴無堵塞噴嘴2h後出現堵塞噴嘴無堵塞由表3可知，試驗1組在鍋爐內噴射鹼性吸收劑溶液，由於爐內溫度高於1000℃，鹼性吸收劑溶液在噴槍內蒸髮結晶，逐漸堵塞噴嘴。由於鍋爐內溫度高、含氧量高so2與吸收劑發生後快速氧化成硫酸鹽導致吸收劑的利用效率下降，導致空預器入口前so3的脫除率降低。試驗2組在scr反應器的入口處噴入鹼性吸收劑霧化液滴，so3的去除率為61.1％，低於對照組應用4，這是由於煙道截面積較大，噴槍在煙道內無法使吸收劑均勻分布，而應用4中由於利用了噴氨過程的渦流混合器使得吸收劑顆粒在煙道內的均布性增強，因此在相同的吸收劑的投入量時直接在煙道內噴入吸收劑對so3的脫除率相對較低。對比實施例2以本發明上述應用實施例4為對照組，設置1個試驗組，試驗3組中，尿素經過熱解爐後的一次熱解產物直接接入熱解氣管道，不進行氰酸分解反應器的二次熱解，其餘設備配製與參數控制與應用實施例2相同，並按照上述應用實施例中，對scr出口處的so3濃度進行測量，具體的測量結果如表4所示。表4對比實施例2的測量結果so3濃度應用2試驗3組so3濃度吸收劑噴入前，ppm18.819.7so3濃度吸收劑噴入後，ppm1.72.2脫硝效率，％9287由表4可知，與應用例4相比，未經過氰酸分解反應器二次熱解的試驗3組，在使用相同的鹼性吸收劑的噴射量的前提下，so3脫除效率比對照組2略低；脫硝效率也比對照組2低5個百分點。由此可知，尿素熱解產物經過氰酸分解反應器二次熱解後，可有效降低鹼性吸收劑對異氰酸的消耗，提高鹼性吸收劑的利用效率，同時不影響脫硝效率。以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護範圍內。當前第1頁12