燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化同時脫硫脫硝裝置及其方法
2023-10-07 05:24:19
專利名稱：燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化同時脫硫脫硝裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及環境保護技術領域，尤其涉及一種燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化同時脫硫脫硝裝置及其方法。
背景技術：
能源利用過程中產生的硫氧化物、氮氧化物對我國的大氣環境造成了日益嚴重的危害。目前已有的脫硫技術可分為幹法、半乾法和溼法等幾類。幹法、半乾法投資運行費用低，但往往存在脫硫效率不高的缺點，大型鍋爐燃燒設備如電站鍋爐等往往不能達到環保要求。目前電站鍋爐廣泛採用的是石灰石/石膏溼法煙氣脫硫技術(WFGD)，該方法脫硫效率高，運行穩定，但存在耗水量大，排放廢水二次汙染，投資和運行成本較高等缺點。
氮氧化物的控制技術主要有兩類第一類屬爐內燃燒過程控制方式，主要有低NOx燃燒器技術，OFA(Over fire air)技術，低氧燃燒技術，再燃燒技術等通過燃燒過程調整來控制NOx的排放，可以將NOx控制在中等排放水平，一般脫硝效率在30～50％左右。但一方面這些技術容易造成燃燒穩定性下降，燃燒器區域容易形成局部還原性氣氛，造成灰熔點下降，引起水冷壁的粘汙結渣現象，影響鍋爐的正常安全運行。另一方面隨著環保要求的進一步提高，很難實現NOx更進一步的排放控制。第二類技術為煙氣脫硝技術，目前美國、日本、歐洲等國家應用最為廣泛的技術為選擇性催化還原技術(SCR)。SCR技術脫硝效率高，運行穩定，但高灰布置情況下煙氣中較高的粉塵顆粒容易引起催化劑的磨損、堵塞等問題，飛灰中的重金屬會引起催化劑的中毒，運行和投資費用非常昂貴。我國環保工作起步較晚，二氧化硫的控制才剛剛開始，今後氮氧化物勢必提上日程，若採用發達國家逐項治理的思路，採用溼法煙氣脫硫WFGD裝置脫硫，選擇性催化SCR脫硝的方法勢必增加巨額的投資、運行費用，而一些老機組甚至存在布置困難等問題，因此開發低成本、高效率的同時脫硫脫硝技術就顯得尤為重要。
目前在研究的煙氣同時脫硫脫硝技術有爐內幹法同時脫硫脫硝技術，電催化同時脫硫脫硝技術等。其中電催化同時脫硫脫硝技術脫除效率高，運行成本低，正在成為人們研究的熱點。目前的電催化技術包括電子束技術，脈衝放電等離子體技術，水蒸氣氨氣電暈放電活化等技術。主要利用高能電子和煙氣中的中性分子(N2，O2，H2O等)碰撞，產生一些活性自由基(O，OH，O3，HO2等)，這些自由基與煙氣中的SO2和NOx分子反應生成SO3，高價態氮氧化物，硝酸，硫酸等，在NH3存在的條件下生成硫酸銨、硝酸銨等副產品。優點是幹法脫除，不產生廢水廢渣，能同時脫硫脫硝，副產物可以資源化利用。但由於自由基存活時間非常短，需要將自由基的產生與煙氣反應器合二為一，針對整個煙道進行放電，而鍋爐煙氣中含有大量的N2、CO2、H2O、粉塵等物質，放電條件惡劣，同時N2、CO2消耗大量的輸入能量，造成能量利用率低，整體運行費用昂貴。
發明內容
本發明的目的是針對各種電催化技術針對整個煙道放電，能耗較高的問題，提供一種燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化同時脫硫脫硝裝置及其方法。
燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化同時脫硫脫硝裝置具有依次相連接的鍋爐爐膛、尾部煙道、鹼液洗滌塔，鹼液洗滌塔上部設有除霧器，鹼液洗滌塔下部設有儲液槽，鹼液洗滌塔頂部與煙囪相接，鹼液洗滌塔底部與硝酸鹽硫酸鹽濃縮結晶裝置相接，尾部煙道依次與臭氧發生裝置、乾燥過濾制氧裝置相接，在所述尾部煙道上設有靜電除塵器。
燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化同時脫硫脫硝方法包括以下步驟1)在鍋爐煙道(4)的靜電除塵器(5)前或後110～150℃低溫段噴入臭氧O3。噴入臭氧與鍋爐煙氣中的氮氧化物摩爾比例為0.5～1.5，將鍋爐煙氣中不溶於水的低價態氮氧化物氧化成為易溶於水的高價態氮氧化物，二氧化硫氧化生成三氧化硫，反應時間至少為0.5秒；2)將經過上一步驟處理的鍋爐煙氣送入鹼液洗滌塔(7)，在鹼液洗滌塔中對煙氣進行洗滌，同時吸收煙氣中的高價態氮氧化物和硫氧化物。
所述鹼液是氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣、氨水其中至少一種。
本發明的有益效果是本發明提供的煙氣同時脫硫脫硝新方法，可以同時達到80％以上的脫硝效率和95％以上的脫硫效率，經估算投資比傳統SCR+WFGD方式便宜30～60％，運行成本節省60％左右
圖1是燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化同時脫硫脫硝裝置I結構示意圖；圖2是燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化同時脫硫脫硝裝置II結構示意圖；圖中鍋爐爐膛1、乾燥過濾制氧裝置2、臭氧發生裝置3、尾部煙道4、靜電除塵器5、儲液槽6、鹼液洗滌塔7、除霧器8、煙囪9、硝酸鹽硫酸鹽結晶處理裝置10。
具體實施例方式
本發明針對局部空氣或氧氣放電產生臭氧後噴入煙道對氮氧化物與硫氧化物進行氧化，尾部結合溼法洗滌裝置進行同時脫除，若已安裝溼法脫硫裝置則可以與之進行有效結合，實現同時脫硫脫硝。
O3作為自由基的一種在電子束、脈衝等離子體放電中廣泛存在，而O3生存周期相對較長，因此可將少量空氣或氧氣首先電離生成O3，然後送入鍋爐煙道，就中大大降低系統的電耗，經估算O3僅需對總煙氣量3％左右的氣體進行放電就能夠滿足要求。
下面結合附圖和具體實施例進一步詳細描述本發明。
如圖所示，燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化同時脫硫脫硝裝置具有依次相連接的鍋爐爐膛1、尾部煙道4、鹼液洗滌塔7，鹼液洗滌塔上部設有除霧器8，鹼液洗滌塔下部設有儲液槽6，鹼液洗滌塔頂部與煙囪9相接，鹼液洗滌塔底部與硝酸鹽硫酸鹽濃縮結晶裝置10相接，尾部煙道4依次與臭氧發生裝置3、乾燥過濾制氧裝置2相接，在所述尾部煙道4上設有靜電除塵器5。
燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化同時脫硫脫硝方法包括以下步驟1)在鍋爐煙道4的靜電除塵器5前或後110～150℃低溫段噴入臭氧O3，噴入臭氧與鍋爐煙氣中的氮氧化物摩爾比例為0.5～1.5，將鍋爐煙氣中不溶於水的低價態氮氧化物氧化成為易溶於水的高價態氮氧化物，二氧化硫氧化生成三氧化硫，反應時間至少為0.5秒；2)將經過上一步驟處理的鍋爐煙氣送入鹼液洗滌塔7，在鹼液洗滌塔中對煙氣進行洗滌，同時吸收煙氣中的高價態氮氧化物和硫氧化物。
鍋爐煙氣排放的NOx中，NO佔95％以上，其它為NO2，N2O等，而NO不溶於水，是難於處理的氣態汙染物質之一，而高價態的NO2，NO3，N2O5可以與水反應生成HNO2、HNO3，極易被溼法洗滌裝置脫除。通過在鍋爐煙道110～150℃溫度區間噴入臭氧，O3/NO摩爾比例取0.5~1.5，可以將NO氧化為易溶於水的高價態物質，通過溼法洗滌塔進行脫除，部分SO2也可以被氧化生成SO3，溼法洗滌對SO2的脫除已相當有效，SO3比SO2更易溶解與水，在臭氧氧化尾部配合溼法洗滌裝置就可以實現高效同時脫硫脫硝，脫硝效率與噴入臭氧量相關。如果已配備石灰石/石膏溼法煙氣脫硫設備，或者水膜除塵器，則可以對其進行適當改造後與該方法進行整合，節省投資成本。
具體過程為在鍋爐尾部煙道110～150℃溫度區間噴入臭氧，噴入位置可以在靜電除塵器之前或之後，臭氧噴入量根據煙氣中NO濃度按O3/NO摩爾比0.5～1.5∶1選取，氧化後的氮氧化物和硫氧化物通過溼法洗滌塔進行脫除，吸收液為鹼液，吸收液循環利用，富集的硫酸鹽硝酸鹽濃縮結晶後出售或進一步處理。下面結合附圖進一步說明實施例1燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化同時脫硫脫硝布置方案I，如圖1所示。空氣經乾燥淨化後送入乾燥過濾制氧裝置，產生的氧氣送入臭氧發生裝置以製備高濃度臭氧，臭氧送入空氣預熱器後靜電除塵器前的溫度約為150℃的含塵煙道，噴入量根據煙氣氮氧化物濃度，按臭氧與氮氧化物摩爾比1.1∶1時時調整，保證至少0.5s反應時間。噴口採用多孔網格噴射，噴入位置在空預器煙氣出口1m處。處理後的煙氣經靜電除塵器後進入溼法洗滌塔，吸收液循環利用，煙氣經溼法洗滌塔、除霧器處理後送入煙囪，吸收的硫酸鹽與硝酸鹽進行濃縮結晶處理。洗滌塔採用鹼液作為吸收劑，洗滌塔為噴淋塔或填料塔。作為吸收劑的鹼液是氫氧化鈉，也可以是水、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣或氨水中的一種或多種。
實施例2燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化同時脫硫脫硝置方案II，如圖2所示。將臭氧送入靜電除塵器之後約110℃左右的低塵煙氣環境，臭氧噴入量根據煙氣氮氧化物濃度，按臭氧與氮氧化物摩爾比1.0動態調整，噴入點位置保證距洗滌塔入口0.5s以上停留時間。臭氧採用多孔網格狀噴射方式進行，氧化後的煙氣進入鹼液洗滌塔進行吸收，吸收液循環利用，煙氣經洗滌、除霧後送入煙囪排放，吸收的硫酸鹽與硝酸鹽進行濃縮結晶處理。洗滌塔採用鹼液作為吸收劑，洗滌塔為噴淋塔或填料塔。作為吸收劑的鹼液是氫氧化鈉，也可以氫氧化鉀、氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣或氨水中的一種或多種。
最後，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的具體實施例。顯然，本發明不限於以上實施例，還可以有許多變形。
本發明可用其他的不違背本發明的精神和主要特徵的具體形式來概述。因此，無論從哪一點來看，本發明的上述實施方案都只能認為是對本發明的說明而不能限制本發明，權利要求書指出了本發明的範圍，而上述的說明並未指出本發明的範圍，因此，在與本發明的權利要求書相當的含義和範圍內的任何改變，都應認為是包括在權利要求書的範圍內。
權利要求
1.一種燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化同時脫硫脫硝裝置，其特徵在於，它具有依次相連接的鍋爐爐膛(1)、尾部煙道(4)、鹼液洗滌塔(7)，鹼液洗滌塔上部設有除霧器(8)，鹼液洗滌塔下部設有儲液槽(6)，鹼液洗滌塔頂部與煙囪(9)相接，鹼液洗滌塔底部與硝酸鹽硫酸鹽濃縮結晶裝置(10)相接，尾部煙道(4)依次與臭氧發生裝置(3)、乾燥過濾制氧裝置(2)相接，在所述尾部煙道(4)上設有靜電除塵器(5)。
2.一種使用如權利要求1所述裝置的燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化同時脫硫脫硝方法，其特徵在於，包括以下步驟1)在鍋爐煙道(4)的靜電除塵器(5)前或後110～150℃低溫段噴入臭氧O3，噴入臭氧與鍋爐煙氣中的氮氧化物摩爾比例為0.5～1.5，將鍋爐煙氣中不溶於水的低價態氮氧化物氧化成為易溶於水的高價態氮氧化物，二氧化硫氧化生成三氧化硫，反應時間至少為0.5秒；2)將經過上一步驟處理的鍋爐煙氣送入鹼液洗滌塔(7)，在鹼液洗滌塔中對煙氣進行洗滌，同時吸收煙氣中的高價態氮氧化物和硫氧化物。
3.根據權利要求2所述的一種鍋爐煙氣臭氧氧化同時脫硫脫硝方法，其特徵在於，所述鹼液是氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣、氨水中的一種或多種。
全文摘要
本發明公開了一種燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化同時脫硫脫硝裝置及其方法。方法包括以下步驟1)在鍋爐煙道4的靜電除塵器5前或後110～150℃低溫段噴入臭氧O
文檔編號B01D53/60GK1923341SQ200610053090
公開日2007年3月7日 申請日期2006年8月23日 優先權日2006年8月23日
發明者周俊虎, 岑可法, 劉建忠, 王智化, 楊衛娟, 黃鎮宇, 周志軍, 程軍 申請人:浙江大學, 杭州百能科技有限公司