氨法煙氣同時脫硫脫硝的方法
2023-07-27 21:28:26 1
專利名稱：氨法煙氣同時脫硫脫硝的方法
技術領域：
本發明為環保領域，涉及燃煤鍋爐所排放煙氣的淨化方法，具體指氨法煙氣同時 脫硫脫硝的方法。
背景技術：
隨著我國經濟的發展，我國對能源的需求與消耗大幅度地增加，大量的化石燃料 在燃燒過程中釋放出so2、NOx、粉塵等汙染物帶來嚴重的環境問題，也促進了燃料，特別是煤 的潔淨燃燒技術的研究與發展，其中燃煤二氧化硫和氮氧化物排放控制技術是近些年來國 際上研究的熱點課題。目前，用於燃煤鍋爐煙氣脫硫、脫硝和煙氣除塵等工藝和設備絕大多數還是獨立 開發的，形成各自的技術體系和工藝流程，為實現對脫硫、脫硝的各自要求，需要建設多套 裝置，工藝複雜、投資較大。目前煙氣脫硝技術主要有SCR (選擇性催化還原)和SNCR (選擇性非催化還原)， 皆是利用氨作還原劑，還原的產物是氮氣。其中SCR法脫硝效率高，但其工藝和設備系統較 複雜，催化劑昂貴、耗量大，裝置運行成本高；SNCR法工藝和設備系統較簡單，裝置運行成 本不高，但脫硝率不能保證。目前國內煙氣脫硫較多採用的是石灰石_石膏法，這種脫硫方法投資較大，要消 耗大量的石灰石資源，且產生脫硫廢水和副產大量石膏，副產價值不高。隨著氨法脫硫技術 的廣泛應用，氨法脫硫的優勢日益顯現。氨法脫硫在脫硫的同時可副產硫酸銨化肥等有價 值產品，且不產生任何的二次汙染，屬於綠色清潔完全資源化的脫硫技術。但其脫硝能力並不高。為解決上述問題，專利CN2712446中提出了一種多級串聯式氨法脫硫脫硝裝置， 其結構較複雜、運行操作困難；專利CN101053747中提出了一種先行氧化煙氣中N0，再利用 氨做吸收劑進行脫硫脫硝的工藝，需消耗大量雙氧水、臭氧等氧化劑。同時上述工藝和裝置 脫硝時皆需消耗氨，成本較高。由此可見，如能開發一種系統結構簡單、氨耗相對較低的脫硫脫硝的聯合工藝，必 將對溼式氨法的推廣和應用帶來深遠影響。
發明內容
本發明提供一種氨法同時脫硫脫硝的方法，脫硝時無需消耗氨，脫硫脫硝率高。所述氨法煙氣同時脫硫脫硝的方法，在脫硫脫硝系統中進行，所述脫硫脫硝系統 包括脫硫脫硝塔，所述脫硫脫硝塔自上而下設有水洗除霧段、吸收段和氧化段，其中吸收段 從上而下設有第一脫硫噴淋層、第二脫硫噴淋層和脫硝噴淋層，氧化段從上而下設有脫硝 循環層、脫硫循環層和氧化層，脫硝循環層、脫硫循環層和氧化層分別通過塔外循環管路與 脫硝噴淋層、第二脫硫噴淋層和第一脫硫噴淋層相通，煙氣入口設於吸收段和氧化段之間， 氧化層設有氧化空氣和吸收劑入口，具體的工藝流程為
煙氣從煙氣入口進入，向上運行，依次與脫硝噴淋層、第二脫硫噴淋層和第一脫硫 噴淋層的吸收液進行接觸，脫硝、脫硫，然後進入水洗除霧段後排出，脫硝噴淋層、第二脫硫 噴淋層和第一脫硫噴淋層的吸收液因重力作用下降至下部的氧化段，在氧化層與從氧化空 氣和吸收劑入口進入的空氣和氨氣進行反應，生成硫酸銨，脫硝循環層、脫硫循環層和氧化 層的吸收液分別經塔外循環管路輸送至脫硝噴淋層、第二脫硫噴淋層和第一脫硫噴淋層，其中，脫硝噴淋層的吸收液的pH值為3. 1-6. 9，第一、二脫硫噴淋層的吸收液PH值 為3. 1-6. 5，脫硝噴淋層、第二脫硫噴淋層和第一脫硫噴淋層的吸收液與煙氣接觸的反應溫 度為42-70°C，脫硝噴淋層、第二脫硫噴淋層和第一脫硫噴淋層的吸收液總和的體積與煙氣 體積之比為1. 51/m3-201/m3，脫硝噴淋層、第二脫硫噴淋層和第一脫硫噴淋層的吸收液總和 的體積與煙氣體積之比可進一步選擇為1. 51/m3-101/m3，或1. 51/m3_51/m3。優選的，氧化層pH值為4-6. 5，反應壓力為0. 1-0. 25MPa，氧化空氣量為理論所需 量的1. 2-4. 5倍。作為本發明的改進，所述脫硫脫硝系統還包括硫銨回收裝置，硫銨回收裝置與氧 化層底部連接，待氧化層底部硫酸銨漿料的固含量達到5% -15%後輸送至硫銨回收裝置。作為本發明的進一步優選方案，所述硫銨回收裝置包括順序連接的循環槽、旋流 器、離心機、乾燥機，同時，將旋流分離器的上溢流口和離心機的液體出口與循環槽相通，待 脫硫脫銷塔內的硫酸銨漿料的固含量達到5% -15%後經循環槽進入旋流器，旋流器下溢 料口固含量達到30% _60%，料漿進入離心機，經分離後得到含水物料送入乾燥機乾燥，旋 流器和離心機的母液回至循環槽重新結晶。本發明所述氨法煙氣同時脫硫脫硝的方法可分為四個步驟脫硫吸收、脫硝吸收、 亞銨氧化、水洗除霧。其流程是煙氣進入淨化系統後與吸收液進行接觸降溫，通過脫硝段、 脫硫段與吸收液作用脫除S02、NOx後再進入水洗除霧段除去煙氣中的液滴後排出淨煙氣； 吸收液在氧化層內經強制氧化形成硫酸銨溶液。各段具體原理如下1)脫硫吸收採用氨做脫硫劑，將其噴射到煙氣中，吸收煙氣中的SO2，其化學反應方程式如下2NH3+H20+S02 — (NH4) 2S03(1)NH3+H20+S02 — NH4HSO3(2)(NH4) 2S03+S02+H20 — 2NH4HS03(3)在吸收過程中所生成的酸式鹽NH4HSO3對SO2不具有吸收能力，隨著吸收過程的進 行，吸收液中NH4HSO3W數量增多，吸收液的吸收能力下降，因此需向吸收液中補充氨，使其 轉化為(NH4)2SO3以保持吸收液的吸收能力，其反應方程式如下NH4HS03+NH3+H20 — (NH4) 2S03(4)2)脫硝吸收氨吸收SO2過程中產生的(NH4)2SO3和NH4HSO3具有一定的還原性，可與煙氣中的 NOx作用，使其還原成N2，其化學反應方程式如下2x (NH4) 2S03+2N0x — 2x (NH4) 2S04+N2 (5)2xNH4HS03+2N0x — 2xNH4HS04+N2(6)利用亞銨的還原性能實現脫硝，節省了氨耗、提高了吸收劑利用率。3)亞銨氧化
4
利用壓縮空氣作氧化劑對NH3吸收SO2B成的亞銨鹽進行強制氧化，以期得到穩定 的、經濟價值高的硫酸銨產品，其反應方程式如下2 (NH4) 2S03+02 — 2 (NH4) 2S04(7)2NH4HS03+02 — 2NH4HS04(8)NH4HS04+NH3 — (NH4) 2S04(9)4)除霧吸收對經過脫硫脫硝反應的煙氣進行洗滌除霧，脫除煙氣中夾帶的氨和液滴，避免了 氣溶膠的產生，從而可實現煙氣的潔淨排放。本發明各段的工藝參數控制如下1)吸收反應脫硝吸收液脫硝吸收劑為(NH4)2SO3和NH4HSO3,因此需控制脫硝吸收液pH在 3. 1-6. 9 ；脫硫吸收液脫硫吸收劑為NH3和(NH4) 2S03，其中(NH4) 2S03吸收SO2效率較高，同 時考慮對氨逃逸的控制，需控制脫硫吸收液PH在3. 1-6. 5。為保證脫硫脫硝效率，煙氣與吸收液的接觸吸收需保持較大的液氣比，本工藝一 股控制脫硝噴淋層、第二脫硫噴淋層和第一脫硫噴淋層的吸收液總和的體積與煙氣體積之 比1. 51/m3-201/m3，且應按流場分布及煙氣要求分層布置。吸收液與煙氣接觸的反應溫度控制在42_70°C，可保證對NOx的充分吸收。2)氧化反應脫硫副產亞硫酸銨溶液在低濃度時較易氧化，但隨著濃度增加，溶液中溶氧量減 少，氧化效率下降。針對這情況，以往有加壓氧化、催化氧化等方法，皆需另建一套氧化裝 置，使整個系統的運行費用難以下降。本工藝在系統內通過壓縮空氣強制氧化，維持反應壓 力在0. 1-0. 25MPa，同時控制溶液PH在4-6. 5，氧化率可維持在98%以上。氧化空氣量為理 論所需量的1.2-4. 5倍。本發明工藝可實現高效經濟地吸收煙氣中的二氧化硫並將吸收產物亞硫酸銨氧 化產生出高濃度的硫酸銨漿液，氧化段溶液的組成上下是漸變的，底部的硫酸銨產物可通 過常規的生產配置低成本地製成商品農用硫酸銨，同時利用氨脫硫中間產物對氮氧化物進 行還原脫除。與現有的發明工藝相比，本發明具有如下優點其一，本發明將煙氣的脫硫、脫硝過程聯合進行，既簡化了工藝流程、減小了設備 佔地面積，又避免了重複投資，大幅降低了設備的投資和運行費用；其二，本發明利用脫硫 中間產物進行脫硝，不增加氨耗；其三，本發明的脫硫副產物為硫酸銨，氮氧化物被還原為 氮氣隨淨煙氣排出，可實現脫硫脫硝產物的無害化和資源化利用。綜上所述，本發明投資 小、能耗低、工藝及系統簡單、運行成本低，同時在不增加氨耗的基礎上脫硫率可達95%以 上，脫硝率也可達30% -70%。
圖1是實施例1所述脫硫脫硝系統的流程框圖。
具體實施例方式實施例1如圖1所示，引風機11輸送的煙氣從脫硫脫硝塔1中部的煙氣入口 6進入的吸收 段4，與來自脫硝噴淋層43、脫硫噴淋層41、42的吸收液進行接觸，脫硝並脫硫，同時煙氣被 降溫到70°C以下，向上進入上部的水洗除霧段3，經水洗層33、水噴淋層32，吸收除去煙氣 中未被反應的氨，然後通過除霧層31，除霧後從出口 2排出淨煙氣。塔下部的氧化段5的上 部為脫硝循環層，中部為脫硫循環層，底部為氧化層，氧化層設有空氣分布器52 ；脫硝循環 層通過塔外循環管路與吸收段的下層噴淋器43相通，脫硫循環層通過塔外循環管路與吸 收段的中層噴淋器42相通，氧化層通過塔外循環管路與吸收段的上層噴淋器41相通，各循 環管路分別設有循環泵8a、8b、8c，氧化層底部通過出料泵8d與硫銨回收裝置連通，硫銨回 收裝置包括順序連接的循環槽9、旋流器12、離心機13、乾燥機14，同時，旋流器12的上溢 流口以及離心機13的液體出口連接至循環槽9。塔內吸收了二氧化硫的吸收液含有大量亞硫酸銨和亞硫酸氫銨，吸收液因重力作 用下降而集於塔1的下部氧化段5，氧化空氣及脫硫劑氨從入口 51輸入下部空氣分布器 52，充分利用煙氣中剩餘氧的自然氧化和輔助以空氣對硫酸銨和硫酸氫銨進行強制氧化生 成硫酸銨，並實現氨的均勻分布。待硫酸銨料漿的固含量達到5%-15%後由出料泵8d輸送至循環槽9，再經結晶泵 10輸送至旋流器12，旋流器12下溢流口料漿固含量達30% -60%，料漿進入離心機13經 分離後得到含水3% -5%的物料，送入乾燥系統，得到含水小於的物料，包裝外銷。旋流 器12和離心機13的母液回至循環槽9，實現循環處理。本發明的應用實例用於410t/h的蒸汽鍋爐燃煤煙氣脫硫脫硝工程其處理煙氣量為505000Nm7h，煙 氣SO2含量4500mg/Nm3，煙氣NOx含量650mg/Nm3。脫硫脫硝淨化塔的塔徑為φ9000，塔高40m。系統如圖1。結晶泵可產生料漿53000kg/h，旋流器可產出固相硫酸銨4300kg/h，離心機可產 出固相硫酸銨3800kg/h。主要工藝參數為氧化壓縮空氣流量——40m3/min ；脫硝噴淋層——流量400m3/h，pH值控制在5. 6左右，溫度56°C ；脫硫噴淋層流量——2 X 300m3/h, pH值控制在5. 2左右，溫度55°C ；液氨用量1190kg/h ；吸收塔進口壓力700Pa，吸收塔出口壓力_70Pa。運行效果整個裝置脫硫率98. 5%，脫硝率66. 1 %，總壓降llOOPa。
權利要求
一種氨法煙氣同時脫硫脫硝的方法，其特徵在於，在脫硫脫硝系統中進行，所述脫硫脫硝系統包括脫硫脫硝塔，所述脫硫脫硝塔自上而下設有水洗除霧段、吸收段和氧化段，其中吸收段從上而下設有第一脫硫噴淋層、第二脫硫噴淋層和脫硝噴淋層，氧化段從上而下設有脫硝循環層、脫硫循環層和氧化層，脫硝循環層、脫硫循環層和氧化層分別通過塔外循環管路與脫硝噴淋層、第二脫硫噴淋層和第一脫硫噴淋層相通，煙氣入口設於吸收段和氧化段之間，氧化層設有氧化空氣和吸收劑入口，具體的工藝流程為煙氣從煙氣入口進入，向上運行，依次與脫硝噴淋層、第二脫硫噴淋層和第一脫硫噴淋層的吸收液進行接觸，脫硝、脫硫，然後進入水洗除霧段後排出，脫硝噴淋層、第二脫硫噴淋層和第一脫硫噴淋層的吸收液因重力作用下降至下部的氧化段，在氧化層與從氧化空氣和吸收劑入口進入的空氣和氨氣進行反應，生成硫酸銨，脫硝循環層、脫硫循環層和氧化層的吸收液分別經塔外循環管路輸送至脫硝噴淋層、第二脫硫噴淋層和第一脫硫噴淋層，其中，脫硝噴淋層的吸收液的pH值為3.1 6.9，第一、二脫硫噴淋層的吸收液pH值為3.1 6.5，脫硝噴淋層、第二脫硫噴淋層和第一脫硫噴淋層的吸收液溫度為42 70℃，脫硝噴淋層、第二脫硫噴淋層和第一脫硫噴淋層的吸收液總和的體積與煙氣體積之比1.5l/m3 20l/m3。
2.如權利要求1所述的氨法煙氣同時脫硫脫硝的方法，其特徵在於，脫硝噴淋層、第二 脫硫噴淋層和第一脫硫噴淋層的吸收液總和的體積與煙氣體積之比1. 51/m3-101/m3。
3.如權利要求2所述的氨法煙氣同時脫硫脫硝的方法，其特徵在於，脫硝噴淋層、第二 脫硫噴淋層和第一脫硫噴淋層的吸收液總和的體積與煙氣體積之比1. 51/m3-51/m3。
4.如權利要求1所述的氨法煙氣同時脫硫脫硝的方法，其特徵在於，所述脫硫脫硝系 統還包括硫銨回收裝置，硫銨回收裝置與氧化層底部連接，待氧化層底部硫酸銨漿料的固 含量達到5% -15%後輸送至硫銨回收裝置。
5.如權利要求4所述的氨法煙氣同時脫硫脫硝的方法，其特徵在於，所述硫銨回收裝 置包括順序連接的循環槽、旋流器、離心機、乾燥機，同時，將旋流分離器的上溢流口和離心 機的液體出口與循環槽相通，待脫硫脫硝塔內硫酸銨漿料的固含量達到5% -15%後經循 環槽進入旋流器，旋流器的下溢料口固含量達到30% -60%，料漿進入離心機，經分離後得 到含水物料送入乾燥機乾燥，旋流器和離心機的母液回至循環槽。
6.如權利要求1-5中任一項所述的氨法煙氣同時脫硫脫硝的方法，其特徵在於，氧化 層PH值為4-6. 5，反應壓力為0. 1-0. 25MPa，氧化空氣量為理論所需量的1. 2-4. 5倍。
全文摘要
本發明涉及氨法同時脫硫脫硝的方法，在脫硫脫硝系統中進行，所述脫硫脫硝系統包括脫硫脫硝塔，所述脫硫脫硝塔設有水洗除霧段、吸收段和氧化段，吸收段從上而下設有第一脫硫噴淋層、第二脫硫噴淋層和脫硝噴淋層，氧化段從上而下設有分別通過塔外循環管路與脫硝噴淋層、第二脫硫噴淋層和第一脫硫噴淋層相通的脫硝循環層、脫硫循環層和氧化層，煙氣從煙氣入口進入，依次與脫硝噴淋層、第二脫硫噴淋層和第一脫硫噴淋層的吸收液進行接觸，脫硝、脫硫，然後進入水洗除霧段後排出，噴淋層的吸收液下降至氧化段，在氧化層反應，生成硫酸銨，脫硝循環層、脫硫循環層和氧化層的吸收液分別經塔外循環管路輸送至脫硝噴淋層、第二脫硫噴淋層和第一脫硫噴淋層。
文檔編號C01C1/245GK101934191SQ201010274450
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月6日 優先權日2010年9月6日
發明者傅國光, 徐長香, 羅靜 申請人:江蘇新世紀江南環保有限公司