專利名稱：同時脫硫脫硝的干法煙氣潔凈工藝及其系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于煙氣凈化技術領域，涉及各種燃燒設備特別是燃煤鍋爐所排放煙氣的處理，具體地指一種同時脫硫脫硝的干法煙氣潔凈工藝及其系統(tǒng)。
背景技術：
工業(yè)發(fā)展對環(huán)境的影響主要有以下兩類一類是越境污染，如二氧化硫SO2、氧化氮類NOx所產生的酸雨，一類是當?shù)匚廴荆缗艧熤械姆蹓m、灰、渣及廢水污染，其中大部分與燃燒設備特別是燃煤鍋爐所排放的煙氣有關。因此，煙氣凈化是世界上燃煤電廠迫切需要解決的問題。
我國是一個以煤炭為主要能源的國家，燃煤發(fā)電是我國煤炭利用的最重要途徑之一。根據(jù)我國的國情，二十一世紀燃煤發(fā)電仍將占主導地位。在燃煤火電機組排放的眾多大氣污染物中，SO2、NOx以及粉塵對環(huán)境的危害較大，是要控制的主要污染物。隨著社會的進步和經濟的發(fā)展，火電廠對大氣環(huán)境的污染已受到人們的普遍關注，因此有效地降低污染物排放以改善對環(huán)境的影響是我國能源領域可持續(xù)發(fā)展所面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。
目前，已有的煙氣凈化技術都是針對脫硫(脫除煙氣中的SO2)、脫硝(脫除煙氣中的NOx)、以及去除煙氣中的灰塵這幾方面的問題單獨進行研究開發(fā)的，都有各自的一套系統(tǒng)及工藝流程。如果想將煙氣中的SO2、NOx同時脫除以達到允許的排放標準，則需要至少兩套獨立的脫除系統(tǒng)及工藝流程，不僅系統(tǒng)工藝流程復雜、系統(tǒng)占地面積龐大、設備投入重復、運行費用高昂，而且如何將這些互不干聯(lián)的系統(tǒng)合理地組織起來以達到較高的煙氣凈化效率也還存在很多的問題。
另外，對于煙氣脫硫技術而言，目前國內外大量采用鈣基顆粒作為脫硫劑，進行循環(huán)流態(tài)化的干法煙氣脫硫。其煙氣凈化后的脫硫副產物的成分主要為亞硫酸鈣CaSO3，而CaSO3很難加以再利用，并成為目前干法煙氣脫硫技術工程應用中的最大障礙。
對于煙氣脫銷技術而言，目前國內主要是針對燃燒過程的低NOx生成而進行了大量研究，通過各種低NOx技術設計出了各種低NOx燃燒器，但上述燃燒技術并不能很好地滿足潔凈煙氣的環(huán)保要求，并且受煤質特性、運行條件等等因素的影響，與日益嚴格的環(huán)保要求的距離越來越遠。而國外所采用的燃煤發(fā)電機組的煙氣脫銷方法和設備，主要是選擇性催化還原方法SCR或選擇性非催化還原方法SNCR，這些方法雖然可以實現(xiàn)很高的脫銷效率、滿足非常嚴格的環(huán)保標準，但其煙氣脫硝系統(tǒng)龐大、設備組成復雜、投資及運行成本高昂，對于滿足我國能源利用與空氣污染的治理的協(xié)調發(fā)展要求存在一定的困難。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是要克服上述現(xiàn)有技術中所存在的缺陷，提供一種同時脫硫脫硝的干法煙氣潔凈工藝及其系統(tǒng)，采用該工藝及系統(tǒng)能達到滿意的脫硫、脫硝和除塵效率，煙氣凈化后的反應副產物可直接利用，并且其工藝流程簡單，耗水量較少，投資及運行成本較低。
為實現(xiàn)此目的，本發(fā)明所設計的同時脫硫脫硝的干法煙氣潔凈工藝，依次包括以下步驟1)采用雙氧水H2O2或甲醇CH3OH作為添加劑，將其噴射到從燃燒設備所排放出的煙氣中，使煙氣中的一氧化氮NO氣體與雙氧水H2O2或甲醇CH3OH發(fā)生化學反應生成二氧化氮NO2氣體；2)采用鈣基顆粒如氫氧化鈣Ca(OH)2或氧化鈣CaO作為脫硫劑，對經過添加劑處理后的煙氣進行常溫循環(huán)流態(tài)化的干法煙氣脫硫處理，煙氣脫硫反應的溫度在高于煙氣露點溫度2～20℃的范圍內運行，使煙氣中的二氧化硫SO2氣體在二氧化氮NO2氣體的催化作用下與氫氧化鈣Ca(OH)2或氧化鈣CaO發(fā)生化學反應生成脫硫副產物硫酸鈣CaSO4，同時分離出經過脫硫處理的煙氣；3)采用氨水或尿素作為脫硝劑，將其噴射到經過脫硫處理的煙氣中進行脫硝處理，使煙氣中的二氧化氮NO2氣體與氨水或尿素發(fā)生化學反應生成脫硝副產物硝酸氨，同時分離出經過脫硫脫硝處理的潔凈煙氣。
上述工藝中，對所說的步驟1)中經過添加劑處理后的煙氣，先進行灰塵預除塵處理，然后再進行所說的步驟2)中的脫硫處理。這樣，一方面可將煙氣中的絕大部分灰塵清除干凈，另一方面可使脫硫副產物硫酸鈣的純度更高，更便于直接利用。
上述工藝中，在所說的步驟1)中，將添加劑噴射到從燃燒設備所排放出的溫度區(qū)間為350～700℃的煙氣中。更具體地，將雙氧水噴射到溫度區(qū)間為350～600℃的煙氣中，或將甲醇噴射到溫度區(qū)間為500～650℃的煙氣中。這樣，雙氧水或甲醇在各自的最佳反應溫度范圍內與煙氣中的一氧化氮充分完全的反應，可將絕大部分的一氧化氮轉化為二氧化氮，提高整個工藝的脫硫脫硝效率。
上述工藝中，在所說的步驟1)中，所噴入的添加劑與從燃燒設備所排放出的煙氣中的一氧化氮氣體的摩爾比為0.8～1.0；在所說的步驟3)中，所噴入的脫硝劑與所說的從燃燒設備所排放出的煙氣中的一氧化氮氣體的摩爾比為0.8～0.95。這樣，一方面從需要量的角度保證了添加劑、脫硝劑與氧化氮類NOx完全充分反應，另一方面也避免了投入過多添加劑、脫硝劑而生產的新污染和資源浪費。
為實現(xiàn)上述工藝而專門設計的同時脫硫脫硝的干法煙氣潔凈系統(tǒng)，包括由脫硫劑制備裝置、脫硫反應塔、外部脫硫劑分離及再循環(huán)裝置、脫硫產物收集渣倉等構成的循環(huán)流態(tài)化干法煙氣脫硫系統(tǒng)，還包括雙氧水或甲醇添加劑噴射裝置和由脫硝反應塔、脫硝劑噴射裝置、脫硝產物分離裝置、脫硝產物收集裝置等構成的干法煙氣脫硝系統(tǒng)。雙氧水或甲醇添加劑噴射裝置設置在與脫硫反應塔的煙氣進入口相連的燃燒設備的排煙通道上，煙氣經過添加劑處理后進入脫硫反應塔中進行脫硫過程。脫硝反應塔的底部進口與外部脫硫劑分離及再循環(huán)裝置的脫硫煙氣管道相連，脫硝劑噴射裝置設置在脫硝反應塔的下部側壁上，脫硝反應塔的頂部出口與脫硝產物分離裝置相連，脫硝產物分離裝置的脫硝產物出口與脫硝產物收集裝置相連，潔凈煙氣出口通過主引風機與煙囪相通。
進一步地，上述干法煙氣潔凈系統(tǒng)還包括煙氣預除塵處理裝置，煙氣預除塵處理裝置設置在雙氧水或甲醇添加劑噴射裝置和脫硫反應塔的煙氣進入口之間的排煙通道上，煙氣先經過添加劑處理，然后經過預除塵處理，再進入脫硫反應塔中。
進一步地，上述干法煙氣潔凈系統(tǒng)的脫硝反應塔內設置有煙氣湍流強化裝置，煙氣湍流強化裝置可以是現(xiàn)有的煙氣再循環(huán)射流器或阻流板等裝置，以提高二氧化氮與氨水或尿素的氣氣反應和氣液反應速率，并將絕大部分的二氧化氮轉化為脫硝副產物硝酸氨，從而大幅提高煙氣的脫硝效率。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于第一，本發(fā)明將煙氣的脫硫、脫硝和除塵過程及所采用的系統(tǒng)有機地組合成一個完整的工藝體系，極大地簡化了為滿足同時脫硫、脫銷和除塵而分別設置的各個獨立脫除系統(tǒng)及工藝流程，進而極大地減少設備的投資和運行費用。
第二，本發(fā)明能在Ca/S＝1.1～1.3的較低鈣硫比條件下達到90～92％以上的較高干法脫硫效率，在脫硝劑與煙氣中一氧化氮NO的摩爾比為0.8～0.95的較低條件下達到95％以上的較高脫硝效率，同時煙氣中粉塵排放量控制在50mg/m3以下，完全符合二氧化硫SO2、氧化氮類NOx和粉塵排放的國家標準。
第三，本發(fā)明的脫硫副產物中80％以上為硫酸鈣，脫硝副產物中95％以上為硝酸氨，而硫酸鈣和硝酸氨均可以直接用于工業(yè)或農業(yè)的相關領域，從而實現(xiàn)了煙氣凈化技術的反應副產物的低成本再利用，與當前國內外日益增長的環(huán)保要求合拍。
第四，本發(fā)明的煙氣潔凈處理工藝均是在干法或半干法狀態(tài)下進行的，從而大大地減少了整個系統(tǒng)的耗水量。
因此，本發(fā)明能夠實現(xiàn)煙氣同時脫硫脫硝除塵的凈化要求，達到較高的脫硫、脫硝和除塵效率，其脫硫脫硝的副產物都可回收利用，且其工藝簡單、設備簡化、耗水量低、投資和運行成本低，并可能真正取代采用目前的干法煙氣脫硫技術、濕法煙氣脫硫技術和煙氣脫銷技術。


附圖為本發(fā)明的一種同時脫硫脫硝的干法煙氣潔凈系統(tǒng)的結構示意圖。
圖中燃煤鍋爐爐膛1，燃煤鍋爐尾部煙道2，雙氧水或甲醇添加劑噴射裝置3，煙氣預除塵處理裝置4，煙氣混合室5，煙氣引射加速裝置6，脫硫反應塔7，脫硫反應塔煙氣出口8，脫硫劑制備裝置9，脫硫劑顆粒噴入口10，外部脫硫劑分離及再循環(huán)裝置11，脫硫劑再循環(huán)入口12，水霧化噴射裝置13，脫硫產物收集渣倉14，脫硝反應塔15，脫硝劑噴射裝置16，脫硝反應塔煙氣出口17，脫硝產物分離裝置18，脫硝產物收集裝置19，主引風機20，煙囪21。
具體實施例方式
下面針對一臺燃煤鍋爐發(fā)電機組，結合附圖對本發(fā)明所述的同時脫硫脫硝的干法煙氣潔凈工藝及其系統(tǒng)作進一步的詳細描述圖中所示的同時脫硫脫硝的干法煙氣潔凈系統(tǒng)，具有由脫硫劑制備裝置9、脫硫反應塔7、外部脫硫劑分離及再循環(huán)裝置11、脫硫產物收集渣倉14等構成的循環(huán)流態(tài)化干法煙氣脫硫系統(tǒng)，此部分與現(xiàn)有技術類似，于此不作贅述。在燃煤鍋爐爐膛1的尾部煙道2上設置有本系統(tǒng)的雙氧水或甲醇添加劑噴射裝置3，在雙氧水或甲醇添加劑噴射裝置3和上述脫硫系統(tǒng)的脫硫反應塔7的煙氣進入口之間的煙道上設置有煙氣預除塵處理裝置4。在上述脫硫系統(tǒng)的后面布置有由脫硝反應塔15、脫硝劑噴射裝置16、脫硝產物分離裝置18、脫硝產物收集裝置19構成的干法煙氣脫硝系統(tǒng)，脫硝反應塔15的底部進口與上述外部脫硫劑分離及再循環(huán)裝置11的脫硫煙氣管道相連，脫硝劑噴射裝置16設置在脫硝反應塔15的下部側壁上，脫硝反應塔15的頂部出口與脫硝產物分離裝置18相連，脫硝產物分離裝置18的脫硝產物出口與脫硝產物收集裝置19相連，潔凈煙氣出口通過主引風機20與煙囪21相通。上述脫硝反應塔15為一空腔反應容器，當然其內也可以設置一些提高化學反應效率的煙氣湍流強化裝置，如煙氣再循環(huán)射流器或阻流板等。
本同時脫硫脫硝除塵的干法煙氣潔凈系統(tǒng)的工作原理是這樣的
首先，從燃煤鍋爐爐膛1生成的煙氣在通過燃煤鍋爐尾部煙道2的過程中，根據(jù)不同煤質燃燒所形成的煙氣中各組份的份額，采用雙氧水或甲醇添加劑噴射裝置3，在尾部煙道2中煙氣溫度區(qū)間為350～700℃的這一段區(qū)域噴入液態(tài)添加劑霧化顆粒。具體地將雙氧水H2O2噴射到溫度區(qū)間為350～600℃的煙氣中，或將甲醇CH3OH噴射到溫度區(qū)間為500～650℃的煙氣中，并保證添加劑顆粒在煙氣流場中均勻分布，與煙氣中的一氧化氮NO氣體充分反應。所噴入的添加劑量與煙氣中的一氧化氮NO的摩爾比為0.8～1.0，以保證煙氣中的一氧化氮NO氣體被充分氧化成二氧化氮NO2氣體。
其次，將經過充分氧化后的煙氣送入煙氣預除塵處理裝置4，煙氣預除塵處理裝置4可采用靜電除塵器、布袋除塵器、慣性分離除塵器或者它們的組合，除去煙氣中90％以上的飛灰。
然后，將預除塵后的煙氣送入上述脫硫反應塔7下部的煙氣混合室5中，經過煙氣引射加速裝置6，如文丘里噴嘴，使煙氣加速進入脫硫反應塔7的底部，維持煙氣射流的出口速度為10～55m/s。同時，將脫硫劑原料氧化鈣CaO粉送入脫硫劑制備裝置9中，經消化反應生成粒徑為1～10μm的高活性氫氧化鈣Ca(OH)2顆粒后，由脫硫劑顆粒噴入口10噴入到脫硫反應塔7的下部；將霧化冷卻水通過水霧化噴射裝置13噴入到脫硫反應塔7的下部；將從外部脫硫劑分離及再循環(huán)裝置11分離出來的再循環(huán)顆粒通過脫硫劑再循環(huán)入口12送入脫硫反應塔7的下部。這樣，在脫硫反應塔7下部煙氣與新鮮的高活性脫硫劑顆粒、霧化冷卻水、再循環(huán)脫硫劑顆?；旌?，三者發(fā)生強烈的三相湍流傳熱傳質交換。上述塔內煙溫降到55～70℃之間，高于塔內煙氣露點溫度5～15℃，某些情況下也可以在煙溫80℃左右運行。大部分脫硫劑顆粒的粒徑在1～5μm之間，煙氣、水顆粒、脫硫劑顆粒和再循環(huán)顆粒在煙氣射流的帶動下，向上運動，整個脫硫反應塔7內呈流化懸浮態(tài)。
而在脫硫反應塔7的塔體中上部，塔內顆粒基本呈現(xiàn)較大的回落趨勢，大部分顆粒沿側壁附近向下運動，并到塔下部又重新被煙氣帶動向上運動往復，在塔內形成高強度的三相湍流交換狀態(tài)，發(fā)生強烈的混合、傳熱、傳質及化學反應的復雜物理化學過程。在塔內煙氣中的二氧化硫SO2與脫硫劑顆粒氫氧化鈣Ca(OH)2反應，在二氧化氮NO2氣體的催化作用下生成硫酸鈣CaSO4和少量亞硫酸鈣CaSO3，其中脫硫副產物中硫酸鈣約占80％以上，亞硫酸鈣約占10％左右。同時，還可以脫出煙氣中少量的SO3以及可能存在的HCl、HF等有害氣體成分，脫硫效率至少可以達到90％以上。
再后，煙氣由脫硫反應塔7頂部的煙氣出口8引出，進入外部脫硫劑分離及再循環(huán)裝置11中，外部脫硫劑分離及再循環(huán)裝置11可采用靜電除塵器、布袋除塵器、慣性分離除塵器或者它們的組合，煙氣中攜帶的顆粒被分離出來，其中一部分未完全反應的脫硫劑顆粒通過脫硫劑再循環(huán)入口12送回脫硫反應塔7中，而已經反應完成的大部分1～2μm的小顆粒不再參與循環(huán)，即脫硫副產物及飛灰則送入脫硫產物收集渣倉14儲存、轉運走。從外部脫硫劑分離及再循環(huán)裝置11出來的已脫硫除塵的煙氣可達到90％以上的高脫硫效率，煙氣中的粉塵含量小于50mg/m3，并且煙氣中的氧化氮類NOx成份絕大部分已經轉變?yōu)槎趸狽O2成份。
最后，將上述經過脫硫除塵處理的煙氣噴入脫硝反應塔15的底部，同時通過布置在脫硝反應塔15下部側壁上的脫硝劑噴射裝置16噴入脫硝劑氨水或尿素，使脫硝劑與煙氣中的二氧化氮在脫硝反應塔15內發(fā)生強烈混合傳質，產生劇烈的氣氣反應和氣液反應，脫硝劑與原來所排放煙氣中的一氧化氮NO氣體的摩爾比為0.8～0.95，以保證煙氣中的二氧化氮NO2氣體與脫硝劑充分反應生成硝酸氨，其脫硝效率可以達到95％以上。上述脫硝劑噴射裝置16的噴嘴可布置一層或多層，以根據(jù)運行情況的變化來調節(jié)所投周噴嘴的層數(shù)及位置。經過充分脫硝后的煙氣從脫硝反應塔15的煙氣出口17引出，進入脫硝產物分離裝置18，脫硝產物分離裝置18可采用靜電除塵器、布袋除塵器、慣性分離除塵器或者它們的組合形式，將分離下來的脫硝副產物，即95％以上的硝酸氨，通過脫硝產物收集裝置19收集起來。將分離出的達標潔凈煙氣經主引風機20，送入煙囪21，最后排入大氣。
權利要求
1.一種同時脫硫脫硝的干法煙氣潔凈工藝，依次包括以下步驟1)采用雙氧水或甲醇作為添加劑，將其噴射到從燃燒設備所排放出的煙氣中，使煙氣中的一氧化氮氣體與雙氧水或甲醇發(fā)生化學反應生成二氧化氮氣體；2)采用鈣基顆粒作為脫硫劑，對經過添加劑處理后的煙氣進行常溫循環(huán)流態(tài)化的干法煙氣脫硫處理，煙氣脫硫反應的溫度在高于煙氣露點溫度2～20℃的范圍內運行，使煙氣中的二氧化硫氣體在二氧化氮氣體的催化作用下與鈣基顆粒發(fā)生化學反應生成脫硫副產物硫酸鈣，同時分離出經過脫硫處理的煙氣；3)采用氨水或尿素作為脫硝劑，將其噴射到經過脫硫處理的煙氣中進行脫硝處理，使煙氣中的二氧化氮氣體與氨水或尿素發(fā)生化學反應生成脫硝副產物硝酸氨，同時分離出經過脫硫脫硝處理的潔凈煙氣。
2.根據(jù)權利要求1所述的同時脫硫脫硝的干法煙氣潔凈工藝，其特征在于對所說的步驟1)中經過添加劑處理后的煙氣，先進行灰塵預除塵處理，然后再進行所說的步驟2)中的脫硫處理。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的同時脫硫脫硝的干法煙氣潔凈工藝，其特征在于所說的步驟1)中，將添加劑噴射到從燃燒設備所排放出的溫度區(qū)間為350～700℃的煙氣中。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的同時脫硫脫硝的干法煙氣潔凈工藝，其特征在于所說的步驟1)中，將雙氧水噴射到從燃燒設備所排放出的溫度區(qū)間為350～600℃的煙氣中；或將甲醇噴射到從燃燒設備所排放出的溫度區(qū)間為500～650℃的煙氣中。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的同時脫硫脫硝的干法煙氣潔凈工藝，其特征在于所說的步驟1)中，添加劑與從燃燒設備所排放出的煙氣中的一氧化氮氣體的摩爾比為0.8～1.0。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的同時脫硫脫硝的干法煙氣潔凈工藝，其特征在于所說的步驟3)中，脫硝劑與原來從燃燒設備所排放出的煙氣中的一氧化氮氣體的摩爾比為0.8～0.95。
7.一種采用權利要求1所述工藝而專門設計的同時脫硫脫硝的干法煙氣潔凈系統(tǒng)，包括由脫硫劑制備裝置(9)、脫硫反應塔(7)、外部脫硫劑分離及再循環(huán)裝置(11)、脫硫產物收集渣倉(14)等構成的循環(huán)流態(tài)化干法煙氣脫硫系統(tǒng)，其特征在于它還包括雙氧水或甲醇添加劑噴射裝置(3)和由脫硝反應塔(15)、脫硝劑噴射裝置(16)、脫硝產物分離裝置(18)、脫硝產物收集裝置(19)構成的干法煙氣脫硝系統(tǒng)；雙氧水或甲醇添加劑噴射裝置(3)設置在與脫硫反應塔(7)的煙氣進入口相連的燃燒設備(1)的排煙通道(2)上，煙氣經過添加劑處理后進入脫硫反應塔(7)中；脫硝反應塔(15)的底部進口與外部脫硫劑分離及再循環(huán)裝置(11)的脫硫煙氣管道相連，脫硝劑噴射裝置(16)設置在脫硝反應塔(15)的下部側壁上，脫硝反應塔(15)的頂部出口與脫硝產物分離裝置(18)相連，脫硝產物分離裝置(18)的脫硝產物出口與脫硝產物收集裝置(19)相連，潔凈煙氣出口通過主引風機(20)與煙囪(21)相通。
8.根據(jù)權利要求7所述的同時脫硫脫硝的干法煙氣潔凈系統(tǒng)，其特征在于它還包括煙氣預除塵處理裝置(4)，煙氣預除塵處理裝置(4)設置在雙氧水或甲醇添加劑噴射裝置(3)和脫硫反應塔(7)的煙氣進入口之間的排煙通道(2)上，煙氣先經過添加劑處理，然后經過預除塵處理，再進入脫硫反應塔(7)中。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的同時脫硫脫硝的干法煙氣潔凈系統(tǒng)，其特征在于所說的脫硝反應塔(15)內設置有煙氣湍流強化裝置。
10.根據(jù)權利要求9所述的同時脫硫脫硝的干法煙氣潔凈系統(tǒng)，其特征在于所說的煙氣湍流強化裝置是煙氣再循環(huán)射流器或阻流板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種同時脫硫脫硝的干法煙氣潔凈工藝及其系統(tǒng)，該工藝采用雙氧水或甲醇作為添加劑，使煙氣中的一氧化氮轉化為二氧化氮；再采用鈣基顆粒作為脫硫劑，利用二氧化氮的催化特性，與煙氣中的二氧化硫反應生成脫硫副產物硫酸鈣，最后采用氨水或尿素作為脫硝劑，將經過脫硫處理的煙氣中的二氧化氮轉化成脫硝副產物硝酸氨，同時獲得經過脫硫脫硝處理的潔凈煙氣。其系統(tǒng)由設置在燃燒設備排煙通道上的添加劑噴射裝置、循環(huán)流態(tài)化干法煙氣脫硫系統(tǒng)和干法煙氣脫硝系統(tǒng)等有機地結合而成。采用該工藝及系統(tǒng)能達到滿意的脫硫、脫硝和除塵效率，煙氣凈化后的反應副產物可直接利用，并且其工藝流程簡單，耗水量較少，投資及運行成本較低。
文檔編號B01D53/83GK1589954SQ0312533
公開日2005年3月9日 申請日期2003年8月26日 優(yōu)先權日2003年8月26日
發(fā)明者張澤, 張頡, 林沖, 李雄浩, 胡永鋒 申請人:武漢凱迪電力股份有限公司