一種煙氣脫硫脫硝方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種煙氣脫硫脫硝方法及裝置,特別是涉及船舶等大型移動(dòng)設(shè)施煙氣的脫硫脫硝工藝系統(tǒng)。煙氣依次經(jīng)過熱管換熱器及熱泵依次提升煙氣溫度,可選地再經(jīng)過電加熱器加熱至煙氣溫度為340~350℃。尿素溶液在水解反應(yīng)器制備氨氣,氨氣被部分SCR反應(yīng)器出口高溫?zé)煔庀♂尰旌虾髧娙朊撓跚盁煔猓旌蠠煔膺M(jìn)入SCR反應(yīng)器進(jìn)行煙氣脫硝反應(yīng)。脫硝后的煙氣經(jīng)過換熱器、熱泵、及水解反應(yīng)器降溫后進(jìn)入脫硫塔,脫硫后凈煙氣直接排入大氣,吸收液加堿及海水再生后循環(huán)使用。該方法中應(yīng)用換熱器及熱泵回收煙氣余熱,大大降低了能耗。水解制氨的方法,提高了氨與煙氣混合度,進(jìn)一步提高了脫硝效率。
【專利說明】一種煙氣脫硫脫硝方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煙氣脫硫脫硝方法及裝置,特別是涉及船舶等大型移動(dòng)設(shè)施煙氣的脫硫脫硝方法及裝置,屬于節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國際社會(huì)對(duì)海上環(huán)境污染的關(guān)注的增加,船舶煙氣的污染也越來越顯得突出,其中氮氧化物(NOx)和二氧化硫是柴油機(jī)排放產(chǎn)物中對(duì)生態(tài)環(huán)境危害最大的。環(huán)境保護(hù)要求逐步提高,NOj^P SO2的排放要求也越來越嚴(yán)格。為防止、減少和控制船舶柴油機(jī)尾氣造成大氣污染,國際海事組織(頂0)制定的MARPOL附則VI《防止船舶造成空氣污染規(guī)則》已于2000年I月I日生效,并規(guī)定對(duì)2016年I月I日或以后建造的船上安裝的柴油機(jī),當(dāng)船舶在排放限制區(qū)內(nèi)航行時(shí),其NOx排放量的限制值按Tier III標(biāo)準(zhǔn)要執(zhí)行。但是,由于船舶所排煙氣與陸地的電廠鍋爐煙氣不同的特點(diǎn)及移動(dòng)設(shè)施的特殊要求,使得其煙氣的處理又無法直接應(yīng)用電廠鍋爐的脫硫脫硝技術(shù)和設(shè)備,這就成為了煙氣處理的行業(yè)性難題之一。
[0003]船舶煙氣規(guī)模較小溫度低、排氣波動(dòng)大、煙氣中含有未燃盡的油和炭黑等特點(diǎn)。對(duì)煙氣處理技術(shù)要求:處理設(shè)備體積小,重量輕;脫硫脫硝反應(yīng)劑及產(chǎn)物要易儲(chǔ)存;能耗電耗都要低。
[0004]在單元技術(shù)方面,目前主要的煙氣脫硫單元技術(shù)按脫除產(chǎn)物的干濕形態(tài)可分濕法脫硫、干法脫硫和半干法脫硫三種,其中干法脫硫不能滿足要求,傳統(tǒng)的半干法脫硫也很難穩(wěn)定達(dá)到要求,濕法脫硫效率高,但也存在設(shè)備大的困擾。
[0005]脫硝方面,目前我國常用的煙氣脫硝方法為NH3還原法,包括有選擇性催化還原法(SCR)和選擇性非催化還原法(SNCR)兩種。NOx選樣性催化還原技術(shù)作為有效的排氣后處理措施最初應(yīng)用在鍋爐、焚燒爐和發(fā)電廠等固定式污染源,其后逐漸應(yīng)用到交通運(yùn)輸領(lǐng)域,作為降低柴油機(jī)NOx排放的有效措施之一。由于其較高的還原率及技術(shù)成熟度,現(xiàn)已成為國內(nèi)煙氣脫硝治理的主流技術(shù)。但是SCR應(yīng)用于重型柴油機(jī)尾氣脫硝,還存在柴油機(jī)低負(fù)荷排放煙氣溫度低、設(shè)備體積大等問題。
[0006]對(duì)船舶煙氣的處理不僅要求單元技術(shù)效率高,還要求工藝系統(tǒng)簡捷高效低成本,裝備緊湊穩(wěn)定性好。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于柴油機(jī)在低負(fù)下排氣溫度會(huì)降低至250°C左右低于選擇性催化還原(SCR)反應(yīng)溫度,需將煙氣溫度來提高至SCR反應(yīng)窗口以達(dá)到較高的脫硝效率,并減小整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失。
[0008]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]一種煙氣脫硫脫硝方法,其特征是至少由如下工序組成;
[0010](I)對(duì)煙氣進(jìn)行加熱的煙氣加熱工序;
[0011](2)對(duì)升溫后的煙氣脫除氮氧化物的脫硝工序;[0012](3)對(duì)脫硝后的煙氣冷卻的脫硝煙氣降溫工序;
[0013](4)對(duì)降溫后的脫硝煙氣脫除硫化物的脫硫工序。
[0014]本發(fā)明所述的煙氣脫硫脫硝方法:煙氣進(jìn)入加熱工序前,系統(tǒng)設(shè)立兩個(gè)并聯(lián)的煙氣通路,通路I內(nèi)設(shè)有可以噴入粒徑在0.5mm以下的固體顆粒,且?guī)в谐龎m裝置,另一條通路2上不設(shè)任何其他機(jī)構(gòu);在系統(tǒng)啟動(dòng)和停車時(shí),煙氣通過通路I后進(jìn)入煙氣加熱工序,在系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)煙氣直接經(jīng)過通路2進(jìn)入煙氣加熱工序。
[0015]本發(fā)明所述的煙氣加熱工序:原煙氣經(jīng)過通路I或通路2后,首先經(jīng)過換熱器冷側(cè)進(jìn)行換熱升溫,再經(jīng)過熱泵進(jìn)一步將煙氣溫度提高,最后煙氣經(jīng)過電加熱器加熱至溫度為320?380°C ;或煙氣直接經(jīng)過換熱器及熱泵將溫度提升至320?380°C。
[0016]所述的換熱器:換熱器煙氣間壁傳熱面的兩側(cè)或任一側(cè)涂布可以強(qiáng)化熱輻射的涂料,所涂布的涂料層的熱輻射吸收率> 0.95 ;對(duì)其涂料的組成并無限制,只要能夠在250?400°C的溫度范圍保持穩(wěn)定的、熱輻射吸收率大于0.95的材料即可。
[0017]本發(fā)明所述的脫硝工序:脫硝反應(yīng)還原劑氨的供應(yīng)方法是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%?60%的溶液尿素溶液先在水解反應(yīng)器內(nèi)制氨,尿素溶液水解產(chǎn)物經(jīng)脫硝后高溫?zé)煔庀♂?;稀釋過程可以在靜態(tài)混合器內(nèi)進(jìn)行,經(jīng)稀釋后氨的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到5%?10%,混合煙氣溫度維持在280°C以上;混合煙氣以氣相通入熱泵與電加熱器之間的管道或電加熱器與脫硝反應(yīng)器(SCR反應(yīng)器)之間的管道抑或熱泵與SCR反應(yīng)器之間的管道;水解反應(yīng)器維持設(shè)定溫度所需熱量由換熱器熱側(cè)出口煙氣余熱或熱泵低溫?zé)嵩闯隹跓煔庥酂崽峁?br>
[0018]本發(fā)明所述的煙氣降溫工序:經(jīng)過脫硝工序后的煙氣依次經(jīng)過熱泵、換熱器熱側(cè)及水解反應(yīng)器降溫,或依次經(jīng)過換熱器熱側(cè)、水解反應(yīng)器及熱泵降溫。
[0019]本發(fā)明所述的脫硫工序:脫硫吸收液由海水加適量堿性物質(zhì)配制而成,可選地,所加堿性物質(zhì)為氫氧化鈉、氫氧化鎂或氧化鎂;所加堿性物質(zhì)以脫硫塔出口吸收液PH大于
5.5為標(biāo)準(zhǔn)。
[0020]本發(fā)明所述的煙氣脫硫脫硝方法:與陸地上鍋爐等固定源煙氣排放方式不同,船舶煙氣等移動(dòng)設(shè)施不需傳統(tǒng)的煙囪提升煙囪抽力,煙氣與脫硫吸收液反應(yīng)后不經(jīng)煙囪而直接經(jīng)脫硫塔上側(cè)出口外排到海面,隨船舶移動(dòng)煙氣自動(dòng)擴(kuò)散到大氣中。
[0021]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述的裝置,至少由換熱器、熱泵、SCR反應(yīng)器、水解反應(yīng)器及脫硫塔組成;換熱器冷側(cè)出口與熱泵高溫?zé)嵩慈肟谙噙B,熱泵高溫?zé)嵩闯隹谂cSCR反應(yīng)器進(jìn)口相連;SCR出口連接兩個(gè)支路,一路連接靜態(tài)混合器,另一路連接熱泵低溫?zé)嵩慈肟诨驌Q熱器熱側(cè)入口 ;換熱器熱側(cè)出口管道或熱泵低溫?zé)嵩闯隹诠艿澜?jīng)過水解反應(yīng)器,在水解反應(yīng)器下方盤管環(huán)繞,再經(jīng)管道與脫硫塔煙氣入口管相連。
[0022]本發(fā)明的有益效果:
[0023](I)本發(fā)明應(yīng)用換熱器及熱泵提升脫硝煙氣溫度,大大降低了電加熱能耗,并進(jìn)一步提聞脫硝效率。
[0024](2)將尿素溶液在噴入SCR反應(yīng)器前水解制氨,水解反應(yīng)所需熱量由換熱后中溫?zé)煔馓峁档皖~外能耗;
[0025](3)直接將脫硝后的高溫?zé)煔獯鏌峥諝庀♂尠睔?,可預(yù)先將氨氣加熱到一定溫度,減少稀釋氨氣在煙道中升溫吸熱熱量并縮短加熱時(shí)間;
[0026](4)不設(shè)稀釋風(fēng)機(jī),大大降低了電耗,增加了安全運(yùn)行系數(shù);[0027](5)脫硫塔不需設(shè)置除霧器及煙囪,可簡化設(shè)備結(jié)構(gòu),降低系統(tǒng)的壓力損失。
[0028](6)本發(fā)明為高效、低成本和高實(shí)用性方法,為開發(fā)船舶等大型移動(dòng)設(shè)施的脫硫脫硝提供體積小、效率高的技術(shù)和裝備提供了技術(shù)支撐。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1并聯(lián)管路示意圖;
[0030]圖2為表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中一種煙氣脫硫脫硝方法流程示意圖;
[0031]圖3為表示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中一種煙氣脫硫脫硝方法流程示意圖;
[0032]圖中:1-通路I ; I1-通路2 JI1-噴射裝置;IV -除塵裝置;V -閥門;
[0033]1-換熱器;2_熱泵;3_電加熱器;4_SCR反應(yīng)器;5 —水解反應(yīng)器;6_靜態(tài)混
[0034]合器;7-脫硫塔。
[0035]說明:圖1中的虛線表示混合煙氣可選路徑,兩條路徑中選擇其中一條。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0037]該系統(tǒng)用于船舶柴油機(jī)機(jī)外煙氣凈化。該方法系統(tǒng)實(shí)施前,需了解柴油機(jī)及其負(fù)載為發(fā)電機(jī)型號(hào)和主要技術(shù)參數(shù)、柴油機(jī)排氣允許背壓、用油種類及性質(zhì)、排放煙氣組成及含量;柴油機(jī)負(fù)荷變化條件下煙氣的流量、排溫、流速、風(fēng)壓。
[0038]根據(jù)柴油機(jī)的布置和外圍條件,確定換熱器、熱泵、水解反應(yīng)器、脫硫塔及其附屬設(shè)備的布置方式,并根據(jù)具體的SCR出口煙氣熱量可利用量、換熱需求量,計(jì)算換熱器的換熱系數(shù)和換熱面積,從而確定最終的裝置尺寸。
[0039]實(shí)施例1
[0040]如圖2所示的本發(fā)明的煙氣脫硫脫硝方法及裝置,該方法用于功率550kW,轉(zhuǎn)速750rpm的船用柴油機(jī)煙氣的脫硫脫硝。柴油機(jī)在低轉(zhuǎn)速下排氣溫度降低至250°C左右,煙氣最大流量4.4t/h,NOx加權(quán)排放量為9.6g/kWh。在系統(tǒng)啟動(dòng)和停車時(shí),煙氣經(jīng)過通路I與入的固體顆粒反應(yīng)并經(jīng)過除塵器后進(jìn)入煙氣加熱工序,在系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)煙氣直接經(jīng)過通路2進(jìn)入煙氣加熱工序。煙氣先進(jìn)入換熱器進(jìn)行換熱升溫,使煙氣溫度升高至290°C左右,升溫后的煙在經(jīng)過熱泵提升溫度至340°C左右,隨后煙氣經(jīng)過電加熱器加熱至溫度為350。。。
[0041]尿素先經(jīng)溶解配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的溶液,貯存于尿素溶液貯罐內(nèi),用時(shí)經(jīng)尿素泵加壓和調(diào)節(jié)流量進(jìn)入尿素水解反應(yīng)器,在180°C、1.5MPa條件下水解制備氨氣。水解反應(yīng)器維持設(shè)定溫度所需熱量由換熱器熱側(cè)出口煙氣提供。尿素水解后產(chǎn)物與一部分SCR反應(yīng)器出口煙氣進(jìn)入靜態(tài)混合器,混合氣體中NH3的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到5%,經(jīng)噴氨格柵噴入熱泵與電加熱器之間的管道。煙氣經(jīng)電加熱并加入氨后進(jìn)入SCR脫硝反應(yīng)器,在V205-W03/Ti02蜂窩式催化劑作用下大部分NOx被還原為N2,脫硝效率達(dá)到90%。
[0042]煙氣經(jīng)過換熱器熱側(cè)及水解反應(yīng)器降溫,經(jīng)過增壓風(fēng)機(jī)從脫硫塔下部煙氣入口進(jìn)入脫硫塔。加氫氧化鈉后的海水作為吸收液經(jīng)泵循環(huán)噴入脫硫塔上方,通過煙氣與脫硫劑逆向接觸使過SO2被吸收,脫硫后凈煙氣不經(jīng)煙?而直接經(jīng)脫硫塔上側(cè)出口外排到海面,脫硫效率達(dá)到97%以上。吸收SO2后的吸收液pH達(dá)到5.5之后排出脫硫塔,部分流入曝氣池,SO2被通入的空中的氧氣氧化,最終生成硫酸鹽,剩余部分吸收液進(jìn)入再生箱加入氫氧化鈉及部分新鮮海水后循環(huán)利用。
[0043]實(shí)施例2
[0044]本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同,所不同的是,:換熱器煙氣間壁傳熱面的兩側(cè)涂布強(qiáng)化熱輻射的涂料,所涂布的涂料層的熱輻射吸收率為0.95。尿素水解后產(chǎn)物與一部分SCR反應(yīng)器出口煙氣進(jìn)入靜態(tài)混合器,混合氣體中NH3的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到8%,經(jīng)噴氨格柵噴入電加熱器與SCR反應(yīng)器之間的管道。
[0045]實(shí)施例3
[0046]如圖3所示的本發(fā)明的煙氣脫硫脫硝方法及裝置,該方法用于功率1500kW,轉(zhuǎn)速1760rpm的船用柴油機(jī)煙氣的脫硫脫硝。柴油機(jī)在低轉(zhuǎn)速下排氣溫度降低至260°C左右,煙氣最大流量13.6t/h,N0x加權(quán)排放量為9.38g/kWh。在系統(tǒng)啟動(dòng)和停車時(shí),煙氣經(jīng)過通路I與入的固體顆粒反應(yīng)并經(jīng)過除塵器后進(jìn)入煙氣加熱工序,在系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)煙氣直接經(jīng)過通路2進(jìn)入煙氣加熱工序。煙氣先進(jìn)入換熱器進(jìn)行換熱升溫,使煙氣溫度升高至320°C左右,升溫后的煙在經(jīng)過熱泵提升溫度至380°C左右。
[0047]尿素先經(jīng)溶解配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的溶液,貯存于尿素溶液貯罐內(nèi),用時(shí)經(jīng)尿素泵加壓和調(diào)節(jié)流量進(jìn)入尿素水解反應(yīng)器,在20(TC、2.1MPa條件下水解制備氨氣。水解反應(yīng)器維持設(shè)定溫度所需熱量由換熱器熱測(cè)出口煙氣提供。尿素水解后產(chǎn)物與一部分SCR反應(yīng)器出口煙氣進(jìn)入靜態(tài)混合器,混合氣體中NH3的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到10%,混合氣體經(jīng)噴氨格柵噴入SCR反應(yīng)器入口管道。煙氣經(jīng)熱泵并加入氨后進(jìn)入SCR脫硝反應(yīng)器,在V205-W03/Ti02蜂窩式催化劑作用下大部分NOx被還原為N2,脫硝效率達(dá)到86%。
[0048]脫硝后換熱器熱側(cè)及水解反應(yīng)器降溫后,經(jīng)過熱泵低溫?zé)嵩磦?cè)進(jìn)一步降溫至246°C左右,再經(jīng)過增壓風(fēng)機(jī)從脫硫塔下部煙氣入口進(jìn)入脫硫塔。加氧化鎂后的海水作為吸收液經(jīng)泵循環(huán)噴入脫硫塔上方,通過煙氣與脫硫劑逆向接觸使過SO2被吸收,脫硫后凈煙氣不經(jīng)煙囪而直接經(jīng)脫硫塔上側(cè)出口外排到海面,脫硫效率達(dá)到96%以上。吸收SO2后的吸收液PH達(dá)到5.5之后排出脫硫塔,部分流入曝氣池,SO2被通入的空中的氧氣氧化,最終生成硫酸鹽,剩余部分吸收液進(jìn)入再生箱加入氫氧化鈉及部分新鮮海水后循環(huán)利用。
[0049]實(shí)施例4
[0050]本實(shí)施例與實(shí)施例3基本相同,所不同的是,煙氣先進(jìn)入換熱器進(jìn)行換熱升溫,升溫后的煙在經(jīng)過熱泵提升溫度至320°C左右;換熱器煙氣間壁傳熱面一側(cè)側(cè)涂布強(qiáng)化熱輻射的涂料,所涂布的涂料層的熱福射吸收率為0.97。
【權(quán)利要求】
1.一種煙氣脫硫脫硝方法,其特征在于至少由如下工序組成; (1)對(duì)原煙氣進(jìn)行加熱的煙氣加熱工序; (2)對(duì)升溫后的煙氣脫除氮氧化物的脫硝工序; (3)對(duì)脫硝后的煙氣冷卻的脫硝煙氣降溫工序; (4)對(duì)降溫后的脫硝煙氣脫除硫化物的脫硫工序; 其中,(I)的煙氣加熱使用(2)脫硝后的煙氣加熱,同時(shí)(3)的脫硝煙氣的降溫是用(I)的原煙氣吸收熱量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于煙氣進(jìn)入工序前,設(shè)立兩個(gè)并聯(lián)的煙氣通路,通路I內(nèi)設(shè)有可以噴入粒徑在0.5mm以下的固體顆粒,且?guī)в谐龎m裝置,另一條通路2上不設(shè)任何其他機(jī)構(gòu);在系統(tǒng)啟動(dòng)和停車時(shí),煙氣通過通路I后進(jìn)入煙氣加熱工序,在系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)煙氣直接經(jīng)過通路2進(jìn)入煙氣加熱工序。
3.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:所述煙氣加熱工序(I)為原煙氣先經(jīng)過換熱器升溫后經(jīng)熱泵提升溫度,再經(jīng)電加熱器加熱至煙氣溫度達(dá)到320?380°C,或煙氣先經(jīng)過換熱器升溫后再經(jīng)熱泵提升至煙氣溫度達(dá)到320?380°C ;向熱泵系統(tǒng)供給熱量的熱源可以是從脫硝塔直接排出的煙氣,或脫硝后再經(jīng)過換熱器后的煙氣。
4.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:換熱器煙氣間壁傳熱面的兩側(cè)或任一側(cè)涂布可以強(qiáng)化熱輻射的涂料,所涂布的涂料層的熱輻射吸收率> 0.95 ;對(duì)其涂料的組成并無限制,只要能夠在250?400°C的溫度范圍保持穩(wěn)定的、熱輻射吸收率大于0.95的材料。
5.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:脫硝工序(2)中氨的供應(yīng)方法是尿素溶液先在水解反應(yīng)器內(nèi)制氨,尿素溶液水解產(chǎn)物經(jīng)脫硝后高溫?zé)煔庀♂專僖詺庀嗤ㄈ朊撓跚盁煔?;混合氣體通入位置是熱泵與電加熱器之間或電加熱器與SCR反應(yīng)器之間;水解反應(yīng)器維持設(shè)定溫度所需熱量由換熱器熱側(cè)出口煙氣余熱或熱泵低溫?zé)嵩闯隹跓煔庥酂崽峁?br>
6.如權(quán)利要求1或4所述的方法,其特征在于:尿素溶液水解產(chǎn)物經(jīng)脫硝后的高溫?zé)煔庀♂尯蟮幕旌蠚怏w溫度維持在280°C以上。
7.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:脫硫工序(4)中脫硫吸收液由海水加適量堿性物質(zhì)配制而成,所加堿性物質(zhì)為氫氧化鈉、氫氧化鎂或氧化鎂;所添加堿性物質(zhì)的量是由脫硫塔出口吸收液PH大于5.5為目標(biāo)來決定的。
8.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:脫硫工序(4)中煙氣與脫硫吸收液反應(yīng)后不經(jīng)煙?而直接經(jīng)脫硫塔上側(cè)出口外排到海面。
9.實(shí)現(xiàn)權(quán)力要求I所述方法的裝置,其特征在于至少由換熱器、熱泵、SCR反應(yīng)器、水解反應(yīng)器、脫硫塔組成;換熱器冷側(cè)出口與熱泵高溫?zé)嵩慈肟谙噙B,熱泵高溫?zé)嵩闯隹谂cSCR反應(yīng)器進(jìn)口相連;SCR出口連接兩個(gè)支路,一路連接靜態(tài)混合器,另一路連接熱泵低溫?zé)嵩慈肟诨驌Q熱器熱側(cè)入口 ;換熱器熱側(cè)出口管道或熱泵低溫?zé)嵩闯隹诠艿澜?jīng)過水解反應(yīng)器,在水解反應(yīng)器下方盤管環(huán)繞,再經(jīng)管道與脫硫塔煙氣入口管相連。
【文檔編號(hào)】B01D53/56GK103585867SQ201310613965
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】張書廷, 趙旭, 張利亞 申請(qǐng)人:天津大學(xué)