本實(shí)用新型涉及火力發(fā)電煙氣、鍋爐煙氣或窯爐煙氣脫硫脫硝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝裝置。

背景技術(shù)：

煙氣脫硫脫硝是解決大氣污染的主要途徑，石膏法脫硫工藝是世界上應(yīng)用最廣泛的一種脫硫技術(shù)，日本、德國、美國的火力發(fā)電廠采用的煙氣脫硫裝置約90％采用此工藝。我國目前火電及工業(yè)鍋爐煙氣主要采用石灰石的濕法脫硫技術(shù)。該技術(shù)耗水量大，使得火電廠煙囪排放大量含有水和石膏粉塵的白煙，同時(shí)帶走120℃以上的煙氣余熱，造成能源浪費(fèi)。而脫硫設(shè)備普遍存在腐蝕嚴(yán)重、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高及易造成二次污染等問題，占地面積大，同時(shí)不能兼顧煙氣脫硝。

目前煙氣脫硝主要工藝有SCR和SNCR。目前的脫硝技術(shù)存在成本高昂，利用尿素、銨等吸收劑造成的成本和能耗很高，另外，催化劑中毒和鈍化影響脫硝效率和設(shè)備正常運(yùn)行。

因此目前的煙氣脫硫脫硝技術(shù)普遍存在投資成本巨大，運(yùn)行成本高昂，同時(shí)浪費(fèi)能源，無法高效利用化石燃料資源。這也給企業(yè)和治理煙氣污染帶來很大的經(jīng)濟(jì)成本壓力，使治理煙氣污染花費(fèi)巨大，影響治理積極性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種與常規(guī)的低溫(100-200℃)煙氣脫硫脫硝不同的基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝方法及裝置，用以解決現(xiàn)有脫硫脫硝技術(shù)存在投資大、能耗高、容易造成二次污染等問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型公開了基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝方法，包括：煙氣在煙氣余熱鍋爐中與冷卻介質(zhì)換熱后形成低溫?zé)煔獠臒煔庥酂徨仩t出氣口流出；其中，煙氣與冷卻介質(zhì)換熱過程包括：煙氣經(jīng)煙氣余熱鍋爐進(jìn)氣口進(jìn)入煙氣余熱鍋爐內(nèi)多根冷凝管的下端；煙氣在多根冷凝管內(nèi)由下至上流動(dòng)；同時(shí)冷卻介質(zhì)在多根冷凝管的周圍設(shè)置的介質(zhì)螺旋管道中由上至下流動(dòng)；冷卻介質(zhì)與煙氣交換熱量，冷卻介質(zhì)溫度升高由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)流向空冷器，煙氣溫度降低形成低溫?zé)煔饬飨驘煔庠鰤簷C(jī)，同時(shí)煙氣中的水分形成冷凝水沿多根冷凝管向下流動(dòng)并由煙氣冷凝水收集器收集；低溫?zé)煔饨?jīng)煙氣增壓機(jī)形成高溫高壓煙氣并經(jīng)第一進(jìn)氣口進(jìn)入冷卻器的通氣管道；高溫高壓煙氣經(jīng)冷卻器的冷卻形成低溫高壓煙氣并經(jīng)煙氣膨脹機(jī)的進(jìn)氣口進(jìn)入煙氣膨脹機(jī)；通過煙氣膨脹機(jī)對低溫高壓煙氣進(jìn)行深冷液化分離及脫硫脫硝得到潔凈的氮?dú)獠⑼ㄟ^煙氣膨脹機(jī)出氣口上的潔凈氣排放管道排出；深冷液化分離過程及脫硫脫硝過程中形成的液態(tài)和/或固態(tài)的混合物由液化脫除收集器收集；其中，所述深冷液化分離過程包括：使低溫高壓煙氣膨脹，低溫高壓煙氣的溫度降低至-80℃，低溫高壓煙氣中的氮氧化物、二氧化硫、三氧化硫、水和二氧化碳液化和/或固化；所述脫硫脫硝過程產(chǎn)生于深冷液化分離的過程中，包括：低溫高壓煙氣中的氣態(tài)水冷凝后對氮氧化物、二氧化硫和三氧化硫的吸收。

本實(shí)用新型公開的上述基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝方法，所述低溫高壓煙氣在煙氣膨脹機(jī)中膨脹做功產(chǎn)生動(dòng)能，煙氣膨脹機(jī)通過第一傳動(dòng)軸帶動(dòng)煙氣增壓機(jī)運(yùn)行使低溫?zé)煔庾優(yōu)楦邷馗邏簾煔狻?/p>

本實(shí)用新型公開的上述基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝方法，所述冷卻介質(zhì)通過煙氣余熱鍋爐外部的介質(zhì)循環(huán)管道流經(jīng)空冷器；冷卻介質(zhì)與空冷器交換熱量后由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)；流經(jīng)空冷器后的液態(tài)冷卻介質(zhì)通過工質(zhì)泵泵入煙氣余熱鍋爐內(nèi)部的介質(zhì)螺旋管道；其中，所述冷卻介質(zhì)流經(jīng)空冷器前流經(jīng)余熱膨脹機(jī)對余熱膨脹機(jī)做功，氣態(tài)冷卻介質(zhì)作功后壓強(qiáng)變小并溫度降低；煙氣膨脹機(jī)通過第二傳動(dòng)軸帶動(dòng)煙氣壓縮機(jī)壓縮低溫?zé)煔庑纬筛邷馗邏簾煔?，由煙氣壓縮機(jī)壓縮低溫?zé)煔庑纬傻母邷馗邏簾煔馔ㄟ^第二進(jìn)氣口進(jìn)入冷卻器的通氣管道。

本實(shí)用新型公開的上述基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝方法，所述低溫?zé)煔膺M(jìn)入煙氣壓縮機(jī)和煙氣增壓機(jī)之前流經(jīng)煙氣除濕器，所述低溫?zé)煔馔ㄟ^煙氣除濕器形成低溫干燥煙氣。

本實(shí)用新型還公開了基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝裝置，包括：煙氣余熱鍋爐、煙氣余熱回收系統(tǒng)和煙氣分離系統(tǒng)，所述煙氣余熱鍋爐內(nèi)部豎直設(shè)置有多根冷凝管，所述煙氣余熱鍋爐的上部和側(cè)面上部分別設(shè)置有進(jìn)氣口和出氣口，所述煙氣余熱鍋爐的進(jìn)氣口和出氣口分別與所述多根冷凝管的下端和上端連通，所述煙氣余熱回收系統(tǒng)的介質(zhì)循環(huán)管道穿過所述煙氣余熱鍋爐并在煙氣余熱鍋爐內(nèi)部圍繞煙氣余熱鍋爐內(nèi)豎直設(shè)置的多根冷凝管的周圍形成介質(zhì)螺旋管道，所述煙氣分離系統(tǒng)包括增壓透平膨脹機(jī)、冷卻器和液化脫除收集器，所述增壓透平膨脹機(jī)包括煙氣增壓機(jī)和煙氣膨脹機(jī)，所述煙氣增壓機(jī)的進(jìn)氣口和出氣口通過煙氣管道分別連接至所述煙氣余熱鍋爐上部的出氣口和所述冷卻器的通氣管道上的第一進(jìn)氣口，所述煙氣膨脹機(jī)的進(jìn)氣口通過煙氣管道連接至所述冷卻器的通氣管道上的出氣口，所述煙氣膨脹機(jī)的出氣口上連接有潔凈氣排放管道，所述液化脫除收集器連接至所述煙氣膨脹機(jī)。

本實(shí)用新型公開的上述基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝裝置，所述煙氣增壓機(jī)和所述煙氣膨脹機(jī)之間設(shè)置有第一傳動(dòng)軸，所述煙氣增壓機(jī)通過第一傳動(dòng)軸連接至所述煙氣膨脹機(jī)。

本實(shí)用新型公開的上述基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝裝置，所述煙氣余熱回收系統(tǒng)包括空冷器、工質(zhì)泵和煙氣冷凝水收集器，所述空冷器和所述工質(zhì)泵安裝在位于煙氣余熱鍋爐外部的介質(zhì)循環(huán)管道上，所述煙氣冷凝水收集器位于煙氣余熱鍋爐下部的冷凝水出水端的下面或連接至煙氣余熱鍋爐下部的冷凝水出水端。

本實(shí)用新型公開的上述基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝裝置，所述煙氣余熱回收系統(tǒng)還包括余熱膨脹機(jī)，所述余熱膨脹機(jī)安裝至空冷器與煙氣余熱鍋爐之間的介質(zhì)循環(huán)管道上。

本實(shí)用新型公開的上述基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝裝置，所述余熱膨脹機(jī)通過第二傳動(dòng)軸連接設(shè)置有煙氣壓縮機(jī)，所述煙氣壓縮機(jī)的進(jìn)氣口通過煙氣管道連接至煙氣余熱鍋爐和煙氣增壓機(jī)之間的煙氣管道上，所述煙氣壓縮機(jī)的出氣口通過煙氣管道連接至冷卻器的通氣管道上的第二進(jìn)氣口。

本實(shí)用新型公開的上述基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝裝置，進(jìn)入所述煙氣壓縮機(jī)和所述煙氣增壓機(jī)之前的煙氣管道設(shè)置有煙氣除濕器。

本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型主要依靠深冷空氣液化技術(shù)對煙氣超低溫脫硫脫硝，同時(shí)回收煙氣余熱，捕集煙氣中的CO₂，達(dá)到輸入少量高品質(zhì)能量實(shí)現(xiàn)高效煙氣脫硫脫硝的目的，還能得到化工副產(chǎn)品，并進(jìn)行余熱回收利用，實(shí)現(xiàn)“變廢為寶，以污治污”，實(shí)現(xiàn)減少設(shè)備投資、降低運(yùn)行費(fèi)用，在治理煙氣污染的同時(shí)，還能有一定的經(jīng)濟(jì)效益，改變目前“只投入不產(chǎn)出”的高代價(jià)煙氣處理方式。

另外，本實(shí)用新型不使用催化劑，同時(shí)對煙氣中余熱、水、硫化物、氮化物、CO₂進(jìn)行廢物回收利用，實(shí)現(xiàn)了零排放、能耗低，設(shè)備體積小，一套設(shè)備同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝，自動(dòng)化程度高，對于霧霾和空氣污染治理具有巨大的幫助。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型公開的基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型，但不用來限制本實(shí)用新型的范圍。

實(shí)施例1

參考圖1，本實(shí)施例中公開的基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝裝置包括:煙氣余熱鍋爐01、煙氣余熱回收系統(tǒng)和煙氣分離系統(tǒng)。

煙氣余熱鍋爐01內(nèi)部豎直設(shè)置有多根冷凝管02，煙氣余熱鍋爐的上部和側(cè)面上部分別設(shè)置有進(jìn)氣口03和出氣口04，煙氣余熱鍋爐01的進(jìn)氣口03和出氣口04分別與多根冷凝管02的下端和上端連通。

煙氣余熱回收系統(tǒng)包括空冷器05、工質(zhì)泵06、煙氣冷凝水收集器07和余熱膨脹機(jī)08?？绽淦?5和工質(zhì)泵06安裝在位于煙氣余熱鍋爐01外部的介質(zhì)循環(huán)管道09上，煙氣冷凝水收集器07位于煙氣余熱鍋爐01下部的冷凝水出水端10的下面或連接至煙氣余熱鍋爐01下部的冷凝水出水端10，余熱膨脹機(jī)08安裝至空冷器05與煙氣余熱鍋爐01之間的介質(zhì)循環(huán)管道上。

余熱膨脹機(jī)08通過第二傳動(dòng)軸11連接設(shè)置有煙氣壓縮機(jī)12，煙氣壓縮機(jī)12的進(jìn)氣口通過煙氣管道13連接至煙氣余熱鍋爐01和煙氣增壓機(jī)17之間的煙氣管道上，煙氣壓縮機(jī)12的出氣口通過煙氣管道連接至冷卻器15的通氣管道20上的第二進(jìn)氣口25。

煙氣余熱回收系統(tǒng)的介質(zhì)循環(huán)管道09穿過煙氣余熱鍋爐01并在煙氣余熱鍋爐01內(nèi)部圍繞煙氣余熱鍋爐01內(nèi)豎直設(shè)置的多根冷凝管02的周圍形成介質(zhì)螺旋管道14。

煙氣分離系統(tǒng)包括增壓透平膨脹機(jī)、冷卻器15和液化脫除收集器16，增壓透平膨脹機(jī)包括煙氣增壓機(jī)17和煙氣膨脹機(jī)18，煙氣增壓機(jī)17和煙氣膨脹機(jī)18之間設(shè)置有第一傳動(dòng)軸19，煙氣增壓機(jī)17通過第一傳動(dòng)軸19連接至煙氣膨脹機(jī)18，煙氣增壓機(jī)17的進(jìn)氣口和出氣口通過煙氣管道分別連接至煙氣余熱鍋爐01上部的出氣口04和冷卻器15的通氣管道20上的第一進(jìn)氣口21，煙氣膨脹機(jī)18的進(jìn)氣口通過煙氣管道連接至冷卻器15的通氣管道上的出氣口22，煙氣膨脹機(jī)18的出氣口上連接有潔凈氣排放管道23，液化脫除收集器16連接至煙氣膨脹機(jī)18。

進(jìn)一步地，進(jìn)入煙氣壓縮機(jī)12和煙氣增壓機(jī)17之前的煙氣管道設(shè)置有煙氣除濕器24。

本實(shí)施例中公開的基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝方法，包括：

煙氣(70-200℃)在煙氣余熱鍋爐01中與冷卻介質(zhì)換熱后形成低溫?zé)煔?40℃左右)并從煙氣余熱鍋爐01的出氣口流出；

其中，煙氣(70-200℃)與冷卻介質(zhì)換熱過程包括：煙氣(70-200℃)經(jīng)煙氣余熱鍋爐進(jìn)氣口03進(jìn)入煙氣余熱鍋爐01內(nèi)多根冷凝管02的下端；煙氣(70-200℃)在多根冷凝管02內(nèi)由下至上流動(dòng)；同時(shí)冷卻介質(zhì)在多根冷凝管02的周圍設(shè)置的介質(zhì)螺旋管道14中由上至下流動(dòng)；冷卻介質(zhì)與煙氣(70-200℃)交換熱量，冷卻介質(zhì)溫度升高由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)(70-200℃，12Mpa)流向空冷器05，煙氣(70-200℃)溫度降低形成低溫?zé)煔?40℃左右)流向煙氣增壓機(jī)17和煙氣壓縮機(jī)12，另外，低溫?zé)煔?40℃左右)進(jìn)入煙氣壓縮機(jī)12和煙氣增壓機(jī)17之前還可以先流經(jīng)煙氣除濕器24，低溫?zé)煔?40℃左右)通過煙氣除濕器24形成低溫干燥煙氣(40℃左右)，這樣可以防止水分對于煙氣壓縮機(jī)12和煙氣增壓機(jī)17的損害，延長煙氣壓縮機(jī)12和煙氣增壓機(jī)17的使用壽命。同時(shí)煙氣(70-200℃)中的水分形成冷凝水沿多根冷凝管02向下流動(dòng)并由煙氣冷凝水收集器07收集。

氣態(tài)冷卻介質(zhì)(70-200℃，12Mpa)通過煙氣余熱鍋爐01外部的介質(zhì)循環(huán)管道09流經(jīng)空冷器05；另外，氣態(tài)冷卻介質(zhì)(70-200℃，12Mpa)流經(jīng)空冷器05前可以先流經(jīng)余熱膨脹機(jī)08，氣態(tài)冷卻介質(zhì)(70-200℃，12Mpa)對余熱膨脹機(jī)08做功，氣態(tài)冷卻介質(zhì)(70-200℃，12Mpa)做功后溫度降低(降低至30-40℃)并壓強(qiáng)變小(減小至3-6Mpa)，然后，氣態(tài)冷卻介質(zhì)(30-40℃，3-6Mpa)與空冷器05交換熱量后由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)(20-30℃)；流經(jīng)空冷器05后的液態(tài)冷卻介質(zhì)(20-30℃)通過工質(zhì)泵06泵入煙氣余熱鍋爐01內(nèi)部的介質(zhì)螺旋管道14；

冷卻介質(zhì)流經(jīng)空冷器05前流經(jīng)余熱膨脹機(jī)08對余熱膨脹機(jī)08做功，余熱膨脹機(jī)08通過第二傳動(dòng)軸11帶動(dòng)煙氣增壓機(jī)12壓縮低溫?zé)煔饣虻蜏馗稍餆煔?40℃左右)形成高溫高壓煙氣(140℃左右，9-12Mpa)，由煙氣增壓機(jī)12形成的高溫高壓煙氣(140℃左右，9-12Mpa)通過第二進(jìn)氣口25進(jìn)入冷卻器15的通氣管道20；低溫?zé)煔饣虻蜏馗稍餆煔?40℃左右)經(jīng)煙氣增壓機(jī)17形成高溫高壓煙氣(140℃左右，9-12Mpa)并經(jīng)第一進(jìn)氣口21進(jìn)入冷卻器15的通氣管道20；

高溫高壓煙氣(140℃左右，9-12Mpa)經(jīng)冷卻器15的冷卻形成低溫高壓煙氣(40-70℃左右，9-12Mpa)并經(jīng)煙氣膨脹機(jī)18的進(jìn)氣口進(jìn)入煙氣膨脹機(jī)18；

低溫高壓煙氣(40-70℃左右，9-12Mpa)在煙氣膨脹機(jī)18中膨脹做功產(chǎn)生動(dòng)能，煙氣膨脹機(jī)18通過第一傳動(dòng)軸19帶動(dòng)煙氣增壓機(jī)17運(yùn)行使低溫?zé)煔饣虻蜏馗稍餆煔?40℃左右)變?yōu)楦邷馗邏簾煔?140℃左右，9-12Mpa)；

通過煙氣膨脹機(jī)18對低溫高壓煙氣(40-70℃左右，9-12Mpa)進(jìn)行深冷液化分離及脫硫脫硝得到潔凈的氮?dú)獠⑼ㄟ^煙氣膨脹機(jī)18出氣口上的潔凈氣排放管道23排出；

深冷液化分離過程及脫硫脫硝過程中形成的液態(tài)和/或固態(tài)的混合物由液化脫除收集器16收集；

其中，所述深冷液化分離過程包括：使低溫高壓煙氣(40-70℃左右，9-12Mpa)膨脹，低溫高壓煙氣的溫度降低至-80℃左右，低溫高壓煙氣中的氮氧化物、二氧化硫、三氧化硫、水和二氧化碳液化和/或固化；所述脫硫脫硝過程產(chǎn)生于深冷液化分離的過程中，包括：低溫高壓煙氣(40-70℃左右，9-12Mpa)中的氣態(tài)水冷凝后對氮氧化物、二氧化硫和三氧化硫的吸收。

本實(shí)用新型利用煙氣中不同組分在深冷(-80-20℃)環(huán)境下的冷凝液化來實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝的，而這與常規(guī)的低溫(100-200℃)煙氣脫硫脫硝是不同的。煙氣中SO₂和SO₃的標(biāo)壓沸點(diǎn)分別為-10℃和45℃，而水的熔點(diǎn)為0℃，CO₂的沸點(diǎn)為-56.55℃。那么假如煙氣溫度從100℃降低到-80℃，在這個(gè)過程中SO₃-H₂O-SO₂-CO₂將依次液化或固化，其中，水冷凝后將對二氧化硫和三氧化硫的產(chǎn)生吸收。

對于煙氣中主要的氮氧化物NO、NO₂，首先可以補(bǔ)充O₂使NO氧化為NO₂，NO₂易溶于水，煙氣中的水蒸氣冷凝后對NO₂進(jìn)行吸收，因此煙氣冷凝液化的過程中同時(shí)進(jìn)行了脫硫脫硝。

對于深冷液化分離過程及脫硫脫硝過程中形成的液態(tài)和/或固態(tài)的混合物進(jìn)行化學(xué)處理或者純化，可以提取硫酸、硫酸氫銨等化工產(chǎn)品。利用超低溫將煙氣中的CO₂液化，進(jìn)行煙氣中的CO₂捕捉回收，同時(shí)對煙氣余熱進(jìn)行回收再利用，從而使煙氣得到凈化降溫，達(dá)到清潔無害排放的目標(biāo)。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作了詳盡的描述，但在本實(shí)用新型基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進(jìn)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本實(shí)用新型精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍。