基于臭氧的煙氣治理系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種煙氣治理系統(tǒng)及方法，尤其是一種同時(shí)脫除煙氣中的二氧化硫、 氮氧化物、汞和粉塵，并利用其廢液生產(chǎn)鹽副產(chǎn)品的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，我國(guó)SOjP 排放日益增加，其帶來的污染也越來越嚴(yán)重，并產(chǎn)生了一 系列的問題：由它們形成的酸雨和光化學(xué)煙霧等嚴(yán)重威脅人類健康，破壞生態(tài)環(huán)境，這些污 染物已經(jīng)嚴(yán)重影響了人民群眾的生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。鋼鐵行業(yè)粉塵排放量占我國(guó)工業(yè) 粉塵排放總量的25%，燒結(jié)工業(yè)煙塵排放約占鋼鐵生產(chǎn)過程總排放量的40%之多，這些隨 煙氣排出的粉塵同樣是霾的重要來源，S02、NOx和粉塵對(duì)人體健康的傷害、對(duì)大自然的傷害 比我們預(yù)計(jì)的要嚴(yán)重的多。汞是唯一一種在常溫常壓下呈氣態(tài)的有毒重金屬，擁有長(zhǎng)距離 擴(kuò)散的能力，因此被認(rèn)作是全球性的污染物而備受人們關(guān)注。而工業(yè)煙氣排放的S02、N0x、 粉塵和汞是大氣污染的主要來源。因此，控制工業(yè)煙氣S02、NOx、粉塵和汞的排放已是迫在 眉睫。
[0003] 基于脫除SO2的角度，氧化鎂法煙氣脫硫技術(shù)逐步得到推廣應(yīng)用，市場(chǎng)份額從2005 年不到1%，至目前超過6%，濕式氧化鎂法脫硫技術(shù)得到了越來越多人的認(rèn)可。采用氧化 鎂法脫硫工藝并將脫硫廢液制備生成硫酸鎂副產(chǎn)品，不僅解決了傳統(tǒng)鈣法脫硫產(chǎn)生的脫硫 石膏處理問題，而且還可以通過硫酸鎂副產(chǎn)品的銷售沖抵部分脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用， 從技術(shù)及經(jīng)濟(jì)角度都比傳統(tǒng)鈣法具有較大的市場(chǎng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。基于脫除NOx的角度，常規(guī)的 脫硝方法為選擇性非催化還原（SNCR)和選擇性催化還原（SCR)。這兩種煙氣脫硝的方法反 應(yīng)都需要較高的溫度，對(duì)現(xiàn)有的脫硫設(shè)備改造較大。SCR法脫硝效率高，二次污染小，但設(shè)備 投資費(fèi)用大，需要用到催化劑，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高；而SNCR法投資和運(yùn)行費(fèi)用較少，但脫硝效 率比較低，達(dá)不到日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。
[0004] 基于脫除NOx的角度，利用強(qiáng)制氧化的原理將煙氣中NOx中占95 %的不溶于水的 NO轉(zhuǎn)化為腸2或\05等高價(jià)態(tài)的氮氧化物，再被水或堿性物質(zhì)吸收，從而達(dá)到煙氣脫硝的方 法，現(xiàn)有脫硫設(shè)備不用進(jìn)行大規(guī)模改造即可滿足脫硝要求，具有改造成本低、周期短、占地 小、工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。例如，CN1768902A公開了一種煙氣脫硝方法，首先將作為 氧化劑的臭氧（O3)噴入到煙道中，將鍋爐煙氣中的NO氧化成為易溶于水的腸2或N2O5，然 后用水或堿液洗滌煙氣，脫除煙氣中的氮氧化物。該氧化脫硝方法雖然能達(dá)到脫除氮氧化 物的目的，但鍋爐煙氣先與臭氧（O3)反應(yīng)后再進(jìn)行堿液處理工序，即氧化區(qū)與吸收區(qū)分離， 臭氧（O3)在超過130°C的煙溫環(huán)境中以及在含塵量50~200mg/Nm3的煙氣條件下，極易發(fā) 生分解、或吸附粉塵失去活性，造成脫硝效率降低、臭氧（O3)耗量過大，增加脫硝系統(tǒng)的運(yùn) 行成本。
[0005] 基于副產(chǎn)品的角度上，由于傳統(tǒng)的氧化鎂法脫硫廢液生產(chǎn)硫酸鎂技術(shù)使用蒸汽作 為蒸發(fā)、結(jié)晶、干燥的介質(zhì)，所以造成采用脫硫廢液生產(chǎn)硫酸鎂的方法需要消耗較多的蒸 汽，直接增加了脫硫運(yùn)行費(fèi)用。如CN1733656A提供了一種"利用鍋爐煙氣制取七水硫酸 鎂肥料的方法"，其中硫酸鎂溶液采用濃縮結(jié)晶的方式，這種方式是利用硫酸鎂在溫度超過 60°C溶解度降低的特性進(jìn)行結(jié)晶的，這種高溫結(jié)晶方式需要消耗更多的高品質(zhì)蒸汽而且會(huì) 造成晶漿輸送管路頻繁堵塞，很難實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)品的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。又如CN102745726A提供了 一種"利用脫硫廢液生產(chǎn)七水硫酸鎂的方法"，所采用的結(jié)晶方法為"將所得液體送入蒸發(fā) 器，濃縮后將漿料排出，蒸發(fā)溫度為100~130°C，排出的漿料進(jìn)行冷卻結(jié)晶，溫度為30~ 45°C，獲得七水硫酸鎂"。這種蒸發(fā)、結(jié)晶方法需要蒸汽品質(zhì)較高，如果使用低品位蒸汽則 消耗量增加。綜上所述，不論采用上述二種方法的任何一種，生產(chǎn)一噸硫酸鎂都需要耗費(fèi) 1. 2~2噸左右的蒸汽，蒸汽價(jià)格以80元/噸計(jì)算，一噸硫酸鎂的蒸汽消耗成本在160元左 右。因此，盡管鎂法脫硫綜合成本比鈣法要低，但目前鎂法脫硫塔外利用三效蒸發(fā)等工藝生 產(chǎn)硫酸鎂的方式仍然存在浪費(fèi)蒸汽資源，脫硫運(yùn)行費(fèi)用仍然較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種基于臭氧的煙氣治理系統(tǒng)及方法，其可以對(duì)煙氣進(jìn)行同 時(shí)脫硫脫硝除塵脫汞，并可以利用廢液生產(chǎn)硫酸鹽，從而實(shí)現(xiàn)綜合治理及資源化利用。
[0007] 本發(fā)明提供一種煙氣治理系統(tǒng)，包括：
[0008] 煙氣處理設(shè)備，其內(nèi)部設(shè)有：
[0009] (1)至少一層的臭氧噴霧反應(yīng)和吸收層，用于將煙氣中的低價(jià)氮氧化物和單質(zhì)汞 分別氧化成高價(jià)氮氧化物和氧化汞；
[0010] (2)至少兩層的噴淋吸收層，用于采用吸收劑吸收煙氣中的二氧化硫、氮氧化物和 粉塵，并捕集煙氣中的氧化汞，從而形成吸收產(chǎn)物；
[0011] 除塵除霧設(shè)備，用于對(duì)煙氣進(jìn)行除塵除霧，所述除塵除霧設(shè)備位于全部噴淋吸收 層的上方；
[0012] 臭氧供給設(shè)備，用于向所述的臭氧噴霧反應(yīng)和吸收層供給臭氧；
[0013] 蒸發(fā)濃縮設(shè)備，用于利用煙氣將吸收產(chǎn)物蒸發(fā)濃縮，以形成濃縮產(chǎn)物；
[0014] 循環(huán)沉降設(shè)備，用于接收來自蒸發(fā)濃縮設(shè)備的濃縮產(chǎn)物，并形成沉降產(chǎn)物。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述的至少兩層的噴淋吸收層中的至少一層噴 淋吸收層設(shè)置在所述的臭氧噴霧反應(yīng)和吸收層的下方，用于預(yù)處理煙氣以吸收煙氣中的二 氧化硫和粉塵；和
[0016] 所述的至少兩層的噴淋吸收層中的至少一層噴淋吸收層設(shè)置在所述的臭氧噴霧 反應(yīng)和吸收層的上方，用于吸收煙氣中的二氧化硫和氮氧化物，并捕集煙氣中的氧化汞。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，優(yōu)選地，在煙氣處理設(shè)備內(nèi)部從下到上設(shè)置有第一層噴 淋吸收層和第二層噴淋吸收層，所述的臭氧噴霧反應(yīng)和吸收層設(shè)置在第一層噴淋吸收層與 第二層噴淋吸收層之間。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述的臭氧噴霧反應(yīng)和吸收層距離第一層噴淋 吸收層0. 8~2. 8米，并且距離第二層噴淋吸收層I. 0~2. 3米。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述的蒸發(fā)濃縮設(shè)備包括蒸發(fā)濃縮噴淋層，該蒸 發(fā)濃縮噴淋層設(shè)置在煙氣處理設(shè)備內(nèi)部，并且設(shè)置在煙氣處理設(shè)備的煙氣進(jìn)口的上方和全 部噴淋吸收層的下方。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括積液器，用于接收噴淋吸收層產(chǎn) 生的漿液，以將所述噴淋吸收層產(chǎn)生的漿液與所述蒸發(fā)濃縮設(shè)備的漿液隔開。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括：
[0022] 結(jié)晶設(shè)備，用于將來自循環(huán)沉降設(shè)備的沉降產(chǎn)物結(jié)晶，形成結(jié)晶產(chǎn)物；
[0023] 離心設(shè)備，用于將來自結(jié)晶設(shè)備的結(jié)晶產(chǎn)物離心分離，以形成母液和含硫酸鹽的 產(chǎn)物；
[0024] 干燥設(shè)備，用于將來自離心設(shè)備的含硫酸鹽的產(chǎn)物干燥。
[0025] 本發(fā)明還提供一種利用上述系統(tǒng)進(jìn)行煙氣治理的方法，包括如下步驟：
[0026] 煙氣氧化步驟：在臭氧噴霧反應(yīng)和吸收層中，利用臭氧氧化煙氣中的低價(jià)氮氧化 物和單質(zhì)汞，分別形成高價(jià)氮氧化物和氧化汞；
[0027] 濕法吸收步驟：利用噴淋吸收層噴出的吸收劑吸收煙氣中的二氧化硫、氮氧化物 和粉塵，并捕集煙氣中的氧化汞，以形成吸收產(chǎn)物；
[0028] 臭氧供給步驟：由臭氧供給設(shè)備向臭氧噴霧氧化反應(yīng)層供給臭氧；
[0029] 除塵除霧步驟：利用除塵除霧設(shè)備對(duì)經(jīng)過濕法吸收步驟處理的煙氣進(jìn)行除塵除 霧；
[0030] 蒸發(fā)濃縮步驟：在蒸發(fā)濃縮設(shè)備中將輸送至其中的漿液蒸發(fā)濃縮，并形成濃縮產(chǎn) 物；
[0031] 循環(huán)沉降步驟：在循環(huán)沉降設(shè)備中接收來自蒸發(fā)濃縮設(shè)備的濃縮產(chǎn)物，并將濃縮 產(chǎn)物沉降以形成沉降產(chǎn)物。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，在煙氣氧化步驟中，臭氧噴霧反應(yīng)和吸收層的工 藝條件為：煙氣溫度為40~70°C，塵含量為30~50mg/Nm3,相對(duì)濕度大于30%、煙氣含濕 量10%~15%之間。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，所述方法還包括：
[0034] 結(jié)晶步驟：在結(jié)晶設(shè)備中將來自循環(huán)沉降設(shè)備的沉降產(chǎn)物結(jié)晶，形結(jié)晶產(chǎn)物；
[0035] 離心步驟：在離心設(shè)備中將來自結(jié)晶設(shè)備的結(jié)晶產(chǎn)物離心分離，形成母液和含硫 酸鹽的產(chǎn)物；和
[0036]干燥步驟：在干燥設(shè)備中將來自離心設(shè)備的含硫酸鹽的產(chǎn)物干燥。
[0037] 采用本發(fā)明的系統(tǒng)及方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣進(jìn)行同時(shí)脫硫脫硝除塵脫汞，并可以 利用廢液生產(chǎn)硫酸鹽，從而實(shí)現(xiàn)綜合治理及資源化利用。此外，本發(fā)明的系統(tǒng)及方法能使煙 氣同時(shí)進(jìn)行氧化反應(yīng)和吸收反應(yīng)，噴入的臭氧作為氧化劑，在含有氫氧根離子的環(huán)境下，弓丨 發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，臭氧引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)使煙氣中占N0xi要成分的難溶于水的NO轉(zhuǎn)化為NO2或N2O5 等高價(jià)態(tài)的氮氧化物，使煙氣中的單質(zhì)汞轉(zhuǎn)化化為氧化汞，再被水或堿性物質(zhì)吸收，完成脫 硝脫汞過程。與此同時(shí)，噴淋吸收層的吸收劑將煙氣中的二氧化硫脫除。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選 的技術(shù)方案，可以保證氧化反應(yīng)和吸收反應(yīng)能反應(yīng)完全，提高了脫硝脫汞效率，降低了臭氧 和吸收劑等物料的消耗量。此外，采用本發(fā)明的系統(tǒng)及方法，可以在最大限度上利用原有的 脫硫吸收塔，節(jié)約成本與占地面積。根據(jù)本