一種煙氣脫硫脫硝的凈化回收系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種煙氣脫硫脫硝的凈化回收系統(tǒng)，它包括氧化吸收塔、分離再生系統(tǒng)和濃縮結(jié)晶干燥裝置；所述氧化吸收塔包括氧化池、煙氣入口、噴淋填料層、霧化氧化層、除霧器和煙氣出口。煙氣從煙氣入口進(jìn)入氧化吸收塔，將其中的氮氧化物、硫氧化物和重金屬氧化吸收后形成吸收液，凈化的煙氣經(jīng)除霧器去除水分通過煙氣出口排出。吸收液在分離再生系統(tǒng)的陰離子交換設(shè)備中將陰離子置換于床層內(nèi)；用氨水對床層實(shí)施再生，再生后的銨鹽溶液進(jìn)入濃縮結(jié)晶干燥裝置，結(jié)晶干燥后形成復(fù)合銨肥。本發(fā)明能夠一體化脫除煙氣中的硫氧化物、氮氧化物和重金屬，避免了現(xiàn)有技術(shù)中氨逃逸和銨鹽氣溶膠的問題，具有設(shè)備簡單、產(chǎn)物資源化的特點(diǎn)。
【專利說明】一種煙氣脫硫脫硝的凈化回收系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煙氣凈化領(lǐng)域，特別是一種燃煤過程中所排放煙氣的凈化回收系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展對于能源的需求日趨增加，燃煤使用量也大幅增加。然而煤在燃燒過程中會釋放大量的煙氣，這些含有二氧化硫、氮氧化物和重金屬等的煙氣如不能得到有效處理，會帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。
傳統(tǒng)的工業(yè)煙氣脫硫、除氮的方法是在窯爐尾部加裝脫硫裝置(如石灰石石膏法脫硫)和脫硝設(shè)備(如SCR裝置)分別用于脫除二氧化硫和氮氧化物。由于這種治理方式脫硫和脫硝設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行，整個(gè)工藝系統(tǒng)復(fù)雜、占地面積大，投資及運(yùn)行費(fèi)用較高，上述設(shè)備同時(shí)去除重金屬的能力較低。因此對中小型企業(yè)來講，采用這種模式凈化煙氣的可實(shí)施性較差。尤其目前燃煤鍋爐普遍采用先進(jìn)的低氮燃燒技術(shù)，鍋爐尾部加裝SCR裝置是否經(jīng)濟(jì)值得商討。
[0003]目前煙氣脫硫脫硝的研究比較傾向于脫硫脫硝一體化技術(shù)，其中的臭氧氧化方法、亞氯酸鹽氧化方法，運(yùn)行成本較高，不易推廣。氨法脫硫脫硝工藝因可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物資源化，受到廣大研究者的青睞。專利CN101053747中提出了將氮氧化物預(yù)氧化、氨吸收的脫硫脫硝工藝，但需消耗大量雙氧水、臭氧等氧化劑，同時(shí)脫硝仍需消耗氨，成本較高；專利CN2712446和CN101934191A分別提出了多級串聯(lián)式和塔內(nèi)分層氨法脫硫脫硝裝置，這些工藝方法面臨的共同問題是生成的亞硫銨易在塔內(nèi)結(jié)塊，塔內(nèi)形成銨鹽氣溶膠，氣溶膠隨煙排放增加了氨的消耗。因此在煙氣脫硫脫硝的同時(shí)，如何避免使加入的氨逃逸及銨鹽氣溶膠排放，成為該生產(chǎn)工藝亟待解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種煙氣脫硫脫硝的凈化回收系統(tǒng)，它能夠一體化脫除煙氣中的硫氧化物、氮氧化物和重金屬，避免了現(xiàn)有技術(shù)中氨逃逸和銨鹽氣溶膠的問題，并具有設(shè)備簡單、產(chǎn)物資源化的特點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)問題是以下述技術(shù)方案解決的:
一種煙氣脫硫脫硝的凈化回收系統(tǒng)，它包括氧化吸收塔、分離再生系統(tǒng)和濃縮結(jié)晶干燥裝置；所述氧化吸收塔包括從下到上依次設(shè)置的氧化池、煙氣入口、噴淋填料層、霧化氧化層、除霧器和煙氣出口 ；煙氣從煙氣入口進(jìn)入氧化吸收塔，經(jīng)過噴淋填料層和霧化氧化層將其中的氮氧化物、硫氧化物和重金屬氧化吸收，并在氧化池中進(jìn)一步氧化成含有硝酸鹽和硫酸鹽的吸收液，凈化的煙氣經(jīng)除霧器去除水分通過煙氣出口排出。所述分離再生系統(tǒng)包括沉淀分離池、陰離子交換設(shè)備、氨水儲罐和交換液槽，吸收液經(jīng)沉降分離池沉淀后上清液進(jìn)入陰離子交換設(shè)備，其中的陰離子被置換于床層內(nèi)，排出液流至交換液槽；用氨水溶液對床層實(shí)施再生，再生出的銨鹽溶液進(jìn)入濃縮結(jié)晶干燥裝置，濃縮結(jié)晶干燥后形成復(fù)合銨肥。
[0006]上述煙氣脫硫脫硝的凈化回收系統(tǒng)，所述噴淋填料層包括第一噴淋填料層及其上部的第二噴淋填料層，所述霧化氧化層設(shè)置在兩層噴淋填料層之間；噴淋填料層由填料及上部的噴淋管組成，第一噴淋填料層的第一噴淋管與沉淀分離池連接；第二噴淋填料層的第二噴淋管與交換液槽和緩沖液槽連接，緩沖液為碳酸鈉和碳酸氫鈉的堿性溶液。
[0007]上述煙氣脫硫脫硝的凈化回收系統(tǒng)，所述氧化吸收塔內(nèi)氣液的反應(yīng)溫度為400C _60°C，總液氣比為 12-18L/m3。
[0008]上述煙氣脫硫脫硝的凈化回收系統(tǒng)，所述陰離子交換設(shè)備進(jìn)行分離操作為沉降分離池中的上清液經(jīng)前置過濾器進(jìn)入陰離子交換設(shè)備的頂端入口，離子交換后置換液由底部出口流出進(jìn)入交換液槽；再生操作為氨水溶液從氨水罐經(jīng)由側(cè)壁入口進(jìn)入陰離子交換設(shè)備，將其中的強(qiáng)酸陰離子置換后形成含有銨鹽的洗脫液，洗脫液從側(cè)壁出口流出至濃縮結(jié)晶干燥裝置。
[0009]上述煙氣脫硫脫硝的凈化回收系統(tǒng)，所述陰離子交換設(shè)備采用交換基團(tuán)為伯、仲、叔胺基的弱堿性陰離子交換樹脂。
[0010]本發(fā)明通過氧化吸收、分離再生、濃縮結(jié)晶干燥三個(gè)核心過程，一體化完成煙氣的脫硫、脫硝、脫汞，在簡化工藝流程的同時(shí)，具有設(shè)備投資少、運(yùn)行成本低、氨逃逸少的特點(diǎn)，且具備脫除重金屬的能力。在達(dá)標(biāo)排放工業(yè)廢氣的同時(shí)，還可生產(chǎn)復(fù)合化肥，實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)物資源化。
[0011]1、本發(fā)明將煙氣的脫硫、脫硝過程聯(lián)合進(jìn)行，在氧化吸收塔內(nèi)采用兩個(gè)吸收層和兩個(gè)氧化段的分層段交替進(jìn)行氧化吸收的模式，節(jié)省了氧化劑的霧化噴入量，降低了脫除成本。
[0012]2、由于氨水不直接通入塔內(nèi)，而是將從氧化吸收塔流出的吸收液通入弱堿性陰離子交換設(shè)備產(chǎn)生銨鹽，因此氨水不直接參與吸收過程，避免了現(xiàn)有氨法脫硫脫硝技術(shù)中的氨逃逸和銨鹽氣溶膠問題。在陰離子交換設(shè)備中氨水通過陰離子交換過程再生吸收液，產(chǎn)生含有銨鹽的洗脫液，氨水只在再生步驟中作為再生液使用，利用率高，氨消耗量相對較低。
[0013]3、塔內(nèi)的煙氣采用碳酸鈉和碳酸氫鈉的緩沖液作為噴淋液，產(chǎn)物為硫酸鈉或亞硫酸鈉，避免了以氨水作為噴淋液產(chǎn)生的亞硫酸銨易結(jié)垢并粘附塔壁的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中各標(biāo)號清單為:1、煙氣入口，2、支撐多孔板，3、中間填料，4、霧化噴管，5、緩沖液槽，6、第一噴淋管，7、除霧器，8、煙氣出口，9、氧化風(fēng)機(jī)，10、空氣噴管，11、氧化池，12、沉降分離池，13、交換液槽，14、濃縮結(jié)晶干燥裝置，15、陰離子交換設(shè)備，16、氧化劑槽，17、氨水罐，18、限位多孔板，19、第二噴淋管。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明包括氧化吸收塔、分離再生系統(tǒng)和濃縮結(jié)晶干燥裝置14。
[0018]所述氧化吸收塔為噴淋填料式氧化吸收塔，采用分層段交替氧化吸收的模式運(yùn)行，兩個(gè)氧化段和雙吸收層交替分布在塔內(nèi)。塔體從下到上依次為氧化池11 (內(nèi)含空氣鼓泡層)、煙氣入口 1、第一噴淋填料層、霧化氧化層、第二噴淋填料層、除霧器7和煙氣出口 8。所述氧化池11設(shè)置在氧化吸收塔的底部，用于匯集其上部各層噴淋的吸收液。氧化池內(nèi)的空氣鼓泡層由氧化風(fēng)機(jī)9提供空氣，進(jìn)入設(shè)置在氧化池11中的空氣噴管10鼓泡而成。煙氣入口 I設(shè)置在氧化吸收塔下部，其入口向下傾斜，可防止氧化池11中的吸收液倒灌進(jìn)入吸收塔前煙道。
[0019]所述第一噴淋填料層和第二噴淋填料層結(jié)構(gòu)相同，都由填料層和其上部的噴淋管組成，填料層從下至上包括支撐多孔板2、中間填料3及限位多孔板18。中間填料3位于上下兩個(gè)多孔板之間，其中下部的支撐多孔板2可以均勻分布?xì)饬?，且具有支撐中間填料3的作用，上部的限位多孔板18用來防止中間填料被氣流流化后沖擊填料層上部的噴淋管和噴淋管上的噴嘴。中間填料3采用塑料拉西環(huán)，以增加兩種流體間的接觸表面。為防止壁流現(xiàn)象，噴淋管附近加設(shè)脫硫增強(qiáng)環(huán)。第一噴淋填料層中的第一噴淋管6與沉降分離池12連接，第一噴淋管的噴淋液為從氧化池11連通到沉降分離池12的吸收液，吸收液的pH值為5-9。第二噴淋填料層的第二噴淋管19與交換液槽13和緩沖液槽5連接，第二噴淋管的噴淋液中含有緩沖劑碳酸鈉和碳酸氫鈉的堿性溶液。
所述霧化氧化層由一系列霧化噴管4、緩沖液槽5和氧化劑槽16組成，氧化劑槽16連通至緩沖液槽5后與霧化噴管4連接，一并提供霧化液，霧化液的pH值為7.0-10.5。氧化劑槽16是過氧化氫溶液，緩沖液槽5是碳酸鈉和碳酸氫鈉緩沖液。所述除霧器7為水洗型除霧器，可以為高效型絲網(wǎng)除霧器。
具體氧化吸收過程為:燃煤鍋爐中產(chǎn)生的煙氣從設(shè)置在氧化吸收塔中下部的煙氣入口I進(jìn)入氧化吸收塔，上升至第一噴淋填料層，第一噴淋管的噴淋液為含有緩沖液的氫氧化鈉堿性溶液能夠去除煙氣中大部分硫氧化物、鹵化氫等酸性氣體。未吸收的二氧化硫、氮氧化物和部分重金屬如Hg°在霧化氧化層噴出的氧化劑作用下氧化，氧化后的物質(zhì)被霧化氧化層上方的第二噴淋填料層二次吸收。凈化后的煙氣經(jīng)除霧器7除去水分，通過水平的煙氣出口 8排出。進(jìn)入液相的低價(jià)硫氧化物和低價(jià)氮氧化物進(jìn)入底部的氧化池11，在氧化池11的空氣鼓泡層中對吸收液中的亞硝酸鹽和亞硫酸鹽進(jìn)行二次氧化。其中，氧化吸收塔中通入噴淋液中的鈉離子與煙氣含有的硫氮的摩爾比為1.7-2.1，塔內(nèi)氣液的反應(yīng)溫度為400C _60°C，總液氣比控制在12-18L/m3。各段具體反應(yīng)過程如下:
1、第一噴淋填料層
采用碳酸氫鈉做脫硫劑，將其噴射到煙氣中，吸收煙氣中的S02，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下:
NaHC03+H20+S02 — NaHSO3+ H2CO3 — NaHS03+H20 +CO2(I)
2、霧化氧化層
利用氧化劑過氧化氫對氣相的氮氧化物、重金屬等進(jìn)行噴霧強(qiáng)制其氧化，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下:
NCHH2O2 — NO2(2)
NCHNO2 — N2O3(3)
Hg+ H2O2 — HgCHH2O(4)
3、第二噴淋填料層采用碳酸鈉做脫硫劑，將其噴射到煙氣中，吸收煙氣中的氮氧化物和在第一噴淋填料層未被吸收的二氧化硫，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下:
Na2C03+H20+S02 — NaHS03+NaHC03(5)
2Na2C03+H20+N203 — 2NaN02+2NaHC03(6)
4、氧化池氧化
利用壓縮空氣作氧化劑對亞硫酸鹽和亞硝酸鹽進(jìn)行強(qiáng)制氧化。
[0020]NaHSO3+1/202 — NaHSO4(7)
NaNO2+1/202 — 2NaN03(8)
所述分離再生系統(tǒng)包括沉淀分離池12、前置過濾器、三套陰離子交換設(shè)備15、氨水儲罐17和交換液槽13。吸收液經(jīng)氧化池11底部排液口進(jìn)入沉降分離池12，沉降分離池12用于沉淀分離重金屬物質(zhì)如氧化汞，沉淀后上清液的一部分經(jīng)泵返回第一噴淋填料層的第一噴淋管6 ;另一部分經(jīng)前置過濾器過濾后進(jìn)入陰離子交換設(shè)備15。陰離子交換設(shè)備15采用主要交換基團(tuán)為伯、仲、叔胺基的弱堿性離子交換樹脂，用氨水再生。離子交換設(shè)備進(jìn)行分離操作時(shí)，頂端入口對應(yīng)底部出口，頂端入口與前置過濾器相連接，底部出口與交換液槽13相連接，沉降分離池12中的上清液體經(jīng)前置過濾器進(jìn)入陰離子交換設(shè)備15，其中的硫酸根離子和硝酸根離子等強(qiáng)酸陰離子交換到弱堿性離子交換樹脂上，交換下形成含有氫氧化鈉的堿性溶液進(jìn)入交換液槽13，交換液槽中的溶液經(jīng)泵返回氧化吸收塔的第二噴淋填料層。
[0021]當(dāng)交換液槽13的流出液pH低于6.3后，用氨水溶液對陰離子交換設(shè)備15進(jìn)行洗脫再生。再生操作時(shí)，側(cè)壁入口與側(cè)壁出口相對應(yīng)，側(cè)壁入口在陰離子交換設(shè)備15的下部，側(cè)壁出口在陰尚子交換設(shè)備15的上部。側(cè)壁入口與氨水罐17連接,側(cè)壁出口與濃縮潔晶干燥裝置14連接，氨水溶液進(jìn)入陰離子交換設(shè)備15，將其中的強(qiáng)酸陰離子置換后形成含有銨鹽的洗脫液，進(jìn)入濃縮潔晶干燥裝置14。三套離子交換設(shè)備采用一臺運(yùn)行、一臺備用、一再生的并列模式。
[0022]濃縮潔晶干燥裝置14由多級降膜蒸發(fā)器和結(jié)晶干燥機(jī)組成，濃縮蒸發(fā)器溫度范圍:60-170°C，工作壓力-0.1-0.3MPa。含有銨鹽的洗脫液經(jīng)過降膜蒸發(fā)器濃縮后進(jìn)入結(jié)晶干燥機(jī)結(jié)晶干燥，生成復(fù)合銨肥。
[0023]以下對本發(fā)明的工作過程做進(jìn)一步說明:
燃煤鍋爐中產(chǎn)生的煙氣從煙氣入口 I進(jìn)入氧化吸收塔內(nèi)，上升至第一噴淋填料層，去除大部分的硫氧化物、鹵化氫等酸性氣體。未吸收的二氧化硫、氮氧化物和部分重金屬如Hgtl在霧化層噴出的氧化劑過氧化氫的作用下實(shí)現(xiàn)氧化吸收，進(jìn)入液相。為保證多污染物的同時(shí)脫除效率，霧化層上方增設(shè)第二噴淋填料層。凈化后的煙氣經(jīng)雙層除霧器7除水后，通過水平的煙氣出口 8排出。
[0024]吸收硫氧化物、氮氧化物和重金屬后的溶液落入氧化池11中。溶液中未被氧化的亞硫酸鹽和亞硝酸鹽被風(fēng)機(jī)9經(jīng)空氣噴管10鼓入的空氣氧化成硫酸鹽和硝酸鹽。氧化后溶液經(jīng)下部排液口進(jìn)入沉降分離池12，在溶液pH大于5時(shí)，其中重金屬如汞轉(zhuǎn)化為沉降物沉降去除。沉降分離池12的上清液一部分返回氧化吸收塔，另一部分經(jīng)過濾器和排液泵進(jìn)入陰離子交換設(shè)備15，其中的硫酸根離子、硝酸根離子等陰離子被置換于床層內(nèi)，排出液至交換液槽13。當(dāng)出水pH小于6.3時(shí)，以氨水溶液為再生液對床層實(shí)施再生，再生出銨鹽溶液。銨鹽溶液進(jìn)入濃縮潔晶干燥裝置14進(jìn)行濃縮結(jié)晶干燥后形成復(fù)合銨肥。
【權(quán)利要求】
1.一種煙氣脫硫脫硝的凈化回收系統(tǒng)，其特征在于，它包括氧化吸收塔、分離再生系統(tǒng)和濃縮潔晶干燥裝置(14);其中，所述氧化吸收塔包括從下到上依次設(shè)置的氧化池(11 )、煙氣入口( I)、噴淋填料層、霧化氧化層、除霧器(7 )和煙氣出口( 8 );煙氣從煙氣入口( I)進(jìn)入氧化吸收塔，經(jīng)過噴淋填料層和霧化氧化層將其中的氮氧化物、硫氧化物和重金屬氧化吸收，并在氧化池(11)中進(jìn)一步氧化成含有硝酸鹽和硫酸鹽的吸收液，凈化的煙氣經(jīng)除霧器(7)去除水分后通過煙氣出口(8)排出； 所述分離再生系統(tǒng)包括沉淀分離池(12)、陰離子交換設(shè)備(15)、氨水儲罐(17)和交換液槽(13)，吸收液經(jīng)沉降分離池(12)沉淀后上清液進(jìn)入陰離子交換設(shè)備(15)，其中的陰離子被置換于床層內(nèi)，排出液流至交換液槽(13);用氨水溶液對床層實(shí)施再生，生成的銨鹽溶液進(jìn)入濃縮潔晶干燥裝置(14)，濃縮結(jié)晶干燥后形成復(fù)合銨肥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣脫硫脫硝的凈化回收系統(tǒng)，其特征在于，所述噴淋填料層包括第一噴淋填料層及其上部的第二噴淋填料層，所述霧化氧化層設(shè)置在兩層噴淋填料層之間；噴淋填料層由填料及上部的噴淋管組成，第一噴淋填料層的第一噴淋管(6)與沉淀分離池(12)連接；第二噴淋填料層的第二噴淋管(19)與交換液槽(13)和緩沖液槽(5)連接，緩沖液為碳酸鈉和碳酸氫鈉的堿性溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煙氣脫硫脫硝的凈化回收系統(tǒng)，其特征在于，所述氧化吸收塔內(nèi)氣液的反應(yīng)溫度為40°C _60°C，總液氣比為12-18L/m3。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煙氣脫硫脫硝的凈化回收系統(tǒng)，其特征在于，所述陰離子交換設(shè)備(15)進(jìn)行分離操作為將沉降分離池(12)中的上清液經(jīng)前置過濾器泵入陰離子交換設(shè)備(15)的頂端入口，離子交換后置換液由底部出口流出進(jìn)入交換液槽(13);再生操作為氨水溶液從氨水罐(17)經(jīng)由側(cè)壁入口進(jìn)入陰離子交換設(shè)備(15)，將其中的陰離子置換后形成含有銨鹽的洗脫液，洗脫液由側(cè)壁出口流出進(jìn)入濃縮結(jié)晶干燥裝置(14)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煙氣脫硫脫硝的凈化回收系統(tǒng)，其特征在于，所述陰離子交換設(shè)備(15)采用交換基團(tuán)為伯、仲、叔胺基的弱堿性陰離子交換樹脂。
【文檔編號】B01D53/60GK104383798SQ201410496174
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】郭天祥, 趙毅, 杜亞榮, 黃帥斌, 王嚴(yán)燕 申請人:華北電力大學(xué)（保定）