專利名稱：一種同時脫除煙氣中硫氧化物和氮氧化物的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種化石燃料燃燒煙氣的脫硫脫硝方法，屬于煙氣凈化技術領域。
背景技術：
當今由于大規(guī)模使用化石燃料，每年有兩千萬噸以上的硫氧化物(以S02為主)和一千萬噸以上的氮氧化物(以NO為主)排入大氣，在我國境內(nèi)造成嚴重的酸雨污染。目前己經(jīng)進行大規(guī)模商業(yè)應用的控制二氧化硫排放的技術，包括石灰石-石膏法和半干法煙氣脫硫技術(噴霧干燥法和煙氣循環(huán)流化床法)，它們的特點是脫硫效率高，但無法脫硝。尤其對于半干法煙氣脫硫技術，當用CaO或Ca(OH)2作為吸收劑，雖然吸收劑顆粒越細，反應活性越高，但鈣硫摩爾比(相對于入口煙氣中的S02)實際上超過1.3，才能達到較高的脫硫效率。而較成熟的降低煙氣中氮氧化物排放的技術有SCR (選擇性催化還原)和SNCR (選擇性非催化還原)，二者都采用氨或尿素將煙氣中的氮氧化物還原為無害的氮氣后再進行排放，SCR的優(yōu)點是脫硝效率高，缺點是成本高，尤其是催化劑成本，讓用戶很難接受，并且對運行維護要求高，而SNCR的成本相對較低，但脫硝效率也低，對噴射點溫度要求嚴格，二者都要求還原劑與煙氣混合均勻，否則部分還原劑會逃逸出去，造成二次污染。以上的脫硫脫硝技術對二氧化硫和氮氧化物實施分別控制，設備投資較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的和任務是針對現(xiàn)有技術的不足和缺陷，提供一種同時脫除煙氣中硫氧化物和氮氧化物的方法，在采用與傳統(tǒng)半干法煙氣脫硫技術相同的鈣硫摩爾比的情況下，通過合理控制工藝步驟和運行參數(shù)，在一個系統(tǒng)中實現(xiàn)同時脫硫脫硝，從而進一步節(jié)省設備投資，達到很好的脫硫脫硝效果。
本發(fā)明的技術方案如下
一種同時脫除煙氣中硫氧化物和氮氧化物的方法，其特征在于該方法包括如下步驟
1) 來自燃燒設備中的煙氣通過煙道進入流化床反應器中，在煙氣進入流化床反應器之
前將水或水蒸汽噴入煙氣煙道，煙道中的煙氣中含有02、 H20、 S02和N0x氣體成分，并控制煙氣溫度在9(TC 200'C范圍內(nèi)；然后將新鮮吸收劑CaO和Ca(OH) 2中的一種或兩種直接噴射到煙道中，先參與煙氣中NO的氧化過程，控制鈣硫氮摩爾比Ca/(S+0.5N)在1.0 2.5之間，實現(xiàn)部分的脫硫和脫硝功能；
2) 煙氣在流化床反應器內(nèi)進行脫硫脫硝，通過向流化床反應器內(nèi)噴水，控制流化床反應器的溫度在5(TC 90'C之間，流化床反應器在高于露點5匸 25'C的溫度條件下運行；
3) 脫硫脫硝后的煙氣通過管道進入分離器，分離器中被分離下來的固體顆粒一部分返回流化床反應器或噴入原煙氣煙道再隨煙氣進入流化床反應器，另一部分從系統(tǒng)中排出，以維持整個系統(tǒng)的物料平衡；經(jīng)過凈化的煙氣從煙道排出。
本發(fā)明的技術特征還在于吸收劑噴入點煙氣中水蒸氣的體積分數(shù)在5 25%之間，02的體積分數(shù)在1 15%之間?？刂柒}硫氮摩爾比Ca/(S+0. 5N)在1. 0 2. 5之間。優(yōu)選吸收劑噴入點的煙氣溫度控制在100 15(TC之間。吸收劑的平均粒徑cU優(yōu)選為2 u m 50 n m， &。小于10%。在流化床反應器中氣體流速控制為3m/s 10m/s，顆粒的平均含量控制為lkg/m3 10kg/m:i。所述的分離器采用慣性分離器、電除塵器或布袋除塵器。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果
當吸收劑噴射點溫度在100 15(TC時，煙氣中氧氣體積分數(shù)在1 15%(干煙氣)范圍內(nèi)，水蒸氣的體積分數(shù)在5 30%之間，鈣硫氮摩爾比Ca/(S+0. 5N) 1. 3時，S02脫除率可達到85%以上，N0脫除率可達60y。以上。在采用與傳統(tǒng)半干法煙氣脫硫技術相同鈣硫摩爾比的情況下，其脫硫效果明顯提高，在實現(xiàn)高效脫硫的同時，也可以脫除煙氣中的NO，使得在常規(guī)的煙氣二氧化硫濃度和氮氧化物濃度范圍內(nèi)，硫氧化物和氮氧化物排放能夠滿足國家環(huán)保要求。
本發(fā)明的另一突出效果是實現(xiàn)了在一個系統(tǒng)中同時脫硫脫硝的目的。根據(jù)煙氣成分的特點，通過合理控制工藝步驟和運行參數(shù)，先將一氧化氮催化氧化為二氧化氮后，再與二氧化硫一起被吸收劑Ca(0H)2或CaO吸收，實現(xiàn)達到很好的脫硫脫硝效果，從而大大節(jié)省了設備投資，不必因為硫氧化物和氮氧化物不同而建立兩套控制裝置，有效降低了煙氣污染物排放的控制成本。


圖l為本發(fā)明的工藝流程圖。
l一原煙氣煙道；2 —流化床反應器；3 —蒸汽或噴水噴射管道；4一吸收劑儲料箱；5 —噴水管道；6 —流化床反應器出口煙道；7 —分離器；8 —回料管道；9一排灰口； 10 —凈煙氣煙道
具體實施例方式
下面借助于附圖對本發(fā)明的原理、工藝過程作進一步的說明。圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。來自燃燒設備中的煙氣通過原煙氣煙道1進入流化床反應
器2中，在煙氣進入流化床反應器之前將水或水蒸汽通過蒸汽或噴水噴射管道3噴入煙氣煙道，煙道中的煙氣中含有02、 H20、 S02和N0x氣體成分，并控制煙氣溫度在9(TC 20(rC范圍內(nèi)，同時保證煙氣中水蒸汽的體積分數(shù)在5% 25%之間。然后將新鮮吸收劑Ca0和Ca (0H) 2中的一種或兩種自儲料箱4道直接噴射到煙道中，與煙氣充分混合，先參與煙氣中NO的氧化過程，控制鈣硫氮摩爾比Ca/(S+0.5N)在1.0 2.5之間； 一方面參與脫硫反應，另一方面和S02、水蒸汽、氧氣一起將N0催化氧化為腦2， N02再與吸收劑反應，達到脫硝的目的。由于部分S02和N0x在煙道中未及時被脫除，進入流化床反應器2之后，進一步與未反應完全的
4吸收劑生石灰Ca0或熟石灰Ca(0H) 2反應，使得大部分S02以及N0x被捕獲下來。為保證流化床反應器中能達到較高的脫硫脫硝效率，通過噴水管道5控制噴水量，保證流化床反應器內(nèi)的溫度在5(TC 9(TC之間并高于露點5'C 15'C的范圍工作。脫硫脫硝后的煙氣攜帶脫除產(chǎn)物經(jīng)過流化床反應器出口煙道6進入分離器7，被分離器分離下來的固體物料主要含有Ca0或Ca(0H)2以及脫硫產(chǎn)物CaS04、 CaSO"脫硝產(chǎn)物Ca(N03)2、 Ca(N02)2等物質(zhì)，為提高吸收劑的利用率，將被分離下來的部分固體物料循環(huán)使用，經(jīng)回料管道8直接返回流化床反應器，重新參與同時脫硫脫硝的化學反應過程。部分固體物料從排灰口9中排出，以維持整個系統(tǒng)的固體物料平衡，經(jīng)過除塵后的煙氣從凈煙氣煙道10排出。
此外，自回料管道8中返回的部分固體物料也可直接噴射到原煙氣煙道1中，隨煙氣進入循環(huán)流化床反應器，從而延長吸收劑與污染物S02和N0x的接觸時間，提高一氧化氮的氧化率，增強脫硫脫硝效果。在流化床反應器7中氣體速度約為3m/s至5m/s，在流化床反應器7中固體物料質(zhì)量平均為6kg/m3，氣態(tài)污染物S02、 S03、 N0、 N0a和HC1在流化床反應器7中很大程度地被細顆粒的活性吸收劑吸收。此種方法還可脫除煙氣中的HC1，其同吸收劑反應而形成的吸濕的CaCL，有助于提高脫硫脫硝效率。
同時脫硫脫硝的原理為煙氣中除了含有污染物S02和N0外，吸收劑噴入點的煙氣中必須同時含有體積分數(shù)1 % 15%的氧氣和5 30%的水蒸汽，煙氣中的S02可以直接與CaO和(或)Ca(0H)2反應被脫除之外，其還可以與煙氣中的氧氣、水蒸汽一起，在吸收劑生石灰Ca0或熟石灰Ca(0H)2存在的情況下，催化N0氧化成為N02，后者再與CaO或Ca(OHh反應，從而達到降低煙氣中S02和N0x的目的。在本發(fā)明的溫度區(qū)間內(nèi)，當吸收劑為Ca0或Ca(0H)2時，煙氣中的SOz可以直接以硫酸鹽或亞硫酸鹽的形式被脫除，同時在煙氣中水蒸汽、氧氣、S02以及Ca(OH) 2或CaO的共同作用下，煙氣中的N0x可以硝酸鹽或亞硝酸鹽的形式被脫除。
主要的脫硫脫硝反應方程式為
Ca卿2 + S02 — CaS03 + H20 (1)
CaO + S02 — CaS03 (2)
在S02、 02、水蒸氣以及CaO或Ca(OHh共同催化作用下，NO被氧化為N02的反應為:
N0+l/202——N02 (3)
此外，還包括下面的反應
2N02(g) — NA(g) (4)
NO (g) + N02 (g) —" 跳(g) (5)
NA (g) + H20 — — 2HN02 (g) (6)
N204 (g) + H20 (g) — — HN02 (g) + HN03(g) (7)
麗02 (g) + Ca(0H)2——Ca(N02)2+H20 (8)
HN03(g)+ Ca(0H)2——Ca(N03)2+H20 (9)
5<formula>formula see original document page 6</formula>除了以上單獨的脫硫脫硝反應外，還存在脫硫與脫硝的相互促進的化學反應，從而顯著提高了脫硫率和脫硝率，具體總包反應方程式如下
<formula>formula see original document page 6</formula>使得脫硫反應(1)和(2)向右側(cè)進行，從而可確保該脫硫脫硝工藝較常規(guī)的半干法脫硫工藝具有更高的脫硫效率。而且，當吸收劑平均粒徑d5。為2um 20pm時效果很好。流化床反應器在高于露點5'C 25'C的溫度條件下運行，并且流化床反應器中氣體速度控制在4ra/s 6m/s，平均固體停留時間控制在30min，以及平均固體含量控制在6kg/V時，用按本發(fā)明的方法能可靠地保持高脫硫脫硝效率。在這些條件下，即便廢氣中S02含量高，也能可靠地保持煙氣中S02脫除效率大于85%， NOx脫除效率大于60%。
具體工藝步驟含有SOz、 NO、水蒸汽、氧氣、二氧化碳以及氮氣的燃燒煙氣自原煙氣煙道進入流化床反應器中，通過噴入水或水蒸汽， 一方面控制煙氣溫度在9(TC 20(rC范圍內(nèi)，同時保證煙氣中水蒸汽的體積分數(shù)在5% 25%之間。然后，新鮮吸收劑CaO和Ca(OH)2中的一種或兩種可直接噴射到煙氣溫度90"C 20(rC的煙道中，和煙氣充分混合，吸收劑與S02、水蒸汽、氧氣一起將N0催化氧化為N02， N02和S02同時被吸收劑吸收。未及時被脫除的氣態(tài)污染物S02和NOx隨煙氣進入循環(huán)床反應器中進一步與吸收劑反應，使得大部分S02和NOx被捕獲下來。為保證流化床反應器中能達到較高的脫硫脫硝效率，通過噴水管道5控制噴水量，保證流化床反應器內(nèi)的溫度在5(TC 90。C之間并高于露點5。C 25。C的范圍工作。脫硫脫硝后的煙氣攜帶脫除產(chǎn)物進入分離器，被分離下來的部分固體物料從排灰口中排出，以維持整個系統(tǒng)的固體物料平衡，經(jīng)過除塵后的煙氣從凈煙氣煙道10排出。被分離器分離下來的物料主要含CaO或Ca(OH) 2以及脫硫產(chǎn)物CaS04、 CaS03、脫硝產(chǎn)物Ca(N03) 2和Ca(N02) 2等物質(zhì)。為提高吸收劑的利用率，將部分被分離下來的物料循環(huán)使用，經(jīng)回料管道直接返回流化床反應器，重新參與同時脫硫脫硝的化學反應過程。此外，自回料管道中返回的部分固體物料也可直接噴射到原煙氣煙道中，隨煙氣進入循環(huán)流化床反應器，從而延長吸收劑與污染物S02和NOx的接觸時間，提高一氧化氮的氧化率，增強脫硫脫硝效果。氣態(tài)污染物SO,、 S03、 NO、N02在煙道以及流化床反應器中被吸收劑高效吸收吸收。此種方法還可脫除煙氣中的HC1，其同吸收劑反應而形成吸濕性的CaCl2，有助于提高脫硫脫硝效率。吸收劑粒徑越細， 一次脫硫脫硝效果越好，吸收劑的平均顆粒粒徑d5。小于100um的生石灰(CaO)或熟石灰(Ca(OH)》脫硫效果好。從煙氣凈化系統(tǒng)中排出的產(chǎn)物可以回收利用。下面用幾個具體實施例來說明本發(fā)明實施例l:采用熟石灰(作為吸收劑，平均顆粒粒徑ds。為20ym， R恥小于1(F。，鈣硫氮摩爾比(Ca/(S+0. 5N))為1.3，吸收劑噴射點煙氣溫度ll(TC，流化床反應器內(nèi)溫度80°C，高于露點溫度差2(TC，煙氣中氧氣體積分數(shù)5%，水蒸汽體積分數(shù)20%， N0為400卯m， 502為800ppm，脫硫效率85%，脫硝效率60%。
實施例2:采用生石灰作為吸收劑，吸收劑的平均粒徑d5。為50um， R9。小于10y。，鈣硫氮摩爾比Ca/(S+0.5N)為1. 1，吸收劑噴射點煙氣溫度15(TC，煙氣中氧氣體積分數(shù)3%，水蒸汽體積分數(shù)20%，流化床反應器內(nèi)溫度60°C ，高于露點溫度差15°C ，NO為400ppm，502為800卯m，脫硫效率80%，脫硝效率50%。
實施例3:采用生石灰作為吸收劑，平均顆粒粒徑ds。為20iim， &。小于10%，鈣硫氮摩爾比(Ca/(S+0.5N))為2.5，吸收劑噴射點煙氣溫度12CTC，煙氣中氧氣體積分數(shù)8%，水蒸汽體積分數(shù)30%，流化床反應器內(nèi)溫度7CTC ，高于露點溫度差15°C ， NO為400ppm， S02為800ppm，脫硫效率95%，脫硝效率75%。
實施例4:采用熟石灰作為吸收劑，平均顆粒粒徑d5。為80ym， &。小于20%，鈣硫氮摩爾比(Ca/(S+0.5N))為1.2，吸收劑噴射點煙氣溫度IO(TC，煙氣中氧氣體積分數(shù)3%，水蒸汽體積分數(shù)5%，流化床反應器內(nèi)溫度90°C ，高于露點溫度差25°C ， NO為400ppm， S02為800ppm，脫硫效率70%，脫硝效率45%。
權(quán)利要求
1.一種同時脫除煙氣中硫氧化物和氮氧化物的方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)來自燃燒設備中的煙氣通過煙道進入流化床反應器中，在煙氣進入流化床反應器之前將水或水蒸汽噴入煙氣煙道，煙道中的煙氣中含有O2、H2O、SO2和NOx氣體成分，并控制煙氣溫度在90℃～200℃范圍內(nèi)；然后將新鮮吸收劑CaO和Ca(OH)2中的一種或兩種直接噴射到煙道中，先參與煙氣中NO的氧化過程，控制鈣硫氮摩爾比Ca/(S+0.5N)在1.0～2.5之間，實現(xiàn)部分的脫硫和脫硝功能；2)煙氣在流化床反應器內(nèi)進行脫硫脫硝，通過向流化床反應器內(nèi)噴水，控制流化床反應器的溫度在50℃～90℃之間，流化床反應器在高于露點5℃～25℃的溫度條件下運行；3)脫硫脫硝后的煙氣通過管道進入分離器，分離器中被分離下來的固體顆粒一部分返回流化床反應器或噴入煙道再隨煙氣進入流化床反應器，另一部分從系統(tǒng)中排出，以維持整個系統(tǒng)的物料平衡；經(jīng)過凈化的煙氣從煙道管道中排出。
2. 按照權(quán)利要求1所述的一種同時脫除煙氣中硫氧化物和氮氧化物的方法，其特征在于吸收劑噴入點煙氣屮水蒸氣的體積分數(shù)在5 25%之間，02的體積分數(shù)在1 15%之間。
3. 按照權(quán)利要求1所述的一種同時脫除煙氣中硫氧化物和氮氧化物的方法，其特征在于控制鈣硫氮摩爾比Ca/ (S+0. 5N)在1. 0 2. 5之間。
4. 按照權(quán)利要求1、 2或3所述的一種同時脫除煙氣中硫氧化物和氮氧化物的方法，其特征在于所述煙道中的煙氣溫度控制在100 15(TC之間。
5. 按照權(quán)利要求4所述的一種同時脫除煙氣中硫氧化物和氮氧化物的方法，其特征在于-吸收劑的平均粒徑4。為2 u m 100 P m， R加。小于10% 。
6. 按照權(quán)利要求1所述的一種同時脫除煙氣中硫氧化物和氮氧化物的方法，其特征在于在流化床反應器中氣體流速控制為3m/s 10m/s，顆粒的平均含量控制為lkg/m3 10kg/m3。
7. 按照權(quán)利要求l所述的一種同時脫除煙氣中硫氧化物和氮氧化物的方法，其特征在于所述的分離器采用慣性分離器、電除塵器或布袋除塵器。
全文摘要
一種同時脫除煙氣中硫氧化物和氮氧化物的方法，屬于煙氣凈化技術領域。該方法是來自燃燒設備中的煙氣通過煙道進入流化床反應器中，在煙氣進入流化床反應器之前將水或水蒸汽噴入煙氣煙道，煙道中的煙氣含有O₂、H₂O、SO₂和NOx氣體成分，并控制煙氣溫度在90℃～200℃范圍內(nèi)；然后將新鮮吸收劑CaO和/或Ca(OH)₂直接噴射到煙道中，將NO氧化；控制流化床反應器溫度在50℃～90℃之間，煙氣在流化床反應器內(nèi)進行脫硫脫硝。在本方法中，通過調(diào)整工藝步驟，并控制反應條件，在同一系統(tǒng)中可實現(xiàn)同時脫硫脫硝。當鈣硫氮摩爾比Ca/(S+0.5N)為1.3時，SO₂脫除率可達到85％以上，NO脫除率可達60％以上。
文檔編號B01D53/78GK101632897SQ200910090740
公開日2010年1月27日 申請日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月7日
發(fā)明者佟會玲, 虎 張, 徐旭常, 李鵬飛, 祁海鷹, 禚玉群, 陳昌和 申請人:清華大學