一種雙回路煙氣凈化的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煙氣凈化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙回路煙氣凈化的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，由于電站鍋爐、工業(yè)鍋爐和民用鍋爐的數(shù)量大幅提高，導(dǎo)致燃煤煙氣污染 物排放量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，導(dǎo)致我國霧霾頻發(fā)，嚴(yán)重危害了人民健康和生態(tài)環(huán)境。燃煤煙氣 污染物主要包括顆粒物、S0 2、Ν0χ、少量的HC1和HBr、痕量重金屬(Hg、As等）等，并且燃煤煙 氣中也包含了大量的溫室氣體如C0 2和VOCs。針對以上污染物，絕大多數(shù)工業(yè)鍋爐和民用鍋 爐均沒有成熟的煙氣污染控制技術(shù)。
[0003] 電站鍋爐對上述大部分污染物均采取了有效的控制措施，其中，主流脫硫技術(shù)為 濕式石灰石-石膏工藝(WFGD)，該工藝具有技術(shù)成熟、脫硫效率較高、煤種適應(yīng)范圍寬、處理 煙氣量大等優(yōu)點(diǎn)，但存在系統(tǒng)復(fù)雜、能耗高等不足，并且95%的脫硫效率無法滿足特別地區(qū) 50mg/m 3的排放濃度限值。主要的脫硝技術(shù)為選擇性催化還原脫硝(SCR)技術(shù)，但傳統(tǒng)SCR催 化劑存在成本高、壽命短的問題，并且氨逃逸、催化劑中毒和廢棄催化劑難處理等也成為 SCR脫硝技術(shù)發(fā)展的瓶頸?；钚蕴课矫摴椒槟壳巴ㄓ玫拿摴椒?，但其存在成本高、 廢棄活性炭難以回收利用等問題。針對C0 2,國內(nèi)少數(shù)電廠加裝了醇胺或離子液體吸收再生 裝置來進(jìn)行脫碳處理。而對于超細(xì)顆粒物，目前主要采用濕式電除塵器來進(jìn)一步提高收塵 效率。
[0004] 上述技術(shù)對各自污染物均有相當(dāng)?shù)拿摮?，在一定程度上滿足了當(dāng)下排放標(biāo) 準(zhǔn)，但這種串聯(lián)式分級處理方式存在占地面積大、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性較差、設(shè)備能耗偏高和二 次污染等諸多問題。因此，研發(fā)新興的燃煤煙氣多污染物協(xié)同脫除技術(shù)是我國能源行業(yè)可 持續(xù)發(fā)展的需要。
[0005] 近年來，眾多超低排放技術(shù)得到推廣應(yīng)用，其在單一污染物高效脫除或多種污染 物協(xié)同脫除方面實(shí)現(xiàn)了突破，如傳統(tǒng)雙回路系統(tǒng)可提高脫硫效率和細(xì)粒子捕集效率，實(shí)現(xiàn) S02和顆粒物超低排放，然而該系統(tǒng)對燃煤煙氣中其他污染物的控制較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明擬對傳統(tǒng)雙回路系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，力求通過優(yōu)化雙 回路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)燃煤煙氣中多污染物的高效、協(xié)同脫除及資源化利用，進(jìn)而避免原有SCR脫硝 系統(tǒng)、活性炭注入脫汞系統(tǒng)、離子液體碳捕集系統(tǒng)和尾部濕式電除塵器等串聯(lián)式分級布置 煙氣污染物控制系統(tǒng)存在的問題?；诖?，本發(fā)明提供了一種雙回路煙氣凈化的裝置及方 法。
[0007] -種雙回路煙氣凈化的裝置，火電廠靜電除塵器1的煙氣出口經(jīng)煙氣管道8與第一 級吸收塔3的煙氣入口相連，第一級吸收塔3的煙氣出口經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)4與第二級吸收塔5的煙 氣入口相連，第二級吸收塔5的煙氣出口經(jīng)高效除霧器連接至煙囪；
[0008] 所述第一級吸收塔3的廢液出口連通至混合罐6,混合罐6的液相出口連通至第二 級吸收塔5的吸收液入口，混合罐6的固相出口和第二級吸收塔5的廢液出口分別連通至液 固分離裝置7,所述液固分離裝置7的液相出口連通至換熱器2的入口，所述換熱器2設(shè)置在 煙氣管道8內(nèi)。
[0009] 所述換熱器2為單管程結(jié)構(gòu)，包括左右兩端的盤管21和中部的直管22。
[0010] 所述第一級吸收塔3和第二級吸收塔5均為噴淋塔。
[0011] -種雙回路煙氣凈化的方法，經(jīng)靜電除塵器1除塵后的熱煙氣經(jīng)換熱器2換熱后， 進(jìn)入第一級吸收塔3,由第一級吸收液酸堿中和吸收煙氣中的S0 2、C02、HC1和HBr，然后煙氣 經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)4增壓后進(jìn)入第二級吸收塔5;
[0012] 第一級吸收塔3的廢液進(jìn)入混合罐6中進(jìn)行液固分離，液相與第二級吸收液在混合 罐6中混合形成復(fù)合吸收液，復(fù)合吸收液進(jìn)入第二級吸收塔5內(nèi)對煙氣進(jìn)行多污染物氧化反 應(yīng)，將煙氣中的N0轉(zhuǎn)變?yōu)楦邇r(jià)態(tài)的NOx，將Hg Q氧化為Hg2+，N0x、Hg2+被吸收脫除，同時(shí)S02、 C02、HC1和HBr進(jìn)一步被吸收脫除，最后，煙氣經(jīng)高效除霧器除霧后，由煙囪排入大氣；
[0013] 混合罐6的固相和第二級吸收塔5的廢液分別被輸送至液固分離裝置7,經(jīng)液固分 離裝置7進(jìn)行液固分離，固相經(jīng)干燥、結(jié)晶得到腐植酸晶體，液相被輸送至換熱器2,在煙氣 管道8內(nèi)經(jīng)煙氣余熱加熱干燥析出鈉鹽、鉀鹽和汞鹽；
[0014] 所述第一級吸收液為質(zhì)量濃度為8_12wt%的腐植酸鉀溶液，pH為10-12;
[0015] 所述第二級吸收液為含有腐植酸鉀和氯系氧化劑的混合溶液，以質(zhì)量濃度計(jì)，腐 植酸鉀為4-8wt%，氯系氧化劑為0. l-0.5wt%的亞氯酸鈉和/或l-3wt%的次氯酸鈉，第二 級吸收液的pH為8-9。
[0016] 第一級吸收塔3，入口煙氣溫度為80-100°C;液氣比為10-15L/V;反應(yīng)溫度為60-70°C;煙氣停留時(shí)間為2-3s。
[0017] 第二級吸收塔5，入口煙氣溫度為60-80°C ;液氣比為8-12L/V;反應(yīng)溫度為45-55 °C;煙氣停留時(shí)間為4-5s。
[0018] 所述換熱器2的液相入口溫度為110-140°c。
[0019] 所述第一級吸收塔廢液的標(biāo)志性產(chǎn)物為腐殖酸、亞硫酸鉀、碳酸鉀、氯化鉀、溴化 鉀;第二級吸收塔廢液的標(biāo)志性產(chǎn)物為腐殖酸、硫酸鉀、碳酸鉀、氯化汞、溴化汞、硝酸鉀和 亞硝酸鉀等。其中腐殖酸通過分離、干燥、結(jié)晶獲得;硫酸鉀、硝酸鉀、亞硝酸鉀、碳酸鉀均為 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)常用化肥，通過煙氣余熱加熱干燥獲得。
[0020] 本發(fā)明反應(yīng)機(jī)理：
[0021 ] 第一級吸收液為高濃度腐植酸鉀溶液，主要同煙氣中的S02、C02、HC1和HBr發(fā)生酸 堿中和反應(yīng)，在強(qiáng)堿性環(huán)境下對S02、C02、HC1和HBr進(jìn)行一次吸收而降低其濃度，吸收效率分 別達(dá)到90%、40%、80 %和70 %以上，從而減少S02等還原性氣體對二級氧化吸收反應(yīng)的影 響；其反應(yīng)機(jī)理如下：
[0022] 2HA-K+H2〇+S〇2-S〇3-+2H.+2K.+2A--K2S〇3+2HA|
[0023] 2HA-K+H2〇+C〇2-C〇3-+2H.+2K.+2A--K2C〇3+2HA|
[0024] HA-K+H20+HC1-C1-+H.+K.+A--KCl+HA 丄
[0025] HA-K+H2〇+HBr-Br-+H.+K.+A--KBr+HA 丄
[0026] 第二級吸收液同一級吸收廢液的濾液混合，得到的復(fù)合吸收液在弱堿性環(huán)境下對 N0和Hg°進(jìn)行氧化吸收反應(yīng)，對N0和Hg°高效脫除，主要存在以下反應(yīng)歷程：（1)氯系氧化劑將 NO氧化為N02、N〇3和N2〇5,將HgQ氧化為Hg 2+;(2)-級吸收廢液中的Cl-和Br 一同氯系氧化劑發(fā) 生反應(yīng)進(jìn)而強(qiáng)化脫汞過程；（3)腐植酸鉀同高價(jià)態(tài)NOx發(fā)生強(qiáng)吸收反應(yīng)；（4)一級吸收廢液中 的亞硫酸鹽同高價(jià)態(tài)NOx發(fā)生共吸收反應(yīng)從而強(qiáng)化脫硝過程；（5)二級氧化吸收反應(yīng)進(jìn)一步 強(qiáng)化吸收煙氣中殘留的S0 2、C02、HC1和HBr，從而提高脫除效率，脫硝效率達(dá)到80%-85%，脫 汞效率達(dá)到85 %-90 % ;同時(shí)，對S02、C02、HC1和HBr四種氣體的強(qiáng)化脫除效率分別增至97%_ 99%，46%-48%，87%-91 % 和78%-83%。反應(yīng)機(jī)理如下：
[0027] 氯系氧化劑與氯離子、溴離子之間協(xié)同作用機(jī)理如下：
[0028] 5Cl〇2-+4H+-4Cl〇2+2H2〇+Cl-
[0029] 4H++C102-+3C1--2Cl2+2H2〇
[0030] 2H++C10-+C1--Cl2+2H20
[0031 ] 4H++Cl〇2 +C1 +2Br ~>Cl2+Br2+2H2〇
[0032] 多污染物氧化吸收反應(yīng)機(jī)理如下：
[0033] 2S〇2+Cl〇2-2S〇3+Cl·
[0034] 2NO+Cl〇2-2N〇2+Cl·
[0035] 2H2O+2SO2+CIO2--2S〇42-+4H++C1-
[0036] 2N0+C102--2N02+C1·
[0037] 40H-+4NO+Cl〇2 ~>4N〇2 +2H2O+CI
[0038] 40H-+4N〇2+Cl〇2 -+2H2O+CI
[0039] 2H20+2Hg+Cl〇2--2Hg2++40『+Cl-
[0040] 4H2〇+5Hg+2Cl〇2-5Hg2++80『+2Cl-
[0041 ] 2Cl'+Hg+M-Cl2+Hg4HgCl2|
[0042] 2Br" +Hg+M^Br 2+Hg^HgBr21
[0043] 亞硫酸鹽、氮氧化物與腐植酸鉀共吸收反應(yīng)機(jī)理如下：
[0044] HA-K+N(V)+N(III)^KN〇2+KN〇3+HA|
[0045] H2O+2NO2+HSO3--S〇42-+3H++N02-
[0046] 最后，產(chǎn)物分離提純，第一級吸收塔的廢液沉淀與第二級吸收塔的廢液混合后進(jìn) 入液固分離裝置進(jìn)行液固分離，固相經(jīng)干燥、結(jié)晶得到腐植酸晶體，而后濾液通過煙氣余熱 加熱干燥析出其中的多種鈉鹽、鉀鹽和汞鹽，包括硫酸鉀、碳酸鉀、氯化汞、溴化汞、硝酸鉀 和亞硝酸鉀等。其中的腐植酸、硫酸鉀、硝酸鉀、亞硝酸鉀、碳酸鉀等均為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)常用化 肥，有利于產(chǎn)物資源化利用。
[0047] 本發(fā)明的有益效果為：
[0048] 1、本發(fā)明方法獨(dú)特，通過優(yōu)化傳統(tǒng)雙回路系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對燃煤煙氣中S02、N0x、C0 2、 HCl、HBr、重金屬及除塵器后的超細(xì)顆粒物的高效、協(xié)同脫除，是對現(xiàn)有煙氣凈化設(shè)備的高 度集成和提升，多污染物協(xié)同脫除效果如表1所示，在我國火電廠典型運(yùn)行工況條件下，能 滿足當(dāng)前的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。相比于串聯(lián)式的分級處理系統(tǒng)，本發(fā)明處理系統(tǒng) 的基建及運(yùn)行費(fèi)用更低，操作更為簡便，解決了現(xiàn)有煙氣污染物控制系統(tǒng)分級布置的系統(tǒng) 復(fù)雜、占地面積大和運(yùn)行費(fèi)用偏高的問題。
[0049]表1多污染物協(xié)同脫除效果
[0050]
?〇〇51^^2、本發(fā)明有效的利用了煙氣余熱來進(jìn)行產(chǎn)物提煉，這一方面減少了吸收反