利用烟气余热高温活化过硫酸钠的脱硫脱硝的系统及方法

利用烟气余热高温活化过硫酸钠的脱硫脱硝的系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用烟气余热高温活化过硫酸钠的脱硫脱硝的系统及方法，主要设有锅炉、烟气余热利用旁路系统、高温活化反应器、供液系统以及产物后处理系统。来自锅炉排放的部分烟气由引风机引入高温活化反应器，而来自供液系统的过硫酸钠溶液也同时进入高温活化反应器。过硫酸钠在高温活化下产生硫酸根自由基氧化脱除烟气中的硫氧化物和氮氧化物。反应产物主要是硫酸和硝酸混合溶液，通过后处理后可制备工业原料。该方法能够利用烟气余热高温活化过硫酸钠高效同时脱硫脱硝，且脱除过程无二次污染，是一种具有广阔应用前景的新型烟气净化系统。
【专利说明】利用烟气余热高温活化过硫酸钠的脱硫脱硝的系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃烧过程中烟气排放污染物的控制，尤其涉及一种利用烟气余热高温活化过硫酸钠的脱硫脱硝的系统及方法。
【背景技术】
[0002]工业化生产的燃烧过程中产生的硫氧化物和氮氧化物能够引起酸雨和光化学烟雾等环境污染问题。因此，研发有效的烟气脱硫脱硝方法是各国环保科技人员的重要任务之一。近些年来，尽管人们开发了大量的烟气脱硫脱硝技术，但由于人类认识过程的局限性和科学技术发展的渐进性，现有的各种脱硫脱硝技术在研发当初仅针对单一污染物为脱除目标，一般无法实现烟气多污染物的同时脱除。例如，目前应用较多的烟气脱硫脱硝技术主要为湿法石灰石-石膏法烟气脱硫技术和氨选择性催化还原法。这两种方法虽然可以分别单独脱硫脱硝，但均无法在一个反应器内实现同时脱除。两种工艺的联合叠加使用虽然可以实现同时脱硫脱硝，但同时也造成整个系统复杂，占地面积大，投资和运行成本高等不足。
[0003]综上所述，如果能够在一个反应器内将硫氧化物和氮氧化物实现同时脱除，则有望大大降低系统的复杂性和占地面积，减少系统的投资与运行费用。湿法烟气净化技术是一种传统的烟气处理技术，具有初投资小、工艺流程简单和易于实现多污染物同时脱除等特点，是一种具有良好开发和应用前景的烟气净化技术，但传统的湿法烟气净化技术的研究却一直相对缓慢，其主要原因就在于烟气氮氧化物中含有90%以上难溶的NO。由双膜理论可知，气相分子必须首先由气态经传质和扩散过程溶入液相，然后才能发生化学反应固定到吸收液中，而NO难溶的特性使得其在液相的吸收传质阻力大大增加，仅通过调控吸收液PH和温度的方法难以显著提高NO在液相的溶解度，这一特性造成了传统的湿法脱硫脱硝技术普遍存在脱硫效率高，但脱硝效率低等不足，实际上无法实现真正的同时脱硫脱硝。因此，寻找能够将NO快速转化为易溶形态的有效方法是解决该问题的关键之一。

【发明内容】

[0004]本发明公开了一种利用烟气余热高温活化过硫酸钠的同时脱硫脱硝的系统及方法，利用烟气余热高温活化过硫酸钠，并释放具有强氧化性的硫酸根自由基(SO4-*)同时氧化脱除烟气中的SO2和NOx。氧化产物经过产物后处理系统处理后实现资源化利用。该方法能够同时脱除燃煤烟气多种污染物，且脱除过程无二次污染，是一种具有广阔应用前景的新型烟气净化系统。
[0005]为实现以上目的，本发明采用的实施方案如下:
[0006]利用烟气余热高温活化过硫酸钠的脱硫脱硝的方法，锅炉排放的部分烟气由引风机经过烟气旁路引入高温活化反应器的烟气侧，通过带有翅片的热管，将热量传递到溶液侧，然后通过烟气侧出口重新汇入主烟道；汇合后的烟气则经过主烟道引入温度调节器，经过温度调节后通入高温活化反应器得溶液侧；供液系统的过硫酸钠溶液也同时进入高温活化反应器的溶液侧；而来自烟气侧的热量通过热管加热溶液并使过硫酸钠溶液达到一定的活化高温，过硫酸钠在高温活化下产生强氧化性的硫酸根自由基，并且氧化脱除烟气中的硫氧化物和氮氧化物。
[0007]高温活化反应器入口的烟气温度不小于55°C，通入高温活化反应器的溶液温度不小于55°C，以保证高温活化反应器内的溶液具有足够高的活化温度。高温活化反应器的液气比为5L/m3-20L/m3，液气比太低，脱除效率下降，太高则循环泵能耗增加。过硫酸钠浓度太低则污染物脱除效率会下降，太高则应用成本高，故过硫酸钠的物质的量浓度在0.5mol/L-2.0mol/L之间。溶液的pH位于2.0-7.0之间，太低的pH不利于NO脱除，但太高会导致过硫酸钠溶液发生分解反应，同样不利于污染物的脱除。
[0008]来自锅炉烟气中的二氧化硫和氮氧化物的有效入口浓度范围分别为5ppm-6000ppm和5ppm-2000ppm。如果浓度太高,则污染物脱除效率下降,无法满足国家规定的环保指标。
[0009]所述系统包括锅炉、烟气温度调节器、烟气余热利用旁路系统、高温活化反应器、供液系统以及产物后处理系统；锅炉的烟道分为烟道旁路和主烟道，烟道旁路与高温活化反应器的烟气测的入口连接，高温活化反应器的烟气测的出口与主烟道连接，主烟道与高温活化反应器的溶液侧的总烟气入口连接；供液系统与高温活化反应器溶液侧的溶液入口连接；后处理系统与高温活化反应器溶液侧的溶液出口连接；高温活化反应器溶液侧的烟气出口通过管道与烟囱相连通。
[0010]高温活化反应器为圆柱体，内衬可采用耐腐蚀的硅酸盐玻璃制成，分为烟气侧和溶液侧，上部为烟气侧，下部为溶液侧，中间有一道密封隔板。热管贯穿密封隔板分别深入烟气侧和溶液侧，烟气侧热管增设了翅片，用于强化烟气侧传热，溶液侧为光管。热管的管壁由硅酸盐玻璃管制成，且采用的是结构简单、可靠性高以及价格低的重力热管。
[0011]设置多根热管时，热管在高`温活化反应器底面上呈同心圆布置，相邻同心圆之间距离相等，且最小间距应当不小于20cm，以保证足够的溶液流动和气泡分布空间。多根热管均匀布置在不同直径的同心圆上，沿同一直径线布置，各相邻两直径线之间的中心角相同，取值为15-45度。
[0012]高温活化反应器内的布气的喷嘴采用硅酸盐玻璃制砂芯喷嘴，硅酸盐玻璃廉价且耐腐蚀，且连接管采用耐腐蚀的硅酸盐玻璃、陶瓷或碳化硅等材料制成；喷嘴布置在热管两个相邻同心圆之间的等距同心圆上，多个喷嘴均匀布置在不同直径的同心圆上，沿同一直径线布置，各相邻两直径线之间的中心角相同，取值为15-45度；喷嘴分布气泡的直径位于
0.2毫米-5毫米之间。因为气泡直径如果太大，气液接触面积太小，会导致脱除效率下降，但气泡直径太小则通过喷嘴的流动阻力会增加，能耗也会相应增加。所述主烟道与主烟道与高温活化反应器的溶液侧的总烟气入口之间设有第一温度调节器；高温活化反应器的溶液侧的烟气出口与烟囱之间设有第二温度调节器。
[0013]本发明系统的反应过程原理:
[0014]1、高温活化过硫酸钠首先是释放了具有强氧化性的硫酸根自由基，具体过程可用如下的化学反应(I)表示:
[0015]
S2O;.+ hm~(T>mK) >2SO ?(I)[0016]2、产生的强氧化性的硫酸根自由基可将烟气中的SO2和NOx氧化生成H2SO4和HNO3
混合溶液，从而达到脱除目的:
【权利要求】
1.利用烟气余热高温活化过硫酸钠的脱硫脱硝的方法，其特征在于:锅炉排放的部分烟气由引风机经过烟气旁路引入高温活化反应器的烟气侧，通过带有翅片的热管，将热量传递到溶液侧，然后通过烟气侧出口重新汇入主烟道；汇合后的烟气则经过主烟道引入温度调节器，经过温度调节后通入高温活化反应器的溶液侧；供液系统的过硫酸钠溶液也同时进入高温活化反应器的溶液侧；而来自烟气侧的热量通过热管加热溶液并使过硫酸钠溶液达到一定的活化高温，过硫酸钠在高温活化下产生强氧化性的硫酸根自由基，并且氧化脱除烟气中的硫氧化物和氮氧化物。
2.根据权利要求1所述的利用烟气余热高温活化过硫酸钠的脱硫脱硝的方法，其特征在于:高温活化反应器入口的烟气温度不小于55°C，通入高温活化反应器的溶液温度不小于55°C，高温活化反应器的液气比为5L/m3-20L/m3，过硫酸钠的物质的量浓度在0.5mol/L-2.0mol/L之间，溶液的pH位于2.0-7.0之间。
3.根据权利要求1所述的利用烟气余热高温活化过硫酸钠的脱硫脱硝的方法，其特征在于:来自锅炉烟气中的二氧化硫和氮氧化物的有效入口浓度范围分别为5ppm-6000ppm和 5ppm-2000ppm。
4.利用烟气余热高温活化过硫酸钠的脱硫脱硝的系统，其特征在于:所述系统包括锅炉、烟气温度调节器、烟气余热利用旁路系统、高温活化反应器、供液系统以及产物后处理系统；锅炉的烟道分为烟道旁路和主烟道，烟道旁路与高温活化反应器的烟气侧的入口连接，高温活化反应器的烟气侧的出口与主烟道连接，主烟道与高温活化反应器的溶液侧的总烟气入口连接；供液系统与高温活化反应器溶液侧的溶液入口连接；后处理系统与高温活化反应器溶液侧的溶液出口连接；高温活化反应器溶液侧的烟气出口通过管道与烟囱相连通。
5.根据权利要求4所述的利用烟气余热高温活化过硫酸钠的脱硫脱硝的系统，其特征在于:高温活化反应器分为烟气侧和溶液侧，上部为烟气侧，下部为溶液侧，中间有一道密封隔板；热管贯穿密封隔板分别深入烟气侧和溶液侧，烟气侧热管增设了翅片，溶液侧的热管为光管；热管的管壁由硅酸盐玻璃管制成，且采用重力热管。
6.根据权利要求4所述的利用烟气余热高温活化过硫酸钠的脱硫脱硝的系统，其特征在于:热管在高温活化反应器底面上呈同心圆布置，相邻同心圆之间距离相等，且最小间距应当不小于20cm，多根热管均匀布置在不同直径的同心圆上，沿同一直径线布置，各相邻两直径线之间的中心角相同，取值为15-45度。
7.根据权利要求4所述的利用烟气余热高温活化过硫酸钠的脱硫脱硝的系统，其特征在于:高温活化反应器内的布气的喷嘴采用硅酸盐玻璃制砂芯喷嘴；喷嘴布置在热管两个相邻同心圆之间的等距同心圆上，多个喷嘴均匀布置在不同直径的同心圆上，沿同一直径线布置，各相邻两直径线之间的中心角相同，取值为15-45度；喷嘴分布气泡的直径位于0.2毫米-5毫米之间。
8.根据权利要求4所述的利用烟气余热高温活化过硫酸钠的脱硫脱硝的系统，其特征在于:所述主烟道与主烟道与高温活化反应器的溶液侧的总烟气入口之间设有第一温度调节器；高温活化反应器的溶液侧的烟气出口与烟囱之间设有第二温度调节器。
【文档编号】B01D53/78GK103691279SQ201310683163
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】刘杨先, 潘剑锋, 唐爱坤 申请人:江苏大学