基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法及其设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法，所述基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法包括如下步骤：1）通过焦炭生产过程中产生的剩余氨水制备氨气，获得包含氨气在内的混合气体；2）将步骤1）中处理后得到的混合气体通入烟气脱硝装置内；3）将燃煤发电产生的烟气通入烟气脱硝装置内，使得烟气中的氮氧化合物与步骤2）中的混合气体之间发生反应；采用上述方法，其通过焦炭生产过程中产生的剩余氨水制备氨气，并利用其对于燃煤发电产生的烟气进行脱硝；其不仅避免另购液氨的成本支出与运输危险，并能够有效回收利用工业生产中的废液废气，减少其对环境的负担。
【专利说明】基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法及其设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种废气处理方法，尤其是一种基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法及其设备。
【背景技术】
[0002]焦化厂在生产焦炭的过程中，产生的化合水和原煤中的含水形成了剩余氨水。剩余氨水为焦化厂废水，需经焦化污水处理厂处理合格后再利用。在进入焦化污水处理厂前，剩余氨水通过蒸氨塔蒸馏制备氨气。
[0003]随着燃煤发电技术的快速发展,发电烟气排放中的氮氧化物污染也越来越严重，根据我国大气污染排放标准，即采用除天然气外其他气体燃料的燃气轮机发电机组，其氮氧化物排放不超过120mg/Nm3，而在重点地区其NOX排放不超过50mg/Nm3，故而必须对燃煤发电产生的烟气进行脱硝处理。在众多脱硝技术中，选择性催化还原法目前在脱硝效率，以及技术成熟度上均处于领先地位。选择性催化还原法的工艺流程为，将还原剂经加工处理后，喷入选择性催化还原反应器上游的烟气中，与烟气中氮氧化物在适合温度下，并在催化剂的作用下充分反应，去除烟气中的氮氧化物，从而达到脱硝的目的，保护大气环境。
[0004]目前，烟气脱硝技术常用的还原剂主要来源于外购液氨，采用液氮作为还原剂一方面其使用成本较高，同时液氨运输储存不便，其具有一定危险性；生产企业，尤其是火电企业的工作环境下，液氮更易发生事故。
[0005]由于上述问题的存在，液氮在使用中存在多处不便。由于火电企业往往需进行焦炭的生产，在生产焦炭的过程中，其产生的化合水与原煤中的含水形成剩余氨水，剩余氨水为焦化厂废水，需经焦化污水处理厂处理合格后再利用。在进入焦化污水处理厂前，剩余氨水可进行氨气的备制。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是提供一种基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法，其可通过剩余氨水所备制氨气对燃煤发电所产生烟气进行脱硝处理。
[0007]为解决上述技术问题，本发明涉及一种基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法，所述基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法包括如下步骤:
1)通过焦炭生产过程中产生的剩余氨水制备氨气，获得包含氨气在内的混合气体；
2)将步骤I)中处理后得到的混合气体通入烟气脱硝装置内；
3)将燃煤发电产生的烟气通入烟气脱硝装置内，使得烟气中的氮氧化合物与步骤2)中的混合气体之间发生反应，生成氮气与水蒸气后排出，从而实现对烟气的脱硝处理。
[0008]作为本发明的一种改进，所述步骤I)中，通过焦炭生产过程中产生的剩余氨水制备氨气的方法为，将剩余氨水通入蒸氨塔内，并加入碱源，对其蒸馏制备氨气。
[0009]作为本发明的一种改进，所述步骤2)中，所采用烟气脱硝装置为催化还原脱硝反应室；所述混合气体在催化还原脱硝反应室内作为还原剂与烟气内氮氧化合物发生反应。[0010]采用剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝，虽可规避使用液氮存在的问题，但采用剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝仍存在下述问题:
1)剩余氨水备制所得的氨气，其内部含有大量水蒸气；水蒸气会加速选择性催化反应器中催化剂的失效，当遇到液态水时，其甚至会导致催化剂裂开；
2)剩余氨水所备制的氨气中含有微量的硫化氢，其在高温下会分解氧化生成二氧化硫与三氧化硫，三氧化硫将继续与氨气反应生成硫化氢粘附在催化剂上，造成催化剂中毒失效。
[0011]为使得剩余氨水可在烟气脱硝过程中正常使用，作为本发明的一种改进，所述步骤2)中，混合气体导入催化还原脱硝反应室前后均需对其进行工艺处理，其中，所述混合气体导入催化还原脱硝反应室前所进行工艺处理为干燥处理；所述混合气体导入催化还原脱硝反应室后对其进行处理为纯化处理。
[0012]作为本发明的另一种改进，所述混合气体导入催化还原脱硝反应室前所进行的干燥处理为:
2.1)将步骤I)中所得气体通过含有干燥剂的干燥室内，通过干燥剂吸收水蒸气；
2.2)向干燥后的混合气体内通入稀释空气，并对稀释后的混合气体进行预热；
其中，所述步骤2.1)中干燥室内的干燥剂选用碱石灰；所述步骤2.2)中预热温度至少为100°C。采用上述设计，干燥室内的干燥剂可有效吸收混合气体中的水分。而采用碱石灰作为干燥剂，其在吸收完成后可进行加热分解，使其可循环利用。稀释空气可改变混合气体浓度，避免其浓度过高在运输中存在危险，并可使其达到后续脱硝工序中所需最佳温度；同时，对稀释风机喷出气体进行升温，而间接对稀释后的混合气体进行预热，一方面可进一步强化对混合气体中水蒸气的干燥处理，另一方面，其可使混合气体的温度接近催化还原脱硝反应室内的工作温度，避免其过冷影响脱硝效率。
[0013]作为本发明的另一种改进，所述步骤2.1)中，混合气体在干燥室内进行干燥后，将其通入缓冲罐内进行缓冲保存处理；所述缓冲罐中，混合气体产生的废弃的液相氨与气相氨均通过废氨处理管道连通至氨吸收罐内，并通过设置在氨吸收罐内的废水泵输送至废水处理装置中。将干燥后的混合气体通入缓冲罐中，其可将处理后的混合气体储存并根据后续脱硝工序的实际需要进行传输，从而避免过多的混合气体在脱硝反应中造成不利影响，或其挤压在传输管道中，对管道造成损坏。
[0014]作为本发明的另一种改进，所述混合气体导入催化还原脱硝反应室后对其进行的纯化处理为，将燃煤发电所产生的烟气与混合气体相混合，通过烟气将混合气体所处环境温度提升至350°C以上。采用上述方案，由于混合气体中不利于脱硝反应的气体主要为硫化氢，硫化氢的露点低于350 °C,故而，当环境温度高于硫化氢的露点时,硫化氢则会排出混合气体，从而实现对混合气体的纯化处理。
[0015]采用上述工艺处理方法，其使得混合气体中的水蒸气以及硫化氢与氨气分离后排出，从而避免其在烟气脱硝时造成恶性影响，使得剩余氨水制备氨气中产生的混合气体适于对烟气进行脱硝处理。
[0016]作为本发明的一种改进，所述步骤I)中所得到的混合气体需对其进行夹套保温处理；所述基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法中，混合气体的传输用管道采用不锈钢材质，其中，材质内部至少含有2%的钥元素。采用上述设计，夹套保温可使得混合气体在进入干燥室之前其温度得以保障，从而确保混合气体中水蒸气不会在传输管道内发生冷凝，而吸收氨气。混合气体的传输管道采用含有2%及其以上钥元素的不锈钢材质，从而有效确保传输管道额抗腐蚀性能。
[0017]作为本发明的另一种改进，所述步骤3)中，燃煤发电产生的烟气在其通入催化还原脱硝反应室前需对其进行注水处理；所述混合气体通过设置有进气阀门的氨喷射格栅进入催化还原脱硝反应室；所述燃煤产生的烟气在脱硝过程中，氨氮摩尔比分布的最大偏差至多为10%，氨的逃逸量至多为3ppm。上述设计中，对通入催化还原脱硝反应室前的烟气进行注水，可以使其内部的氮氧化物的含量得到控制，为确保良好的脱硝效果，进行催化还原脱硝反应室的烟气的氮氧化物含量应控制在120mg/Nm3。同时，通过进气阀门的氨喷射格栅控制进入催化还原脱硝反应室内的流量，使其可根据烟气温度、烟气浓度等因素进行调整，从而实现最佳流量使得烟气脱硝的效果得以改善。
[0018]针对上述基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法，其所采用的设备包括蒸氨塔、干燥室、缓冲罐、混合器、催化还原脱硝反应室，所述蒸氨塔、干燥室、缓冲罐、混合器、催化还原脱硝反应室依次首尾连接；所述缓冲罐连接有氨吸收罐，其之间通过废氨处理管道进行连接；所述氨吸收罐内部设置有废水泵，其通过废水处理管道连通至废水处理装置。
[0019]作为本发明的一种改进，所述混合器连接有稀释风机，混合器与稀释风机之间设置有预热器。
[0020]作为本发明的一种改进，所述催化还原脱硝反应室内设置有多个催化剂层，以及至少一个备用催化剂层；所述催化剂层与备用催化剂层之间设置有更换装置；所述催化剂层与备用催化剂层之间的更换装置，其由设置在催化还原脱硝反应室顶部的滑轨，以及设置在滑轨上，与滑轨之间采用滚轮连接的滑梁构成；所述滑梁下端面设置有多个通过缆绳与滑梁连接的吊钩，所述备用催化剂层安置在吊钩上；所述缆绳处于垂直于水平面状态下，备用催化剂层与催化剂层处于同一高度。采用上述设计，其可使得在单次烟气脱硝工序结束后，工作人员可根据催化还原脱硝反应室内催化层的使用状况判断其是否需要更换；在需要更换催化层时，工作人员可将原催化层取出后，利用更换装置中的滑轨，将备用催化层迅速装填入装置中，以进行后续的脱硝工作，从而有效改善烟气脱硝的效率。
[0021]作为本发明的另一种改进，所述催化还原脱硝反应室中的各个催化剂层，其均采用板式催化剂层；所述板式催化剂层中，催化剂层孔径至少为6mm。
[0022]采用上述基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法及其设备，其通过焦炭生产过程中产生的剩余氨水制备氨气，并利用其对于燃煤发电产生的烟气进行脱硝；其不仅避免另购用于脱硝的液氨而带来的成本支出，以及液氨在运输储存过程中可能存在的危险，并能够有效回收利用工业生产中的废液废气，减少其对环境的负担；同时，基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法及其设备其通过相关处理使得剩余氨水制备的氨气更适于氨气的处理，从而使得燃煤烟气的脱硝效率得以改善。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明中基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的设备示意图；
图2为本发明中催化剂层更换设备示意图；
图3为本发明中板式催化剂层示意图； 附图标记说明:
I 一蒸氨塔、2—干燥室、3—缓冲罐、4 一混合器、5—催化还原脱硝反应室、6—焦炭生产设备、7—焦炭过滤器、8—蒸氨原料槽、9 一饱和器、10 一氨吸收iil、11 一废水处理装置、12—催化剂层、13—备用催化剂层、14 一滑轨、15—滑梁、16—挂钩、17—稀释风机、18—预热器。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图与【具体实施方式】，进一步阐明本发明，应理解下述【具体实施方式】仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0025]实施例1
本发明涉及一种基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法，其具体工艺步骤如下:
1)通过焦炭生产过程中产生的剩余氨水制备氨气，获得包含氨气在内的混合气体；
2)对步骤I)中获得的混合气体进行干燥处理；
3)对步骤2)中处理后的混合气体进行预热处理；
4)将步骤3)中处理后的混合气体导通入催化还原脱硝反应室内；
5)在催化还原脱硝反应室对混合气体进行纯化处理；
6)将燃煤发电产生的烟气通入烟气脱硝装置内，使得步骤5)处理后获得的混合气体作为还原剂与烟气中的氮氧化合物发生反应,生成氮气与水蒸气后排出，从而实现对烟气的脱硝处理。
[0026]为实现上述工艺，本发明采用图1所示的一种基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的设备，其包括有蒸氨塔1、干燥室2、混合器4、催化还原脱硝反应室5。所述蒸氨塔I上设置有用于通入生产焦炭过程中产生的剩余氨水的氨水流入管道，用于通入蒸汽的蒸汽流入管道，用于输出气体的气体流出管道，以及用于输出蒸氨过程中产生废水的废水流出管道。所述氨水流入管道连通至焦炭生产设备6，焦炭生产设备6与蒸氨塔I之间设置有对氨水中焦炭进行过滤的焦炭过滤器7，以及用于储存氨水的蒸氨原料槽8。自焦炭生产设备产生的剩余氨水，其在焦炭过滤器7中滤去剩余氨水中的残余焦炭，并在蒸氨原料槽8中进行储存，根据蒸氨塔，以及后续设备的工作状况实时进行提取并对其进行蒸氨处理。采用上述设计，可以减少剩余氨水中的杂质，避免其损坏蒸氨塔，或蒸氨产生的气体中混入其余杂质而影响后续脱硝效果；同时，控制剩余氨水的进入量可以使得设备整体的工作效率达到最佳，避免设备空闲或设备内管路中气体过多造成不利影响。
[0027]剩余氨水在蒸氨塔内部受蒸馏而进行氨气的制备。剩余氨水中主要含有挥发性铵盐与固定性铵盐，为实现氨气的制备，需对上述铵盐进行处理。蒸氨塔上，由蒸汽流入管道通入的水蒸气在蒸氨塔内冷凝成为热水，挥发性铵盐在热水中受热即可分解；同时，蒸氨塔内设置有碱源，其产生的碱性溶液可使得固定性铵盐在其中分解，从而完成剩余氨水制备氨气的过程。此处，蒸氨塔内碱源采用氢氧化钠。剩余氨水制备氨气过程中产生的工业废水，可通过废水流出管道流出并进行处理，避免其残留在蒸氨塔内对设备或工艺造成不利影响。
[0028]所述气体流出管道设置有两个支路管道，其中，一条支路管道连通有饱和器9，饱和器9内设置有稀硫酸，蒸氨产生的混合气体与稀硫酸接触反应可生成硫铵，其反应方程如下:2NH3+H2S04= (NH4) 2S04
蒸氨塔蒸氨所获得的混合气体，虽较外购液氨具有低成本，使用安全的特点，但其中除氨气外，仍包含有水蒸气与硫化氢，将其直接用于燃煤发电产生烟气的脱硝，其存在如下不利因素:
1)剩余氨水备制所得的氨气，其内部含有大量水蒸气；水蒸气会加速选择性催化反应器中催化剂的失效，当遇到液态水时，其甚至会导致催化剂裂开；
2)剩余氨水所备制的氨气中含有微量的硫化氢，其在高温下会分解氧化生成二氧化硫与三氧化硫，三氧化硫将继续与氨气反应生成硫化氢粘附在催化剂上，造成催化剂中毒失效。
[0029]为避免上述现象发生，在采用剩余氨水制备氨气进行烟气脱硝时，必须对剩余氨水制备的气体进行干燥与纯化处理，使其适用于烟气的脱硝。
[0030]为解决上述技术问题，气体流出管道的另一条支路管道连接至干燥室2，干燥室2内部设置有干燥剂。干燥剂可吸收混合气体中的水蒸气，从而实现对混合气体的干燥。此处，干燥剂选用碱石灰，其可在吸收水分后进行加热分解，以回收利用。
[0031]自干燥室2内完成干燥处理的混合气体，其通过气体管路导通至混合器4内。所述混合器4连接有稀释风机17，稀释风机17与混合器4之间设置有预热器18，预热温度至少为100°C。稀释风机17可改变混合气体浓度，避免其浓度过高在运输中存在危险，同时，对稀释风机喷出气体进行升温，而间接对稀释后的混合气体进行预热，一方面可进一步强化对混合气体中水蒸气的干燥处理，另一方面，其可使混合气体的温度接近催化还原脱硝反应室内的工作温度，避免其过冷影响脱硝效率。
[0032]自混合室4内完成预热处理的混合气体，其通过气体管路导通至催化还原脱硝反应室5内，气体在催化还原脱硝反应室5进行的纯化处理为，将燃煤发电所产生的烟气与混合气体相混合，其中烟气的温度至少为350°C，通过烟气将混合气体所处环境温度提升至350°C以上。采用上述方案，由于混合气体中不利于脱硝反应的气体主要为硫化氢，硫化氢的露点低于350°C，故而，当环境温度高于硫化氢的露点时，硫化氢则会排出混合气体，从而实现对混合气体的纯化处理。
[0033]通过上述干燥、预热，以及纯化处理，其使得混合气体中的水蒸气以及硫化氢与氨气分离后排出，从而避免其在烟气脱硝时造成恶性影响，使得剩余氨水制备氨气中产生的混合气体适于对烟气进行脱硝处理。
[0034]所述催化还原脱硝反应室5包括烟气导入口，烟气导出口，还原剂入口，以及催化层12 ;所述催化层中设置有催化剂。经过处理的混合气体在催化还原脱硝反应室5内作为还原剂与烟气中氮氧化合物发生反应，其反应方程如下:
【权利要求】
1.一种基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法，其特征在于，所述基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法包括如下步骤: 1)通过焦炭生产过程中产生的剩余氨水制备氨气，获得包含氨气在内的混合气体； 2)将步骤I)中处理后得到的混合气体通入烟气脱硝装置内； 3)将燃煤发电产生的烟气通入烟气脱硝装置内，使得烟气中的氮氧化合物与步骤2)中的混合气体之间发生反应，生成氮气与水蒸气后排出，从而实现对烟气的脱硝处理。
2.按照权利要求1所述的基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法，其特征在于，所述步骤I)中，通过焦炭生产过程中产生的剩余氨水制备氨气的方法为，将剩余氨水通入蒸氨塔内，并加入碱源，对其蒸馏制备氨气。
3.按照权利要求1所述的基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法，其特征在于，所述步骤2)中，所采用烟气脱硝装置为催化还原脱硝反应室；所述混合气体在催化还原脱硝反应室内作为还原剂与烟气内氮氧化合物发生反应。
4.按照权利要求1或2所述的基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法，其特征在于，所述步骤2)中，混合气体导入催化还原脱硝反应室前后均需对其进行工艺处理，其中，所述混合气体导入催化还原脱硝反应室前所进行工艺处理为干燥处理；所述混合气体导入催化还原脱硝反应室后对其进行处理为纯化处理。
5.按照权利要求4所述的基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法，其特征在于，所述混合气体导入催化还原脱硝反应室前所进行的干燥处理为: 将步骤I)中所得气体通过含有干燥剂的干燥室内，通过干燥剂吸收水蒸气； 向干燥后的混合气体内通入稀释空气，并对稀释后的混合气体进行预热； 其中，所述步骤2.1)中干燥室内的干燥剂选用碱石灰；所述步骤2.2)中预热温度至少为 100。。。
6.按照权利要求5所述的基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法，其特征在于，所述步骤2.1)中，混合气体在干燥室内进行干燥后，将其通入缓冲罐内进行缓冲保存处理；所述缓冲罐中，混合气体产生的废弃的液相氨与气相氨均通过废氨处理管道连通至氨吸收罐内，并通过设置在氨吸收罐内的废水泵输送至废水处理装置中。
7.按照权利要求4所述的基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法，其特征在于，所述混合气体导入催化还原脱硝反应室后对其进行的纯化处理为，将燃煤发电所产生的烟气与混合气体相混合，通过烟气将混合气体所处环境温度提升至350°C以上。
8.按照权利要求1、2、3任意一项所述的基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法，其特征在于，所述步骤I)中所得到的混合气体需对其进行夹套保温处理；所述基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法中，混合气体的传输用管道采用不锈钢材质，其中，材质内部至少含有2%的钥元素。
9.按照权利要求1、2、3任意一项所述的基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的方法，其特征在于，所述步骤3)中，燃煤发电产生的烟气在其通入催化还原脱硝反应室前需对其进行注水处理；所述混合气体通过设置有进气阀门的氨喷射格栅进入催化还原脱硝反应室；所述燃煤产生的烟气在脱硝过程中，氨氮摩尔比分布的最大偏差至多为10%，氨的逃逸量至多为3ppm。
10.一种基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的设备，其特征在于，所述基于剩余氨水进行燃煤发电烟气脱硝的设备包括蒸氨塔、干燥室、缓冲罐、混合器、催化还原脱硝反应室，所述蒸氨塔、干燥室、缓冲罐、混合器、催化还原脱硝反应室依次首尾连接；所述缓冲罐连接有氨吸收罐，其之间通过废氨处理管道进行连接；所述氨吸收罐内部设置有废水泵，其通过废水处理管道连通至废水处理装置； 所述混合器连接有稀释风机，混合器与稀释风机之间设置有预热器； 所述催化还原脱硝反应室内设置有多个催化剂层，以及至少一个备用催化剂层；所述催化剂层与备用催化剂层之间设置有更换装置；所述催化剂层与备用催化剂层之间的更换装置，其由设置在催化还原脱硝反应室顶部的滑轨，以及设置在滑轨上，与滑轨之间采用滚轮连接的滑梁构成；所述滑梁下端面设置有多个通过缆绳与滑梁连接的吊钩，所述备用催化剂层安置在吊钩上；所述缆绳处于垂直于水平面状态下，备用催化剂层与催化剂层处于同一高度； 所述催化还原脱硝反应室中的各个催化剂层，其均采用板式催化剂层；所述板式催化剂层中，催化剂层 孔径至少为6mm。
【文档编号】B01D53/76GK104028084SQ201410122083
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年3月29日 优先权日:2014年3月29日
【发明者】张良斌, 卢晓聪 申请人:江苏永钢集团有限公司