一种脱除烟气中酸性气体并辅助脱硫脱硝的系统的制作方法

本实用新型涉及一种脱除烟气中多种酸性气体污染物的系统，具体涉及一种采用在不同位置喷入吸收剂同时脱除燃煤电厂烟气中酸性气体并辅助脱硫脱硝的系统。

背景技术：

以煤为主的能源构架决定了煤炭在相当长的时间内还将在我国的经济生活中起到主导作用，煤炭资源的清洁经济利用一直是我国能源生产的一大主题。随着电力工业的发展，电力对改善环境质量的贡献越来越大，发展和采用燃煤电厂烟气净化技术对解决我国大气复合污染问题、实现能源清洁高效利用具有非常重要的意义。

烟气中的非常规痕量酸性气体污染物包括SO₃、HCl和HF。其中，SO₃是一种危害性极强的污染物，其主要危害表现在：（1）SO₃是雾霾PM2.5的重要前驱体；（2）SO₃与逃逸的氨反应生成硫酸氢铵，附着于飞灰表面，加剧空预器堵塞，影响电厂安全稳定运行，增加运行成本；（3）SO₃的浓度升高，导致硫酸氢铵的生成浓度增加，造成脱硝装置催化剂的最低连续喷氨温度升高，导致SCR脱硝装置在低负荷条件下无法投运，造成NO_X无控排放；烟气中的HCl和HF通常会在湿法脱硫塔中被吸收，并在脱硫浆液中富集，脱硫浆液中富集的氟、氯离子不但影响深度脱硫效果，导致对脱硫设备、管道的腐蚀，且其排放也造成环境污染。当前，燃煤电厂烟气的污染物排放控制多采用单独的装置来实现，例如采用湿法脱硫技术来脱除SO₂、采用选择性催化还原（SCR）脱硝技术来脱除NO_X，SO₃的脱除目前则主要依靠湿式电除尘器实现。随着环保意识提高、环境监管趋严，燃煤电厂脱硫废水零排放也提到了议事日程，现有除氟氯废水工艺能耗高，成本昂贵且无法解决腐蚀问题，需一种无害化、低成本的除氟、氯工艺。因此，净化燃煤电厂的烟气不仅要脱除SO₂和NO_X的脱硫脱硝以实现硫硝超低排放，还要脱除SO₃、HCl和HF等非常规酸性痕量气体，不仅有助于实现低成本的硫硝超低排放，也避免后续废气或废液的排放导致二次污染。

为应对燃煤电厂大气污染物超低排放的要求，即在在基准氧含量6%的条件下，污染物排放浓度NO_X<50 mg/Nm3、SO₂<35 mg/Nm3、PM<10 mg/Nm3，燃煤电厂普遍对烟气净化设备进行扩容、提效、或添增新设备，例如：单塔喷淋脱硫改为双循环喷淋，两层SCR催化剂脱硝增加为三层催化剂，加装湿式静电除尘器等，但这些措施也造成污染减排成本的攀升。因此，在一定烟气污染物浓度范围内，采用辅助型脱硫脱硝技术，在原有烟气净化设备上实现超低排放，是当前燃煤电厂急需的低成本的烟气深度净化技术。近年来，多种污染物协同控制技术由于具有建设运行费用低、占地小、节能、高度集成等优势而受到广泛的关注。

中国专利200810007283.7中公开了一种喷射鼓泡法一体化协同脱硫、脱硝、脱汞装置及工艺，使用亚氯酸钠等强氧化剂将NO氧化为易溶于浆液的物质，再使用喷射鼓泡装置完成烟气中污染物与浆液发生化学吸收反应。这种通过加入氧化剂，再结合湿法脱硫系统实现污染物协同处理的技术，存在氧化剂成本较高，含氮物质可能影响脱硫浆液品质、及二次废水处理等问题。中国专利201010018315.0中公开了一种燃煤锅炉烟气多种污染物联合协同脱除的装置及方法，通过向湿式静电除尘器中喷入离子液体，实现多种气态污染物SO₂、NO_X及CO₂等和细微颗粒物及重金属的联合脱除。该技术中所用的离子液体是对SO₂、NO_X、及CO₂具有吸收或吸附作用的咪唑盐等有机盐类，这类通过外加设备，在电场协助下实现污染物协同脱除的技术具有成本较高、且存在二次废水的问题。专利201510298152.9公开了一种脱除烟气中SO₃的装置和方法，通过向烟道中喷射强碱性颗粒的吸收剂，实现对SO₃的高效脱除。但该专利中没有提到对于其他酸性气体如HCl和HF的吸收以及辅助脱硫脱硝的作用。

技术实现要素：

针对以上问题，本实用新型的目的是提供一种脱除效果高、无二次废水产生的脱除燃煤电厂烟气中酸性气体并辅助脱硫脱硝的系统。本实用新型通过在不同位置处喷入吸附剂以脱除SO₃、HCl、HF及部分SO₂/NOx, 可协同脱除烟气中多种污染物，不仅降低污染排放，还缓解空预器堵塞、降低脱硫废水含氯氟量。

本实用新型提供的技术方案为：

一种脱除烟气中酸性气体并辅助脱硫脱硝的系统，该系统包括通过烟道顺次相连的发生装置、烟气净化装置和排放装置；所述的发生装置为燃煤电厂的锅炉，所述的排放装置为烟囱和回收池；所述的烟气净化装置包括依次串联的选择性催化还原脱硝反应器、空气预热器、除尘器和脱硫塔，选择性催化还原脱硝反应器入口与锅炉出口相连，选择性催化还原脱硝反应器出口与空气预热器入口相连，空气预热器出口与除尘器入口相连，除尘器出口与脱硫塔入口相连，脱硫塔出口与烟囱入口以及回收池入口相连；所述的烟气净化系统中在烟道上设有吸收剂喷口，所述的吸收剂喷口上布有喷孔。

优选的，所述的吸收剂喷口包括在选择性催化还原脱硝反应器入口处的第一吸收剂喷口、空气预热器入口处的第二吸收剂喷口和除尘器入口处的第三吸收剂喷口中的一处或多处。

优选的，所述的除尘器是静电除尘器、布袋除尘器或电袋除尘器中的一种。

优选的，喷入所述吸收剂喷口的吸收剂既可以干燥粉末形态（即吸收剂干粉）进入烟道，也可将吸收剂和水混合形成溶液或乳浊液（即吸收剂溶液或吸收剂乳浊液）后再进入烟道。

优选的，所述的吸收剂干粉的平均粒径为1μm～100μm。

优选的，所述的吸收剂为钠基吸收剂、钙基吸收剂、镁基吸收剂、钾基吸收剂的一种。

优选的，所述的钠基吸收剂由Na₂CO₃、NaHCO₃、Na₂SO₃、NaOH中的一种。

优选的，所述的钙基吸收剂由Ca(OH)₂、CaCO₃、CaO、CaSO₃中的一种。

优选的，所述的镁基吸收剂由Mg(OH)₂、MgCO₃、MgO、MgSO₃中的一种。

优选的，所述的钾基吸收剂由KOH、K₂CO₃、K₂O、K₂SO₃中的一种。

所述的吸收剂在含有SO₃、HCl、HF、SO₂、NO_X的烟气中的喷入比例对反应结果影响较大：喷入的吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物S0₂与HCl的摩尔流量之和（因为烟气中总污染物气体中S0₂与HCl占比重最大，故计算烟气中总污染物总量主要考虑的是S0₂和HCl的摩尔流量之和）的比例为1：1～30时效果较佳，其中烟气中污染物S0₂与HCl的摩尔流量之和由烟气量和烟气中污染物S0₂与HCl的浓度的乘积之和确定。

本实用新型通过向烟道中不同位置喷入吸收剂粉末或吸收剂溶液/吸收剂乳浊液，与SO₃、HCl、HF、SO₂、NO_X等污染物发生化学反应，将其部分吸收。实验表明，本实用新型用在燃煤电厂等烟气的多污染物协同处理净化过程中，当喷入的吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物S0₂与HCl的摩尔流量之和的比例为1：1～30时，SO₂的脱除效率超过20%，SO₃的脱除效率超过50%，HCl的脱除效率超过80%，NO_X的脱除效率超过10%。

本实用新型与现有技术相比，具有的优点和有益效果如下：

(1)本实用新型过程简单、设备投资少、装置占地小，通过向烟气净化系统内不同位置喷入吸收剂，脱除HCl、HF、SO₃等非常规痕量酸性污染物气体，并协同吸附烟气SO₂、NO、NO₂等主要烟气污染物，不仅可以缓解酸性气体与溶液生成的硫酸氢铵引发的空气预热器堵塞从而实现低负荷脱硝，同时部分脱除NO、NO₂、SO₂也可以辅助实现脱硫、脱硝超低排放实现了多种污染物的协同处理，脱除效率大大提升，克服了现有的独立处理装置设备投资和运行费用高、占地面积大以及烟气系统复杂等缺点。

(2)喷入的吸收剂与污染物气体反应后，可通过静电除尘器、布袋除尘器或电袋电除尘器进行捕集，不产生二次废水排放。

(3)由于HCl、HF附着于吸收剂并经除尘器脱除，可以避免氟、氯离子进入脱硫塔，因此也是废水脱氟、氯的预防方法，解决了现有技术产生的脱硫废水处理过程中的除氯除氟问题，对于实现脱硫废水零排放也具有辅助意义。

附图说明

图1为本系统及其工艺流程的示意图；

图中标号：1-锅炉，2-选择性催化还原脱硝反应器，3-空气预热器，4-除尘器，5-脱硫塔，6-烟囱，7-第一吸收剂喷口，8-第二吸收剂喷口，9-第三吸收剂喷口。

图2是吸收剂在静电除尘器入口喷入时SO₂的脱除率随吸收剂喷入量的变化图。

图3是吸收剂在静电除尘器入口喷入时SO₃的脱除率随吸收剂喷入量的变化图。

图4是吸收剂在静电除尘器入口喷入时HCl的脱除率随吸收剂喷入量的变化图。

图5是吸收剂在静电除尘器入口喷入时NO_X的脱除率随吸收剂喷入量的变化图。

图6是吸收剂在布袋除尘器入口喷入时SO₂的脱除率随吸收剂喷入量的变化图。

图7是吸收剂在布袋除尘器入口喷入时SO₃的脱除率随吸收剂喷入量的变化图。

图8是吸收剂在布袋除尘器入口喷入时HCl的脱除率随吸收剂喷入量的变化图。

图9是吸收剂在布袋除尘器入口喷入时NO_X的脱除率随吸收剂喷入量的变化图。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面将结合附图和具体实施例对本实用新型的原理、工艺过程作进一步详细的说明：

图1为本系统及其工艺流程的示意图。一种脱除烟气中酸性气体并辅助脱硫脱硝的系统，该系统包括通过烟道顺次相连的发生装置、烟气净化装置和排放装置；所述的发生装置为燃煤电厂的锅炉1，所述的排放装置为烟囱6和回收池（图1中未示出）；所述的烟气净化装置包括依次串联的选择性催化还原脱硝反应器2、空气预热器3、除尘器4和脱硫塔5，选择性催化还原脱硝反应器2入口与锅炉1出口相连，选择性催化还原脱硝反应器2出口与空气预热器3入口相连，空气预热器3出口与除尘器4入口相连，除尘器4出口与脱硫塔5入口相连，脱硫塔5出口与烟囱6入口以及回收池入口相连；所述的烟气净化系统中在烟道上设有吸收剂喷口，所述的吸收剂喷口上布有喷孔。

所述的吸收剂喷口包括在选择性催化还原脱硝反应器2入口处的第一吸收剂喷口7、空气预热器3入口处的第二吸收剂喷口8和除尘器4入口处的第三吸收剂喷口9中的一处或多处。

所述的除尘器4是静电除尘器、布袋除尘器或电袋除尘器中的一种。

本脱除烟气中酸性气体并辅助脱硫脱硝的系统进行协同脱除燃煤电厂烟气中多种污染物的方法包含以下步骤：

步骤1）燃煤电厂的锅炉燃烧所产生的烟气进入烟气净化装置时，首先经过选择性催化还原脱硝反应器脱硝后，进入空气预热器换热；

步骤2）换热后，烟气进入除尘器，在除尘器中脱除烟气中粒径较大的杂质灰分，附着于吸收剂的多种酸性气体HCl、HF、SO₃、NO、NO₂、SO₂经除尘器脱除；本方法有效地脱除了上述酸性气体，不仅可以缓解酸性气体与溶液生成的硫酸氢铵引发的空气预热器堵塞从而实现低负荷脱硝，而且脱除HCl、HF可以避免氟、氯离子进入脱硫塔，因此也是废水脱氟、氯的预防方法，同时部分脱除NO、NO₂、SO₂也可以辅助实现脱硫、脱硝超低排放；

步骤3）经除尘器除尘后，烟气进入脱硫塔进行脱硫；

步骤4）烟气脱硫后，再进入烟囱和回收池进行排放和回收。

来自锅炉1燃烧的烟气进入选择性催化还原脱硝反应器2，再经过空气预热器3降温后进入除尘器4，随后再通过脱硫塔5，处理后的净烟气进入烟囱6排放。其中，选择性催化还原脱硝反应器进行NO_X脱除，在除尘器中对飞灰、喷入的附着有酸性杂质气体的吸收剂及其它颗粒物进行脱除，脱除烟气中粒径较大的杂质成分，附着于吸附剂或者与吸附剂反应的多种酸性气体HCl、HF、SO₃、SO₂、NO_X经除尘器脱除后，然后脱硫塔再进行进一步脱硫。

为了对烟气中的SO₃、HCl、HF、SO₂、NO_X污染物进行协同处理，在上述烟气净化系统中的烟道上设有吸收剂喷口，从吸收剂喷口喷入吸收剂，所述的吸收剂喷口上布有喷孔，确保吸收剂在烟道内喷入时分布均匀，由于在烟气通过烟气净化装置时向烟气净化系统中烟道上不同位置的吸收剂喷口喷入一定量的吸收剂且吸收剂在烟道内喷入时分布均匀，吸收剂不仅可高效脱除HCl、HF、SO₃等非常规痕量酸性污染物气体，并协同部分吸附烟气中SO₂、NO和NO₂等主要烟气污染物；经实验测试，吸收剂经喷嘴喷入烟道中后，与烟气混合，在较宽的温度范围120℃～400℃、烟气含水量5%～30%、氧气含量1%～15%时，可与SO₂、SO₃、HCl、HF、NO_X发生化学吸收反应，将其部分脱除。

喷入所述吸收剂喷口的吸收剂为吸收剂干粉、吸收剂溶液或吸收剂乳浊液三种形式中的任意一种。

所述的吸收剂干粉的平均粒径为1μm～100μm。

所述的吸收剂在含有SO₃、SO₂、HCl、HF、NO_X的烟气中的喷入比例对反应结果影响较大：喷入的吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物S0₂与HCl的摩尔流量之和的比例为1：1～30时效果较佳，其中烟气中污染物S0₂与HCl的摩尔流量之和由烟气量和烟气中污染物S0₂与HCl的浓度的乘积之和确定。

下面结合具体的实施例来进一步说明本实用新型：

实施例1

锅炉1燃烧后进入烟气净化装置的烟气含氧量4.5%，HCl含量80 ppm（3% O₂），SO₂含量565 ppm，SO₃含量10 ppm，NO_X含量520 ppm（其中，ppm浓度是用溶质质量占全部溶液质量的百万分比来表示的浓度，也称百万分比浓度）；烟气温度340℃；烟气净化装置中的除尘器使用静电除尘器；吸收剂选用NaHCO₃，粒径分布d90为40μm（d90是指选用的吸收剂累计粒度分布数达到90%时所对应的粒径，它的物理意义是粒径小于它的的颗粒占比为90%）；吸收剂喷入位置在图1中所示9号位置，即静电除尘器入口处。在喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物SO₂与HCl的摩尔流量之和的比例（即图2-5中横坐标代表的摩尔当量比）不同时，SO₂的脱除比例如图2中所示，SO₃的脱除比例如图3中所示，HCl的脱除比例如图4中所示，NO_X的脱除比例如图5中所示。

图2是吸收剂在静电除尘器入口喷入时SO₂的脱除率随吸收剂喷入量的变化图，由图中可以看出，随着喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物SO₂与HCl的摩尔流量之和的比例增大时，SO₂的脱除比例随之升高；当喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物S0₂与HCl的摩尔流量之和的比例为0.333:1（即约为1:3）时，SO₂的脱除率超过25%。其中，摩尔当量比为喷入吸收剂的摩尔流量除以烟气中污染物SO₂与HCl的摩尔流量之和。

图3是吸收剂在静电除尘器入口喷入时SO₃的脱除率随吸收剂喷入量的变化图，由图中可以看出，随着喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物SO₂与HCl的摩尔流量之和的比例增大时，SO₃的脱除比例随之升高；当喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物S0₂与HCl的摩尔流量之和的比例为0.15:1（即约为1:6.67）时，SO₃的脱除率超过75%。

图4是吸收剂在静电除尘器入口喷入时HCl的脱除率随吸收剂喷入量的变化图，由图中可以看出，随着喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物SO₂与HCl的摩尔流量之和的比例增大时，HCl的脱除比例随之升高；当喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物S0₂与HCl的摩尔流量之和的比例为0.333：1（即约为1:3）时，HCl的脱除率达到100%，当喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物S0₂与HCl的摩尔流量之和的比例大于0.4:1时，HCl的脱除率达到100%。

图5是吸收剂在静电除尘器入口喷入时NO_X的脱除率随吸收剂喷入量的变化图，由图中可以看出，随着喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物SO₂与HCl的摩尔流量之和的比例增大时，NO_x的脱除比例随之升高；当喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物S0₂与HCl的摩尔流量之和的比例为0.333:1（即约为1:3）时，NO_x的脱除率超过17.5%。

实施例2

锅炉1燃烧后进入烟气净化装置的烟气含氧量4.5%，HCl含量80 ppm（3% O2），SO₂含量575 ppm，SO₃含量10 ppm，NO_X含量525 ppm（其中，ppm浓度是用溶质质量占全部溶液质量的百万分比来表示的浓度，也称百万分比浓度）；烟气温度160℃；烟气净化装置中的除尘器使用布袋除尘器；吸收剂选用NaHCO₃，粒径分布d90为45μm（d90是指选用的吸收剂累计粒度分布数达到90%时所对应的粒径，它的物理意义是粒径小于它的的颗粒占比为90%）；吸收剂喷入位置在图1中所示9号位置，即布袋除尘器入口处。在喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物S0₂与HCl的摩尔流量之和的比例（即图2-5中横坐标代表的摩尔当量比）不同时，SO₂的脱除比例如图6中所示，SO₃的脱除比例如图7中所示，HCl的脱除比例如图8中所示，NO_X的脱除比例如图9中所示。

图6是吸收剂在布袋除尘器入口喷入时SO₂的脱除率随吸收剂喷入量的变化图，由图中可以看出，随着喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物SO₂与HCl的摩尔流量之和的比例增大时，SO₂的脱除比例随之升高；当喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物S0₂与HCl的摩尔流量之和的比例为0.5:1（即为1:2）时，SO₂的脱除率为30%；当喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物S0₂与HCl的摩尔流量之和的比例为0.9:1时，SO₂的脱除率为45%。

图7是吸收剂在布袋除尘器入口喷入时SO₃的脱除率随吸收剂喷入量的变化图，由图中可以看出，随着喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物SO₂与HCl的摩尔流量之和的比例增大时，SO₃的脱除比例随之升高；当喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物S0₂与HCl的摩尔流量之和的比例为0.15:1（即约为1:6.67）时，SO₃的脱除率超过75%。

图8是吸收剂在布袋除尘器入口喷入时HCl的脱除率随吸收剂喷入量的变化图，由图中可以看出，随着喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物SO₂与HCl的摩尔流量之和的比例增大时，HCl的脱除比例随之升高；当喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物S0₂与HCl的摩尔流量之和的比例为0.5:1（即为1:2）时，HCl的脱除率达到90%，当喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物S0₂与HCl的摩尔流量之和的比例为0.9:1时，HCl的脱除率为100%。

图9是吸收剂在布袋除尘器入口喷入时NO_X的脱除率随吸收剂喷入量的变化图，由图中可以看出，随着喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物SO₂与HCl的摩尔流量之和的比例增大时，NO_x的脱除比例随之升高；当喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物S0₂与HCl的摩尔流量之和的比例为0.5:1（即为1:2）时，NO_x的脱除率约为9%；当喷入吸收剂的摩尔流量与烟气中污染物S0₂与HCl的摩尔流量之和的比例为0.9:1时，NO_x的脱除率超过10%。

所有专利、专利申请和其它参考文献的全部内容应通过引用并入本申请文件。但是如果本申请中的一个术语和已纳入参考文献的术语相冲突，以本申请的术语优先。

以上对本实用新型及其具体实施方式进行了描述，应当说明的是：上述实施方式或实施例并非具体实施方式的穷举，上述实施例目的在于说明本实用新型，而非限制本实用新型的保护范围，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些具体实施方式或实施例进行多种变化、修改、替换和变型，这些不经创造性的劳动而设计出与本技术方案相同或相似的结构、装置、设备或产品及其使用方法和/或用途，均应涵盖在本实用新型的保护范围之内。