一种烟气余热回收湿法集成净化系统及方法与流程

本发明属于节能环保领域，特别是大气污染控制领域中的一种烟气余热回收湿式烟气集成净化的处理系统及其净化方法。

背景技术：

酸雨的污染及其造成的危害已成为世界各国关注的主要环境问题之一。SO₂和NO_x是排放量最多、危害性最大的两种污染源。氮氧化物还会形成光化学污染、产生温室效应、破坏臭氧层、对人体有致毒作用。

近年来在对燃煤锅炉、工业窑炉等烟气污染排放控制工程的实践中，各方面逐渐认识到对烟气污染排放控制单独使用除尘、脱硫、脱硝技术,比如通过SNCR及SCR进行脱硝、电除尘(或电袋除尘或袋式除尘)、湿法脱硫(有部分干法和半干法脱硫)、湿式电除尘或管束式除雾除尘等难以满足日益提高的环保排放要求，且单独使用除尘、脱硫、脱硝及脱除Hg等重金属等有毒有害污染物的控制技术，存在设备复杂,维护困难、占地面积大,投资和运行费用高等难点问题。

因此，鉴于此，有必要提供一种具有烟气集成净化功能的新的烟气污染治理技术来适应日益增长的节能及环保排放要求。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术中湿法脱硫必须配合SCR或SNCR才能达到NO_x的排放要求的不足，SNCR脱硝效率不高不能满足排放要求，SCR催化剂中毒失活、氨逃逸以及SCR催化剂再生处理难度大、危害大，废催化剂只能当成危废进行处理，后续成本高昂等问题，同时为了有效减轻因SCR催化剂对烟气中的SO₂氧化导致烟气中SO₃的生成大幅提高，从而产生更多硫酸氢铵堵塞空预器等系列问题，提供了一种湿式烟气集成净化处理系统及其净化方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种烟气余热回收湿法集成净化处理系统，包括烟气降温换热装置、烟气除尘装置、增压风机、湿式预脱硫脱硝装置、烟气再热器、湿式深度脱硫脱硝装置，其中，

湿式预脱硫脱硝装置包括碱液吸收浆液制备单元、浆液储存罐、浆液输送泵、湿式预脱硫脱硝塔；

湿式深度脱硫脱硝装置包括脱硝吸收液制备及储存单元、脱硝液输送泵、湿式深度脱硫脱硝塔、循环泵、饱和浆液再生单元；

所述烟气降温换热装置、烟气除尘装置、增压风机、烟气再热器、湿式预脱硫脱硝塔、湿式深度脱硫脱硝塔、饱和浆液再生单元依次通过烟道或管道连接；碱液吸收浆液制备单元、浆液储存罐、浆液输送泵、湿式预脱硫脱硝塔依次相连；脱硝吸收液制备及储存单元通过循环泵与湿式深度脱硫脱硝塔相连；饱和浆液再生单元通过脱硝液输送泵与湿式深度脱硫脱硝塔相连形成循环。

进一步，所述湿式深度脱硫脱硝塔顶部设置除尘除雾器，所述除尘除雾器为平板式除雾器、屋脊式除雾器、管束式除尘除雾器或静电管束式除尘除雾器。

进一步，所述烟气降温换热装置为气液换热器或气气换热器。

进一步，所述烟气再热器是气气换热器。

一种基于所述烟气余热回收湿法集成净化处理系统的净化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：利用烟气降温换热装置将含有硫氧化物、氮氧化物、尘、汞等重金属污染物的烟气温度由＞180℃降低至＜180℃；

步骤2：利用烟气除尘装置将降温后的烟气中的粉尘脱除；

步骤3：利用增压风机将脱尘后的烟气增压后送入烟气再热器，烟气经再次换热降温后回到湿式预脱硫脱硝塔，进行预脱硫脱硝，控制湿式预脱硫脱硝塔的脱硫效率在40％～98％后与烟气再热器换热经升温再热后经烟道再进入到湿式深度脱硫脱硝塔，连续进行脱硫脱硝除雾、深度除尘处理后变为净烟气经烟道进入烟囱排放；

步骤4：湿式深度脱硫脱硝塔中浆液池的浆液经脱硫脱硝后会逐渐饱和，将饱和后的吸收浆液送入脱硫脱硝饱和浆液再生单元中，经还原再生的脱硫脱硝浆液继续返回湿式深度脱硫脱硝塔中循环使用；

步骤5：湿式深度脱硫脱硝塔中的脱硫脱硝浆液随着不断循环使用，浆液中的硫酸根会逐渐累积，当脱硫脱硝浆液中硫酸根浓度达到≥1.0mol/L后，利用饱和浆液再生单元将饱和浆液的20％-50％进行排液处理，分离出亚硫酸盐或硫酸盐的固态产物，分离出的液态浆液回到脱硫脱硝饱和液再生系统中经再生、调制后，进入到湿式深度脱硫脱硝塔中重复循环使用。

进一步，所述步骤2中换热后的烟气除尘装置为电除尘器、电袋除尘器或袋式除尘器。

进一步，湿式预脱硫脱硝塔中的吸收浆液为碱性浆液，具体为脱硫碱性浆液，包括氨水溶液、氧化钙、碳酸钙、氧化镁以及碳酸钠、氢氧化钠。

进一步，深度湿式脱硫脱硝塔中的脱硫脱硝浆液为亚铁盐、亚硫酸盐、EDTA的混合溶液，具体的亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁，亚硫酸盐为亚硫酸钠、亚硫酸钾，EDTA为EDTA-2Na和EDTA-4Na。

进一步，所述湿式深度脱硫脱硝塔中脱硫脱硝浆液包括催化剂，所述催化剂为粉末活性炭，其pH值不低于7，比表面积200㎡/g～1100㎡/g，粒度为80目～400目，其添加量为0.0％wt～1.0％wt。

进一步，所述步骤5中湿式深度脱硫脱硝塔中深度脱硫脱硝饱和浆液再生温度为40℃～80℃，再生时间15min～90min。

进一步，所述步骤5湿式深度脱硫脱硝塔中的脱硫脱硝浆液再生过程中添加活性炭做催化剂，活性炭添加量为1.0％wt～5.0％wt，活性炭的pH值为2～11，比表面200㎡/g～500㎡/g，耐磨强度不低于85％。

进一步，所述步骤5中当饱和脱硫脱硝浆液中硫酸根浓度≥1mol/L时，开始对部分脱硫脱硝浆液进行分离处理，分离采用蒸发结晶浓缩后离心分离或采用冷冻结晶后离心分离方式。

进一步，所述步骤4中深度脱硫脱硝塔中采用氨水作为pH值调整源，蒸发结晶浓缩后进行离心分离出固态副产物硫酸铵或亚硫酸铵和硫酸铵的混合物。

进一步，所述步骤4中深度脱硫脱硝塔中采用钠碱作为系统pH值调整源，冷冻结晶后离心分离出固态副产物硫酸钠或硫酸钠和亚硫酸钠的混合物。

本发明的有益效果是：

本发明可实现低温状态下同时脱除烟气中尘、氮氧化物、硫氧化物、微颗粒尘以及汞等重金属的目的，可将烟气中的NOx变成无害的N₂排放。避免了因采用SCR高温脱硝技术带来的氨逃逸、硫酸氢铵结块堵塞以及失效SCR催化剂作为危废难以处置等难题，同时因对烟气中的余热进行了的回收利用，进一步提升了烟气集成净化处理的效益，达到了既节能又减排的效果。

附图说明

图1为本发明的系统组成示意图。

具体实施方式

如图1，本发明的一种烟气余热回收湿式烟气集成净化系统，包括烟气降温换热装置1、烟气除尘装置2、增压风机3、湿式预脱硫脱硝装置、烟气再热器9、湿式深度脱硫脱硝装置，其中，

湿式预脱硫脱硝装置包括碱液吸收浆液制备单元4、浆液储存罐5、浆液输送泵6、湿式预脱硫脱硝塔7；

湿式深度脱硫脱硝装置包括脱硝吸收液制备及储存单元12、脱硝液输送泵13、湿式深度脱硫脱硝塔8、循环泵10、饱和浆液再生单元11；

烟气降温换热装置1、烟气除尘装置2、增压风机3、烟气再热器9、湿式预脱硫脱硝塔7、湿式深度脱硫脱硝塔8、饱和浆液再生单元11依次通过烟道或管道连接；碱液吸收浆液制备单元4、浆液储存罐5、浆液输送泵6、湿式预脱硫脱硝塔7依次相连；脱硝吸收液制备及储存单元12通过循环泵10与湿式深度脱硫脱硝塔8相连；饱和浆液再生单元11通过脱硝液输送泵13与湿式深度脱硫脱硝塔8相连形成循环。

湿式预脱硫脱硝塔7可以是装有旋汇耦合脱硫塔(SPC-3D)，可以是喷淋塔、也可以是鼓泡塔，湿式脱硫脱硝塔设有多台循环浆液泵，可以满足根据湿式脱硫脱硝塔出口烟气中SO₂浓度进行实时调节控制的要求。湿式预脱硫脱硝塔7中的吸收浆液为碱性浆液，具体为脱硫碱性浆液，包括氨水溶液、氧化钙、碳酸钙、氧化镁以及碳酸钠、氢氧化钠

湿式深度脱硫脱硝塔8包括自下而上布置的旋汇耦合装置(专利号：CN201735324U)、填料层、均布液装置和除尘除雾器。其中填料层为多层，每层填料层上布置一个高效均布液装置。深度湿式脱硫脱硝塔中8底部浆液池中的脱硫脱硝浆液为亚铁盐、亚硫酸盐、EDTA以及催化剂的混合溶液，具体的亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁，亚硫酸盐为亚硫酸钠、亚硫酸钾，EDTA为EDTA-2Na和EDTA-4Na。催化剂为粉末活性炭，其pH值不低于7，比表面积200㎡/g～1100㎡/g，粒度为80目～400目，其添加量为0.0％wt～1.0％wt。上述脱硫脱硝浆液中可以添加催化剂也可以不添加。

饱和浆液再生单元11包括有蒸发浓缩装置或冷冻结晶装置和离心分离装置，用于分离出湿式深度脱硫脱硝塔8底部浆液池中的脱硫脱硝浆液中的亚硫酸盐或硫酸盐等固态产物。分离出的液态浆液通过脱硝液输送泵13回到湿式深度脱硫脱硝塔8中重复循环使用。脱硝吸收液制备及储存单元12用于制备存储脱硫脱硝浆液，利用循环泵10将脱硫脱硝浆液输送到湿式深度脱硫脱硝塔8中。

通过本发明的净化系统可实现低温状态下同时脱除烟气中尘、氮氧化物、硫氧化物、微颗粒尘以及汞等重金属的目的，可将烟气中的NO变成无害的N₂排放。同时因对烟气中的余热进行了回收利用，进一步提升了烟气集成净化处理的效益，达到了既节能又减排的效果。

填料层的填料选用PP材质的球形空心球散装填料，比表面为50㎡/m³～800㎡/m³，堆积密度为堆积密度20kg/m³～200kg/m³，填料装填2～6层，每层高度约0.1m～1.5m,每层填料上方布置高效均布液装置。

除尘除雾器可以为板式除尘除雾器、屋脊式除尘除雾器，也可以为管束式除尘除雾器，也可以为静电管束式除尘除雾器，优选管束式除尘除雾器(专利号：CN 104368215B)或静电管束式除尘除雾器(申请号CN201620105537.9)。

高温原烟气通过烟道进入烟气降温换热装置1，烟气通过换热降温后进入烟气除尘装置2，经除尘后的烟气通过烟道进入增压风机3，烟气经增压风机3增压后进入烟气再热器9，然后进入湿式预脱硫脱硝塔7，烟气经湿式预脱硫脱硝处理后进入烟气再热器9然后进入湿式深度脱硫脱硝塔8，湿式预脱硫脱硝塔7和湿式深度脱硫脱硝塔8与烟气再热器9是分体的，也可以是合并为一体的。烟气再热器9是气气换热器。

碱液吸收浆液制备单元4制备吸收浆液，吸收浆液为碱性浆液，具体为脱硫碱性浆液，包括氨水溶液、氧化钙、碳酸钙、氧化镁以及碳酸钠、氢氧化钠。吸收浆液被输送到浆液储存罐5，通过浆液输送泵6将制备好的浆液输送到湿式预脱硫脱硝塔7的浆液池中。

一种基于所述烟气余热回收湿法集成净化处理系统的净化方法，包括以下步骤：

步骤1：利用烟气降温换热装置1将含有硫氧化物、氮氧化物、尘、汞等重金属污染物的烟气温度由＞180℃降低至＜180℃；

步骤2：利用烟气除尘装置2将降温后的烟气中的粉尘脱除；烟气除尘装置2为电除尘器、电袋除尘器或袋式除尘器；

步骤3：利用增压风机3将脱尘后的烟气增压后送入烟气再热器9，烟气经再次换热降温后回到湿式预脱硫脱硝塔7，进行预脱硫脱硝，控制湿式预脱硫脱硝塔7的脱硫效率在40％～98％后与烟气再热器9换热经升温再热后经烟道再进入到湿式深度脱硫脱硝塔8，连续进行脱硫脱硝除雾、深度除尘处理后变为净烟气经烟道进入烟囱排放。

湿式预脱硫脱硝塔7中的吸收浆液为碱性浆液，具体为脱硫碱性浆液，包括氨水溶液、氧化钙、碳酸钙、氧化镁以及碳酸钠、氢氧化钠。

深度湿式脱硫脱硝塔中8的脱硫脱硝浆液为亚铁盐、亚硫酸盐、EDTA以及催化剂的混合溶液，具体的亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁，亚硫酸盐为亚硫酸钠、亚硫酸钾，EDTA为EDTA-2Na和EDTA-4Na。催化剂为粉末活性炭，其pH值不低于7，比表面积200㎡/g～1100㎡/g，粒度为80目～400目，其添加量为0.0％wt～1.0％wt。

步骤4：湿式深度脱硫脱硝塔8中浆液池的浆液经脱硫脱硝后会逐渐饱和，将饱和后的吸收浆液送入脱硫脱硝饱和浆液再生单元11中，经还原再生的脱硫脱硝浆液继续返回湿式深度脱硫脱硝塔8中循环使用。

当深度脱硫脱硝塔8中采用氨水作为系统pH值调整源，则采用蒸发结晶浓缩后进行离心分离出固态副产物硫酸铵或亚硫酸铵和硫酸铵的混合物；当深度脱硫脱硝装置中采用钠碱作为系统pH值调整源，则采用冷冻结晶后离心分离出固态副产物硫酸钠或硫酸钠和亚硫酸钠的混合物。

步骤5：湿式深度脱硫脱硝塔8中的脱硫脱硝浆液随着不断循环使用，浆液中的硫酸根会逐渐累积，当脱硫脱硝浆液中硫酸根浓度达到≥1.0mol/L后，利用饱和浆液再生单元11将饱和浆液的20％-50％进行排液处理，分离采用蒸发结晶浓缩后离心分离或采用冷冻结晶后离心分离方式。分离出亚硫酸盐或硫酸盐的固态产物，分离出的液态浆液回到脱硫脱硝饱和液再生系统中经再生、调制后，进入到湿式深度脱硫脱硝塔8中重复循环使用。

湿式深度脱硫脱硝塔8中深度脱硫脱硝饱和浆液再生温度为40℃～80℃，再生时间15min～90min。脱硫脱硝浆液再生过程中添加活性炭做催化剂，活性炭添加量为1.0％wt～5.0％wt，活性炭的pH值为2～11，比表面200㎡/g～500㎡/g，耐磨强度不低于85％。

实施例1

含5300mg/Nm³的SO₂、NO_x约600mg/Nm³、29g/Nm³的尘以及0.041mg/Nm³汞，380℃的燃煤锅炉高温烟气，先经烟气降温换热装置1进行换热降温到140℃，进行热回收后进入烟气除尘装置2，然后经增压风机3后送入烟气再热器9(此处为气气换热器)进行二次换热，烟气进一步降温到约90℃后经烟道进入湿式预脱硫脱硝塔7，烟气经预脱硫脱硝处理后烟气经烟道进入烟气再热器9(此处为气气换热器)进行烟气升温到约90℃后进入深度脱硫脱硝塔8中，经深度脱硫脱硝、除尘除雾后为净烟气经烟道进入烟囱排放。

湿式深度脱硫脱硝塔中填料选用PP材质的球形空心球散装填料，比表面为300㎡/m³，堆积密度为堆积密度50kg/m³，填料装填6层，每层高度约0.4m,每层填料上方布置高效均布液装置。

预脱硫脱硝系统中浆液为石灰石或石灰的浆液，通过控制pH值在5～6之间，控制液气比为8～18，从而控制预脱硫脱硝塔中脱硫效率为60％～95％,本实施例中pH值控制在5.8，液气比为12时，脱硫效率为90％。

湿式深度脱硫脱硝塔8中的脱硫脱硝浆液为硫酸亚铁、亚硫酸钠、EDTA-2Na以及比表面450㎡/g的325目的活性炭混合溶液，活性炭的添加量为0.15％wt。采用碳酸钠为深度脱硫脱硝系统中的pH值调节源。

当湿式深度脱硫脱硝塔中脱硫脱硝浆液逐渐饱和失去脱硫脱硝能力时，开始对饱和脱硫脱硝浆液进行再生处理，再生温度80℃，再生时间15min，再生浆液pH值6.7，饱和浆液再生过程中添加比表面400㎡/g、200目的活性炭2％wt。

当饱和脱硫脱硝浆液中硫酸根浓度约1.51mol/L时，对脱硫脱硝饱和吸收液进行排液处理，将约四分之一的饱和脱硫脱硝浆液进行冷冻结晶、离心分离出亚硫酸钠和硫酸钠的混合物为副产物，分离出的液态浆液回到脱硫脱硝饱和液再生系统中经再生、调制后，进入到湿式深度脱硫脱硝装置中重复循环使用。

在上述实例中，净烟气的排放指标为27mg/Nm³的SO₂、49mg/Nm³的NOx、4.1mg/Nm³的尘，0.019mg/Nm³的汞。

实施例2

含3987mg/Nm³的SO₂、NO_x约1035mg/Nm³、17g/Nm³的尘245℃的焦化高温烟气，先经烟气降温换热装置1(此处采用气液换热装置)进行换热降温到120℃，进行热回收后进入烟气除尘装置2，然后经增压风机3后送入烟气再热器9(气气换热器)进行二次换热，烟气进一步降温到约76℃后经烟道进入湿式预脱硫脱硝塔7，烟气经预脱硫脱硝处理后烟气经烟道进入烟气再热器9(气气换热器)进行烟气升温到约76℃后进入深度脱硫脱硝塔8中，经深度脱硫脱硝、除尘除雾后为净烟气经烟道进入烟囱排放。

湿式深度脱硫脱硝塔中填料选用PP材质的规整波纹板填料，比表面为500㎡/m³，堆积密度为堆积密度120kg/m³，填料装填2层，每层高度约1.2m,每层填料上方布置高效均布液装置。

预脱硫脱硝塔中浆液为废氨水溶液，通过控制pH值在5.7～7.5，控制液气比为3～10，从而控制预脱硫脱硝塔中脱硫效率为50％～90％。本实施例中pH值控制在7.1，液气比为5时，脱硫效率为88％。

湿式深度脱硫脱硝塔中的脱硫脱硝浆液为硫酸亚铁、亚硫酸钠、EDTA-2Na以及比表面670㎡/g的325目的活性炭混合溶液，活性炭的添加量为0.10％wt。采用废氨水为深度脱硫脱硝系统中的pH值调节源。

当湿式深度脱硫脱硝塔中脱硫脱硝浆液逐渐饱和失去脱硫脱硝能力时，开始对饱和脱硫脱硝浆液进行再生处理，再生温度60℃，再生时间35min，再生浆液pH值6.37，饱和浆液再生过程中添加比表面220㎡/g、325目的活性炭5％wt。

当饱和脱硫脱硝浆液中硫酸根浓度约2.6mol/L时，对脱硫脱硝饱和吸收液进行排液处理，将约三分之一的饱和脱硫脱硝浆液进行蒸发结晶、离心分离出硫酸铵的混合物为副产物，分离出的液态浆液回到脱硫脱硝饱和液再生系统中经再生、调制后，进入到湿式深度脱硫脱硝装置中重复循环使用。

在上述实例中，净烟气的排放指标为82mg/Nm³的SO₂、100mg/Nm³的NO_x、10mg/Nm³的尘。

实施例3

含2870mg/Nm³的SO₂、NO_x约374mg/Nm³、19g/Nm³的尘325℃的烧结烟气，先经烟气降温换热装置气液换热器1进行换热降温到180℃，进行热回收后进入烟气除尘装置2，然后经增压风机3后送入烟气再热器气气换热器9进行二次换热烟气进一步降温到约95℃后经烟道进入湿式预脱硫脱硝塔7，烟气经预脱硫脱硝处理后烟气经烟道进入烟气再热器气气换热器9进行烟气升温到95℃后进入深度脱硫脱硝塔8中，经深度脱硫脱硝、除尘除雾后为净烟气经烟道进入烟囱排放。

湿式深度脱硫脱硝塔中填料选用PP材质的规整波纹板填料，比表面为200㎡/m³，堆积密度为堆积密度45kg/m³，填料装填3层，每层高度约0.7m,每层填料上方布置高效均布液装置。

预脱硫脱硝系统中浆液为氧化镁溶液，控制pH值在5.4～7.2之间，控制液气比为3～17，控制预脱硫脱硝塔中脱硫效率为40％～98％；本实施例中pH值控制在5.4，液气比为3时，脱硫效率为98％。

湿式深度脱硫脱硝塔中的脱硫脱硝浆液为氯化亚铁、亚硫酸钠、EDTA-4Na以及比表面800㎡/g的120目的活性炭混合溶液，活性炭的添加量为0.35％wt。采用氢氧化钠为深度脱硫脱硝系统中的pH值调节源。

当湿式深度脱硫脱硝塔中脱硫脱硝浆液逐渐饱和失去脱硫脱硝能力时，开始对饱和脱硫脱硝浆液进。行再生处理，再生温度60℃，再生时间35min，再生浆液pH值6.37，饱和浆液再生过程中添加比表面500㎡/g、325目的活性炭2.8％wt。

当饱和脱硫脱硝浆液中硫酸根浓度约1.0mol/L时，对脱硫脱硝饱和吸收液进行排液处理，将约五分之一的饱和脱硫脱硝浆液进行冷冻结晶、离心分离出亚硫酸钠副产物，分离出的液态浆液回到脱硫脱硝饱和液再生系统中经再生、调制后，进入到湿式深度脱硫脱硝装置中重复循环使用。

在上述实例中，净烟气的排放指标为18mg/Nm3的SO2、49mg/Nm3的NOx、5mg/Nm3的尘。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。