本发明涉及除尘技术领域，特别涉及一种脱硫脱硝除尘一体化设备及工艺。
背景技术：
随着国家大气治理环保工作的深入，烟气净化成本也受到各生产单位的关注，以往脱硫、脱硝、除尘分别设置反应器的工艺成本高，给生产单位造成巨大经济负担，市场上急需一种既能满足国家环保排放标准要求又具有良好经济性的环保设备。
目前脱硫、脱硝、除尘一体化已成为研究热点，目前工业锅炉脱硫脱硝除尘系统主要有以下几类：第一类为将除尘设备、喷淋降温除尘设备、脱硝反应设备、脱硫反应设备、(一级或者多级)过滤器等多个独立的常规设备进行串联。该系统将各不同功能的设备串联，净化原理上没有改变，净化条件也没有得到优化，设备建造成本、运行成本也没有明显降低。
第二类为将湿式脱硫技术、常温氧化还原脱硝技术和湿式静电除尘技术相结合，形成了废气脱硫脱硝超净除尘一体化系统。该系统采用湿法脱硫、湿式静电除尘技术存在设备体积庞大、结构复杂、投资大，运行耗水量大，容易形成湿烟雨等不足。
第三类为在脱硫塔上部设有返料斜槽返料斜槽低端连接布袋除尘器，能起到脱硫和除尘的效果。该系统只有脱硫和除尘两种功效，采用部分物料返回循环的办法来延长脱硫反应时间，以满足脱硫效率，实际能耗高，工艺控制复杂且脱硫剂利用率不能全面提高。
从以上描述可以看出，以上三类设备均具有缺陷，尤其很难满足安装空间小、使用成本有限的环境需求，进而大大限制了脱硫、脱硝、除尘系统的应用范围。
如何提供一种设备其在满足脱硫、脱硝、除尘功能的前提下，减小占地面积以及使用成本，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明提供一种脱硫脱硝除尘一体化设备，包括具有烟气进口和烟气出口的主机壳体，沿烟气流动方向，所述主机壳体内部依次布置有电场区、脱硫区、除尘袋区和脱硝催化剂区；
所述电场区设置有第一荷电部件，用于对烟气中固体颗粒进行荷电；
所述脱硫区设置有第一喷吹部件和第二喷吹部件，所述第一喷吹部件用于喷吹脱硫固体颗粒；所述第二喷吹部件用于喷吹气态脱硝剂；
所述除尘袋区设置有滤袋；
所述脱硝催化剂区设置有定位部件，用于存放脱硝催化剂。
与现有技术相比，本文对脱硫脱硝除尘所需设备进行了优化布置，先利用电场区对烟气内部的固体颗粒进行荷电，这样可最大限度的除去烟气中粉尘颗粒，进而提高了后续烟气脱硫效率，并且本文利用喷吹脱硫固体颗粒的方式对烟气中的硫元素以及硫化合物进行脱除，即采用干法脱硫，大大降低脱硫区所占空间。再者本文中设备在对烟气进行脱硝之前已经进行了脱硫和除尘，这样在脱硝前进行脱硫可减少硫酸氢铵在催化剂中的结垢和堵塞，在脱硝前进行除尘，使得脱硝工况改善为无尘脱硝，能避免固体粉尘对催化剂的冲刷，以及粉尘中有害成分造成的催化剂堵塞和中毒，以上两点大大地延长脱硝催化剂使用寿命，提高脱硝效率，进一步降低后续脱硝催化区体积，进而进一步降低设备体积。
并且，除尘袋区的滤袋可以对脱硫后的粉尘进行过滤，即脱硫反应的颗粒会附着于滤袋表面，而气态脱硝剂则会穿过滤袋进入脱硝催化剂区进行脱硝反应。
正是由于上述优化，本发明中的电场区、脱硫区、除尘袋区和脱硝催化剂区可以集成于同一主机壳体内部，应用于较小空间环境，提高了使用灵活性。
并且净化后烟气排放为干烟气，不会产生湿烟雨现象，不会有设备腐蚀等风险，不会产生二次污染。
可选的，还包括第二荷电部件，用于给脱硫固体颗粒进行荷电；荷电后的脱硫固体颗粒被喷吹至所述脱硫区，其中所述第二荷电部件对脱硫固体颗粒所荷电性与所述第一荷电部件对烟气粉尘颗粒所荷电性相同。
可选的，所述第二荷电部件设置于所述主机壳体的外部，所述第二荷电部件的脱硫固体颗粒出口通过管路连通所述脱硫区。
可选的，所述第一荷电部件为高压脉冲静电除尘器，所述气态脱硝剂为nh3。
可选的，所述除尘袋区的滤袋为金属滤袋。
可选的，所述主机壳体包括依次连通的水平段和竖直段，所述第一荷电部件、所述第一喷吹部件和所述第二喷吹部件均布置于所述水平段，所述除尘袋区和所述脱硝催化剂区布置于所述竖直段，并且所述除尘袋区的滤袋竖向布置且开口向上。
可选的，所述除尘袋区与所述脱硝催化剂区二者间隔具有预定高度，以形成气室。
可选的，还包括反吹风系统，设置于所述除尘袋区滤袋口上方。
可选的，所述除尘袋区的下端部设置有灰斗，用于接收所述滤袋上掉落的粉尘；所述灰斗内部还设置有换热部件，用于对落入所述灰斗内的粉尘与外部介质进行热交换。
此外，本发明还提供了一种脱硫脱硝除尘工艺，该工艺具体包括以下步骤：
对温度降至300℃至400℃烟气中固体颗粒进行荷电；
喷入脱硫固体颗粒以脱除荷电烟气中的硫；
向烟气中喷气态脱硝剂；
将喷有气态脱硝剂的烟气通过滤袋过滤以除尘；
将经过滤袋过滤的烟气通过脱硝催化剂，在脱硝催化剂的催化作用下，烟气内部的气态脱硝剂与烟气中部分成分作用以脱除烟气中的硝元素。
可选的，脱硫固体颗粒在喷入烟气之前，还进行以下步骤：对脱硫固体颗粒进行荷电，并且荷电后的脱硫固体的电性与荷电后的烟气中固体颗粒电性相同。
附图说明
图1为本发明一种实施例中脱硫脱硝除尘一体化设备的结构示意图。
其中，图1中部件名称与附图标记之间的一一对应关系如下所示：
1第一荷电部件；2第一喷吹部件；3第二荷电部件；4第二喷吹部件；5滤袋；6反吹风系统；7气室；8脱硝催化剂；9出口烟道；10灰斗；11主机壳体；111水平段；112竖直段。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明一种实施例中脱硫脱硝除尘一体化设备的结构示意图。
本发明提供了一种脱硫脱硝除尘一体化设备，顾名思义，该设备可以同时去除烟气中的硫、硝和粉尘。该设备包括主机壳体11，主机壳体11包括烟气进口和烟气出口，使用时，烟气进口连接上游设备的排气口，主机壳体11的烟气出口连接下游设备的进气口或者出口烟道9。对于脱硝工艺而言，目前脱硝催化剂8的最佳工作温度为300℃至400℃，而锅炉出来的烟气温度远远高于该温度，故可以在锅炉烟气出口的下游先设置换热设备，锅炉中的高温烟气经换热设备后降温为300℃至400℃的中温烟气，由换热设备流出的中温烟气再连接主机壳体11的烟气进口。
本发明中的主机壳体11沿烟气流动方向，其内部依次布置有电场区、脱硫区、除尘袋区和脱硝催化剂区。
其中，电场区设置有第一荷电部件1，用于对烟气中固体颗粒进行荷电；第一荷电部件可以为高压脉冲静电除尘器，脱硫区设置有第一喷吹部件2和第二喷吹部件4，其中第二喷吹部件4用于喷吹气态脱硝剂，气态脱硝剂可以为nh3(气态)。沿烟气流动方向第一喷吹部件2和第二喷吹部件4可以依次设置。其中高压脉冲静电除尘器可以高效除尘的同时能脉冲电离产生大量的高能电子和o、oh等活性自由基进而对烟气中的so2、nox等气体分子进行氧化、降解等反应使污染物转化，再与注入的nh3产生协同反效应生成硫酸铵、硝酸铵及其复盐的微粒可初步去除烟气中的so2和nox等杂质。尤其地，第一荷电部件可以为采用一块阳极板相应配一根阴极线的极配型，阴极线可采用大三角芒刺线。这样，在电场区能够更大限度的荷电，而大三角芒刺线在工作状态能够具有更强的放电性能，从而，可最大限度的除去烟气中粉尘颗粒；另外，电场区采用该极配型的方式，能够有效的消除一块阳极板相应配两根阴极线的常规极配型在高浓度烟气工作环境下造成的电晕封闭现象，减少包灰，并可使烟气中80％以上的粉尘除去，大大减轻了之后各个过程的除尘负荷，尤其是可显著提高后级除尘袋区的使用寿命。
需要说明的是，本方案中阴极线不局限于上述大三角芒刺线，在阴极线的选取上，满足放电性能强、不易包灰且不易电晕封闭要求的阴极线均可.
本发明中的第一喷吹部件2用于喷吹脱硫固体颗粒；脱硫固体颗粒可以为碱性颗粒，例如氧化钠、氧化钙等金属盐。对于第一喷吹部件的具体结构本文不做具体介绍，只要能实现脱硫固体颗粒的正常喷吹即可。
除尘袋区设置有滤袋5；滤袋5的具体结构和材质此处不做过多介绍。
本发明中的脱硝催化剂区设置有定位部件，用于存放脱硝催化剂8。定位部件主要作用为提供脱硝催化剂8的支撑和安放，不记载定位部件的结构完全不妨碍本领域内技术人员对本文技术方案的理解和实施。
与现有技术相比，本文对脱硫脱硝除尘所需设备进行了优化布置，先利用电场区对烟气内部的固体颗粒进行荷电，这样可最大限度的除去烟气中粉尘颗粒，进而提高了后续烟气脱硫效率，并且本文利用喷吹脱硫固体颗粒的方式对烟气中的硫元素以及硫化合物进行脱除，即采用干法脱硫，大大降低脱硫区所占空间。再者本文中设备在对烟气进行脱硝之前已经进行了脱硫和除尘，这样在脱硝前进行脱硫可减少硫酸氢铵在催化剂中的结垢和堵塞，在脱硝前进行除尘，使得脱硝工况改善为无尘脱硝，能避免固体粉尘对催化剂的冲刷，以及粉尘中有害成分造成的催化剂堵塞和中毒，以上两点大大地延长脱硝催化剂8使用寿命，提高脱硝效率，进一步降低后续脱硝催化区体积，进而进一步降低设备体积。
并且，除尘袋区的滤袋5可以对脱硫后的粉尘进行过滤，即脱硫反应的颗粒会附着于滤袋5表面，而气态脱硝剂则会穿过滤袋5进入脱硝催化剂区进行脱硝反应。
正是由于上述优化，本发明中的电场区、脱硫区、除尘袋区和脱硝催化剂区可以集成于同一主机壳体11内部，应用于较小空间环境，提高了使用灵活性。
并且净化后烟气排放为干烟气，不会产生湿烟雨现象，不会有设备腐蚀等风险，不会产生二次污染。
为了使脱硫固体颗粒均匀分散于烟气中，本文还进行了以下设置。
上述脱硫脱硝除尘一体化设备还可以包括第二荷电部件3，用于给脱硫固体颗粒进行荷电；荷电后的脱硫固体颗粒被喷吹至脱硫区，其中第二荷电部件3对脱硫固体颗粒所荷电性与第一荷电部件1对烟气粉尘颗粒所荷电性相同。
也就是说，荷电后的脱硫固体颗粒与荷电后的烟气粉尘颗粒电性相同，例如当电场区为阴极电场时，第二荷电部件对脱硫固体颗粒荷负电。反之，相同。
脱硫固体颗粒经过荷电后喷入脱硫区，使脱硫固体颗粒与烟道内未被电场区的静电除尘器收集的粉尘颗粒带有同种电荷，互相排斥，有利于脱硫固体颗粒迅速在烟气中扩散，形成均匀的悬浮状态，这样每个吸收剂粒子的表面都充分暴露在烟气中，其与so2的反应机会大大增加，同时经过荷电后吸收剂粒子的活性大大提高，降低了同so2完全反应所需的时间，在300℃～400℃的中温环境下一般在2秒以内即可完成化学反应，从而有效地提高了so2的脱除率，减少脱硫剂的使用剂量。
上述实施例中的第二荷电部件3可以设置于主机壳体11的外部，第二荷电部件3的脱硫固体颗粒出口通过管路连通脱硫区，即主机壳体11上设置有脱硫固体颗粒入口，第二荷电部件3的出口连接脱硫固体颗粒入口。荷电后的脱硫固体颗粒经第一喷吹部件2喷吹至脱硫区。
当然，气态脱硝剂的喷吹设备也可以位于主机壳体11的外部，即主机壳体11上开设有脱硝剂入口，气态脱硝剂的喷吹设备的出口连接该脱销剂入口。
上述各实施例中的除尘袋区的滤袋5为金属滤袋5，优选使用耐高温合金滤袋5。这样荷电后的脱硫固体颗粒主机壳体11的脱硫区与so2反应后，还有未参与反应的脱硫固体颗粒附着在合金滤袋5表面，迅速释放电荷，形成紧密粉尘层，阻止烟气迅速通过合金滤袋5，延长脱硫剂与so2反应时间，进一步提高脱硫效率。
主机壳体11的结构可以由多种形式，以下给出了一种具体的结构。
在一种具体实施例中，主机壳体11可以包括依次连通的水平段111和竖直段112，电场区、脱硫区布置于水平段111，也就是说第一荷电部件1、第一喷吹部件2和第二喷吹部件4依次布置于水平段111。除尘袋区和脱硝催化剂区布置于竖直段112，并且除尘袋区的滤袋5竖向布置且开口向上，烟气出口位于竖直段112的顶部，烟气进口位于水平段111的左侧端部。
烟气自水平段111水平流入竖直段112，再由滤袋5过滤后沿竖直方向向上流动直至流至烟气出口。
优选的，水平段为111可以设计为喇叭口结构，沿烟气流动方向所述喇叭口结构的截面径向尺寸逐渐增大。电场区和脱硫区靠近喇叭口结构的进口设置；这样可以尽量增加喷脱硫固体颗粒后的烟气与滤袋之间的距离，有利于烟气在接触滤袋之前其内部硫元素与脱硫固体颗粒充分反映。
上述各实施例中，除尘袋区与脱硝催化剂区二者间隔具有预定高度，以形成气室7。气室7设置可以方便安装和拆卸耐高温合金滤袋5。
另外，本文中的设备还可以包括反吹风系统6，设置于滤袋口上方。反吹风系统6有利于减小系统阻力，保证烟气顺畅流过滤袋5。
上述各实施例中，除尘袋区的下端部可以设置有灰斗10，用于接收滤袋5上掉落的粉尘；灰斗10内部还设置有换热部件，用于对落入灰斗内的粉尘与外部介质进行热交换。
当然，电场区的下方也可以设置灰斗10，灰斗内部也可以设置换热部件，用于收集粉尘的热量。
在上述设备的基础上，本文还提供了一种脱硫脱硝除尘工艺，该工艺具体包括以下步骤：
s1、对温度降至300℃至400℃烟气中固体颗粒进行荷电；
s2、喷入脱硫固体颗粒以脱除荷电烟气中的硫；
s3、向烟气中喷气态脱硝剂；
s4、将喷有气态脱硝剂的烟气通过滤袋过滤以除尘和除去脱硫形成的固体颗粒；
s5、将经过滤袋过滤的烟气通过脱硝催化剂，在脱硝催化剂的催化作用下，烟气内部的气态脱硝剂与烟气中部分成分作用以脱除烟气中的硝元素。
上述步骤s2脱硫固体颗粒在喷入烟气之前，还进行以下步骤：对脱硫固体颗粒进行荷电，并且荷电后的脱硫固体的电性与荷电后的烟气中固体颗粒电性相同。
本发明中的脱硫脱硝除尘工艺是以上述设备为基础实施的，故该工艺也具有上述设备的技术效果。
以上对本发明所提供的一种脱硫脱硝除尘一体化设备及工艺进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。