一种紊流式活性焦脱硫脱硝设备及方法与流程

本发明涉及烟气净化的领域，具体涉及一种紊流式活性焦脱硫脱硝设备及方法。

背景技术：

活性焦具有非极性、疏水性、较高的化学稳定性和热稳定性，加上它的催化作用、负载性能和还原性能以及独特的孔隙结构和表面化学特性,这些都决定了活性焦在联合脱硫脱硝方面具有非常好的先天条件。

活性焦法脱硫技术已经有近四十年研究应用历史，西德bf公司最早在1976年开发,日本三井矿山公司引进并经过改进，进行了工业示范，20世纪80年代开始工业应用。目前该技术已应用于处理各种工业废气，如化工尾气、燃煤锅炉烟气、烧结球团烟气和垃圾焚烧烟气，煤化工烟气、涉及化工、电力、冶金、硅酸盐等多个行业，主要应用案例如邯郸钢铁、宁钢烧结厂、青岛钢铁焦炉脱硫脱硝。国内应用较早的太钢活性焦脱硫脱硝效果较好，脱硫效率达到98％，但建设成本和运行成本高，采用的是日本错流活性焦脱硫脱硝技术(借鉴的wkv技术)。邯郸钢铁采用wkv对流脱硫脱硝技术，二氧化硫排放浓度可降至20mg/m³,氮氧化物排放浓度低于50mg/m³，运行成本低于13元/吨焦。青岛钢铁焦炉烟气活性焦脱硫脱硝项目目前正在建设，风量为52.25万nm³/h。因此有必要研制一种脱硫脱硝效果较好，同时成本低廉的技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种紊流式活性焦脱硫脱硝设备及方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种紊流式活性焦脱硫脱硝设备，主要包括烟气进入通道、吸附塔，烟气进入通道与吸附塔底部连通，吸附塔底部设置吸附单元，吸附塔顶部设置活性焦存储仓，活性焦从活性焦存储仓向下缓慢流动并在吸附单元上部形成活性焦层，吸附塔下方设置活性焦再生仓，吸附塔上部连接烟气排出通道，用于排出净化烟气；所述活性焦存储仓顶端设有进料管，第一分布器位于活性焦存储仓顶部，且在第一分布器上开有排气孔a，活性焦存储仓的四周为料仓壁，自进料管口向下沿着料仓壁内表面螺旋设置若干层螺旋溜槽，螺旋溜槽的侧面连接溜槽侧壁，设置在活性焦存储仓底部的料仓底板上等间距圆周分布有若干个分布管口，分布管口下方连接分布管，料仓底板上方设置第二分布器，第二分布器上开有排气孔b。

进一步讲，所述烟气进入通道内设置有旋流片。

进一步讲，所述吸附塔内设置有上下两层吸附单元，且每层均有若干个吸附单元呈均匀密布排列。

采用上述紊流式活性焦脱硫脱硝设备的紊流式活性焦脱硫脱硝方法，主要包括以下步骤：

步骤一：原烟气通过烟气进入通道进入设备，在旋流片的作用下烟气形成紊流，同时向烟气进入通道内喷入氨气，预先脱除烟气中的部分二氧化硫，反应生成硫酸氨颗粒，硫酸氨颗粒与烟气中的粉尘和旋流片发生撞击，由于碰撞、遮挡及重力沉降等作用而沉降下来一部分，达到预除尘的效果；

步骤二：预除尘后的烟气从吸附塔的底部进入吸附塔，活性焦由吸附塔顶部向下缓慢流动，使得烟气与活性焦充分接触，烟气中的二氧化硫在塔内与氨气发生反应生成硫酸铵，同时与活性焦发生物理吸附及化学吸附反应生成硫酸，并储存在活性焦孔隙内，氮氧化物与氨气发生反应被还原为氮气和水，从而达到脱硫脱硝的目的；

步骤三：经脱硫脱硝后的净烟气通过烟气排出通道排出，吸附了硫氧化物和氮氧化物的活性焦向下排出吸附塔，进入活性焦再生仓再生，并能循环使用。

本发明的有益效果为：

1、脱硫效率高，同时具有良好除尘效果，无废水、废渣、废气等产生，不产生二次污染；

2、可实现二噁英、重金属等污染物一体化脱除；

3、对工况适应性强，能适应烧结烟气量、烟气温度以及二氧化硫浓度频繁波动的特点；

4、脱硫脱硝过程基本不耗水；

5、在减排的同时可回收硫资源；

6、脱硫过程烟气温度不降低，不需增加烟气再热系统，减轻设备腐蚀，系统运行稳定可靠。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为活性焦存储仓的结构示意图。

图3为活性焦在活性焦存储仓内的流动示意图。

附图标记说明：烟气进入通道1、吸附塔2、吸附单元3、活性焦存储仓4、进料管4-1、第一分布器4-2、排气孔a4-3、料仓壁4-4、螺旋溜槽4-5、溜槽侧壁4-6、料仓底板4-7、分布管口4-8、分布管4-9、第二分布器4-10、排气孔b4-11、活性焦层5、活性焦再生仓6、烟气排出通道7、旋流片8。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：

实施例：如附图所示，这种紊流式活性焦脱硫脱硝设备及方法，主要包括烟气进入通道1、吸附塔2，烟气进入通道1与吸附塔2底部连通，吸附塔2底部设置吸附单元3，吸附塔2顶部设置活性焦存储仓4用于存储活性焦，活性焦从活性焦存储仓4向下缓慢流动并在吸附单元3上部形成活性焦层5，吸附塔2下方设置活性焦再生仓6，吸附塔2上部连接烟气排出通道7，用于排出净化烟气。

作为优选，所述烟气进入通道1内设置有旋流片8。

作为优选，所述吸附塔2内设置有上下两层吸附单元3，且每层均有若干个吸附单元3呈均匀密布排列。

在所述活性焦存储仓4顶端设有进料管4-1，第一分布器4-2位于活性焦存储仓4顶部，且在第一分布器4-2上开有排气孔a4-3，活性焦存储仓4的四周为料仓壁4-4，自进料管4-1口向下沿着料仓壁4-4内表面螺旋设置若干层螺旋溜槽4-5，螺旋溜槽4-5的侧面连接溜槽侧壁4-6，设置在活性焦存储仓4底部的料仓底板4-7上等间距圆周分布有若干个分布管口4-8，分布管口4-8下方连接分布管4-9，料仓底板4-7上方设置第二分布器4-10，第二分布器4-10上开有排气孔b4-11；如附图3所示，活性焦从进料管4-1进入活性焦存储仓4内，由于重力的作用在螺旋溜槽4-5与溜槽侧壁4-6形成的斜槽内堆积，当堆积高度高于溜槽侧壁4-6时，活性焦进入下一层斜槽继续堆积，从而在整体上形成一个逐渐向下流动的过程，有效防止了因吸附塔过高及活性焦下落速度过快所导致的活性焦摔损变形，甚至失效的情况发生。

采用上述紊流式活性焦脱硫脱硝设备的紊流式活性焦脱硫脱硝方法，主要包括以下步骤：

步骤一：原烟气通过烟气进入通道1进入设备，在旋流片8的作用下烟气形成紊流，同时向烟气进入通道1内喷入氨气，预先脱除烟气中的部分二氧化硫，反应生成硫酸氨颗粒，硫酸氨颗粒与烟气中的粉尘和旋流片8发生撞击，由于碰撞、遮挡及重力沉降等作用而沉降下来一部分，达到预除尘的效果；

步骤二：预除尘后的烟气从吸附塔2的底部进入吸附塔2，活性焦由吸附塔2顶部向下缓慢流动，使得烟气与活性焦充分接触，烟气中的二氧化硫在塔内与氨气发生反应生成硫酸铵，同时与活性焦发生物理吸附及化学吸附反应生成硫酸，并储存在活性焦孔隙内，氮氧化物与氨气发生反应被还原为氮气和水，从而达到脱硫脱硝的目的；

步骤三：经脱硫脱硝后的净烟气通过烟气排出通道7排出，吸附了硫氧化物和氮氧化物的活性焦向下排出吸附塔2，进入活性焦再生仓6再生，并能循环使用。

上述紊流式活性焦脱硫脱硝技术所涉及的原理如下：

除尘原理：通过碰撞，遮挡以及扩散捕捉效果进行除尘。通常直径1μm以上的粒子可通过冲撞效果进行捕捉。而不到1μm的粒子要通过遮挡和扩散捕捉效果进行捕捉。

脱硫：硫氧化物的大部分是二氧化硫so2，通过物理吸附以及化学吸附两种吸附方式进行。在范德华力以及化学亲和力的作用下，so2由气相移动至活性焦粒子表面后被捕捉(物理吸附)。然后，在活性焦细孔内被氧化为so3同时与一同吸附的h2o产生反应，作为h2so4被捕捉(化学吸附)

①物理吸附：so2→so2*

②化学吸附：

a、so2*+1/2o2*→so3*

so2*+nh2o*→h2so4*(n-1)h2o

*：为活性焦细孔内的吸附状态。

n：根据废气中的水分、so2浓度、废气温度的不同有所变化，但在通常的温度下100～150℃可认为是2；

b、为促进脱硝反应以及维持活性焦的活性，需要进行加氨，如以下的化学反应。是否作为nh4hso4*或(nh4)2so4*被吸附，由nh3与so2的浓度比所决定

h2so4*+nh3→nh4hso4*

nh4hso4*+nh3→(nh4)2so4*

脱硝：①、scr反应：活性焦有通常的ti-v系金属触媒同样的作用，使no被还原为n2。

no+nh3+1/4o2→n2+3/2h2o

②、non-scr反应：活性焦再生时会生成还原性物质，表示为c…red，可循环至吸附塔，与废气中的no直接反应还原生成n2，该反应为活性焦特有的脱硝反应，称为non-scr反应。

no+c…red→n2

脱二噁英：二噁英在常温下均为固体，但在烟气温度范围(100～150℃)内，可作为固体状，雾状，或者气状存在。其中，固体状与雾状的pcdd/f为附着或者吸附在废气中灰尘粒子表面的状态，称之为灰尘状pcdd/f。因此，灰尘状pcdd/f通过活性焦的过滤集尘功能被除去，气状pcdd/f通过吸附被除去。

其他有害物质除去：废气含有的少量hcl(氯化氢)，hf氟化氢，so3(三氧化硫)等酸性气体及as、pb、hg等重金属，也可通过活性焦吸附进行高效脱除。

再生解析：吸附so2后的活性焦在加热情况下，其所吸附的h2so4与c活性焦反应被还原为so2，同时活性焦恢复吸附性能，可循环使用；活性焦的加热再生反应相当于对活性焦进行再次活化，其吸附和催化活性不但不降低，还会有一定程度的提高

h2so4→h2o+so3

nh4hso4→h2o+so3+nh3

(nh4)2so4→h2o+so3+2nh3；so3+c-ac→so2+1/2co2

3so3+2nh3→3so2+3h2o+n2

本发明所涉及的活性焦法烟气净化技术是一种可资源化的干法烟气处理技术，具有节水、脱硫、脱硝、脱二噁英、脱重金属、除尘及除去其他微量有害烟气成分(如hcl、hf、so3等)的功能，同时可回收硫资源。

近些年来，日本烧结厂脱硫脱硝几乎均采用活性焦吸附法，活性焦吸附法是一种很成熟可靠的烟气净化技术。

本发明的节能减排效果如下表所示：

活性焦脱硫脱硝工艺排放指标

以青钢焦炉烟气活性焦脱硫脱硝项目为例，烟气量为52.25万nm³/h，年可生产副产品硫酸铵9866吨，焦粉428吨。

本发明的工作过程：原烟气进入烟道后与旋流片碰撞，使烟气发生紊流，同时在撞击及重力沉降的作用下，烟气中的粗粉尘颗粒发生沉降，使得粉尘浓度降低，达到粗除尘的效果，经过旋流片粗除尘后的烟气进入吸附塔内，在塔内进行脱硫脱硝，脱硫脱硝后的净烟气通过烟道排出，吸附了硫氧化物和氮氧化物的活性焦向下排出吸附塔，进入活性焦再生仓再生。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。