使用串联双吸附塔的烟气脱硫脱硝方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及采用串联双活性炭吸附塔(也称作反应塔)的烟气脱硫脱硝方法和装置。更具体地说，本发明涉及采用串联双活性炭吸附塔并且在活性炭吸附塔的上游或前端对烟气(烧结烟气)同时采用了喷水降温及兑冷风降温的措施来控制吸附塔中活性炭床层的温度在I1?160°C范围，优选控制在120?150°C范围的方法，以及在吸附塔中多(位)点喷氨的方法，这些属于烧结烟气处理领域。
【背景技术】
[0002]对于工业烟气、尤其钢铁工业的烧结机烟气而言，采用包括活性炭吸附塔和解析塔的大型干法脱硫、脱硝装置和工艺是比较理想的。
[0003]活性炭烟气净化技术具有能够同时脱硫脱硝、实现副产物资源化、吸附剂可循环使用、脱硫脱硝效率高等特点，是非常具有发展前景的脱硫脱硝一体化技术。在包括活性炭吸附塔和解析塔(或再生塔)的脱硫、脱硝装置中，活性炭吸附塔用于从烧结烟气或废气(尤其钢铁工业的烧结机的烧结烟气)吸附包括硫氧化物、氮氧化物和二恶英在内的污染物，而解析塔用于活性炭的热再生。
[0004]活性炭法烟气净化技术具有同时脱硫脱硝的功能，此工艺包含的主体设备有吸附塔、再生塔及活性炭输送装置。相对于NOx而言，SO2更容易脱除，正常情况下一组吸附塔即可得到高达90%的脱硫率，但脱硝率较低。
[0005]另外，对于高度到达几十米的脱硫脱硝塔，吸附塔内活性炭床层的温度控制面临巨大的挑战。
[0006]对于活性炭法烟气净化技术而言，活性炭吸附塔内活性炭床层的正常工作温度为110?160°C，优选控制在120?150。。。
[0007]—方面，为了防止床层中的活性炭燃烧，严格控制活性炭床层温度低于165°C、优选低于160°C、更优选低于150°C。这是因为，虽然活性炭的燃点在430°C左右，然而在活性炭表面发生的化学反应一般为放热反应，且烟气中的粉尘中含有少量易燃、助燃物质，并且活性炭本身也夹带易燃性粉尘。如果没有严格控制吸附塔内的温度，则这些易燃性物质或易燃性粉尘的存在随时造成安全隐患，轻则可能导致几十米高的吸附塔内活性炭自燃，严重则导致粉尘爆炸，这两种事故的出现对于大型的脱硫脱硝塔装置而言都是灾难性的。所以，为了安全起见，一般设置活性炭床层温度报警温度为165°C。烧结原烟气经增压风机加压后温度一般为100°C -220°C、更一般为110-180°C之间，而且烧结烟气中氧含量高，塔内活性炭表面氧化后床层温度会比进口烟气温度高出5-15°C，因此为了确保脱硫脱硝装置的安全运行，需要对活性炭床层温度进行控制。此外，吸附塔停运前，须保持塔内活性炭床层温度低于80°C，此时需对活性炭床层进行冷却降温，因此为了确保安全停运，也须对活性炭床层温度进行控制。
[0008]另一方面，需要严格控制活性炭床层温度高于或不低于110°C、优选高于或不低于120°C、更优选高于或不低于125°C。这是因为，如果床层温度低于110°C、尤其低于100°C，则进入床层内的烧结烟气中所含的水蒸汽的温度接近露点(或凝结点)，极易变成水并且与硫氧化物反应变成强腐蚀性的酸，导致装置的严重腐蚀并且严重降低脱硝、脱硝的效果。
[0009]传统的烟气降温方法为向烟气中喷水降温。这种冷却方法在系统正常运行时能有效控制活性炭床层温度，但用于系统停运前降温会导致烟气湿度过高，导致活性炭会吸附烟气中大量水蒸气，降低了活性炭低温脱硝活性。
[0010]通常，活性炭法烟气净化技术具有脱硫脱硝率高、副产物可资源化利用、活性炭可循环使用等特点，其脱硫脱硝的原理如下:
[0011 ] 在活性炭的表面SO2被氧化吸收形成硫酸，其反应式:
[0012]2S02+02+2H20 — 2H2S04
[0013]如果在烟气中喷入少量氨，可加快SO2的吸收，其反应式:
[0014]NH3+H2S04 — NH4HSO4
[0015]但是，为了在脱硫的同时达到脱硝的效果，一般会在吸附塔烟气入口处喷射较多的氨，既要满足脱硫所需的氨，同时满足脱硝所需的氨。脱硝反应式为:
[0016]4N0+02+4NH3 — 4N2+6H20
[0017]与此同时在吸附塔内还存在以下的副反应:
[0018]2NH3+H2S04 — (NH4) 2S04
[0019]而且SO2与NH3的反应速率比NO与NH3的反应速率更快，SO2的存在抑制了脱硝反应的进行。另外，烟气中的S03、HF、和HCl也会和NH3反应，对于脱硝而言，这些副反应会大大增加了氨气的用量，增加了运行成本。
[0020]为了得到更高的脱硝率，可对吸附塔进行多级串联是努力的方向，最终实现污染物达标排放。
【发明内容】
[0021]本发明的目的是对吸附塔进行多级串联，以便得到更高的脱硝率，最终实现污染物达标排放。
[0022]同时，本发明还提供一种活性炭床层温度的控制方法，可以确保系统在运行及停运时实现安全有效的温度控制，防止事故发生。在活性炭吸附塔的上游或前端对烟气(烧结烟气)同时采用了喷水降温及兑冷风降温的措施来控制吸附塔中活性炭床层的温度在110?160°C范围，优选控制在120?150°C范围的方法。
[0023]本申请使用的活性炭床层温度控制方法同时采用了对烟气进行喷水降温及兑冷风降温。吸附塔正常工作时，如果活性炭床层温度高于150°C，则利用吸附塔之前、增压风机之后设置的喷水点，向原烟气中喷入雾化水对烟气进行降温，从而降低活性炭床层温度。所喷的工艺水的量由烟气量及烟气温度决定。
[0024]吸附塔正常停运或在事故情况下(装置因故障或维护需要停机，或水冷系统故障时)，为了在不增加塔内湿度的条件下降低吸附塔内温度，关闭工艺水降温系统，将原烟气挡板关闭，打开冷风阀，向烟道中通入冷空气，从而降低吸附塔内活性炭床层温度。
[0025]另外，本发明还使用在活性炭吸附塔中多位点喷射空气稀释氨气的手段，它一方面用于同时兼顾脱硫和脱硝的作用，另一方面，也协助吸附塔内温度的调节和/或控制。也可以说，作为本发明的优选的方案，采用三种手段或措施来控制吸附塔内的烟气温度，以便在理想的烟气温度下进行吸附。
[0026]根据本发明的第一个实施方案，提供包括串联双吸附塔的脱硫脱硝装置，它包括
[0027]I)串联的第一吸附塔和第二吸附塔，
[0028]2)活性炭再生塔(或解析塔)，
[0029]3)在第一吸附塔的烟气输入口上游的原烟气输送烟道，在该烟道上设有冷风入口(PD和/或工艺水喷嘴(P2)，
[0030]4) 一级烟气管道，它的前端连接于第一吸附塔的烟气出口和它的后端经由第二挡板门连接于第二吸附塔的进气室，
[0031]5) 二级净烟气管道，它的前端连接于第一吸附塔的烟气出口和它的后端经由第三挡板门连通至排放烟囱，
[0032]6)三级净烟气管道，它的前端连接于第二吸附塔的烟气出口和它的后端经由第四挡板门连通至排放烟囱，和
[0033]7)氨气输送管路,其中:在氨气输送管路上(例如中段位置)设有一种氨气与空气混合装置(M)，该氨气输送管路的后端分别连通至原烟气输送烟道和一级烟气管道和/或延伸到第一吸附塔和/或第二吸附塔内并且在氨气输送管路的末端安装了氨气喷嘴，或从该氨气输送管路的末段上分出多个氨气支路，这些支路分别连通至原烟气输送烟道和一级烟气管道以及任选地连接到位于第一吸附塔和第二吸附塔的进气室内的一个或多个氨气喷嘴和任选的位于第一吸附塔或第二吸附塔的各活性炭床层之间的间隙空间中的多个氨气喷嘴或喷氨管阵列(如106a和106b);例如，将稀释氨气(例如经由氨气阀门I)通入第一吸附塔的原烟气输入管道中和任选地(例如经由氨气阀门2)通入第二吸附塔的一级烟气管道中以及任选地通入到第一吸附塔和/或第二吸附塔内；
[0034]其中原烟气的烟道经由第一挡板门连通到第一吸附塔的进气口，从第一吸附塔的出气口引出的排气烟道被分成第一支路(即一级烟气管道)和第二支路(即二级烟气管道)两个支路，其中第一支路(即一级烟气管道)经由第二挡板门连通到第二吸附塔的进气口，第二支路(即二级烟气管道)经由第三挡板门连通至排放烟囱，
[0035]从第二吸附塔的出气口引出的排气烟道经由第四挡板门连通至上述排放烟囱，
[0036]从第一吸附塔的底部排出的活性炭通过第三(3#)活性炭输送机被输送到再生塔的顶部，从再生塔的底部排出的再生活性炭经过振动筛筛分之后所获得的粗活性炭颗粒通过第一(1#)活性炭输送机被输送到第一吸附塔和/或第二吸附塔的顶部，从第二吸附塔的底部排出的活性炭通过第二(2#)活性炭输送机被输送到第一吸附塔的顶部。
[0037]优选的是，第一吸附塔和第二吸附塔分别具有一个或多个活性炭床层，优选2-5个床层。
[0038]第一吸附塔与第二吸附塔彼此具有相同或不同的结构和尺寸。
[0039]优选的是，在第一吸附塔和/或第二吸附塔的进气室内设有氨气喷嘴，更优选的是，在第一吸附塔和/或第二吸附塔的进气室内设有氨气喷嘴以及在第一吸附塔(I)和/或第二吸附塔中各个床层之间的间隙空间中排列了喷氨管阵列(如106a和106b)。(稀释)氨气输送管路的各个支路分别与这些喷嘴相连接。
[0040]根据本发明的第二个实施方案，提供包括串联双吸附塔的脱硫脱硝装置，它包括
[0041]I)串联的第一吸附塔和第二吸附塔，
[0042]2)活性炭再生塔(或解析塔)，
[0043]3)在第一吸附塔的烟气输入口上游的原烟气输送烟道，
[0044]4) 一级烟气管道，它的前端连接于第一吸附塔的烟气出口和它的后端经由第二挡板门连接于第二吸附塔的进气室，
[0045]5) 二级净烟气管道，它的前端连接于第一吸附塔的烟气出口和它的后端经由第三挡板门连通至排放烟囱，
[0046]6)三级净烟气管道，它的前端连接于第二吸附塔的烟气出口和它的后端经由第四挡板门连通至排放烟囱，和
[0047]7)氨气输送管路,其中:在该氨气输送管路上(例如中段位置)设有一种氨气与空气混合装置(M)，该氨气输送管路的后端分别连通至原烟气输送烟道和一级烟气管道和/或延伸到第一吸附塔和第二吸附塔内并且在氨气输送管路的末端安装了氨气喷嘴，或从该氨气输送管路的末段上分出多个氨气支路，这些支路分别连通至原烟气输送烟道和一级烟气管道以及任选地连接到位于第一吸附塔和第二吸附塔的进气室内的一个或多个氨气喷嘴和任选的位于第一吸附塔或第二吸附塔的各活性炭床层之间的间隙空间中的多个氨气喷嘴或喷氨管阵列(如106a和106b);例如，将稀释氨气(例如经由氨气阀门I)通入第一吸附塔的原烟气输入管道中和任选地(例如经由氨气阀门2)通入第二吸附塔的一级烟气管道中以及任选地通入到第一吸附塔和/或第二吸附塔内；
[0048]其中原烟气的烟道经由第一挡板门连通到第一吸附塔的进气口，从第一吸附塔的出气口引出的排气烟道被分成第一支路(即一级烟气管道)和第二支路(即二级烟气管道)两个支路，其中第一支路(即一级烟气管道)经由第二挡板门连通到第二吸附塔的进气口，第二支路(即二级烟气管道)经由第三挡板门连通至排放烟囱，
[0049]从第二吸附塔的出气口引出的排气烟道经由第四挡板门连通至上述排放烟囱，
[0050]从第一吸附塔的底部排出的活性炭通过第三(3#)活性炭输送机被输送到再生塔的顶部，从再生塔的底部排出的再生活性炭经过振动筛筛分之后所获得的粗活性炭颗粒通过第一(1#)活性炭输送机被输送到第一吸附塔和/或第二吸附塔的顶部，从第二吸附塔的底部排出的活性炭通过第二(2#)活性炭输送机被输送到第一吸附塔的顶部；
[0051]8)在原烟气输送烟道的上游位置P I上设有的冷风入口，和在原烟气烟道的下游位置P2上设有的工艺水喷嘴；
[0052]9)与Pl位置上的冷风入口相连通的冷风机；
[0053]10)与P2位置上的工艺水喷嘴相连通的工艺水输送管道，优选的是，该工艺水输送管道的另一端连接至制酸区的含氨废水贮罐，或该工艺水输送管道的另一端分出一个支路并且连接至制酸区的含氨废水贮罐；和
[0054]11)位于Pl和P2位置之间的增压风机。
[0055]优选的是，第一吸附塔和第二吸附塔分别具有一个或多个活性炭床层，优选2-5个床层。
[0056]第一吸附塔与第二吸附塔彼此具有相同或不同的结构和尺寸。
[0057]优选的是，在第一吸附塔和/或第二吸附塔的进气室内设有氨气喷嘴，更优选的是，在第一吸附塔和/或第二吸附塔的进气室内设有氨气喷嘴以及在第一吸附塔和/或第二吸附塔中各个床层之间的