一种循环流化床半干法联合脱硫脱硝脱汞装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种循环流化床半干法联合脱硫脱硝脱汞的装置及方法。所述装置包括依次连接的烟道及循环流化床反应塔，烟道与循环流化床反应塔底部进口连接；所述烟道还连接有臭氧发生装置。通过臭氧分布器向烟道中喷入臭氧，烟气中的NO和Hg0在烟道中被氧化为高价态NOx和Hg2+；氧化后的烟气送入循环流化床反应塔，烟气中的SO2、高价态NOx和Hg2+在反应塔中与Ca基吸收剂在雾化水的作用下进行反应脱除。本发明利用了循环流化床半干法烟气净化技术系统简单、性能优良、占地小及投资省等特点，实现了对多种污染物的联合脱除。
【专利说明】一种循环流化床半干法联合脱硫脱硝脱汞装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于烟气净化领域，具体涉及一种循环流化床半干法联合脱硫脱硝脱汞装置及方法。
【背景技术】
[0002]燃煤工业锅炉烟气存在S02、NOx和Hg等多种污染物并存的排放特点，而目前的燃煤工业锅炉烟气控制技术中，脱硫、脱硝和脱汞往往是在多个独立系统中完成，分级处理不仅占地面积大，系统复杂，而且设备投资与运行费用较高。因此多种污染物联合控制技术开发迫切需要。
[0003]现有锅炉烟气的处理技术如下:
[0004](I)反应塔内湿法联合脱硫脱硝脱汞。CN101306322A和CN101310836A公开了一种用于喷射鼓泡法一体化协同脱硫脱硝脱汞装置与工艺及吸收液的制备，其技术方案是烟气经鼓泡喷射管分配后鼓入位于吸收塔中的吸收浆液中，通过气液接触达到同时脱除各种污染物的目的，吸收液主要成分为加入强氧化剂的石灰石浆液。CN101310834A公开了一种气液接触分级氧化法脱硫脱硝脱汞工艺，其技术方案是采用石灰/石灰石-石膏湿法进行第一级脱硫，使用氧化剂水溶液以气液接触方式对第一级未脱除的S02、NOx和Hg进行氧化溶解，实现第二级脱硫、脱硝/脱汞。CN102091517A提出了一体化同时脱硫脱硝脱汞吸收液及其制备方法和应用，其技术方案是利用现有湿法脱硫设施，通过对现有碱性脱硫吸收液的改进，采用含氮还原剂+添加剂的混合吸收液洗涤脱除烟气中的S02、NOx和Hg。CN102078761A提出了一种综合烟气脱硫脱汞脱硝工艺及装置，其技术方案是烟气首先进入氨反应器内与喷出的氨液进行反应，脱除部分氮氧化物、汞及硫氧化物，然后进入吸收塔内再次反应，利用除尘灰及碱液吸收剩余的硫氧化物及重金属汞，实现了多种污染物的联合脱除。CN1923337A公开了一种锅炉烟气多种污染物臭氧氧化同时脱除装置及其方法，其技术方案是在锅炉烟道上喷入臭氧，将经过臭氧处理后的锅炉烟气送入碱液洗涤塔中进行洗涤，同时吸收烟气中的硫氧化物、氮氧化物及汞等物质，并在储液槽中加入H2S等物质对汞进行固定。上述湿法联合脱除均存在需要制浆系统，系统复杂；氧化态汞在湿法脱硫塔内二次释放等问题。
[0005](2)反应塔内干法联合脱硫脱硝脱汞。CN1962034A公开了一种锅炉烟气同时脱硫脱硝脱汞的方法及装置，其技术方案是在循环流化床反应器中喷入由粉煤灰、消石灰和添加剂组成的富氧高活性吸收剂，同时脱除S02、N0x和Hg等多种污染物。CN102500226A提出了一种干式烟气脱硫脱硝脱汞一体化装置及方法，其技术方案是向消化增湿器内加入吸收剂、氧化性添加剂、循环灰，喷入反应塔，烟气中S02、NOx和Hg与相应物质反应吸附，使得烟气得到净化。上述干法联合脱除采用向反应体系加入液相、固相氧化剂的方法，由于是气液、气固非均相反应，存在接触反应效率不高、需要新增复杂喷射系统等问题。
[0006](3)基于诱导技术反应塔内联合脱硫脱硝脱汞。CN101337153A公开了一种超声波一体化脱硫脱硝脱汞的方法及装置，其技术方案是在鼓泡床反应器内利用超声波在反应液中产生空化效应时释放出的具有强氧化性的羟基自由基与烟气中S02、N0jPHg发生反应达到脱除目的。CN102614776A提出了一种微波诱导催化联合脱硫脱硝脱汞的装置与方法，其技术方案是烟气通过采用单模微波源作为热源的反应器内的各反应腔，烟气中S02、NOx和Hg在腔内催化剂作用下发生氧化还原反应并生成惰性物质或易脱除的物质，实现S02、NOx和Hg的联合脱除。上述基于诱导技术联合脱除采用高压放电等产生活性自由基的方法，存在成本高、不稳定的方法。
[0007](4)基于催化氧化联合脱硫脱硝脱汞。CN102527205A提出了一种基于催化氧化的烟气同时脱硫脱硝脱汞的方法与系统，其技术方案是在吸收器前的烟道中设置催化反应器，在催化反应器中催化剂作用下，NO和Hg°与烟气中O2反应生成NO2和Hg2+，氧化后的烟气通入装有吸收液的吸收器中，达到同时吸收S02、NO2和Hg2+的目的。上述基于催化氧化方法联合脱除存在催化剂水热稳定性差、易发生硫中毒降低效率的问题。
[0008]针对燃煤锅炉烟气多种污染物的联合脱除，循环流化床半干法脱除技术具有工艺流程短、占地小、经济性好及效率高等优点，普遍适合我国各种场地狭小的改造项目，节约成本，得到相关行业或企业的热切关注。从技术角度来看，循环流化床半干法烟气脱硫技术已相当成熟，在此基础上开发联合脱硫脱硝脱汞技术，实现烟气多污染物联合脱除，实现技术升级，是国内外的发展趋势。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种循环流化床半干法联合脱硫脱硝脱汞装置及方法。
[0010]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0011]本发明的目的之一在于提供一种循环流化床半干法联合脱硫脱硝脱汞装置，所述装置包括依次连接的烟道及循环流化床反应塔，烟道与循环流化床反应塔底部进口连接；所述烟道还连接有臭氧发生装置。
[0012]待处理锅炉烟气进入烟道后，被臭氧发生装置产生的臭氧气体所氧化，烟气中的NO和Hg°在烟道中被氧化为高价态NOx和Hg2+，氧化后的烟气通过循环流化床反应塔底部进口进入循环流化床反应塔内，由Ca基吸收剂在雾化水的作用下对烟气中的SO2、高价态NOx和Hg2+进行反应脱除。
[0013]所述循环流化床反应塔上部出口与旋风分离器连接，旋风分离器分离料斗的第一出口与循环流化床反应塔回料口连接。旋风分离器的作用是将反应后的Ca基吸收剂与烟气分离后，通过回料口返回循环流化床反应塔内，继续参与反应。所述循环流化床反应塔上部出口与旋风分离器切向连接。切向连接是指旋风分离器进口为切向结构。
[0014]所述旋风分离器分离料斗的第一出口通过空气斜槽与循环流化床反应塔回料口连接。
[0015]所述旋风分离器与除尘器连接，旋风分离器分离料斗的第二出口与除尘器分离料斗同时与灰仓相通。除尘器将烟气流中的粉尘进一步去除后排入大气中。所述除尘器的净化气体出口与烟囱相连。
[0016]所述臭氧发生装置与烟道连接部位布置臭氧分布器。臭氧分布器能够使臭氧发生装置产生的臭氧均匀分布于烟道内，最大程度地提高氧化效率，减少臭氧损失。[0017]所述循环流化床反应塔底部为文丘里结构，文丘里扩张段设置有进料口、回料口及喷水喷嘴；喷水喷嘴依烟气顺流方向安装。
[0018]吸收剂仓通过螺旋输送器连入进料口。
[0019]本发明的目的之二在于提供一种由上述的循环流化床半干法联合脱硫脱硝脱汞装置进行多污染物脱除的方法，所述方法包括以下步骤:
[0020]I)向烟道中喷入臭氧，烟气中的NO和Hgci在烟道中被氧化为高价态NOj^P Hg2+;
[0021]2)氧化后的烟气送入循环流化床反应塔，烟气中的SO2、高价态NOx和Hg2+在反应塔中与Ca基吸收剂在雾化水的作用下进行反应脱除。
[0022]本发明所述的高价态NOx主要是指NO2和N2O5,两者的比例主要取决于喷入的臭氧量。
[0023]反应后的Ca基吸收剂经旋风分离器分离后通过空气斜槽返入反应塔实现多次循环，烟气经过除尘器进一步除去粉尘后排入大气。
[0024]步骤I)控制喷入臭氧与烟气中氮氧化物的摩尔比在0.5~2.5，例如可选择
0.51 ~2.49,0.7 ~2.23,0.86 ~2.1,0.99 ~1.97，1.2 ~1.75，1.35 ~1.5 等。反应时间优选不低于0.5s,例如可选择0.6s, 1.5s, 3s, 5s, IOs等。
[0025]步骤2)所述Ca基吸收剂按照Ca/ (S+N)摩尔比1.1~2.0的比例加入。所述摩尔比可选择 1.11 ~1.96，1.3 ~1.8，1.42 ~1.67，1.53 等。
·[0026]本发明可以通过调节Ca基吸收剂的加入量，控制处理后烟气中的硫氧化物、氮氧化物和汞含量；根据循环流化床反应塔出口烟气温度来调节喷水量，保证塔内温度保持在烟气露点以上；通过调节循环回料量，控制循环流化床反应塔进出口压差。
[0027]与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果:
[0028]I)系统简单、占地面积小，投资和运行费用较低。
[0029]2)在臭氧的作用下，不易被吸收剂吸收的NO和Hg°在烟道中被氧化为高价态NOx和Hg2+，可与硫氧化物一起在后续循环流化床半干法脱除过程中同时反应，不需要再配置独立的脱硝和脱汞装置。
[0030]3)反应塔出口与旋风分离器切向连接，实现了吸收剂的塔外循环，提高了吸收剂的利用效率。
[0031]4)对S02、NO和Hg°都具有较高的脱除效率。烟气循环流化床半干法脱硫技术脱硫效率可达95%以上，烟气中的NO和Hg°与O3接触快速得到氧化，在一定工艺条件下，脱硝效率可达70%以上,脱萊效率可达90%以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是本发明的工艺流程图。
[0033]图中:1_臭氧发生装置；2-烟道；3_循环流化床反应塔底部进口 ；4_文丘里扩张段；5_进料口 ；6-回料口 ；7_喷水喷嘴；8_循环流化床反应塔；9_循环流化床反应塔上部出口 ； 10-螺旋输送器；11-吸收剂仓；12-旋风分离器；13-旋风分离器分离料斗；14_空气斜槽；15-第一出口 ；16_第二出口 ；17_除尘器；18-除尘器分离料斗；19-净化气体出口 ；20-灰仓；21_烟囱。
[0034]下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0036]为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下:
[0037]实施例1 [0038]一种循环流化床半干法联合脱硫脱硝脱汞装置，所述装置包括依次连接的烟道2及循环流化床反应塔8，烟道2与循环流化床反应塔底部进口 3连接；所述烟道2还连接有臭氧发生装置I。
[0039]一种由上述的循环流化床半干法联合脱硫脱硝脱汞装置进行多污染物脱除的方法，所述方法包括以下步骤:
[0040]I)向烟道2中喷入臭氧，烟气中的NO和Hg°在烟道中被氧化为高价态NOj^P Hg2+ ；
[0041]2)氧化后的烟气送入循环流化床反应塔8，烟气中的SO2、高价态NOx和Hg2+在反应塔中与Ca基吸收剂在雾化水的作用下进行反应脱除。
[0042]步骤I)控制喷入臭氧与烟气中氮氧化物的摩尔比在0.5 ;反应时间不低于0.5s。步骤2)所述Ca基吸收剂按照Ca/(S+N)摩尔比1.1的比例加入。
[0043]通过调节Ca基吸收剂的加入量，控制处理后烟气中的硫氧化物、氮氧化物和汞含量；根据循环流化床反应塔8出口烟气温度来调节喷水量，保证塔内温度保持在烟气露点以上；通过调节循环回料量，控制循环流化床反应塔8进出口压差。
[0044]实施例2
[0045]一种循环流化床半干法联合脱硫脱硝脱汞装置，所述装置包括依次连接的烟道2、循环流化床反应塔8、旋风分离器12及除尘器17，烟道2与循环流化床反应塔底部进口 3连接；所述烟道2还连接有臭氧发生装置I。所述臭氧发生装置I与烟道2之间布置臭氧分布器。
[0046]所述循环流化床反应塔上部出口 9与旋风分离器12切向连接，旋风分离器分离料斗13的第一出口 15通过空气斜槽14与循环流化床反应塔回料口 6连接。
[0047]所述旋风分离器12与除尘器17连接，旋风分离器分离料斗13的第二出口 16与除尘器分离料斗18同时与灰仓20相通；所述除尘器17的净化气体出口 19与烟囱21相连。
[0048]所述循环流化床反应塔8底部为文丘里结构，文丘里扩张段4设置有进料口 5、回料口 6及喷水喷嘴7 ;喷水喷嘴7依烟气顺流方向安装。吸收剂仓11通过螺旋输送器10连入进料口 5。
[0049]一种由上述的循环流化床半干法联合脱硫脱硝脱汞装置进行多污染物脱除的方法，所述方法包括以下步骤:
[0050]I)向烟道2中喷入臭氧，烟气中的NO和Hg°在烟道中被氧化为高价态NOdPHg2+ ；
[0051]2)氧化后的烟气送入循环流化床反应塔8，烟气中的SO2、高价态NOx和Hg2+在反应塔中与Ca基吸收剂在雾化水的作用下进行反应脱除。
[0052]3)反应后的Ca基吸收剂经旋风分离器12分离后通过空气斜槽14返入反应塔实现多次循环，烟气经过除尘器17进一步除去粉尘后排入大气。[0053]步骤I)控制喷入臭氧与烟气中氮氧化物的摩尔比在2.5 ;反应时间不低于0.5s。步骤2)所述Ca基吸收剂的添加量按照Ca/(S+N)摩尔比2.0的比例加入。
[0054]通过调节Ca基吸收剂的加入量，控制处理后烟气中的硫氧化物、氮氧化物和汞含量；根据循环流化床反应塔8出口烟气温度来调节喷水量，保证塔内温度保持在烟气露点以上；通过调节循环回料量，控制循环流化床反应塔8进出口压差。
[0055] 申请人:声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征以及污染物脱除方法，但本发明并不局限于上述详细结构特征以及污染物脱除方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征以及污染物脱除方法才能实施。所属【技术领域】的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
[0056]以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0057]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0058]此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
【权利要求】
1.一种循环流化床半干法联合脱硫脱硝脱汞装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的烟道(2)及循环流化床反应塔(8)，烟道(2)与循环流化床反应塔底部进口(3)连接；所述烟道(2 )还连接有臭氧发生装置(I)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述循环流化床反应塔上部出口(9)与旋风分离器(12)连接，旋风分离器分离料斗(13)的第一出口( 15)与循环流化床反应塔回料口(6)连接； 优选地，所述循环流化床反应塔上部出口(9)与旋风分离器(12)切向连接； 优选地，所述旋风分离器分离料斗(13)的第一出口( 15)通过空气斜槽(14)与循环流化床反应塔回料口(6)连接。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述旋风分离器(12)与除尘器(17)连接，旋风分离器分离料斗(13)的第二出口( 16)与除尘器分离料斗(18)同时与灰仓(20)相通； 优选地，所述除尘器(17)的净化气体出口(19)与烟囱(21)相连。
4.如权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于，所述臭氧发生装置(I)与烟道(2)连接部位布置臭氧分布器。
5.如权利要求1-4之一所述的装置，其特征在于，所述循环流化床反应塔(8)底部为文丘里结构，文丘里扩张段(4)设置有进料口(5)、回料口(6)及喷水喷嘴(7);喷水喷嘴(7)依烟气顺流方向安装。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，吸收剂仓(11)通过螺旋输送器(10)连入进料口(5)。
7.一种由权利要求1-6任一项所述的循环流化床半干法联合脱硫脱硝脱汞装置进行多污染物脱除的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: O向烟道(2)中喷入臭氧，烟气中的NO和Hg°在烟道中被氧化为高价态NOx和Hg2+ ； 2)氧化后的烟气送入循环流化床反应塔(8)，烟气中的SO2、高价态NOx和Hg2+在反应塔中与Ca基吸收剂在雾化水的作用下进行反应脱除。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，反应后的Ca基吸收剂经旋风分离器(12)分离后通过空气斜槽(14)返入反应塔实现多次循环，烟气经过除尘器(17)进一步除去粉尘后排入大气。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，步骤I)控制喷入臭氧与烟气中氮氧化物摩尔比在0.5?2.5 ;反应时间优选不低于0.5s ； 优选地，步骤2)所述Ca基吸收剂按照Ca/(S+N)摩尔比1.1?2.0的比例加入。
10.如权利要求7-9之一所述的方法，其特征在于，通过调节Ca基吸收剂的加入量，控制处理后烟气中的硫氧化物、氮氧化物和汞含量； 优选地，根据循环流化床反应塔(8 )出口烟气温度来调节喷水量，保证塔内温度保持在烟气露点以上； 优选地，通过调节循环回料量，控制循环流化床反应塔(8)进出口压差。
【文档编号】B01D53/60GK103566725SQ201310482358
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年10月15日 优先权日:2013年10月15日
【发明者】朱廷钰, 徐文青, 叶猛, 赵瑞壮 申请人:中国科学院过程工程研究所, 北京正实同创环境工程科技有限公司