本发明属于工业烟气净化处理技术领域，具体涉及一种基于活性炭纤维的工业烟气脱硫脱硝装置及方法。
背景技术：
二氧化硫、氮氧化物是大气中的主要污染物，对人体健康有很大的危害，同时也是产生酸雨的主要原因。我国SO2和NOx的排放总量已居世界首位，各地都不同程度地出现酸雨和雾霾，成为继欧洲、北美之后的酸雨重污染区。因此，二氧化硫和氮氧化物的脱除治理是我国环保领域的重大课题。
目前工业上常用的脱硫脱硝需要分开处理，一般在在除尘装置前，先进行脱硝，温度一般为350℃以上，脱硫装置一般布置在除尘装置后，对烟气进行余热回收后再进行湿式吸收法脱硫。常用的脱硫脱硝技术为高温SCR脱硝技术+石灰石-石膏法脱硫技术。随着环保要求的日益严苛，传统的高温SCR技术存在效率低、催化剂易中毒、能耗高等缺陷；而石灰石-石膏法脱硫技术也存在设备易腐蚀、运行成本高、石膏二次污染等问题。
随着经济发展社会进步，人们对脱硫脱硝技术的不断研究改进，逐渐形成了同时脱硫脱硝技术，同时脱硫脱硝催化剂等。
在公开号为CN101934191A的专利文件中公开了一种氨法同时脱硫脱硝的方法，该方法采用的脱硫脱硝塔设置两层脱硫喷淋塔，一层脱硝喷淋塔，吸收液循环喷淋，经过强制氧化后最终生成硫酸铵回收利用。该方法是湿法脱硫脱硝工艺，且工艺流程复杂，需要控制吸收液pH值，工程化程度不高。
在公开号为CN102489129A专利文件中公开了一种臭氧氧化法同时脱硫脱硝方法，该方法由臭氧喷射装置喷出臭氧与烟气碰撞，经过充分接触后融合反应，将难溶于水的NO氧化成易溶于水的NO2、N2O3和N2O5高价态氮氧化物，使SO2转化为易溶于水的SO3硫化物，同水反应生成硫酸和硝酸混合液，与喷入的NH3反应生成硝酸铵和硫酸铵进行二次回用。该方法不存在二次污染，占地面积小，易于操作。但是臭氧氧化效率不高，需要臭氧发生装置，且需要消耗大量NH3。
在公开号为CN 202460473A专利文件中公开了一种流化床活性炭氨法一体化脱硫脱硝装置。装置以活性炭为催化剂，采用干法氧化脱硫+还原脱硝，设备运行成本较低，但是该方法活性炭脱硫后需要再生，影响活性炭使用寿命，具有一定的应用局限性。
同时脱硫脱硝技术除上述专利提出的湿式氧化产酸工艺、臭氧氧化工艺、干法催化脱除工艺之外，还有自氧化还原工艺(CN103263848A)、光催化氧化还原工艺(CN104707475A)等，主要存在以下几个方面的问题：一、氧化工艺效率不高；二、干法工艺需要再生；三、一般以处理一种污染成分为主，另一种为辅，辅助处理的成分一般效率在70％以下；四、设备复杂，占地面积大。
技术实现要素：
本发明的目的是解决上述问题，提供一种结构简单、操作性强的基于活性炭纤维的工业烟气脱硫脱硝装置。
本发明的另一目的是利用上述脱硫脱硝装置，提供一种工艺技术简便、效率高的对工业烟气进行脱硫脱硝的方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于活性炭纤维的工业烟气脱硫脱硝装置，包括反应塔本体，所述反应塔本体内由下往上依次设置有硫酸收集装置、进气区一、格栅一、脱硫区、进气区二、格栅二、脱硝区、出气区，所述反应塔本体侧壁上位于进气区一和进气区二处还分别设有进气管一和进气管二，反应塔本体顶部设有出气口，所述进气管一用于通入工业烟气，所述进气管二用于通入氨气，所述脱硫区为活性炭纤维脱硫催化剂反应床层，所述脱硝区为活性炭纤维脱硝催化剂床层。
上述技术方案中，所述进气管一与反应塔本体之间设有管道缓冲罐，进气管一上还开设有蒸汽进口。
上述技术方案中，所述管道缓冲罐直径为进气管一直径的1.5～3倍。
上述技术方案中，所述硫酸收集装置的顶面与水平方向呈角度范围为5～25°的倾角。
上述技术方案中，所述硫酸收集装置的顶面还设有进水液封，其底面设有排水阀。
一种利用前述脱硫脱硝装置对工业烟气脱硫脱硝的方法，该方法具体包括以下步骤：
S1、脱硫阶段：工业烟气从进气管一通入，并与水蒸气混合后进入进气区一，向上运行，通过格栅一进入脱硫区的活性炭纤维脱硫催化剂反应床层，工业烟气中的二氧化硫、氧气、水蒸气在活性炭纤维脱硫催化剂的作用下，催化氧化反应生成硫酸，硫酸逐渐积累在重力作用下从活性炭纤维上脱离下降至硫酸收集装置；
S2、脱硝阶段：从活性炭纤维脱硫催化剂反应床层出来的工业烟气，与从进气管二通入的氨气在进气区二混合后经格栅二进入脱硝区的活性炭纤维脱硝催化剂床层，在活性炭纤维脱硝催化剂的作用下，工业烟气中的氮氧化物、氧气与氨气反应生成氮气和水，洁净烟气经出气区后由出气口排除。
需要说明的是，基于活性炭纤维脱硫/硝催化剂的性能，其本身并不参与反应，生成的物质也不会残留在催化剂床层，且其自身在不断自我更新，因此不需要再生。
上述技术方案中，经过发明人长期的实验探索发现，在步骤S2中，氨气与氮氧化物的体积比为0.8～1.3：1，可以对氮氧化物达到更良好的去除效果，进一步优选其体积比为1～1.1：1。
进一步的，所述脱硫区空塔气速控制在400-2000h-1，优先控制在600-1500-1；脱硝区空塔气速控制在5000-20000h-1，优选控制在8000-15000h-1。
上述技术方案中，发明人研究发现，当反应塔本体中操作温度控制在60～200℃，优选控制在80～150℃，净化后的气体直接排入大气不会形成白雾，不会带来景观污染，因而无需进行再次处理。
上述技术方案中，所述水蒸汽为饱和水蒸汽。
本发明提供的基于活性炭纤维的工业烟气脱硫脱硝装置及方法具有以下有益效果：
(1)本发明采用催化氧化法脱除二氧化硫，使烟气中的SO2、O2在填装在下层的脱硫催化剂床层中被催化氧化为SO3，SO3和烟气中的水作用生成硫酸，从而使排放气中的SO2被脱除，工业排放气中的二氧化硫得到回收利用，副产品硫酸可直接出售，或经浓缩加工后外售，无有害物质进入环境中；硫酸是重要的工业化学品，应用广泛，经济价值高。采用本发明脱除回收排放气中的低浓度SO2，不但能取得很好的环境效益和社会效益，还可取得不错的经济效益。
(2)本发明采用催化还原法脱除氮氧化物，使烟气中的NOx、O2与NH3在填装在上层的脱硝催化剂床层中被催化还原为N2和H2O，从而使排放气中的NOx被脱除，无有害物质进入环境中，具有的环境效益和社会效益。
(3)本发明采用干法/催化法同时脱硫脱硝，有效避免了湿法喷淋系统的能耗和堵塞等问题，同时所使用的催化剂一次投入后可长期使用，投资少，脱硫操作不需高温高压，运行费用低，进一步的，采用活性炭纤维作为催化剂，同时脱硫脱硝，效率高。
(4)采用本发明的方法处理后的净化气，当脱硫操作温度控制在60-200℃，净化后的气体直接排入大气不会形成白雾，不会带来景观污染，不需进行再一次的处理。
(5)本发明提供的脱硫脱硝装置，设备简单，操作容易，占地面积小，成本低。
附图说明
图1是本发明基于活性炭纤维的工业烟气脱硫脱硝装置的结构示意图。
附图标记说明：1、进气管一；2、蒸汽进口；3、管道缓冲罐；4、硫酸收集装置；5、格栅一；6、脱硫区；7、进气管二；8、格栅二；9、脱硝区；10、出气口；11、进水液封；12、排水阀；13、进气区一；14、进气区二；15、出气区。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
如图1所示，本发明的基于活性炭纤维的工业烟气脱硫脱硝装置，包括反应塔本体，反应塔本体内由下往上依次设置有硫酸收集装置4、进气区一13、格栅一5、脱硫区6、进气区二14、格栅二8、脱硝区9、出气区15。反应塔本体侧壁上位于进气区一13处设有进气管一1，位于进气区二14处设有进气管二7，进气管一1用于通入工业烟气，进气管二7用于通入氨气。反应塔本体顶部设有出气口10。脱硫区6为活性炭纤维脱硫催化剂反应床层，脱硝区9为活性炭纤维脱硝催化剂床层。
在本实施例中，进气管一1与反应塔本体之间设有管道缓冲罐3，进气管一1上还开设蒸汽进口2。工业烟气和从蒸汽进口2进入的水蒸汽在进气管道内初步混合后，再进入管道缓冲罐3进行进一步的混合。为便于工业烟气和水蒸汽混合更充分均匀，管道缓冲罐3直径优选为进气管一1直径的1.5～3倍。管道缓冲灌的目的是为了使工业烟气和水蒸汽能均匀混合，因此，在本发明思想的指导下，采用本领域其它常规混合装置也属于本发明的保护范围。
进一步的，硫酸收集装置4的顶面与水平方向呈角度范围为5～25°的倾角，优选为10～20°。倾角的设置主要是更便于硫酸的收集，其角度也可以根据实际需求进行相应的调整。为了防止气体进入硫酸收集装置4，在硫酸收集装置4的顶面还设有进水液封11。此外，为便于定期通过排水阀12回收硫酸资源，硫酸收集装置4的底面还设有排水阀12。
以下通过具体实施例对本发明提供利用前述脱硫脱硝装置对工业烟气脱硫脱硝的方法，以进一步展示本发明的优点和原理。
实施例1
在本实施例中，处理的排放气：二氧化硫浓度为400mg/Nm3，氮氧化物浓度为800mg/Nm3的焦化尾气，气量约为1000Nm3/h，温度约为150℃。
S1、脱硫阶段：工业烟气从进气管一1通入，并与从蒸汽进口2通入饱和水蒸气初步混后进入管道缓冲罐3进行进一步混合，再进入进气区一13，向上运行，通过格栅一5进入脱硫区6的活性炭纤维脱硫催化剂反应床层，脱硫区6空塔气速控制在800h-1，工业烟气中的二氧化硫、氧气、水蒸气在活性炭纤维脱硫催化剂的作用下，催化氧化反应生成硫酸，硫酸逐渐积累在重力作用下从活性炭纤维上脱离下降至硫酸收集装置4；
S2、脱硝阶段：从活性炭纤维脱硫催化剂反应床层出来的工业烟气，与从进气管二7通入的氨气在进气区二14混合后经格栅二8进入脱硝区9的活性炭纤维脱硝催化剂床层，氨气与氮氧化物的体积比为1.05：1，脱硝区9空塔气速控制在10000h-1，在活性炭纤维脱硝催化剂的作用下，工业烟气中的氮氧化物、氧气与氨气反应生成氮气和水，洁净烟气经出气区15后由出气口10排除。
烟气经脱硫脱硝反应塔后排入大气，脱硫效率为99％，脱硝效率为85％。当硫酸收集装置4中的硫酸体积达到总装置体积的2/3时，打开排水阀12排空装置中的硫酸。
实施例2
在本实施例中，处理的排放气：二氧化硫浓度为2000mg/Nm3，氮氧化物浓度为500mg/Nm3的工业锅炉尾气，气量约为20000Nm3/h，温度约为160℃。
S1、脱硫阶段：工业烟气从进气管一1通入，并与从蒸汽进口2通入饱和水蒸气初步混后进入管道缓冲罐3进行进一步混合，再进入进气区一13，向上运行，通过格栅一5进入脱硫区6的活性炭纤维脱硫催化剂反应床层，脱硫区6空塔气速控制在800h-1，工业烟气中的二氧化硫、氧气、水蒸气在活性炭纤维脱硫催化剂的作用下，催化氧化反应生成硫酸，硫酸逐渐积累在重力作用下从活性炭纤维上脱离下降至硫酸收集装置4；
S2、脱硝阶段：从活性炭纤维脱硫催化剂反应床层出来的工业烟气，与从进气管二7通入的氨气在进气区二14混合后经格栅二8进入脱硝区9的活性炭纤维脱硝催化剂床层，氨气与氮氧化物的体积比为1.05：1，脱硝区9空塔气速控制在10000h-1，在活性炭纤维脱硝催化剂的作用下，工业烟气中的氮氧化物、氧气与氨气反应生成氮气和水，洁净烟气经出气区15后由出气口10排除。
烟气经脱硫脱硝反应塔后排入大气，脱硫效率为95％以上，脱硝效率为85％以上，当硫酸收集装置4中的硫酸体积达到总装置体积的2/3时，打开排水阀12排空装置中的硫酸。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。