一种碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置及方法，该装置包括碱性吸收剂雾化装置，其设有双流体雾化喷枪；脱销入口烟道，其一端为烟气入口，另一端为烟气出口；双流体雾化喷枪安装在脱销入口烟道内；还原剂喷射枪，还原剂喷射枪安装在脱销入口烟道内；扰流板，扰流板固定在脱销入口烟道内，与脱销入口烟道的中轴线的夹角为25度～75度；还原剂喷射枪的中轴线与扰流板平面垂直；双流体雾化喷枪安装在扰流板的上方；脱销反应器，脱销反应器与脱销入口烟道的烟气出口连通。本发明的目的为一种烟气前端的高效率SO3脱除技术，能有效脱除烟气中的三氧化硫，降低SO3浓度，减少其对脱硝装置、空预器的危害，同时减少对环境的危害。
【专利说明】
_种碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置及方法
技术领域
[0001]本发明属于大气污染物治理技术领域，特别是涉及一种碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置及方法。
【背景技术】
[0002]燃煤过程中产生大量的污染物，其中由于煤炭中含有一定量的硫元素，因此最终排放的烟气中会生成一定浓度的SOdP so3。
[0003]SO3的生成机理主要包括以下部分，在炉膛的燃烧过程中，煤中一部分硫元素直接转化为SO3;烟气在尾部受热面换热过程中，受到金属管壁、飞灰的催化氧化作用，一部分SO2会被氧化成SO3;对于新增SCR脱硝装置的机组，脱硝催化剂也具有很强的催化氧化作用，使得一部分SO2被氧化成S03。通常对于未安装脱硝装置的燃煤机组，SO3的生成率占总含硫量的1%;对于安装SCR脱硝装置的机组，SO3的生成率更高，通常可以占到总含硫量的1.5?2%。
[0004]SO3的危害主要表现在以下方面:其一，SO3的浓度升高，导致硫酸氢铵的生成浓度增加，造成脱硝装置的最低连续喷氨温度升高，导致SCR脱硝装置在低负荷条件下无法投运，脱硝装置的可用率下降。第二，SO3在空预器的低温段造成烟气中酸露点升高，空预器的低温腐蚀严重，在SCR运行条件下，硫酸氢铵的生成容易造成空预器堵塞，造成空预器的运行阻力上升，设备寿命下降。第三，SO3进入湿法脱硫后，容易形成气溶胶，造成烟囱最终排放“蓝烟”、“烟羽拖尾”现象，感官极差，同时SO3的直接排放是造成酸雨的主要来源。
[0005]目前SO3主要脱除手段为湿法脱硫技术、湿式静电除尘技术等，但上述技术均布置在静电除尘之后，可以保证最终排放到大气的SO3量降低，但是无法消除SO3对前端脱硝装置和空预器的危害。
【发明内容】
[0006]本发明的第一目的是提供一种碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置，以解决目前已有装置无法消除SO3对前端脱硝装置和空预器的危害的技术问题。
[0007]本发明的第二目的是提供一种碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的方法，以解决目前已有方法无法消除SO3对前端脱硝装置和空预器的危害技术问题。
[0008]为了实现上述第一目的，本发明提供一种碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置，其包括:
碱性吸收剂雾化装置，所述碱性吸收剂雾化装置包括:
吸收剂储罐，所述吸收剂储罐用于存储液态三氧化硫吸收剂；
吸收剂输送栗，所述吸收剂输送栗设有吸收剂输送栗入口和吸收剂输送栗出口；吸收剂输送栗入口通过管路与吸收剂储罐连通；
流量调节阀，流量调节阀通过管路与吸收剂输送栗出口连通；
双流体雾化喷枪，双流体雾化喷枪与流量调节阀通过管路连通;碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置还包括: 脱销入口烟道，所述脱销入口烟道的一端为烟气入口，另一端为烟气出口；所述双流体雾化喷枪安装在所述脱销入口烟道内；
还原剂喷射枪，所述还原剂喷射枪安装在所述脱销入口烟道内；
扰流板，所述扰流板固定在所述脱销入口烟道内，与脱销入口烟道的中轴线的夹角为25度?75度;所述还原剂喷射枪的中轴线与扰流板平面垂直;所述双流体雾化喷枪安装在扰流板的上方；
脱销反应器，所述脱销反应器与脱销入口烟道的烟气出口连通。
[0009]本发明如上所述的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置，进一步，碱性吸收剂雾化装置还包括碱性吸收剂稀释装置，所述碱性吸收剂稀释装置与所述管路连通。
[0010]本发明如上所述的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置，进一步，还包括空气预热器，所述空气预热器与脱销反应器的出气口连通。
[0011]为了实现上述第二目的，本发明提供一种碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的方法，利用如上任一项所述的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置进行，包括以下步骤:
液态三氧化硫吸收剂以液体形式储存在吸收剂储罐中，经过吸收剂输送栗输送至双流体雾化喷枪，通过流量调节阀控制吸收剂的流量，三氧化硫吸收剂经过双流体雾化喷枪雾化后喷射;烟气由脱销入口烟道的烟气入口进入，受到扰流板及还原剂喷射枪的作用形成涡流;双流体雾化喷枪将三氧化硫吸收剂喷入涡流，实现烟气与三氧化硫吸收剂的均匀掺混，完成S03的脱除反应。
[0012]本发明如上所述的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的方法，优选地，所述液态三氧化硫吸收剂为碱溶液。
[0013]本发明如上所述的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的方法，优选地，所述碱为碳酸钠Na2CO3、亚硫酸钠Na2SO3和碳酸氢钠NaHCO3中的一种、两种或多种;碱溶液的质量浓度
5 ?40% ο
[0014]本发明如上所述的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的方法，优选地，碱溶液以雾化液滴的形式由双流体雾化喷枪喷射进入含SO3的烟气中，雾滴粒径范围为ΙΟμπι?150μmD
[0015]本发明如上所述的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的方法，优选地，以Na+:SO3计，碱溶液与烟气中S03脱除量的化学摩尔当量比为1.0?4.0。
[0016]本发明如上所述的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的方法，优选地，液态三氧化硫吸收剂在烟气中的停留时间为0.1?1秒，烟气温度120?450 0C。
[0017]本发明的有益效果是:
本发明的目的为一种烟气前端的高效率SO3脱除技术，可以有效脱除烟气中的三氧化硫，降低SO3浓度，减少其对脱硝装置、空预器的危害，同时减少对环境的危害。
[0018]1、SO3脱除效率高。利用双流体雾化喷枪将液态三氧化硫吸收剂雾化后，易于形成小粒径的液滴，在合适的化学当量比、停留时间、均匀混合的条件下，吸收剂雾滴与烟气中的SO3的进行快速的传质和化学反应过程，可以实现极高的脱除效率。
[0019]2、系统简单，与脱硝系统集成度高，对锅炉无负面影响。本技术将吸收剂喷射位置布置在SCR脱硝装置入口，可利用脱硝还原剂的混合装置加强吸收剂与烟气的均匀混合(还原剂喷射枪和扰流板)，实现与脱硝装置的有机结合，实现SO3的高效脱除，不仅有效缓解SO3对脱硝催化剂和空预器的危害，而且产物均为可被下游除尘器捕集的固体盐类，对锅炉机组无负面影响。
[0020]3、工程造价和运行成本低。该技术设备精简，投资低，运行中的碱液消耗品均为常规的化工原料，易于采购，价格低廉，运行成本低，相比湿式电除尘等SO3脱除设备，在工程造价和运行成本方面均有较大优势。
[0021]此外，与固体颗粒吸收剂脱除SO3的工艺对比本发明具有以下优点:
采用碱液雾化工艺，可以将外购的吸收剂溶解成液体，之后使用双流体喷枪雾化液体，因此对吸收剂的粒径没有要求;经过双流体喷枪雾化后的液滴粒径均匀且易于控制，便于实现较高的脱除效率;而采用固体颗粒直接喷射的方法，需要采购指定粒径的固体吸收剂(价格较高)，或增加磨制系统(系统复杂)，将粗颗粒磨制成细小颗粒。采用液体雾化技术，液滴迅速蒸发成固体颗粒，蒸发过程中由于气体释放，固体颗粒表面会形成一定的微孔结构，提高了反应面积，由助于提高效率。干法使用的颗粒表面比较光滑，比表面积较低。干粉的气力输送过程容易出现堵塞、磨损等问题，可靠性较差。采用液体输送，技术程度，可靠性尚O
【附图说明】
[0022]通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中:
图1为本发明一种实施例的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置及方法示意图； 图2为I的局部放大不意图；
图3为图2的俯视不意图。
[0023]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
1、液态三氧化硫吸收剂，2、吸收剂储罐，3、吸收剂输送栗，4、碱性吸收剂稀释装置，5、流量调节阀，6、双流体雾化喷枪，7、脱硝入口烟道，8、脱硝反应器，9、扰流板，10、烟气涡流，
11、还原剂喷射枪，12、原烟气，13、净烟气。
【具体实施方式】
[0024]在下文中，将参照附图描述本发明的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置及方法的实施例。
[0025]在此记载的实施例为本发明的特定的【具体实施方式】，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
[0026]本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。
[0027]本发明的目的是结合SO3在不同温度区间的反应活性，利用雾化技术将碱性溶液吸收剂(碳酸钠Na2CO3、亚硫酸钠Na2SO3、碳酸氢钠NaHCO3混合溶液)喷射进入SCR脱硝入口烟道中，与烟气进行充分掺混，通过碱性溶液吸收剂和SO3之间的化学反应，脱除烟气中的SO3。
[0028]本发明所涉及的的主要化学反应如下:
Na2C03+S03=Na2S04+C02
Na2S03+S03=Na2S04+S02
NaHC03+S03=NaHS04+C02
上述不同的的碱性吸收剂(碳酸钠Na2CO3、亚硫酸钠Na2SO3、碳酸氢钠NaHCO3混合溶液)均可以与SO3发生化学反应，但反应速率、反应活性具有较大的差异。根据SO3浓度和总烟气量控制吸收剂的喷入量，实现SO3高效脱除。在烟气中的SO3浓度O?400ppm范围内，可实现SO3的95%的最高脱除率。
[0029]碱性吸收剂对烟气中的其他污染物(S02、HC1、HF等)均有一定的脱除作用，对于不同的烟气组分，需要结合对碱性吸收剂的配比(碳酸钠Na2C03、亚硫酸钠Na2SO3、碳酸氢钠NaHCO3混合溶液)进行调整，实现吸收剂对SO3选择性的高效脱除，同时降低吸收剂的耗量。为实现在较大的烟道截面中极高的SO3脱除效率，本技术要求吸收剂雾滴与烟气均匀掺混，因此对液滴雾化效果、流场分布具有极高的要求。
[0030]图1、图2和图3示出本发明一种实施例的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置，其包括:
碱性吸收剂雾化装置，所述碱性吸收剂雾化装置包括:
吸收剂储罐2，所述吸收剂储罐用于存储液态三氧化硫吸收剂I;
吸收剂输送栗3，所述吸收剂输送栗3设有吸收剂输送栗入口和吸收剂输送栗出口；吸收剂输送栗入口通过管路与吸收剂储罐2连通；
流量调节阀5，流量调节阀5通过管路与吸收剂输送栗出口连通；
双流体雾化喷枪6，双流体雾化喷枪6与流量调节阀5通过管路连通;碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置还包括:
脱销入口烟道7，所述脱销入口烟道的一端为烟气入口，另一端为烟气出口；所述双流体雾化喷枪6安装在所述脱销入口烟道7内；
还原剂喷射枪11，所述还原剂喷射枪11安装在所述脱销入口烟道7内；
扰流板9，所述扰流板9固定在所述脱销入口烟道7内，与脱销入口烟道7的中轴线的夹角为25度?75度;所述还原剂喷射枪11的中轴线与扰流板9平面垂直;所述双流体雾化喷枪6安装在扰流板9的上方；
脱销反应器8，所述脱销反应器8与脱销入口烟道7的烟气出口连通。
[0031]在一种具体实施例中，还包括空气预热器，所述空气预热器与脱销反应器的出气口连通。
[0032]在本发明上述实施例的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置中，为了对吸收剂储罐内的三氧化硫吸收剂进行在线稀释，对上述实施例进一步改进，碱性吸收剂雾化装置还包括碱性吸收剂稀释装置4，所述碱性吸收剂稀释装置4与所述管路连通。通过调节碱性吸收剂稀释装置4输送至管路的清水的量，来控制三氧化硫吸收剂稀释后的浓度。
[0033]利用如上所述的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置进行的三氧化硫脱除方法，包括以下步骤:
液态三氧化硫吸收剂以液体形式储存在吸收剂储罐中，经过吸收剂输送栗输送至双流体雾化喷枪，通过流量调节阀控制吸收剂的流量，三氧化硫吸收剂经过双流体雾化喷枪雾化后喷射;烟气由脱销入口烟道的烟气入口进入，受到扰流板及还原剂喷射枪的作用形成涡流;双流体雾化喷枪将三氧化硫吸收剂喷入涡流，实现烟气与三氧化硫吸收剂的均匀掺混，完成S03的脱除反应。
[0034]在一种优选的实施例中，所述液态三氧化硫吸收剂为碱溶液。在更优选的实施例中，所述碱为碳酸钠Na2C03、亚硫酸钠Na2S03和碳酸氢钠NaHC03中的一种、两种或多种;碱溶液的质量浓度5?40%。
[0035]在一种优选的实施例中，碱溶液以雾化液滴的形式由双流体雾化喷枪喷射进入含SO3的烟气中，雾滴粒径范围为ΙΟμ???150μ??。
[0036]在一种优选的实施例中，以Na+:SO3计，碱溶液与烟气中SO3脱除量的化学摩尔当量比为1.0?4.0。
[0037]在一种优选的实施例中，液态三氧化硫吸收剂在烟气中的停留时间为0.1?10秒，烟气温度120?450°C。
[0038]实施例1
下面以某300MW燃煤机组为例，结合附图对本发明的具体结构、工作原理和工作过程作进一步的说明。
[0039]脱硝入口烟气温度380 0C，SO3浓度40ppm，SO2浓度2000ppm，根据烟气的基本参数，
采用的碱性溶液的质量配比为(碳酸钠Na2CO3:亚硫酸钠Na2SO3:碳酸氢钠NaHCO3=1:2:1)，利用配制完成的溶液的总盐质量浓度为30%。
[0040]根据溶液配比和烟气成分，结合工艺装置的布置，要求实现95%的SO3脱除效率，确定总的化学反应当量比Na+: S03=2:1，通过较高的化学当量比保证S03的高脱除效率。
[0041 ]如图1所示，一种碱液喷射脱除烟气中的SO3的工艺系统，液态三氧化硫吸收剂以液体形式储存在吸收剂储罐中，经过吸收剂输送栗输送至双流体雾化喷枪，通过流量调节阀控制吸收剂的流量，三氧化硫吸收剂经过双流体雾化喷枪雾化后喷射;原烟气12由脱销入口烟道的烟气入口进入，受到扰流板及还原剂喷射枪的作用形成烟气涡流10;双流体雾化喷枪将三氧化硫吸收剂喷入涡流，实现烟气与三氧化硫吸收剂的均匀掺混，完成SO3的脱除反应。最终净烟气13由脱硝反应器8排出。
[0042]如图2所示为碱液喷枪的具体实施方案。脱硝入口烟道截面为2.6mxllm的矩形，共配置8组双流体雾化喷枪6，保证碱液喷射覆盖范围足够大。碱液雾化粒径为50μπι，将喷枪布置在扰流板9处，烟气经过扰流板后形成烟气涡流10，卷吸周边烟气，加强碱性雾滴与烟气的掺混，保证还原剂与SO3充分反应。
[0043 ]本工程实例的SO3脱除效率96%，并且由吸收剂生成的固体颗粒占烟气飞灰总量质量比小于0.5%，不会对下游的脱硝催化剂产生较大影响。
[0044]实施例2
本实施例与实施例1的区别在于脱硝入口烟气温度320°C，SO3含量20ppm，在设计条件下，SO3的脱除效率85%，采用碱液吸收剂的配比方案为(碳酸钠Na2CO3:亚硫酸钠Na2SO3 =1:1.5)，碱液的总盐质量浓度为20%，碱性吸收剂的雾化粒径为40μπι，设计化学当量比Na+: SO3=1.5:1。根据实际测量，在实际投运工况下，SO3的脱除效率为88%。
[0045]上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。
【主权项】
1.一种碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置，其特征在于，包括: 碱性吸收剂雾化装置，所述碱性吸收剂雾化装置包括: 吸收剂储罐，所述吸收剂储罐用于存储液态三氧化硫吸收剂； 吸收剂输送栗，所述吸收剂输送栗设有吸收剂输送栗入口和吸收剂输送栗出口；吸收剂输送栗入口通过管路与吸收剂储罐连通； 流量调节阀，流量调节阀通过管路与吸收剂输送栗出口连通； 双流体雾化喷枪，双流体雾化喷枪与流量调节阀通过管路连通;碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置还包括: 脱销入口烟道，所述脱销入口烟道的一端为烟气入口，另一端为烟气出口；所述双流体雾化喷枪安装在所述脱销入口烟道内； 还原剂喷射枪，所述还原剂喷射枪安装在所述脱销入口烟道内； 扰流板，所述扰流板固定在所述脱销入口烟道内，与脱销入口烟道的中轴线的夹角为25度?75度;所述还原剂喷射枪的中轴线与扰流板平面垂直;所述双流体雾化喷枪安装在扰流板的上方； 脱销反应器，所述脱销反应器与脱销入口烟道的烟气出口连通。2.根据权利要求1所述的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置，其特征在于，碱性吸收剂雾化装置还包括碱性吸收剂稀释装置，所述碱性吸收剂稀释装置与所述管路连通。3.根据权利要求1所述的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置，其特征在于，还包括空气预热器，所述空气预热器与脱销反应器的出气口连通。4.碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的方法，其特征在于，利用权利要求1-3任一项所述的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置进行，包括以下步骤: 液态三氧化硫吸收剂以液体形式储存在吸收剂储罐中，经过吸收剂输送栗输送至双流体雾化喷枪，通过流量调节阀控制吸收剂的流量，三氧化硫吸收剂经过双流体雾化喷枪雾化后喷射;烟气由脱销入口烟道的烟气入口进入，受到扰流板及还原剂喷射枪的作用形成涡流;双流体雾化喷枪将三氧化硫吸收剂喷入涡流，实现烟气与三氧化硫吸收剂的均匀掺混，完成S03的脱除反应。5.根据权利要求4所述的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的方法，其特征在于，所述液态三氧化硫吸收剂为碱溶液。6.根据权利要求5所述的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的方法，其特征在于，所述碱为碳酸钠Na2C03、亚硫酸钠Na2SO3和碳酸氢钠NaHCO3中的一种、两种或多种;碱溶液的质量浓度5?40%。7.根据权利要求6所述的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置及方法，其特征在于，碱溶液以雾化液滴的形式由双流体雾化喷枪喷射进入含SO3的烟气中，雾滴粒径范围为10um?150umo8.根据权利要求6或7所述的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置及方法，其特征在于，以Na+: SO3计，碱溶液与烟气中SO3脱除量的化学摩尔当量比为1.0?4.0。9.根据权利要求6或7所述的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置及方法，其特征在于，液态三氧化硫吸收剂在烟气中的停留时间为0.1?10秒，烟气温度120?450°C。10.根据权利要求8所述的碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置及方法，其特征在于，液态三氧化硫吸收剂在烟气中的停留时间为0.1?1秒，烟气温度120?450 0C。
【文档编号】B01D53/78GK105879641SQ201610384872
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】姚宣, 郑鹏, 段威, 郑妍, 松鹏, 杨建辉, 张军, 路光杰, 刘科伟, 陈振宇
【申请人】北京国电龙源环保工程有限公司