專利名稱：雙軸對撞流煙氣同時脫硫脫硝裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于大氣環(huán)境保護的技術領域。涉及一種煙氣聯合脫硫脫硝裝置，特別是 涉及一種利用尿素/氨水/添加劑溶液的雙軸對撞流煙氣同時脫硫脫硝裝置。
背景技術：
二氧化硫和氮氧化物是大氣污染物中影響較大的氣態(tài)污染物，對人體、環(huán)境和生 態(tài)系統(tǒng)有極大危害，隨著環(huán)保要求的日益嚴格，N0x和S02排放的問題越來越受到關注。二 氧化硫和氮氧化物主要源自于煤、石油等石化燃料的燃燒過程，以及礦石的焙燒、冶煉過程 的煙氣排放，其中各種燃燒鍋爐特別是火電廠鍋爐排煙具有濃度低、煙氣量大、浮塵多等特 點而難以治理。傳統(tǒng)技術中，排放煙氣中二氧化硫和氮氧化物凈化技術通常是將脫硫和脫 硝分開進行，這造成了排放煙氣凈化系統(tǒng)的復雜龐大、初始投資大、運行費用高等缺陷，嚴 重制約了排放煙氣脫硫脫硝的實際實施。煙氣脫硫技術主要以石灰石_石膏濕法、旋轉噴 霧半干法、爐內噴鈣尾部增濕活化、海水脫硫、電子束脫硫、煙氣循環(huán)流化床脫硫等為主，其 中濕式石灰石法是現今世界上應用最為廣泛的尾部煙氣脫硫技術，其主要問題在于吸收劑 (石灰或石灰石)的溶解度小，利用率低，廢渣量大；而選擇性催化還原技術(SCR)、選擇性 非催化還原技術(SNCR)、電子束法、脈沖電暈法、絡合物吸收法和尿素吸收法等，目前運行 中較為成熟的煙氣脫硝技術主要是SCR技術、SNCR技術以及SNCR/SCR組合技術，但SCR法 存在初期投資費用較高，操作溫度范圍窄，且存在氨泄漏，會生成N20，以及催化劑易失活等 缺點；而SNCR脫硝效率較低，且氨泄漏多，造成二次污染。近年來世界各國，尤其是工業(yè)發(fā) 達國家都相繼開展了同時脫硫脫硝技術的研究開發(fā)，并進行了一定的工業(yè)應用，國外目前 有電子束照射法、脈沖電暈法、活性炭吸附法、NOxSO工藝和Pahlman煙氣脫硫脫硝工藝等， 但我國目前尚缺乏此類成熟技術或因能耗和成本過高而不適應。因此，探求一種高效、低成 本、低運行費用、無二次污染的煙氣凈化技術，成為我國環(huán)境保護科研工作者關切的問題。氨法煙氣脫硫技術始于上世紀70年代初，日本與意大利等國首先研究氨法脫硫 工藝，并相繼獲得成功。由于一般燃煤煙氣中，氮氧化物的氧化度為5% -10%，且NH4HS03 對(NH4)2SO3吸收NOx具有抑制作用，單一的氨水吸收法的脫硝功能很小，而單一氨法脫硫又 存在氨的氣溶膠和氨排放等問題。因此，通過尿素與氨水的合理匹配，不僅可以大大降低單 一尿素同時脫硫脫硝工藝的運行成本，還可有效防止單一氨法脫硫工藝存在的氨的氣溶膠 和氨排放等問題，同時還可以利用氨吸收二氧化硫產生的中間產物(NH4)2S03再吸收N0X，并 利用尿素對亞硝酸分解的抑制功能來降低吸收反應過程中的中間產物的再分解生成NO的 幾率。試驗研究發(fā)現通過價格低廉的氨水或工業(yè)廢氨水與尿素溶液的聯合使用，不僅可以 極大降低吸收劑的成本，同時可以保證較高的硫氧化物和氮氧化物的聯合脫除效果。研究分析發(fā)現，煙氣中S02在尿素/氨水溶液中的吸收是液相中伴有快速不可逆 化學反應的氣體吸收，而煙氣中N0X在尿素/氨水溶液中的吸收是液相中伴有慢速化學反 應的氣體吸收。為了保證能同時高效地脫除煙氣中S02*N0x，煙氣與吸收溶液的接觸反應 必須控制一定的時間。然而，反應時間的延長勢必造成同時脫硫脫硝反應器容積的大大增
3加，這將大大增加設備投資費用，是現實所不能接受的。顯然，N02具有易溶于水、易吸收的 特性；影響煙氣中N0X在尿素/氨水溶液中慢速化學反應的氣體吸收的最主要因素是NO在 水中極低的溶解度，而燃煤煙氣中NO又占N0X總量的90%以上。因此，如何進一步提高煙 氣中氮氧化物的氧化度(折合N02占煙氣中N0X的比例)是影響煙氣中N0X在吸收液中吸 收反應速率和效率的關鍵性科學問題。研究發(fā)現，通過適宜的添加劑來實現液相催化氧化 N0，提高煙氣中氮氧化物的氧化度，并促進中間產物對煙氣中污染物的協同吸收作用，將極 大提高后續(xù)吸收溶液對N0X的吸收速率和效率，是解決N0X在尿素/氨水溶液中的慢速吸收 化學反應過程的根本性有效可行的方法和途徑。此外，煙氣同時脫硫脫硝效率的高低和運行的穩(wěn)定性與吸收反應器有著極大的關 聯，傳統(tǒng)的濕法脫硫工藝的主體設備為吸收塔，它有板式塔、填料塔和噴淋塔等幾種形式。 在吸收塔氣液兩相傳質中，由于單位體積內有效接觸面積小、由液膜控制的傳質過程的體 積傳質系數低，故這類設備體積龐大、空間利用率和設備生產強度低、設備投資大。對撞流 技術是強化傳遞過程尤其是外擴散控制的傳遞過程最有效的方法之一，傳遞系數比一般方 法高數倍到十幾倍。研究發(fā)現對撞流吸收器與傳統(tǒng)的塔器相比有比相界面積大、傳質系 數高、脫硫脫硝效果好、能量損耗低、體積小、結構簡單的優(yōu)點。有鑒于此，綜合考慮投資、運 行穩(wěn)定性、能耗、結構等各種因素，以雙軸對撞流技術來設計吸收反應器更為高效、合理、可 行，可實現提高煙氣凈化效率，降低整體系統(tǒng)設備投資和運行成本。中國發(fā)明專利(申請?zhí)?1105599. 1)提出了以氨水、硫銨或其酸性水溶液、尿素 及其化合物粉或其水溶液在爐內不同溫度段進行同時脫硫脫硝。中國發(fā)明專利(申請?zhí)?91105599. 1)用于爐內高溫段，勢必帶來高的能量損耗，以及爐內腐蝕等問題。本發(fā)明是 在本人先前提出的發(fā)明專利(混合溶液聯合脫除二氧化硫和氮氧化物方法及其裝置，申請 號200710020999. 6)的基礎上，引入溴離子或氯離子或過硫酸銨等作NOx的吸收催化劑， 使NO的慢速吸收反應過程轉化為快速吸收反應過程；同時采用對撞流技術大大強化氣液 之間的混合和傳質過程，促進吸收化學反應，提高反應器比相界面積，降低反應器體積，并 簡化反應器結構，降低能耗。目前，國內僅有一實用新型專利(ZL 200820042363. 1)采用撞 擊流技術應用于堿液脫硫過程，國內外尚無雙軸對撞流技術應用于脫硝和聯合脫硫脫硝過 程，而將尿素/氨水溶液通過液相催化并結合雙軸對撞流技術實現的高效聯合煙氣脫硫脫 硝過程更是絕無先例。
發(fā)明內容本發(fā)明旨在于提供一種結構簡單、綜合效率高、投資成本低、運行費用小、無二次 污染的雙軸對撞流煙氣同時脫硫脫硝裝置，本發(fā)明能夠提高脫硫脫硝效率，尤其是能夠提 高脫硝效率。本發(fā)明采用如下技術方案一種雙軸對撞流煙氣同時脫硫脫硝裝置，由熱交換器、雙軸對撞流預混管、對撞流 反應器主體、高效除沫器、吸收液循環(huán)泵、集液槽、閥門、離心機、分離液泵、氨水泵、氨水配 液罐、尿素溶液泵、尿素溶液配液罐、空壓機及除塵器組成，除塵器的出口與熱交換器的污 染煙氣的進口連接，熱交換器的污染煙氣出口分別與雙軸對撞流預混管的煙氣入口連接， 在所述集液槽內儲存有吸收溶液且集液槽連接于對撞流反應器主體的下端，所述的雙軸對撞流預混管設在對撞流反應器主體上且位于集液槽，所述的雙軸對撞流預混管包括2對對 撞流預混管，每對對撞流預混管包括2個相向布置的預混管，在預混管內設有吸收液霧化 噴嘴，所述2對對撞流預混管相互構成同水平面正交關系，所述集液槽通過吸收液循環(huán)泵 與吸收液霧化噴嘴的入口連接，集液槽的出液口通過閥門與離心機的進口連通，離心機的 出口通過分離液泵與集液槽連通，所述氨水配液罐通過氨水泵與集液槽連通，所述尿素溶 液配液罐通過尿素溶液泵與集液槽連通，所述空壓機的出口與集液槽連通，所述高效除沫 器設在對撞流反應器主體的上端，高效除沫器的出口與熱交換器的凈化煙氣入口連接。與現有技術相比，本發(fā)明具有以下特色和優(yōu)點1.適用范圍廣，該工藝方法和設備可用于各類含S02和N0X的尾氣和煙氣的脫除， 包括生活鍋爐、工業(yè)鍋爐、工業(yè)窯爐、電站鍋爐、冶金尾氣、化工尾氣；對高、低濃度的so2和 N0X煙氣均可有效去除。2.采用雙軸對撞流煙氣同時脫硫脫硝裝置，其綜合效率高，S02總脫除效率為 95 % 98 %，N0X總脫除效率為75 % 90 % (單軸對撞流和雙軸對撞流聯合脫硫脫硝比較 見表1)，其脫除性能可與目前流行的濕式石灰石法脫硫和SCR法脫硝組合相媲美，同時回 收了副產品硫酸銨。表1單軸對撞與雙軸對撞聯合脫硫脫硝綜合效率的比較
在相同操作參數下脫硫效率脫硝效率單軸對撞流95%~97%70%~84. 5%雙軸對撞流95% 98%75%~90%3.雙軸對撞流煙氣同時脫硫脫硝裝置，采用煙氣與霧化的尿素/氨水液滴首先在 預混管內進行預混合，提高了氣液混合的均勻性，且在此階段液滴被煙氣攜帶加速，有利于 提高后期對撞流中液滴的穿透深度。4.本發(fā)明采用雙軸氣液混合流在對撞流反應器內相向撞擊(雙軸呈正交對稱同 水平面布置)，雙軸對撞使得氣液不僅在縱向對撞方向上進行強烈地撞擊混合外，而且在縱 向對撞后氣液混合物必然會向橫向流動，由于采用了雙軸正交對稱同水平面布置，橫向流 動的氣液混合物必然會受到來自正交方向上另一對撞流的沖擊作用，對撞流引起的橫向流 動的氣液混合物被再次推向對撞核心區(qū)域，這使得氣液在對撞核心區(qū)的停留時間延長，橫 向間的混合得到加強，氣液湍動更加強烈，混合更加均勻，對整個對撞流反應區(qū)內氣液間傳 質和化學反應速率的提高更為有利，提高了污染物脫除效率和速率。但當采用更多對的對 撞流布置時，由于無法實現同水平面正交布置，對撞流間的相互干擾較大，污染物脫除效率 和速率提高不明顯，然而對撞流數越多，設備費用和能耗也會有所提高，整體綜合性價比下 降，因此雙軸對撞更為合理。氣液對撞時也可以采用向下傾斜對撞(此時向下傾角a不大 于10° )，這使得氣液撞擊后偏向反應器內液面方向運動(與氣體出流方向相反)，延長了 氣液在反應器內的反應時間，有利于污染物脫除反應充分完成。5.本發(fā)明由于采用雙軸對撞流技術，氨和尿素混合溶液在吸收反應器內高度湍動 與混合，極大提高了吸收化學反應的傳質速率，從而加快了 NOx的吸收速率；同時，吸收液 通過霧化噴嘴霧化成細小液滴后在雙軸預混管內被煙氣攜帶加速運動，進入對撞流區(qū)域， 被加速的液滴在慣性作用下向相向對撞的另一射流區(qū)內部運動，由于受到相向對撞流的氣流阻力作用，液滴運動逐漸減速，之后在相向氣流的作用下反向運動；如此往復，這樣液滴 在相向射流的作用下便形成往回的阻尼振蕩，延長了液滴與煙氣的接觸時間，使得吸收液 的有效利用率提高。因此，不僅有利于提高煙氣凈化速率和效率，還有利于降低吸收反應器 的容積。6.在雙軸對撞流煙氣同時脫硫脫硝裝置中，其生成物在水中溶解度高，且反應器 內無任何內構件，不易結垢，運行安全穩(wěn)定，維護方便，易于控制；此外，反應器內無內構件 有利于減小系統(tǒng)阻力。7.由于本發(fā)明采用雙軸對撞流技術，氣液間高度湍動，使得氣液相間混合非常均 勻，極大提高了吸收反應速率和效率，從而使得液氣比大大降低(1.5 61/m3)，可大大降低 吸收液循環(huán)泵的能耗。8.本發(fā)明采用三乙醇胺、乙二胺、溴化鉀、溴化銨、氯化鉀、氯化銨、過硫酸銨等作 為液相催化劑，加速了吸收溶液對N0X的吸收反應速率，使得NO的慢速吸收反應過程轉化 為快速吸收反應過程，降低了吸收反應器的容積；同時三乙醇胺、乙二胺等還具有使吸收液 趨向弱堿性化方向，防止了系統(tǒng)設備的腐蝕。9.本發(fā)明將對撞流技術和脫硫脫硝系統(tǒng)有機地結合在一起，使得本發(fā)明與目前流 行的濕式石灰石法脫硫和SCR法脫硝組合相比得到了大大簡化，節(jié)約了系統(tǒng)空間，節(jié)省了 初始投資成本和運行成本。10.本實用新型實現了吸收液內部閉合循環(huán)，無二次廢液排放問題，實現了資源回 收和綠色環(huán)保的雙重概念。

圖1是本發(fā)明的尿素/氨水溶液加液相催化雙軸對撞流煙氣聯合脫除二氧化硫和 氮氧化物的系統(tǒng)流程圖，其中有熱交換器1、雙軸對撞流預混管2、吸收液霧化噴嘴3、對撞 流反應器主體4、高效除沫器5、吸收液循環(huán)泵6、集液槽7、閥門8、離心機9、分離液泵10、氨 水泵11、氨水配液罐12、尿素溶液泵13、尿素溶液配液罐14、空壓機15、除塵器16。圖2是本發(fā)明雙軸對撞流水平面布置示意圖。圖3是本發(fā)明雙軸對撞流傾斜布置示意圖。圖4是預混管結構示意圖。
具體實施方式
—種雙軸對撞流煙氣同時脫硫脫硝裝置，由熱交換器1、雙軸對撞流預混管2、對 撞流反應器主體4、高效除沫器5、吸收液循環(huán)泵6、集液槽7、閥門8、離心機9、分離液泵10、 氨水泵11、氨水配液罐12、尿素溶液泵13、尿素溶液配液罐14、空壓機15及除塵器16組成， 除塵器16的出口與熱交換器1的污染煙氣的進口連接，熱交換器1的污染煙氣出口分別與 雙軸對撞流預混管2的煙氣入口連接，在所述集液槽7內儲存有吸收溶液且集液槽7連接 于對撞流反應器主體4的下端，所述的雙軸對撞流預混管2設在對撞流反應器主體4上且 位于集液槽7，所述的雙軸對撞流預混管2包括2對對撞流預混管2，每對對撞流預混管包 括2個相向布置的預混管，在預混管內設有吸收液霧化噴嘴3，所述2對對撞流預混管相互 構成同水平面正交關系，所述集液槽7通過吸收液循環(huán)泵6與吸收液霧化噴嘴3的入口連
6接，集液槽7的出液口通過閥門8與離心機9的進口連通，離心機9的出口通過分離液泵10 與集液槽7連通，所述氨水配液罐12通過氨水泵11與集液槽7連通，所述尿素溶液配液罐 14通過尿素溶液泵13與集液槽7連通，所述空壓機15的出口與集液槽7連通，所述高效除 沫器5設在對撞流反應器主體4的上端，高效除沫器5的出口與熱交換器1的凈化煙氣入 口連接。下面對本發(fā)明的具體實施方式
作出更為詳細的說明本發(fā)明是一種濕法尿素/氨水/添加劑混合溶液通過雙軸對撞流技術實現的高效 聯合煙氣脫硫脫硝工藝，該工藝克服了常規(guī)煙氣凈化工藝功能單一、系統(tǒng)復雜的缺點，其綜 合效率高、系統(tǒng)簡單、投資成本低、運行費用小、無二次污染。其特征在于采用尿素/氨水 溶液作為同時脫硫脫硝吸收液，以三乙醇胺、乙二胺、溴化鉀、溴化銨、氯化鉀、氯化銨、過硫 酸銨等作為催化添加劑，在對撞流反應器內煙氣與吸收液進行氣液高度混合，高效快速地 實現同時脫硫脫硝過程，吸收液再經氧化制得副產品硫酸銨，廢液實現內部循環(huán)利用，無任 何廢液排放?；具^程如下含有二氧化硫和氮氧化物的污染煙氣(約160°C )除塵后首先進入熱交換器降溫 至100°C 110°c后，進入雙軸對撞流預混管(預混管也可向下傾斜，與水平面的傾角a不 大于10° )，煙氣首先與摻混了具有催化作用的添加劑(其中，三乙醇胺或乙二胺加入的質 量百分比為尿素/氨水溶液的0. 005% 0. 025%，而溴化鉀、溴化銨、氯化鉀、氯化銨、過硫 酸銨等為尿素/氨水溶液質量的0. 5% 10% )的被霧化的尿素/氨水混合溶液(氨水溶 液濃度為2% 10%和尿素溶液濃度為2% 6%，吸收溶液的PH值維持在4. 8 9，吸收 液的溫度控制在30°C 80°C)在混合管中進行氣液預混合(液氣比為1.5 6L/m3)，霧 化的吸收液滴在雙軸預混管中被煙氣加速，然后進入對撞流反應器吸收室中，相向的氣液 混合流在此以雙軸相互撞擊，氣液高度湍流、混合，使得氣液間混合、傳質速率加快，煙氣中 的N0X在此被同時吸收脫除；同時液滴在撞擊區(qū)內由于對撞而發(fā)生阻尼振蕩，延長了 霧化液滴與煙氣的接觸時間，進而提高了吸收液的有效利用率。雙軸對撞后的氣液中大液 滴在重力作用下沉降進入集液槽，煙氣中夾帶的液滴經高效除沫器分離后進入集液槽，凈 化后的煙氣(煙氣溫度為55°C 70°C)再經熱交換器升溫至75°C 90°C排入大氣。集液 槽內的循環(huán)吸收液由吸收液循環(huán)泵泵入吸收液霧化噴嘴內霧化成細微的液滴與來流煙氣 預混合；氨水配液槽中的氨水溶液由氨水泵泵入集液槽內；尿素溶液和添加劑配液罐中的 溶液由尿素溶液泵泵入集液槽內；空氣經空壓機鼓入雙軸對撞流反應器主體內進行氧化反 應；集液槽內底部結晶的硫酸銨溶液經閥門排入離心機，分離得到98%的硫酸銨晶體去干 燥成成品，離心機分離后的溶液由分離液泵泵入集液槽內。該方法煙氣中的S02總脫除效 率為95 % 98 %，N0X總脫除效率為75 % 90 %，獲得副產品硫酸銨，并實現吸收液內部循 環(huán)，無二次污染物排放。以三乙醇胺、乙二胺、溴化鉀、溴化銨、氯化鉀、氯化銨、過硫酸銨等作液相催化劑， 尿素溶液或尿素和氨水溶液同時脫硫脫硝的原理如下尿素易溶于水，其水溶液呈極弱的堿性，接近中性。尿素在水中會發(fā)生水解反應生 成氨基甲酸銨，為吸熱反應。常溫下水解很慢，溶液中氨基甲酸銨的組分較少；當溶液溫度 超過70°C時，水解反應明顯加快。尿素是一種強的還原劑，在酸性的條件下可以較快的將亞硝酸還原為氮氣。燃煤煙氣中的污染物N0x*S02在尿素溶液中可能發(fā)生下列反應(煙氣
中02含量為3 5%)[0034]2N0+02 — 2N02(1)[0035]2N02<^N204(2)[0036]NO+ N02<^N203(3)[0037]2N02+H20< 2HN02(4)[0038]N203+H20 2HN02(5)[0039]N204+H20< 2HN02+HN03(6)[0040]2HN02+02 < 2HN03(7)[0041]3HN02 0 HNO3+H20+2NO(8)[0042]2HN02+ (NH2) 2C0 — 3H20+C02+2N2(9)[0043]S02+ (NH2) 2C0+2H20 — (NH4) 2SO3+CO2(10)[0044]2 (NH4) 2S03+02 — 2 (NH4) 2S04(11)[0045]4 (NH4) 2S03+2N02 — 4 (NH4) 2S04+N2(12)[0046]2 (NH4) 2S03+2N0 — 2 (NH4) 2S04+N2(13)[0047]由反應(8)可以看出HN02的分解會導致NO的再次生成，而尿素會與HN02發(fā)生反
應(9)生成隊和0)2，從而抑制反應(8)的發(fā)生，并加速了反應(4)、(5)和(6)正反應進 程。從反應(10)可以看出，尿素還將與302生成^扎)403，而(NH4)2S03也具有一定的脫除 而2和NO的功能，見反應(12)和(13)。因此，同時煙氣脫硫脫硝過程中硫氧化物的存在對 氮氧化物的脫除具有促進作用。 氨是一種良好的堿性吸收劑，從吸收化學機理上分析，二氧化硫的吸收是一酸堿 中和反應，反應速率快、反應完全，吸收劑利用率高，副產品為硫酸銨或亞硫酸銨。燃煤煙氣 中的污染物No)^nso2在氨水溶液中可能發(fā)生的主要反應除反應(1) (8)之外，還有如下
反應(煙氣中02含量為3 5% ):S02+2NH3+H20 — (NH4) 2S03(14)(NH4) 2S03+S02+H20 — 2NH4HS03(15)NH4HS03+NH3 — (NH4) 2S03(16)2 (NH4) 2S03+02 — 2 (NH4) 2S04(17)4 (NH4) 2S03+2N02 — 4 (NH4) 2S04+N2(18)4 (NH4) HS03+2N02 — 4 (NH4) HS04+N2(19)2 (NH4) 2S03+2N0 — 2 (NH4) 2S04+N2(20)(NH4) 0H+HN03 — NH4N03+H20(21)(NH4) 0H+HN02 — NH4N02+H20(22)[0058]NH4N02 — N2+2H20(23)氨水脫硫過程中，其主要中間產物為(NH4)2S03和(NH4)HS03，均具有一定的吸收 N0X的能力。研究發(fā)現，S02在氨水溶液中的吸收是液相中伴有快速不可逆化學反應的氣體 吸收，而煙氣中N0X在氨水溶液中的吸收是液相中伴有慢速化學反應的氣體吸收。由于燃煤 煙氣中，氮氧化物的氧化度一般為5%-10%，單一的氨水吸收法中反應(18)、(19)、(20)、 (21)和(22)脫硝效率很小，而且還存在亞硝酸再分解生成NO的現象(見反應(8))。因而， 單一的氨水實際脫硝功能是很小的。從反應(1) (23)我們可以看出，尿素溶液、氨水溶液同時煙氣脫硫脫硝過程中 生成的最終主要產物在有氧存在的條件下(煙氣中02含量為3 5% )均為硫酸銨和硝酸 銨，可通過濃縮結晶的方法進行綜合回收利用。因此，綜合利用氨水(廢氨)的廉價優(yōu)勢和 302在氨水溶液中的吸收是液相中伴有快速不可逆化學反應的氣體吸收過程，并結合氨水 (廢氨)脫硫過程中形成的中間產物的脫硝功能，以及尿素的脫硝功能強和可抑制脫硝過 程中的中間產物的再分解生成NO的機理，通過尿素與氨水的合理匹配，不僅將大大降低單 一尿素脫硫脫硝工藝的運行成本，同時可以保證較高的硫氧化物和氮氧化物的同時脫除效 果。此外，尿素的存在可相應降低氨水的濃度，且尿素水溶液較氨水溶液的揮發(fā)溫度要高， 可起到一定的改善單一氨法脫硫存在的氨的氣溶膠和氨排放等問題。由于燃煤煙氣中，氮氧化物的氧化度一般為5%-10%，反應(18)、(19)、(20)、 (21)和(22)的脫硝效率一般很小。試驗研究發(fā)現，在引入合適的添加劑的催化作用下，脫 硫、脫硝效率均有提高，尤其是脫硝效率提高很大。試驗研究發(fā)現溴化鉀、溴化銨、氯化鉀、氯化銨、過硫酸銨等尿素溶液吸收氮氧化 物具有較好的催化作用，能較大地提高氮氧化物的脫除速率和脫除效率；而三乙醇胺、乙二 胺等添加劑在反應過程中不僅有催化，還具有緩沖效果。催化作用是指加速反應速率或抑 制副反應發(fā)生，控制反應方向和過程；緩沖效果是指調節(jié)吸收液PH值，使吸收液趨向弱堿 性化方向，防止設備的腐蝕。系統(tǒng)連接方式除塵后的煙氣經管道進入熱交換器1降溫后，經管道進入雙軸對撞流預混管2，在 雙軸對撞流預混管2內煙氣與來自霧化噴嘴3的霧化吸收液滴進行預混合，同時液滴在此 被加速，預混后的氣液混合物進入對撞流反應器主體4發(fā)生氣流雙軸相向撞擊吸收反應； 雙軸撞擊吸收反應后的凈化煙氣向上進入高效除霧器5，再通過管道進入熱交換器1升溫 后由管道通入煙 中；集液槽7內循環(huán)吸收液經管道由吸收液循環(huán)泵6泵入吸收液霧化噴 嘴3內形成細微的霧化液滴與來流煙氣預混合；氨水配液槽12中的氨水溶液經管道由氨 水泵11泵入與集液槽7內；尿素溶液和添加劑配液罐14中的尿素溶液和添加劑經管道由 尿素溶液泵13泵入集液槽7內；空氣經空壓機15經管道鼓入對撞流反應器主體4內進行 氧化反應；集液槽7內底部結晶的硫酸銨溶液經管道，再經閥門8排入離心機9，分離得到 98%的硫酸銨晶體去干燥成成品，離心機9分離后的溶液經管道由分離液泵10泵入集液槽 7內。參照圖1來詳細說明本發(fā)明的尿素/氨水溶液加液相催化雙軸對撞流煙氣聯合脫 硫脫硝方法的最佳實施例。含有二氧化硫(400mg/Nm3 6000mg/Nm3)和氮氧化物(200mg/Nm3 4000mg/Nm3)
9的煙氣(約160°C)除塵后，經管道進入熱交換器1降溫至100 110°C后，進入雙軸對撞流 預混管2，煙氣首先在雙軸預混管內與來自霧化噴嘴3的摻混了具有催化作用的添加劑(添 加劑可以是三乙醇胺、乙二胺、溴化鉀、溴化銨、氯化鉀、氯化銨、過硫酸銨等中的任何一種， 也可以是三乙醇胺或乙二胺與溴化鉀、溴化銨、氯化鉀、氯化銨、過硫酸銨等中的任何一種 組合。其中，三乙醇胺或乙二胺加入的質量百分比為尿素/氨水溶液的0. 005% 0. 025%, 而溴化鉀、溴化銨、氯化鉀、氯化銨、過硫酸銨等加入的質量百分比為0. 5% 10% )的被霧 化的尿素/氨水混合溶液(氨水溶液濃度為2% 10%和尿素溶液濃度為2% 6%，吸收 溶液的PH值維持在4. 8 9，溫度控制在30°C 80°C )，在預混管中進行氣液預混合(液氣 比為1. 5 6L/m3，雙軸預混管可以采用向下傾斜，與水平面傾角a不大于10°，見圖3)，霧 化的吸收液滴在預混管中被煙氣加速，然后進入對撞流反應器主體4中，相向的氣液混合 流在此進行雙軸相互撞擊，氣液高度湍流、混合，使得氣液間混合、傳質速率加快，煙氣中的 S02*N0x在此被同時快速吸收脫除(當雙軸預混管采用向下傾斜時，撞擊后氣液偏向集液 槽7液面方向運動，延長了氣液在反應器內的停留時間，有利于提高煙氣污染物的脫除效 率)；同時液滴在對撞區(qū)內由于雙軸對撞而發(fā)生劇烈的阻尼振蕩，大大延長了霧化液滴與 煙氣的接觸時間，進而提高了吸收液的有效利用率。雙軸對撞流反應器主體4內煙氣空塔 速度控制在2. 5 4m/s。雙軸對撞后的氣液中大液滴在重力作用下沉降進入集液槽7，煙 氣中夾帶的液滴經高效除沫器5分離后進入集液槽7，凈化后的煙氣(煙氣溫度為55°C 70°C)再經熱交換器1升溫至75°C 90°C排入大氣。集液槽7內的循環(huán)吸收液(吸收溶液 的PH值維持在4. 8 9，溫度控制在30°C 80°C )由吸收液循環(huán)泵6泵入吸收液霧化噴嘴 3內霧化成細微的液滴與來流煙氣預混合；氨水配液槽12中的氨水溶液(氨水溶液濃度為 10% 15% )由氨水泵11泵入集液槽7內；尿素溶液配液罐14中的溶液(尿素溶液濃度 為10% 20% )由尿素溶液泵13泵入集液槽7內；鼓入壓縮空氣于集液槽7內將反應生 成的亞硫酸銨氧化成硫酸銨，集液槽7內結晶的硫酸銨沉積于底部，達到一定濃度后，經閥 門8排入離心機9進行固液分離，得到98%的硫酸銨晶體，分離后的溶液經分離液泵10泵 入集液槽7內。該方法煙氣中的S02總脫除效率為95% 98%，N0X總脫除效率為75% 90%，獲得副產品硫酸銨，并實現吸收液內部循環(huán)，無二次污染物排放。
權利要求雙軸對撞流煙氣同時脫硫脫硝裝置，其特征在于，由熱交換器(1)、雙軸對撞流預混管(2)、對撞流反應器主體(4)、高效除沫器(5)、吸收液循環(huán)泵(6)、集液槽(7)、閥門(8)、離心機(9)、分離液泵(10)、氨水泵(11)、氨水配液罐(12)、尿素溶液泵(13)、尿素溶液配液罐(14)、空壓機(15)及除塵器(16)組成，除塵器(16)的出口與熱交換器(1)的污染煙氣的進口連接，熱交換器(1)的污染煙氣出口分別與雙軸對撞流預混管(2)的煙氣入口連接，在所述集液槽(7)內儲存有吸收溶液且集液槽(7)連接于對撞流反應器主體(4)的下端，所述的雙軸對撞流預混管(2)設在對撞流反應器主體(4)上且位于集液槽(7)，所述的雙軸對撞流預混管(2)包括2對對撞流預混管(2)，每對對撞流預混管包括2個相向布置的預混管，在預混管內設有吸收液霧化噴嘴(3)，所述2對對撞流預混管相互構成同水平面正交關系，所述集液槽(7)通過吸收液循環(huán)泵(6)與吸收液霧化噴嘴(3)的入口連接，集液槽(7)的出液口通過閥門(8)與離心機(9)的進口連通，離心機(9)的出口通過分離液泵(10)與集液槽(7)連通，所述氨水配液罐(12)通過氨水泵(11)與集液槽(7)連通，所述尿素溶液配液罐(14)通過尿素溶液泵(13)與集液槽(7)連通，所述空壓機(15)的出口與集液槽(7)連通，所述高效除沫器(5)設在對撞流反應器主體(4)的上端，高效除沫器(5)的出口與熱交換器(1)的凈化煙氣入口連接。
專利摘要一種雙軸對撞流煙氣同時脫硫脫硝裝置，由熱交換器、雙軸對撞流預混管、對撞流反應器主體、高效除沫器、吸收液循環(huán)泵、集液槽、閥門、離心機、分離液泵、氨水泵、氨水配液罐、尿素溶液泵、尿素溶液配液罐、空壓機及除塵器組成，除塵器的出口與熱交換器的污染煙氣的進口連接，熱交換器的污染煙氣出口分別與雙軸對撞流預混管的煙氣入口連接，在集液槽內儲存有吸收溶液且集液槽連接于對撞流反應器主體的下端，雙軸對撞流預混管設在對撞流反應器主體上且位于集液槽，所述的雙軸對撞流預混管包括2對對撞流預混管，每對對撞流預混管包括2個相向布置的預混管，在預混管內設有吸收液霧化噴嘴，所述2對對撞流預混管相互構成同水平面正交關系。
文檔編號B01D53/60GK201578985SQ20102010466
公開日2010年9月15日 申請日期2010年1月29日 優(yōu)先權日2010年1月29日
發(fā)明者熊源泉, 謝紅銀 申請人:東南大學