專利名稱：介質(zhì)阻擋放電結(jié)合堿液吸收的煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于火力發(fā)電廠煙氣處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種介質(zhì)阻擋放電結(jié)合堿液吸收的煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)及工藝。
背景技術(shù)：
火力發(fā)電廠煙氣中的SA和NOx是大氣中主要的氣體污染物，其不僅對人體帶來各種各樣的危害，而且會對動植物的生長以及對天氣和氣候產(chǎn)生很大的影響，因此必須采取措施加以控制。而一項優(yōu)秀的煙氣凈化技術(shù)不僅需要滿足高效的脫除率，而且還要考慮技術(shù)上的經(jīng)濟性以及系統(tǒng)的簡單可操作性，目前眾多的研究者一致認同的是SO2和NOx的一體化脫除。而目前火電廠普遍采用兩套裝置分別對煙氣進行脫硫脫硝處理，煙氣脫硫主要采用的是濕法煙氣脫硫工藝(Wet-FGD)，煙氣脫硝則采用的是以NH3為還原劑的選擇性催化還原技術(shù)(SCR)，其中濕法煙氣脫硫工藝用石灰石或石灰做脫硫吸收劑，石灰石破碎后與水混合，磨成粉狀制成吸收漿液。在吸收塔內(nèi)，煙氣中的SO2與漿液中的CaCO3以及鼓入的氧化空氣進行化學反應生成二水硫酸鈣即石膏，使煙氣中的得以脫除。濕法脫硫工藝過程中的主要反應方程式為2CaC03+H20+2S02 — 2CaS03 · 1/2H20+2C02 個2CaC03 · 1/2Η20+02+3Η20 — 2CaS04 · 2H20濕法煙氣脫硫的主要缺點有(1)系統(tǒng)復雜，運行維護量大；(2)水消耗大，且存在廢水的處理問題；(3)系統(tǒng)投資較大，運行費用高，裝置的占地面積大。選擇性催化還原技術(shù)是指在&和非均相催化劑存在的條件下，以NH3作為還原劑， 在省煤器與空氣預熱器之間的煙氣溫度下將NOx還原為無害的氮氣和水。主要的反應方程式如下 4N0+4NH3+02 — 4N2+6H202N02+4NH3+02 — 3N2+6H20N0+N02+2NH3+02 — 2N2+3H20選擇性催化還原技術(shù)的主要缺點有(1)初期投資費用高，設(shè)備造價高昂；(2)催化劑易中毒；(3)燃燒高硫煤時容易造成空氣預熱器的積灰及堵塞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種介質(zhì)阻擋放電結(jié)合堿液吸收的煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)及工藝，其目的是減少設(shè)備占地面積、實現(xiàn)氮氧化物、硫氧化物的回收利用，簡化脫硫脫硝設(shè)備和工藝流程，提高脫硫脫硝的經(jīng)濟效益，避免燃燒高硫煤時尾部煙道的磨損以及空預器的積灰及堵塞問題。本發(fā)明提供的介質(zhì)阻擋放電結(jié)合堿液吸收的煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)，其組成為介質(zhì)阻擋放電反應器一端為煙氣入口，另一端與氣-氣加熱器原煙氣側(cè)入口連接；氣-氣加熱器原煙氣側(cè)出口通過管道與堿液吸收塔下部的煙氣入口連接；堿液吸收塔的底部通過管道與堿液儲液池連通，堿液吸收塔的上部設(shè)置噴淋裝置，堿液儲液池的出液口通過管道及蠕動泵與所述噴淋裝置連通；堿液吸收塔的頂部設(shè)置出氣口，通過管道與氣-氣加熱器凈煙氣側(cè)入口連接，氣-氣加熱器凈煙氣側(cè)的出口與煙囪連接。所述堿液吸收塔內(nèi)，噴淋裝置的上方設(shè)置除霧器。本發(fā)明提供的一種所述系統(tǒng)的煙氣脫硫脫硝工藝，包括以下步驟(1)燃燒后的煙氣進入介質(zhì)阻擋放電反應器，通過調(diào)節(jié)高壓電源的電壓、頻率控制反應器內(nèi)的放電功率，在反應器內(nèi)發(fā)生均勻、穩(wěn)定的放電，其中電壓調(diào)節(jié)范圍為6 20kV， 頻率調(diào)節(jié)范圍為7 15kHz ；放電產(chǎn)生大量的高能電子，在高能電子的作用下，煙氣中的02、 H2O分子被激活、裂解或電離，產(chǎn)生包括0、03、0Η、Η02在內(nèi)的高活性的氧化性粒子，使煙氣中的N0、S&氧化，NO的氧化產(chǎn)物主要為NO2以及少量的ΗΝ03、ΗΝ02和其他高價態(tài)的氮氧化物， SO2的氧化產(chǎn)物主要為SO3，在水蒸氣含量較高的情況下會進一步生成硫酸；(2)處理過的煙氣經(jīng)氣-氣加熱器與堿液吸收后的凈氣進行熱交換后，降低溫度至40 60°C，然后進入堿液吸收塔；配置堿液，堿液通過蠕動泵由吸收塔上部經(jīng)噴淋裝置進入堿液吸收塔內(nèi)，在堿液吸收塔內(nèi)與煙氣反應后由塔下部排出，進入堿液儲液槽；經(jīng)介質(zhì)阻擋放電反應器處理的煙氣由堿液吸收塔下部進入，與堿液反應后由堿液吸收塔頂部排出；(3)從堿液吸收塔排出的低溫煙氣送入氣-氣加熱器內(nèi)，與高溫煙氣換熱后送至煙囪排出。所述步驟O)中的堿液為包含KOH、Na2CO3^ Ca (OH)2, CaCO3的NaOH溶液，其中堿液中NaOH、KOH的和與煙氣中的和氧化后NO2的和的摩爾值之比為1. 8 2. 6，Na2CO3^ Ca (OH) 2、CaCO3的和與煙氣中的和氧化后而2的和的摩爾值之比為0. 9 1. 3。所述堿液與煙氣反應后，流入堿液儲液槽中，得到硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸鹽混合溶液，經(jīng)過蒸發(fā)、結(jié)晶、分離工序，得到相應的硝酸鹽、亞硝酸鹽和硫酸鹽。本發(fā)明的有益效果為(1)此聯(lián)合脫硫脫硝工藝中煙氣首先經(jīng)低溫等離子體氧化處理，氧化后的煙氣由堿液作進一步的吸收，最后處理后的煙氣排入大氣，其中NOx的脫除率可達70%以上，SO2的脫除率可達90%以上。減少設(shè)備占地面積，簡化脫硫脫硝設(shè)備和工藝流程。(2)燃燒高硫煤時不會造成尾部煙道的磨損以及空預器的積灰及堵塞問題(3)硫酸鹽、硝酸鹽以及亞硝酸鹽作為產(chǎn)物回收，實現(xiàn)了資源的綠色回收利用，同時增加了經(jīng)濟效益。


圖1為該煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)的連接示意圖。圖中標號
1-介質(zhì)阻擋放電反應器；2-氣-氣加熱器；3-堿液吸收塔；4-堿液儲液池；5-煙囪。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種介質(zhì)阻擋放電結(jié)合堿液吸收的煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)及工藝，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。如圖1所示，所述系統(tǒng)的組成為介質(zhì)阻擋放電反應器1的一端為煙氣入口，另一端與氣-氣加熱器2原煙氣側(cè)入口連接；氣-氣加熱器2原煙氣側(cè)出口通過管道與堿液吸收塔3下部的煙氣入口連接；堿液吸收塔3的底部通過管道與堿液儲液池4連通，堿液吸收塔3的上部設(shè)置噴淋裝置，堿液儲液池4的出液口通過管道及蠕動泵與所述噴淋裝置連通； 堿液吸收塔3的頂部設(shè)置出氣口，通過管道與氣-氣加熱器2凈煙氣側(cè)入口連接，氣-氣加熱器2凈煙氣側(cè)出口與煙囪5連接。本發(fā)明提供的一種基于所述系統(tǒng)的煙氣脫硫脫硝工藝，包括以下步驟(1)燃燒后的煙氣進入介質(zhì)阻擋放電反應器，通過調(diào)節(jié)高壓電源的電壓、頻率控制反應器內(nèi)的放電功率，在反應器內(nèi)發(fā)生均勻、穩(wěn)定的放電，其中電壓調(diào)節(jié)范圍為6 20kV， 頻率調(diào)節(jié)范圍為7 15kHz ；放電產(chǎn)生大量的高能電子，在高能電子的作用下，煙氣中的02、 H2O分子被激活、裂解或電離，產(chǎn)生包括0、03、0Η、Η02在內(nèi)的高活性的氧化性粒子，使煙氣中的N0、S&氧化，NO的氧化產(chǎn)物主要為NO2以及少量的ΗΝ03、ΗΝ02和其他高價態(tài)的氮氧化物， SO2的氧化產(chǎn)物主要為SO3，在水蒸氣含量較高的情況下會進一步生成硫酸；相關(guān)的反應方程式如下Ν0+0+Μ — Ν02+Μ ；Ν0+Η02 — Ν02+0Η ；Ν0+Η02 — ΗΝ0+02 ；Ν0+0Η+Μ ^ ΗΝ02+Μ ；N02+0H+M — HN03+M ；03+N0 — N02+02 ；03+N02 — N03+02 ；0H+S02 — HOSO2 ；0H+H0S02 — H2SO4 ；H0S02+02 — S03+H02 ；H02+S02 — SO3+OH ；S02+0+02 — S03+02 ；03+S02 — 02+S03 ；H2CHSO3 — H2SO4 ;(2)處理過的煙氣經(jīng)氣-氣加熱器與堿液吸收后的凈氣進行熱交換后，降低溫度至40 60°C，然后進入堿液吸收塔；配置堿液，堿液為包含KOH、Na2CO3^ Ca(OH)2、CaCO3的 NaOH溶液，其中堿液中NaOH、KOH的和與煙氣中的和氧化后NO2的和的摩爾值之比為 1. 8 2. 6，Na2CO3^ Ca(OH)2, CaCO3的和與煙氣中的和氧化后的和的摩爾值之比為 0. 9 1. 3 ；堿液通過蠕動泵由吸收塔上部經(jīng)噴淋裝置進入堿液吸收塔內(nèi)，在堿液吸收塔內(nèi)與煙氣反應后由塔下部排出，進入堿液儲液槽；經(jīng)介質(zhì)阻擋放電反應器處理的煙氣由堿液吸收塔下部進入，與堿液反應后由堿液吸收塔頂部排出；相關(guān)的反應式如下2N02 — N2O4 ；NCHNO2 — N2O3 ；2N02+H20 — ΗΝ02+ΗΝ03 ；Ν204+Η20 — ΗΝ02+ΗΝ03 ；Ν203+Η20 — 2HN02 ；
HNO2 + OH H2O + NO-
HNO3 + OH — H2O + NO;S02+H20 — H2SO3 ；S03+H20 ^ H2SO4 ；
H2SO3 + 20H- — IH2O + SO2,-；
H2SO4 + 20H- — IH2O + ；(3)從堿液吸收塔排出的低溫煙氣送入氣-氣加熱器內(nèi)，與高溫煙氣換熱后送至煙囪排出。經(jīng)堿液吸收后所生成的硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸鹽等溶液經(jīng)過蒸發(fā)、結(jié)晶、分離等工序生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品再經(jīng)過包安裝進行銷售，創(chuàng)造了經(jīng)濟效益實現(xiàn)了資源的回收利用。在堿液吸收氮氧化物的過程中，無論是在氣相中的反應還是在液相中的反應基本上都是放熱反應(溫度對硫氧化物吸收的影響很小)，因此適當?shù)慕档头磻獣r的溫度，可以促進NOx的吸收，經(jīng)介質(zhì)阻擋放電反應器處理后的煙氣溫度一般在120 160°C，直接進入吸收塔會使反應的溫度偏高，增加氣-氣換熱器(GGH)裝置通過熱交換適當降低進入吸收塔的煙氣溫度，確保吸收劑可以達到最佳反應溫度(40 60°C )，同時提高了凈氣的排放溫度(可達80°C以上)，利于處理后尾氣的排放。吸收塔內(nèi)設(shè)置除霧器，用于分離煙氣中所攜帶的液滴，降低了對后面GGH等設(shè)置的腐蝕以及對環(huán)境的污染。用堿液吸收NOx時，由于溶液中有OH的存在，可以與水吸收NOx生成的HN03、HNO2 迅速中和，催進了反應的進行，提高了 NOx的脫除效率。NOx中NO與水不發(fā)生直接反應，其在水中的溶解度也相當?shù)?，而NO2A2O3以及隊04可以穿過氣液界面進入液膜，在液膜中與水發(fā)生反應生成HNO3和HN02。N02、N2O3以及N2O4的水合反應是快速反應，其中N2O3的反應速度最快，因此在堿液吸收NOx時，NO與NO2的比例關(guān)系則尤為重要，可以通過調(diào)節(jié)介質(zhì)阻擋放電反應器的放電功率來控制NOx的氧化度(NO2與NOx的體積比)，當氧化度保持在50% 65%，堿液吸收NOxW速率最快，可以達到更高的脫除率，其中放電功率主要依靠改變高壓電源的電壓(調(diào)節(jié)范圍6 20kV)以及頻率(調(diào)節(jié)范圍7 15kHz)來調(diào)節(jié)。由于S02、SO3易溶于水，經(jīng)低溫等離子體處理后煙氣中的S02、SO3與水反應生成 H2SO3與&S04，之后與堿液迅速中和生成硫酸根和亞硫酸根，其中具有強還原性的亞硫酸根還會與一部分的NO2直接反應生成亞硝酸根和硫酸根，一定程度上催進了的吸收速率，同時也顯著提高了 NOx的脫除率。因此在吸收液為堿性的環(huán)境下，氮氧化物、硫氧化物的脫除具有彼此促進的效果。
權(quán)利要求
1.介質(zhì)阻擋放電結(jié)合堿液吸收的煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)，其特征在于，介質(zhì)阻擋放電反應器一端為煙氣入口，另一端與氣-氣加熱器原煙氣側(cè)入口連接；氣-氣加熱器原煙氣側(cè)出口通過管道與堿液吸收塔上部的煙氣入口連接。堿液吸收塔的底部通過管道與堿液儲液池連通，堿液吸收塔的上部設(shè)置噴淋裝置，堿液儲液池的出液口通過管道及蠕動泵與所述噴淋裝置連通；堿液吸收塔的頂部設(shè)置出氣口，通過管道與氣-氣加熱器凈煙氣側(cè)入口連接， 氣-氣加熱器凈煙氣側(cè)出口與煙囪連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)阻擋放電結(jié)合堿液吸收的煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)，其特征在于，所述堿液吸收塔內(nèi)，噴淋裝置的上方設(shè)置除霧器。
3.一種基于權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的煙氣脫硫脫硝工藝，其特征在于，包括以下步驟(1)燃燒后的煙氣進入介質(zhì)阻擋放電反應器，通過調(diào)節(jié)高壓電源的電壓、頻率控制反應器內(nèi)的放電功率，在反應器內(nèi)發(fā)生均勻、穩(wěn)定的放電，其中電壓調(diào)節(jié)范圍為6 20kV，頻率調(diào)節(jié)范圍為7 15kHz ；放電產(chǎn)生大量的高能電子，在高能電子的作用下，煙氣中的02、H2O 分子被激活、裂解或電離，產(chǎn)生包括0、03、OH、HO2在內(nèi)的高活性的氧化性粒子，使煙氣中的 NO^SO2氧化，NO的氧化產(chǎn)物主要為NO2以及少量的ΗΝ03、ΗΝ02和其他高價態(tài)的氮氧化物，SO2 的氧化產(chǎn)物主要為SO3，在水蒸氣含量較高的情況下會進一步生成硫酸；(2)處理過的煙氣經(jīng)氣-氣加熱器與堿液吸收后的凈氣進行熱交換后，降低溫度至 40 60°C，然后進入堿液吸收塔；配置堿液，堿液通過蠕動泵由吸收塔上部經(jīng)噴淋裝置進入堿液吸收塔內(nèi)，在堿液吸收塔內(nèi)與煙氣反應后由塔下部排出，進入堿液儲液槽；經(jīng)介質(zhì)阻擋放電反應器處理的煙氣由堿液吸收塔下部進入，與堿液反應后由堿液吸收塔頂部排出；(3)從堿液吸收塔排出的低溫煙氣送入氣-氣加熱器內(nèi)，與高溫煙氣換熱后送至煙囪排出。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煙氣脫硫脫硝工藝，其特征在于，所述步驟( 中的堿液為包含KOH、Na2CO3^ Ca(OH)2、CaCO3的NaOH溶液，其中堿液中NaOH、KOH的和與煙氣中的和氧化后而2的和的摩爾值之比為1. 8 2. 6，Na2CO3^ Ca(OH)2, CaCO3的和與煙氣中的和氧化后NO2的和的摩爾值之比為0. 9 1. 3。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煙氣脫硫脫硝工藝，其特征在于，所述堿液與煙氣反應后，流入堿液儲液槽中，得到硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸鹽混合溶液，經(jīng)過蒸發(fā)、結(jié)晶、分離工序，得到相應的硝酸鹽、亞硝酸鹽和硫酸鹽。
全文摘要
本發(fā)明屬于火力發(fā)電廠煙氣處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種介質(zhì)阻擋放電結(jié)合堿液吸收的煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)及工藝。鍋爐燃燒后的煙氣進入介質(zhì)阻擋放電反應器，在反應器內(nèi)煙氣中的SO2、NOX被放電所產(chǎn)生的強氧化性自由基催化氧化，生成高價態(tài)的氮氧化物、SO3以及少量的H2SO4、HNO3等，處理后的煙氣進入堿液吸收塔，通過堿液對煙氣進行洗滌，達到脫除氮氧化物、硫氧化物的目的。該工藝具有較好的脫除效率，相對于目前電廠中應用的脫硫脫硝工藝具有更高的經(jīng)濟效益，而且硝酸鹽、亞硝酸鹽以及硫酸鹽等作為產(chǎn)物回收也實現(xiàn)了污染物的綠色回收利用。
文檔編號B01D53/78GK102179146SQ20111010525
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者杜旭, 肖海平 申請人:華北電力大學