臭氧氧化雙塔氨法脫硫脫硝系統(tǒng)的制作方法

本實用新型涉及脫硫脫硝系統(tǒng)，尤其涉及臭氧氧化雙塔氨法脫硫脫硝系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

二氧化硫(SO₂)和氮氧化物(NOx)是世界公認的大氣污染物之一，是形成酸雨﹑形成光化學(xué)煙霧和影響生態(tài)環(huán)境的另一個主要原因。隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展，SO₂和NOx的排放逐年增加，引起了國際及國內(nèi)的高度重視，控制二者排放已成為節(jié)能減排的重點。

對煙氣脫硫技術(shù)而言，石灰石—石膏濕法脫硫工藝應(yīng)用最多。該方法雖然脫硫效率較高，但是副產(chǎn)物石膏極易板結(jié)，造成設(shè)備堵塞而無法使用；另外，該工藝需要消耗大量天然石灰石，作為一種不可再生的一次性礦產(chǎn)資源，其來源存在不可持續(xù)性；同時該工藝還存在占地面積大、系統(tǒng)復(fù)雜、副產(chǎn)物難處置和運行能耗高等缺點。

對煙氣脫硝技術(shù)而言，選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝工藝商業(yè)化應(yīng)用最廣泛。SCR法雖然可以實現(xiàn)很高的脫硝效率，但其需要安裝昂貴的催化劑才能夠完成脫硝，且對脫硝反應(yīng)的溫度范圍有嚴格要求，當煙氣溫度超出該溫度范圍時即無法脫硝。同時，該工藝還會產(chǎn)生較多SO₃及氨逃逸，二者生成的硫酸鹽會堵塞空預(yù)器、腐蝕下游設(shè)備；另外，SCR法也存在占地多、運行能耗高等缺點。廢棄脫硝催化劑作為危險固體廢棄物，目前處理困難，很容易對土壤造成二次污染，環(huán)境風(fēng)險大。

以上兩種脫硫脫硝工藝均相互獨立，只能各自針對一種污染物進行脫除，當環(huán)保對SO₂和NOx都提出控制要求時，需要同時安裝兩種系統(tǒng)，使得脫硫脫硝設(shè)備的投資變得巨大，占地面積更多，運行成本也更高，同時將獨立的脫硫、脫硝系統(tǒng)進行組合控制時更加復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理，脫硫效率高的臭氧氧化雙塔氨法脫硫脫硝系統(tǒng)。

這種臭氧氧化雙塔氨法脫硫脫硝系統(tǒng)，依次包括雙氧水噴射裝置、引風(fēng)機、臭氧噴射裝置、煙氣混合裝置、前吸收塔、后吸收塔、旋流分離器、離心分離器和干燥器，所述雙氧水噴射裝置設(shè)于鍋爐省煤器出口位置，鍋爐省煤器出口經(jīng)過空氣預(yù)熱器和除塵器后接入引風(fēng)機并連接至所述前吸收塔，所述臭氧噴射裝置安裝在前吸收塔入口煙道前，在臭氧噴射裝置和前吸收塔入口煙道之間設(shè)有所述煙氣混合裝置。

作為優(yōu)選：所述雙氧水噴射裝置采用霧化噴嘴，噴嘴安裝在半伸縮或全伸縮式噴槍上。

作為優(yōu)選：所述臭氧噴射裝置采用格柵式結(jié)構(gòu)，格柵面與煙氣流動方向垂直，臭氧噴射方向與煙氣流動方向相同，臭氧噴射孔在整個格柵面均勻布置，分布密度不小于4個孔/m³。

作為優(yōu)選：所述臭氧噴射裝置的格柵式結(jié)構(gòu)具體為煙道一側(cè)平均布置有3根以上進氣管，每根進氣管與煙道中的主管相連，每根主管貫穿于整個煙道內(nèi)截面，每根主管上對稱分布有若干支管，每根支管上有2～4個噴嘴；每根進氣管上有調(diào)節(jié)閥，可以調(diào)節(jié)相應(yīng)支管內(nèi)臭氧氣體的流量；臭氧氣體由進氣管進入煙道內(nèi)的主管，再由主管平均分配到每根支管，再由支管從每個噴嘴上均勻噴出到煙氣中。

作為優(yōu)選：煙氣混合裝置由若干正方形或圓形板擋板組成，擋板面與煙道截面成45°角。

作為優(yōu)選：所述前吸收塔中，煙氣由上而下進入吸收塔，從側(cè)面的連接煙道流出進入后吸收塔；所述后吸收塔中，煙氣經(jīng)連接煙道從側(cè)面水平進入后轉(zhuǎn)向上流動，從塔頂流出至煙囪。

作為優(yōu)選：所述前吸收塔的噴淋層的噴嘴噴射方向垂直向上，與煙氣形成逆流吸收；所述后吸收塔塔內(nèi)噴淋層的噴嘴噴射方向垂直向下，與煙氣形成逆流吸收。

作為優(yōu)選：所述后吸收塔最下一層噴淋層與連接煙道頂之間布置有多孔篩板結(jié)構(gòu)的均流裝置。

作為優(yōu)選：所述后吸收塔頂部設(shè)有除霧裝置。

本實用新型的有益效果是：

(1)雙塔結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定，脫硫脫硝效率高

經(jīng)過鍋爐內(nèi)雙氧水噴射和煙道內(nèi)臭氧噴射與混合，雙氧水及臭氧的利用率高，煙氣中的一氧化氮可被充分氧化為二氧化氮。雙氧水和臭氧對煙氣溫度適應(yīng)范圍較廣，在鍋爐全負荷條件下均可對一氧化氮進行有效氧化，負荷適應(yīng)性較高，為后續(xù)高效脫硝打下了堅實基礎(chǔ)。

采用前后吸收塔結(jié)構(gòu)，前吸收塔運行在高氣速、高pH區(qū)域，噴嘴向上噴射后與塔內(nèi)煙氣形成逆流，噴淋液在重力作用下又落下，與煙氣形成順流，這樣吸收劑在吸收塔內(nèi)的停留時間得到延長，增加了與煙氣的接觸時間，提高了脫硫脫硝的效率。同時，經(jīng)過前吸收塔的噴淋降溫，煙氣溫度下降，煙氣量減小，進入后吸收塔后，相同的噴淋量情況下，液氣比得到增加，從而進一步提高了脫硫脫硝的效率。另外，在后吸收塔內(nèi)低氣速、低pH區(qū)域運行條件下，氧化效率得到增強，同時前塔中過量的氨得以充分反應(yīng)生成硫酸銨和硝酸銨。低速下除霧器的液滴脫硫效率可以有一定程度提高，從而液滴及氨逃逸得到有效降低。

(2)吸收塔機來源可靠，副產(chǎn)物附加值高，二次污染少，運行成本低

本工藝吸收劑采用氨，是一種可大規(guī)模生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品，相比石灰石—石膏濕法脫硫工藝的吸收劑石灰石，來源穩(wěn)定可靠，不受自然界儲藏量的限制。石灰石—石膏濕法脫硫工藝副產(chǎn)物為附加值很低的脫硫石膏，而本工藝副產(chǎn)物為硫酸銨，可以作為化肥，附加值高。

附圖說明

圖1為本實用新型系統(tǒng)及工藝流程圖；

圖2為圖1的局部放大圖；

圖3為臭氧噴射裝置布置圖；

圖4為煙氣混合裝置布置圖；

附圖標記說明：雙氧水噴射裝置1、引風(fēng)機2、臭氧噴射裝置3、煙氣混合裝置4、前吸收塔5、后吸收塔6、旋流分離器7、離心分離器8、干燥器9、鍋爐省煤器出口10、前吸收塔循環(huán)泵11、后吸收塔循環(huán)泵12、氧化風(fēng)機13、顆粒包裝機14、氨水混合器15、空氣預(yù)熱器16、除塵器17、除霧裝置18、煙囪19、攪拌器20、均流裝置21、進氣管22、主管23、支管24、噴嘴25、煙道壁26、調(diào)節(jié)閥27、擋板28。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本實用新型做進一步描述。下述實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。

本臭氧氧化雙塔氨法脫硫脫硝工藝及其系統(tǒng)，先將來自鍋爐省煤器出口10煙氣中的一氧化氮氧化成二氧化氮，然后在雙塔結(jié)構(gòu)的脫硫塔中，使煙氣中的二氧化氮和二氧化硫與氨水反應(yīng)生成亞硝酸銨、硝酸銨和亞硫酸銨，再通過氧化空氣使其中的亞硝酸銨和亞硫酸銨氧化成硝酸銨與硫酸銨，二者經(jīng)過濃縮、結(jié)晶、分離、干燥等工藝，最終成為含硝酸銨和硫酸銨的化肥。

本雙塔氨法同時脫硫脫硝工藝及其系統(tǒng)主要設(shè)備為雙氧水噴射裝置1、引風(fēng)機2、臭氧噴射裝置3、煙氣混合裝置4、前吸收塔5、后吸收塔6、前吸收塔循環(huán)泵11、后吸收塔循環(huán)泵12、氧化風(fēng)機13、旋流分離器7、離心分離器8、干燥器9和顆粒包裝機14等。相應(yīng)的流程圖見圖1。

雙氧水噴射裝置1和臭氧噴射裝置3的作用都是將煙氣中的一氧化氮氧化成二氧化氮，反應(yīng)方程式如下:NO+H₂O₂＝NO₂+H₂O。雙氧水噴射裝置1安裝在鍋爐省煤器出口10位置，正常的工作溫度范圍為300～400℃。噴射雙氧水溶液的濃度25～35％，雙氧水實際噴射量為理論需要量再加上20～30％的裕量，即雙氧水與煙氣中一氧化氮的摩爾比為1.2～1.3。雙氧水噴射裝置1采用霧化噴嘴，噴嘴安裝在半伸縮或全伸縮式噴槍上，利用壓縮空氣將雙氧水溶液霧化后噴入鍋爐省煤器出口煙道10內(nèi)。

臭氧噴射裝置3的作用是將煙氣中的一氧化氮氧化成二氧化氮，反應(yīng)方程式如下:NO+O₃＝NO₂+O₂。臭氧噴射裝置3安裝在前吸收塔5入口煙道前，正常的工作溫度為50～200℃。臭氧一般用大型臭氧發(fā)生器產(chǎn)生，濃度大于30mg/L，臭氧實際噴入量為理論需要量再加上10～20％的裕量，即臭氧與煙氣中一氧化氮的摩爾比為1.1～1.2。

臭氧噴射裝置3采用格柵式結(jié)構(gòu)，格柵面與煙氣流動方向垂直，臭氧噴射方向與煙氣流動方向相同，臭氧噴射孔在整個格柵面均勻布置，分布密度不小于4個孔/m³，孔內(nèi)的氣體流速不低于煙道內(nèi)煙氣流速的1.1倍。如圖3，在煙道一側(cè)平均布置有3根以上進氣管22，每根進氣管22與煙道中的主管23相連，每根主管23貫穿于整個煙道內(nèi)截面，每根主管23上對稱分布有若干支管24，每根支管24上有2～4個噴嘴；每根進氣管22上有調(diào)節(jié)閥，可以調(diào)節(jié)相應(yīng)支管24內(nèi)臭氧氣體的流量；臭氧氣體由進氣管22進入煙道內(nèi)的主管23，再由主管23平均分配到每根支管24，再由支管24從每個噴嘴25上均勻噴出到煙氣中。

沿著煙氣流動方向，臭氧噴射裝置3之后是煙氣混合裝置4，其作用是通過氣流擾動作用，使臭氧噴射裝置3噴出的含臭氧混合氣體與煙氣中的一氧化氮充分混合。煙氣混合裝置4出口處臭氧與一氧化氮混合摩爾標準偏差應(yīng)小于5％。如圖4，煙氣混合裝置4由若干正方形或圓形板擋板組成，擋板面與煙道截面成45°角，擋板面的傾斜方向根據(jù)流程模擬計算確定。

前吸收塔5、后吸收塔6、前吸收塔循環(huán)泵11、后吸收塔循環(huán)泵12、氧化風(fēng)機13等設(shè)備是該氨法脫硫脫硝工藝的核心系統(tǒng)，整個降溫、吸收、氧化、結(jié)晶過程在本系統(tǒng)內(nèi)完成。采用濃度20～30％氨水作為脫硫脫硝的吸收劑，分別與煙氣中的SO₂和NO₂發(fā)生反應(yīng)生成硫酸銨和硝酸銨。主要化學(xué)反應(yīng)如下：

2NH₃+SO₂+H₂O＝(NH₄)₂SO₃

(NH₄)₂SO₃+1/2O₂＝(NH₄)₂SO₄

NH₃+NO₂+H₂O＝NH₄NO₃

在前吸收塔5中，煙氣由上而下進入前吸收塔5，從側(cè)面的連接煙道流出進入后吸收塔6。噴淋層的噴嘴噴射方向垂直向上，與煙氣形成逆流吸收。前吸收塔5內(nèi)為空塔，塔內(nèi)煙氣流速一般為3.5～4.5m/s，塔內(nèi)不設(shè)均流裝置、除霧裝置和攪拌器。

在后吸收塔6中，煙氣經(jīng)連接煙道從側(cè)面水平進入后轉(zhuǎn)向上流動，從塔頂流出。塔內(nèi)噴淋層的噴嘴噴射方向垂直向下，與煙氣形成逆流吸收。后吸收塔6最下一層噴淋層與連接煙道頂之間布置有均流裝置21，該裝置為多孔篩板結(jié)構(gòu)，其作用是使后吸收塔煙氣內(nèi)煙氣分布均勻，提高吸收傳質(zhì)效率。在后吸收塔6頂部設(shè)有除霧裝置18，其作用是除去煙氣中的微小液滴和氣溶膠，消除吸收塔出口煙氣中的液滴夾帶和氨逃逸。后吸收塔6內(nèi)煙氣流速一般為3～3.5m/s。

上述設(shè)備中，雙氧水噴射裝置1采用耐高溫耐酸不銹鋼或合金鋼，臭氧噴射裝置3和煙氣混合裝置4采用耐酸不銹鋼或合金鋼。吸收塔采用整體耐腐蝕不銹鋼、合金鋼或者碳鋼內(nèi)襯防腐材料。

控制前吸收塔5溶液的運行pH范圍5.3～6.5，控制后吸收塔6溶液的運行pH范圍4.5～5.3，后吸收塔6溶液內(nèi)不斷形成硫酸銨和硝酸銨，溶液飽和結(jié)晶后含固量15～20％時外排至旋流分離器7。

控制旋流分離器7底流的含固量為40～50％，溢流含固量為5～10％。底流漿液進入離心分離器8，溢流漿液回流至后吸收塔6。經(jīng)離心分離器8分離作用，漿液含固量增加至80～90％后，進入干燥器9，分離液則回流至后吸收塔6。干燥器9出口則形成硫酸銨和硝酸銨固體晶體顆粒，經(jīng)過顆粒包裝機14打包后可以化肥出售。