本實用新型涉及火力發電煙氣、鍋爐煙氣或窯爐煙氣脫硫脫硝技術領域，具體涉及基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝裝置。
背景技術：
煙氣脫硫脫硝是解決大氣污染的主要途徑，石膏法脫硫工藝是世界上應用最廣泛的一種脫硫技術，日本、德國、美國的火力發電廠采用的煙氣脫硫裝置約90％采用此工藝。我國目前火電及工業鍋爐煙氣主要采用石灰石的濕法脫硫技術。該技術耗水量大，使得火電廠煙囪排放大量含有水和石膏粉塵的白煙，同時帶走120℃以上的煙氣余熱，造成能源浪費。而脫硫設備普遍存在腐蝕嚴重、運行維護費用高及易造成二次污染等問題，占地面積大，同時不能兼顧煙氣脫硝。
目前煙氣脫硝主要工藝有SCR和SNCR。目前的脫硝技術存在成本高昂，利用尿素、銨等吸收劑造成的成本和能耗很高，另外，催化劑中毒和鈍化影響脫硝效率和設備正常運行。
因此目前的煙氣脫硫脫硝技術普遍存在投資成本巨大，運行成本高昂，同時浪費能源，無法高效利用化石燃料資源。這也給企業和治理煙氣污染帶來很大的經濟成本壓力，使治理煙氣污染花費巨大，影響治理積極性。
技術實現要素：
本實用新型的目的在于提供一種與常規的低溫(100-200℃)煙氣脫硫脫硝不同的基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝方法及裝置，用以解決現有脫硫脫硝技術存在投資大、能耗高、容易造成二次污染等問題。
為實現上述目的，本實用新型公開了基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝方法，包括：煙氣在煙氣余熱鍋爐中與冷卻介質換熱后形成低溫煙氣并從煙氣余熱鍋爐出氣口流出；其中，煙氣與冷卻介質換熱過程包括：煙氣經煙氣余熱鍋爐進氣口進入煙氣余熱鍋爐內多根冷凝管的下端；煙氣在多根冷凝管內由下至上流動；同時冷卻介質在多根冷凝管的周圍設置的介質螺旋管道中由上至下流動；冷卻介質與煙氣交換熱量，冷卻介質溫度升高由液態變為氣態流向空冷器，煙氣溫度降低形成低溫煙氣流向煙氣增壓機，同時煙氣中的水分形成冷凝水沿多根冷凝管向下流動并由煙氣冷凝水收集器收集；低溫煙氣經煙氣增壓機形成高溫高壓煙氣并經第一進氣口進入冷卻器的通氣管道；高溫高壓煙氣經冷卻器的冷卻形成低溫高壓煙氣并經煙氣膨脹機的進氣口進入煙氣膨脹機；通過煙氣膨脹機對低溫高壓煙氣進行深冷液化分離及脫硫脫硝得到潔凈的氮氣并通過煙氣膨脹機出氣口上的潔凈氣排放管道排出；深冷液化分離過程及脫硫脫硝過程中形成的液態和/或固態的混合物由液化脫除收集器收集；其中，所述深冷液化分離過程包括：使低溫高壓煙氣膨脹，低溫高壓煙氣的溫度降低至-80℃，低溫高壓煙氣中的氮氧化物、二氧化硫、三氧化硫、水和二氧化碳液化和/或固化；所述脫硫脫硝過程產生于深冷液化分離的過程中，包括：低溫高壓煙氣中的氣態水冷凝后對氮氧化物、二氧化硫和三氧化硫的吸收。
本實用新型公開的上述基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝方法，所述低溫高壓煙氣在煙氣膨脹機中膨脹做功產生動能，煙氣膨脹機通過第一傳動軸帶動煙氣增壓機運行使低溫煙氣變為高溫高壓煙氣。
本實用新型公開的上述基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝方法，所述冷卻介質通過煙氣余熱鍋爐外部的介質循環管道流經空冷器；冷卻介質與空冷器交換熱量后由氣態變為液態；流經空冷器后的液態冷卻介質通過工質泵泵入煙氣余熱鍋爐內部的介質螺旋管道；其中，所述冷卻介質流經空冷器前流經余熱膨脹機對余熱膨脹機做功，氣態冷卻介質作功后壓強變小并溫度降低；煙氣膨脹機通過第二傳動軸帶動煙氣壓縮機壓縮低溫煙氣形成高溫高壓煙氣，由煙氣壓縮機壓縮低溫煙氣形成的高溫高壓煙氣通過第二進氣口進入冷卻器的通氣管道。
本實用新型公開的上述基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝方法，所述低溫煙氣進入煙氣壓縮機和煙氣增壓機之前流經煙氣除濕器，所述低溫煙氣通過煙氣除濕器形成低溫干燥煙氣。
本實用新型還公開了基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝裝置，包括：煙氣余熱鍋爐、煙氣余熱回收系統和煙氣分離系統，所述煙氣余熱鍋爐內部豎直設置有多根冷凝管，所述煙氣余熱鍋爐的上部和側面上部分別設置有進氣口和出氣口，所述煙氣余熱鍋爐的進氣口和出氣口分別與所述多根冷凝管的下端和上端連通，所述煙氣余熱回收系統的介質循環管道穿過所述煙氣余熱鍋爐并在煙氣余熱鍋爐內部圍繞煙氣余熱鍋爐內豎直設置的多根冷凝管的周圍形成介質螺旋管道，所述煙氣分離系統包括增壓透平膨脹機、冷卻器和液化脫除收集器，所述增壓透平膨脹機包括煙氣增壓機和煙氣膨脹機，所述煙氣增壓機的進氣口和出氣口通過煙氣管道分別連接至所述煙氣余熱鍋爐上部的出氣口和所述冷卻器的通氣管道上的第一進氣口，所述煙氣膨脹機的進氣口通過煙氣管道連接至所述冷卻器的通氣管道上的出氣口，所述煙氣膨脹機的出氣口上連接有潔凈氣排放管道，所述液化脫除收集器連接至所述煙氣膨脹機。
本實用新型公開的上述基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝裝置，所述煙氣增壓機和所述煙氣膨脹機之間設置有第一傳動軸，所述煙氣增壓機通過第一傳動軸連接至所述煙氣膨脹機。
本實用新型公開的上述基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝裝置，所述煙氣余熱回收系統包括空冷器、工質泵和煙氣冷凝水收集器，所述空冷器和所述工質泵安裝在位于煙氣余熱鍋爐外部的介質循環管道上，所述煙氣冷凝水收集器位于煙氣余熱鍋爐下部的冷凝水出水端的下面或連接至煙氣余熱鍋爐下部的冷凝水出水端。
本實用新型公開的上述基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝裝置，所述煙氣余熱回收系統還包括余熱膨脹機，所述余熱膨脹機安裝至空冷器與煙氣余熱鍋爐之間的介質循環管道上。
本實用新型公開的上述基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝裝置，所述余熱膨脹機通過第二傳動軸連接設置有煙氣壓縮機，所述煙氣壓縮機的進氣口通過煙氣管道連接至煙氣余熱鍋爐和煙氣增壓機之間的煙氣管道上，所述煙氣壓縮機的出氣口通過煙氣管道連接至冷卻器的通氣管道上的第二進氣口。
本實用新型公開的上述基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝裝置，進入所述煙氣壓縮機和所述煙氣增壓機之前的煙氣管道設置有煙氣除濕器。
本實用新型具有如下優點：
本實用新型主要依靠深冷空氣液化技術對煙氣超低溫脫硫脫硝，同時回收煙氣余熱，捕集煙氣中的CO2，達到輸入少量高品質能量實現高效煙氣脫硫脫硝的目的，還能得到化工副產品，并進行余熱回收利用，實現“變廢為寶，以污治污”，實現減少設備投資、降低運行費用，在治理煙氣污染的同時，還能有一定的經濟效益，改變目前“只投入不產出”的高代價煙氣處理方式。
另外，本實用新型不使用催化劑，同時對煙氣中余熱、水、硫化物、氮化物、CO2進行廢物回收利用，實現了零排放、能耗低，設備體積小，一套設備同時實現脫硫脫硝，自動化程度高，對于霧霾和空氣污染治理具有巨大的幫助。
附圖說明
圖1為本實用新型公開的基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝裝置的結構示意圖。
具體實施方式
以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。
實施例1
參考圖1，本實施例中公開的基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝裝置包括:煙氣余熱鍋爐01、煙氣余熱回收系統和煙氣分離系統。
煙氣余熱鍋爐01內部豎直設置有多根冷凝管02，煙氣余熱鍋爐的上部和側面上部分別設置有進氣口03和出氣口04，煙氣余熱鍋爐01的進氣口03和出氣口04分別與多根冷凝管02的下端和上端連通。
煙氣余熱回收系統包括空冷器05、工質泵06、煙氣冷凝水收集器07和余熱膨脹機08。空冷器05和工質泵06安裝在位于煙氣余熱鍋爐01外部的介質循環管道09上，煙氣冷凝水收集器07位于煙氣余熱鍋爐01下部的冷凝水出水端10的下面或連接至煙氣余熱鍋爐01下部的冷凝水出水端10，余熱膨脹機08安裝至空冷器05與煙氣余熱鍋爐01之間的介質循環管道上。
余熱膨脹機08通過第二傳動軸11連接設置有煙氣壓縮機12，煙氣壓縮機12的進氣口通過煙氣管道13連接至煙氣余熱鍋爐01和煙氣增壓機17之間的煙氣管道上，煙氣壓縮機12的出氣口通過煙氣管道連接至冷卻器15的通氣管道20上的第二進氣口25。
煙氣余熱回收系統的介質循環管道09穿過煙氣余熱鍋爐01并在煙氣余熱鍋爐01內部圍繞煙氣余熱鍋爐01內豎直設置的多根冷凝管02的周圍形成介質螺旋管道14。
煙氣分離系統包括增壓透平膨脹機、冷卻器15和液化脫除收集器16，增壓透平膨脹機包括煙氣增壓機17和煙氣膨脹機18，煙氣增壓機17和煙氣膨脹機18之間設置有第一傳動軸19，煙氣增壓機17通過第一傳動軸19連接至煙氣膨脹機18，煙氣增壓機17的進氣口和出氣口通過煙氣管道分別連接至煙氣余熱鍋爐01上部的出氣口04和冷卻器15的通氣管道20上的第一進氣口21，煙氣膨脹機18的進氣口通過煙氣管道連接至冷卻器15的通氣管道上的出氣口22，煙氣膨脹機18的出氣口上連接有潔凈氣排放管道23，液化脫除收集器16連接至煙氣膨脹機18。
進一步地，進入煙氣壓縮機12和煙氣增壓機17之前的煙氣管道設置有煙氣除濕器24。
本實施例中公開的基于深冷液化分離的煙氣脫硫脫硝方法，包括：
煙氣(70-200℃)在煙氣余熱鍋爐01中與冷卻介質換熱后形成低溫煙氣(40℃左右)并從煙氣余熱鍋爐01的出氣口流出；
其中，煙氣(70-200℃)與冷卻介質換熱過程包括：煙氣(70-200℃)經煙氣余熱鍋爐進氣口03進入煙氣余熱鍋爐01內多根冷凝管02的下端；煙氣(70-200℃)在多根冷凝管02內由下至上流動；同時冷卻介質在多根冷凝管02的周圍設置的介質螺旋管道14中由上至下流動；冷卻介質與煙氣(70-200℃)交換熱量，冷卻介質溫度升高由液態變為氣態(70-200℃，12Mpa)流向空冷器05，煙氣(70-200℃)溫度降低形成低溫煙氣(40℃左右)流向煙氣增壓機17和煙氣壓縮機12，另外，低溫煙氣(40℃左右)進入煙氣壓縮機12和煙氣增壓機17之前還可以先流經煙氣除濕器24，低溫煙氣(40℃左右)通過煙氣除濕器24形成低溫干燥煙氣(40℃左右)，這樣可以防止水分對于煙氣壓縮機12和煙氣增壓機17的損害，延長煙氣壓縮機12和煙氣增壓機17的使用壽命。同時煙氣(70-200℃)中的水分形成冷凝水沿多根冷凝管02向下流動并由煙氣冷凝水收集器07收集。
氣態冷卻介質(70-200℃，12Mpa)通過煙氣余熱鍋爐01外部的介質循環管道09流經空冷器05；另外，氣態冷卻介質(70-200℃，12Mpa)流經空冷器05前可以先流經余熱膨脹機08，氣態冷卻介質(70-200℃，12Mpa)對余熱膨脹機08做功，氣態冷卻介質(70-200℃，12Mpa)做功后溫度降低(降低至30-40℃)并壓強變小(減小至3-6Mpa)，然后，氣態冷卻介質(30-40℃，3-6Mpa)與空冷器05交換熱量后由氣態變為液態(20-30℃)；流經空冷器05后的液態冷卻介質(20-30℃)通過工質泵06泵入煙氣余熱鍋爐01內部的介質螺旋管道14；
冷卻介質流經空冷器05前流經余熱膨脹機08對余熱膨脹機08做功，余熱膨脹機08通過第二傳動軸11帶動煙氣增壓機12壓縮低溫煙氣或低溫干燥煙氣(40℃左右)形成高溫高壓煙氣(140℃左右，9-12Mpa)，由煙氣增壓機12形成的高溫高壓煙氣(140℃左右，9-12Mpa)通過第二進氣口25進入冷卻器15的通氣管道20；低溫煙氣或低溫干燥煙氣(40℃左右)經煙氣增壓機17形成高溫高壓煙氣(140℃左右，9-12Mpa)并經第一進氣口21進入冷卻器15的通氣管道20；
高溫高壓煙氣(140℃左右，9-12Mpa)經冷卻器15的冷卻形成低溫高壓煙氣(40-70℃左右，9-12Mpa)并經煙氣膨脹機18的進氣口進入煙氣膨脹機18；
低溫高壓煙氣(40-70℃左右，9-12Mpa)在煙氣膨脹機18中膨脹做功產生動能，煙氣膨脹機18通過第一傳動軸19帶動煙氣增壓機17運行使低溫煙氣或低溫干燥煙氣(40℃左右)變為高溫高壓煙氣(140℃左右，9-12Mpa)；
通過煙氣膨脹機18對低溫高壓煙氣(40-70℃左右，9-12Mpa)進行深冷液化分離及脫硫脫硝得到潔凈的氮氣并通過煙氣膨脹機18出氣口上的潔凈氣排放管道23排出；
深冷液化分離過程及脫硫脫硝過程中形成的液態和/或固態的混合物由液化脫除收集器16收集；
其中，所述深冷液化分離過程包括：使低溫高壓煙氣(40-70℃左右，9-12Mpa)膨脹，低溫高壓煙氣的溫度降低至-80℃左右，低溫高壓煙氣中的氮氧化物、二氧化硫、三氧化硫、水和二氧化碳液化和/或固化；所述脫硫脫硝過程產生于深冷液化分離的過程中，包括：低溫高壓煙氣(40-70℃左右，9-12Mpa)中的氣態水冷凝后對氮氧化物、二氧化硫和三氧化硫的吸收。
本實用新型利用煙氣中不同組分在深冷(-80-20℃)環境下的冷凝液化來實現脫硫脫硝的，而這與常規的低溫(100-200℃)煙氣脫硫脫硝是不同的。煙氣中SO2和SO3的標壓沸點分別為-10℃和45℃，而水的熔點為0℃，CO2的沸點為-56.55℃。那么假如煙氣溫度從100℃降低到-80℃，在這個過程中SO3-H2O-SO2-CO2將依次液化或固化，其中，水冷凝后將對二氧化硫和三氧化硫的產生吸收。
對于煙氣中主要的氮氧化物NO、NO2，首先可以補充O2使NO氧化為NO2，NO2易溶于水，煙氣中的水蒸氣冷凝后對NO2進行吸收，因此煙氣冷凝液化的過程中同時進行了脫硫脫硝。
對于深冷液化分離過程及脫硫脫硝過程中形成的液態和/或固態的混合物進行化學處理或者純化，可以提取硫酸、硫酸氫銨等化工產品。利用超低溫將煙氣中的CO2液化，進行煙氣中的CO2捕捉回收，同時對煙氣余熱進行回收再利用，從而使煙氣得到凈化降溫，達到清潔無害排放的目標。
雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施例對本實用新型作了詳盡的描述，但在本實用新型基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本實用新型精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本實用新型要求保護的范圍。