CN102407066A - 烧结烟气湿法脱硝法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大气污染防治领域，尤其涉及一种烧结烟气湿法脱硝工艺。一种烧结烟气湿法脱硝法，是在脱硫装置采用气喷旋冲吸收塔或其他鼓泡类吸收塔进行脱硫的同时，进行脱硝；所述脱硝是在吸收塔的浆池加入脱硫剂石灰石浆液时，增加脱硝所需的石灰石浆液量；在浆池中鼓入亚硫酸钙氧化为硫酸钙的氧化空气量时，增加NO氧化为NO₂、N₂O₅所需的氧化空气量。本发明是在现有的气喷旋冲或其它鼓泡类等水浴式脱硫装置湿式石灰石石膏烧结烟气脱硫系统上，即浆液与烟气充分混合条件情况下，通过增加脱硝所需的石灰石浆液量和增加NO氧化为NO₂、N₂O₅所需的氧化空气量，从而实现有效脱硝和低运行成本的湿法脱硝工艺。

Description

烧结烟气湿法脱硝法

技术领域

    本发明涉及一种大气污染防治领域，尤其涉及一种烧结烟气湿法脱硝工艺。

背景技术

烟气脱硝技术主要有三种：SCR（Selective Catalytic Reduction简称SCR，选择性催化还原法）、SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction，简称SNCR，选择性非催化还原法）和催化氧化／还原法，其中：SCR、SNCR均属于干法；催化氧化／还原法，属于湿法。目前,应用最多的是SCR法。但SCR法工程费用极其昂贵，运行费用也很高，占地面积大；所用液氨为国家二级危险品，管理维护要求严格；所产生的固体催化剂废物处理困难。催化氧化／还原法是采用专门配方的强氧化剂通过对NO的催化氧化，然后还原，与石灰石-石膏喷淋塔脱硫系统结合起来，强氧化剂在喷淋脱硫塔某喷淋层喷入，将部分NO去除。这种方法虽然比SCR、SNCR法简单易行，但催化氧化剂费用不菲，还需对已有的脱硫系统改造和增加一些设施，这种方法用于已上脱硫系统的电厂发电锅炉高NOx浓度烟气的脱硝比较合理。

烧结烟气中NOx的浓度一般在300mg/m³左右，浓度不高，建立专门的脱硝装置，如采用目前烟气主要脱硝技术SCR、SNCR等干法技术，极不经济合理。催化氧化／还原法也要有相当的运行费用投入和对脱硫系统的改造，因此，烧结烟气用此法也很不合理。但是对烧结烟气的NOx不治理又将会造成超标排放（即将下达的锅炉综合排放标准NOx的浓度将控制在200mg/m³）。

现有的气喷旋冲烧结烟气脱硫工艺及装备是一项脱硫工艺系统，其流程见附图1。待处理烧结烟气经增压风机1升压后，首先进入吸收塔3前的冷却预处理装置2，与冷却工艺水和冷却浆液接触，随后进入根据空气动力学原理开发的气喷旋冲吸收塔3内，在稳压段均压后高速冲入按一定规律排布的、由若干根气喷管组成的气喷旋冲装置，烟气沿气喷管下部的气喷孔切线方向旋切喷入吸收浆液中。所述的浆液为石灰石浆液，浆液由石灰石粉仓8经给料机9进入供浆槽10经制浆后注入吸收塔3内下部的浆池。由于特殊的气喷装置，使喷出的微细气泡在浆液中产生剧烈的对冲、剪切、旋流、破碎等效应，从而产生一个高度掺混、强烈干涉的气液两相紊流区，极大地提升了气液传质效果和对烟气量大幅波动的自适应力。在这一过程中，烟气中的SO₂等污染物在液相中充分传质并发生化学吸收反应，烟气中残留的粉尘等污染物也在接触液体后被进一步除去，烟气在吸收塔3浆液区被弥散成微细气泡，在三相湍流传质中不断得以净化，直至升抵浆液面处破裂，完成净化过程。净化后的烟气进入吸收塔3上部的缓冲段和外置式水平烟道式除雾器4（二者合称为组合式除雾器）进行后处理，净烟气达到设定指标要求，由烟囱5排放。反应后主要生成的亚硫酸钙在吸收塔3下部浆液区，与氧化风机6强制鼓入的空气作用，被氧化成硫酸钙，进而结晶生成石膏，经旋流和真空皮带脱水机7脱水后外运利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种烧结烟气湿法脱硝法，该脱硝法是在现有的气喷旋冲或其它鼓泡类等水浴式脱硫装置湿式石灰石石膏烧结烟气脱硫系统上，即浆液与烟气能充分混合条件下，通过增加脱硝所需的石灰石浆液量和增加NO氧化为NO₂、N₂O₅所需的氧化空气量，从而实现有效脱硝和低运行成本的湿法脱硝工艺。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种烧结烟气湿法脱硝法，在脱硫装置采用气喷旋冲吸收塔或其他鼓泡类等水浴式吸收塔，即浆液与烟气充分混合条件下，实现脱硫的同时进行脱硝，所述脱硝是在吸收塔的浆池加入脱硫剂石灰石浆液时，增加脱硝所需的石灰石浆液量；在浆池中鼓入亚硫酸钙氧化为硫酸钙的氧化空气量时，增加NO氧化为NO₂、N₂O₅所需的氧化空气量。         

 所述增加脱硝所需的石灰石量的计算公式为：

NO_X的脱除量：R_NOX= Q_烟气×C_NOX×η_NOX/1000/M_NOX

需耗石灰石量：N_CaCO3,NOX= R_NOX×0.5×M_CaCO3/1000/1000 。

所述脱除NOx氧化所需要空气量计算公式如下：

      G_NO2=Q_烟气×C_NO2×η_NO2÷1000÷M_NO2×0.10×22.4÷21%÷1000

      G_NO=Q_烟气×C_NO×η_NO÷1000÷M_NO×0.90×22.4÷21%÷1000

G_NOX = G_NO2 + G_NO  ；

上述公式中：R_NOX： NO_X的脱除量，mol/h ;

N_CaCO3,NOX：NOx转化为硝酸钙需要消耗的CaCO₃量，t/h;

G_NOX：脱除NOx氧化所需要理论空气量，Nm³/h；

Q_烟气：处理烟气量，Nm³/h；

   C_NOX：烟气中NO_X浓度，mg/Nm³；

      η_NOX：脱硝效率，%；

       M_NOX：NO_X摩尔质量,g/mol。

本发明是在气喷旋冲湿式石灰石石膏法烧结脱硫装置或其它鼓泡类等水浴式脱硫装置中，即浆液与烟气充分混合条件下，采用在吸收塔增加氧化空气量将湿法脱硫塔中捕集下来烟气中的NOx（其中主要为NO）氧化为NO₂、N₂O₅等易溶于水的价态，进而在吸收塔的反应池内增加一定量的脱硫剂CaCO₃，供脱硝反应。通过烟气与CaCO₃浆液充分旋冲混合高效传质，在脱硫的同时，一举多得，使烟气中的NO₂、N₂O₅与浆液中的水（H₂O）结合生成硝酸（HNO₃），硝酸（HNO₃）与碳酸钙（CaCO₃ ）反应生成硝酸钙,达到外排烟气NOx脱除50%以上的效果，满足高标准排放要求。

本发明的烧结烟气湿法脱硝法是通过增加脱硝所需的石灰石浆液量和增加NO氧化为NO₂、N₂O₅所需的氧化空气量，从而实现有效脱硝和低运行成本的湿法脱硝工艺。

本发明与现有的SCR脱硝技术相比，其有益效果如下：

1）工程造价低，不需发生专门的工程费用，在脱硫的同时脱硝；

2）运行费用低，仅增加所需的氧化空气量和脱硫剂量；

3）维护量低，不单独发生，与脱硫同步；

4）运行控制简单灵活，与脱硫同步，无特殊要求；

5）副产物是硝酸钙废水，可用作树木和青草的肥料，实现废水的零排放；

6）适用于气喷旋冲吸收塔或其它鼓泡类等水浴式脱硫塔脱硫系统。

附图说明

图1为现有的气喷旋冲烧结烟气脱硫工艺流程示意图。

图中：1增压风机，2冷却预处理装置，3气喷旋冲吸收塔，4除雾器，5烟囱，6氧化风机，7脱水机，8石灰石粉仓，9给料机，10供浆槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明的烧结烟气湿法脱硝法，是在脱硫装置采用气喷旋冲吸收塔或其他鼓泡类等水浴式吸收塔进行脱硫的同时，进行脱硝。气喷旋冲湿式石灰石－石膏法烧结脱硫脱硝工艺流程如图1所示。烧结主抽风机出来的烟气经增压风机1增压后，进入冷却预处理装置2进行预处理，而后进入气喷旋冲吸收塔3脱硫、脱硝反应一次完成，净化达标的烟气经除雾器4除雾后从烟囱5排出。脱硝氧化空气和脱硫的氧化空气由氧化风机6鼓入，脱硫、脱硝所用的250目石灰石粉由石灰石粉仓8经给料机9进入供浆槽10经制浆后注入吸收塔3内下部的浆池，烟气经气喷旋冲装置进入浆液，旋切搅动高效传质，达到脱硫脱硝的目的。

反应后主要生成的亚硫酸钙在吸收塔3下部浆液区，与氧化风机6强制鼓入的空气作用，被氧化成硫酸钙，进而结晶生成石膏，经旋流和真空皮带脱水机7脱水后外运利用。

本发明不需增加专门的强氧化剂和专门的脱硝剂，也不需增加专门的脱硝设备，是在脱硫的同时脱硝。

脱硫反应过程如下:

吸收：SO₂(气)＋H₂O → SO₂(溶)＋H₂O→ H⁺＋HSO₃ ^－→ 2H⁺＋SO₃ ^2－

    溶解：H⁺ + CaCO₃ → Ca^2＋ ＋HCO₃ ^－

    氧化：HSO₃ ^－＋ 1/2O₂(溶) → SO₄ ^2－＋H⁺SO₃ ^2－＋1/2O₂(溶) → SO₄ ^2－

    中和：H⁺ ＋ HCO₃ ^－→ H₂O ＋ CO₂

    结晶: Ca^2＋＋SO₃ ^2－ + 1/2H₂O → CaSO₃??1/2H₂O（固）

        Ca^2＋＋SO₄ ^2－+2H₂O → CaSO₄??2H₂O（固）

  整个脱硝反应过程如下：

         2NO + O₂ → 2NO₂

         4NO₂ + O₂ → 2N₂O₅

      N₂O₅ ＋ H₂O → 2HNO₃

         4NO + 3O₂ + 2H₂O →4HNO₃ ;

         4NO₂ + O₂ + 2H₂O →4HNO₃ ；

         2HNO₃＋CaCO₃ ＝Ca（NO₃）₂ + H₂O+ CO₂

脱硫反应的副产物为石膏，脱硝产物为硝酸钙。

     本发明的脱硝工艺是在吸收塔的浆池加入脱硫剂石灰石浆液时，增加脱硝所需的石灰石浆液量；在浆池中鼓入亚硫酸钙氧化为硫酸钙的氧化空气量时，增加NO氧化为NO₂、N₂O₅所需的氧化空气量。即在计算脱硫所需氧化理论空气量的时候，要考虑、计算并增加脱硝所需的氧化空气量；在确定脱硫剂量时要考虑、计算和增加脱硝所需的 CaCO₃ 量。脱硝增加的氧化空气量和硝酸钙量计算公式具体如下：

 1、设定脱除NOx氧化所需要空气量。

     G_NO2=Q_烟气×C_NO2×η_NO2÷1000÷M_NO2×0.25×22.4÷21%÷1000

     G_NO=Q_烟气×C_NO×η_NO÷1000÷M_NO×0.75×22.4÷21%÷1000

G_NOX = G_NO2 + G_NO  ；

2、设定NOx转化为硝酸钙需要消耗的CaCO₃量

NO_X的脱除量：R_NOX= Q_烟气×C_NOX×η_NOX/1000/M_NOX

需耗石灰石量：N_CaCO3,NOX= R_NOX×0.5×M_CaCO3/1000/1000 

式中：G_NOX：脱除NOx氧化所需要空气量，Nm³/h；

    R_NOX：NO_X的脱除量，mol/h;

        N_CaCO3,NOX：NOx转化为硝酸钙需要消耗的CaCO₃量，t/h;

    Q_烟气：处理烟气量，Nm³/h；

    C_NOX：烟气中NO_X浓度，mg/Nm³；

   η_NOX：脱硝效率，%；

    M_NOX：NO_X摩尔质量,g/mol。

实施例1

    130万/Nm³烧结烟气采用气喷旋冲湿式石灰石-石膏法脱硫，烟气中NOx的含量为300mg/Nm³,按去除50%的NOx，依据上述计算公式计算出脱硝增加的相应的氧化空气量和增加相应的石灰石量。

（1）转化NO_X所需空气量

 130万/Nm³由于烧结烟气中NOx为300mg/Nm³（主要为NO和NO₂，一般两者比例为0.75：0.25）在强制氧化条件下，可发生氧化反应（设定转化率均为50%），生成硝酸根离子，继而与碳酸钙转化成硝酸钙；按照NOx氧气所需空气量的公式，分别计算NO₂和NO转化所需要的理论空气量：

G_NO2=Q_烟气 × C_NO2 × η_NO2 ÷ 1000 ÷ M_NO2 ×0.25 ×22.4 ÷21% ÷ 1000

 =1300000 ×300 ×0.25 × 50% ÷ 1000 ÷ 46 ×0.25 ×22.4÷21% ÷ 1000 m³/h =28.26 m³/h 

    G_NO=Q_烟气 × C_NO × η_NO ÷ 1000 ÷ M_NO ×0.75 ×22.4 ÷21% ÷ 1000

 =1300000 × 300×0.75 × 50% ÷ 1000 ÷ 30 ×0.75 ×22.4÷21% ÷ 1000 m³/h =390 m³/h  

因此，脱除50%的NO_X所需增加的理论空气量为：

G_NOX = G_NO2 + G_NO = 28.26 m³/h  + 390m³/h = 418.26 m³/h 

（2）入塔烟气中脱除NO_X需要消耗的脱硝剂量

  NO_X的脱除量：

R_NO= Q烟气×C_NO×η_NOX/1000/M_NO

     =1,300,000×300×0.75×0.5/1000/30 mol/h =4875 mol/h 

R_NO2= Q烟气×C_NO2×η_NOX/1000/M_NO2

     =1,300,000×300×0.25×0.5/1000/46 mol/h =1059.78 mol/h

      R_NOX=R_NO + R_NO2= 5934.78 mol/h

需增加的石灰石消耗量为：

       N_CaCO3,NOX= R_NOX×0.5×M_CaCO3/1000/1000            

            =5934.78×0.5×100 /1000/1000 t/h = 0.297 t/h

    按计算确定的氧化空气量418.26 m³/h 和脱硝所需的石灰石量0.297 t/h，与脱硫所需的氧化空气量和石灰石量一并（同时、同配置点）加入到系统中参加反应，达到脱硫的同时脱硝。自动监测显示脱硝效率为50％～60％。

实施例2 

70万/Nm³烧结烟气采用气喷旋冲湿式石灰石-石膏法脱硫，烟气中NOx的含量为320mg/Nm³,在脱硫塔内按去除50%的NOx，同样按上述计算公式和计算方法计算出增加的相应的氧化空气量 240.23 m³/h和增加相应的石灰石量0.1704 t/h，与脱硫所需的氧化空气量和石灰石量一并加入系统参加反应；净化后的烟气自动监测系统显示脱硝效率为52％～65％。

实施例3

    87.5万/Nm³烧结烟气采用气喷旋冲湿式石灰石-石膏法脱硫，烟气中NOx的含量为350mg/Nm³,按去除50%的NOx，按上述计算公式和计算方法计算出增加的相应的氧化空气量328.44m³/h和增加相应的石灰石量 0.233 t/h，与脱硫所需的氧化空气量和石灰石量一并加入系统参加反应；硫脱硝前后的烟气检测数据表明，脱硝效率为55％左右。

Claims (3)

1.一种烧结烟气湿法脱硝法，其特征是，在脱硫装置采用气喷旋冲吸收塔或其他鼓泡类等水浴式吸收塔，即浆液与烟气充分混合条件下，脱硫的同时进行脱硝；所述脱硝是在吸收塔的浆池加入脱硫剂石灰石浆液时，增加脱硝所需的石灰石浆液量；在浆池中鼓入亚硫酸钙氧化为硫酸钙的氧化空气量时，增加NO氧化为NO₂、N₂O₅所需的氧化空气量。

2.根据权利要求1所述的烧结烟气湿法脱硝法，其特征是：所述增加脱硝所需的石灰石量的计算公式为：

NO_X的脱除量：R_NOX= Q_烟气×C_NOX×η_NOX/1000/M_NOX

需耗石灰石量：N_CaCO3,NOX= R_NOX×0.5×M_CaCO3/1000/1000 

式中：R_NOX： NO_X的脱除量，molt/h；

N_CaCO3,NOX：NOx转化为硝酸钙需要消耗的CaCO₃量，t/h;

Q_烟气：处理烟气量，Nm³/h；

   C_NOX：烟气中NO_X浓度，mg/Nm³；

      η_NOX：脱硝效率，% ;

       M_NOX：NO_X摩尔质量,g/mol;

       M_CaCO3：CaCO₃摩尔质量,g/mol。

3. 根据权利要求1所述的烧结烟气湿法脱硝法，其特征是：所述脱除NOx氧化所需要空气量计算公式如下：

      G_NO2=Q_烟气×C_NO2×η_NO2÷1000÷M_NO2×0.10×22.4÷21%÷1000

      G_NO =Q_烟气×C_NO×η_NO÷1000÷M_NO×0.90×22.4÷21%÷1000

G_NOX = G_NO2 + G_NO

式中：G_NOX：脱除NOx氧化所需要空气量，Nm³/h；

        Q_烟气：处理烟气量，Nm³/h；

    C_NOX：烟气中NO_X浓度，mg/Nm³；

       η_NOX：脱硝效率，%；

        M_NOX：NO_X摩尔质量,g/mol。

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