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CN111359408B - 一种协同热发电的脱硫脱硝烟气综合治理装置及方法 - Google Patents

一种协同热发电的脱硫脱硝烟气综合治理装置及方法 Download PDF

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CN111359408B CN202010367226.0A CN202010367226A CN111359408B CN 111359408 B CN111359408 B CN 111359408B CN 202010367226 A CN202010367226 A CN 202010367226A CN 111359408 B CN111359408 B CN 111359408B
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Abstract

本发明公开了一种协同热发电的脱硫脱硝烟气综合治理装置及方法，其基本流程是尾部烟气与烟道中喷入的氧化剂和初级催化剂反应后，除尘并部分脱除NOX和SOX，再进入深度催化单元进行深度氧化，随后进入吸收塔脱除NOX和SOX，经除雾、烟气再热后排出；炉膛壁面敷设热电感应材料发电，为整个系统提供动力；催化剂选择多级布置，初级催化剂采用粉煤灰，经预处理后喷入烟气中进行催化反应，深度催化单元中催化剂采用高效脱硫、脱硝催化剂并涂敷于换热器表面，利用热发电调节进口水温，进而控制换热器表面温度保证深度催化单元处于最佳反应工况。设置自动控制系统，实时监测初级催化剂的平均活性和高活性比例，保证系统的高效性与经济性。

Description

一种协同热发电的脱硫脱硝烟气综合治理装置及方法
技术领域
本发明属于氮、硫氧化物环境污染治理技术领域，具体涉及一种协同热发电的脱硫脱硝烟气综合治理装置及方法。
背景技术
大气污染现象是危害人类生存环境的重大问题，由燃煤电厂排放的SO2、NOX对人类健康和生态环境危害显著；其中，SO2是形成酸雨的主要原因，NOx能发生光化学烟雾、破坏臭氧层及产生温室效应。目前针对这两种污染物脱除的最为成熟的方法分别是湿法脱硫、SCR脱硝。但是采用上述方法来治理电厂污染物时存在严重的催化剂浪费情况，比如在电站锅炉变负荷运行时，烟气中污染物成分含量变化较大，而催化剂作为脱除污染物的核心成分，对于NO、SO2、水蒸气的含量比较敏感，当这些污染物的浓度发生变化时，催化剂的催化效率均会呈现不同程度的降低。因此，要经济、高效地利用催化剂实现燃煤电厂烟气污染物的脱除，必须将电厂的烟气治理系统与催化剂的特性紧密结合来考虑。而现有的电站烟气治理系统中，均采用单一催化剂脱除污染物，并且未充分考虑催化剂活性与电站负荷变化进而导致的烟气成分改变之间的关系。传统烟气污染物脱除技术虽然具有较高的脱除效率，但在集约型经济快速发展的形势下，研究一种可在高效率脱除电厂烟气污染物情况下实现催化剂的最优化方法显得格外重要。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供了一种协同热发电的脱硫脱硝烟气综合治理装置及方法，可对烟气中的NOx、SO2进行深度氧化并脱除，实现超净排放。
为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案如下：
一种协同热发电的脱硫脱硝烟气综合治理装置，包括锅炉1，所述锅炉1尾部烟道中布置有烟气冷却器2，烟气冷却器进口布置有泵Ⅰ12-2，烟气冷却器2与除尘器4连接的烟道中开有氧化剂喷口及初级催化剂喷口，氧化剂储箱3与氧化剂喷口通过管道连接，管道上布置有氧化剂动力装置12-3，除尘器4与吸收塔6之间的烟道中布置有深度催化单元5，深度催化单元5水侧进口布置泵Ⅱ12-4及电加热装置16；吸收塔6出口布置有除雾器7，除雾器7与烟囱10之间的烟道中依次布置有烟气再热器8、引风机9以及再循环烟气开口B；再循环烟气开口B与初级催化剂喷口通过烟气管道连接，烟气管道上布置有风机12-1，除尘器4的粉煤灰出口分两路，一路通过管路连通初级催化剂喷口，管路上布置有催化剂预处理装置15，另一路通过管路连通粉煤灰储存库13；另外，锅炉1炉膛壁面敷设有热电感应材料，热电感应材料与蓄电装置11连接，蓄电装置11以及自动控制系统14通过导线与风机12-1、泵Ⅰ12-2、氧化剂动力装置12-3、泵Ⅱ12-4、电加热装置16和催化剂预处理装置15连接，；所述自动控制系统14结合锅炉炉膛负荷、燃料性质以及各检测数据，控制氧化剂喷入量、烟气冷却器的循环水量、深度催化单元入口水温和水量、再循环烟气量以及初级催化剂喷入量，并且实时监测初级催化剂的平均活性以及高活性粉煤灰颗粒比例，若平均活性或高活性粉煤灰颗粒比例低于50％-70％，及时对除尘器粉煤灰仓进行彻底清理，达到自动控制的目的。
优先地，所述深度催化单元5为表面涂覆脱硫、脱硝催化剂的换热器，换热器进口布置电加热装置16，利用热电感应材料发电调节换热器进口水温，通过控制循环水流量和温度实现深度催化单元5表面温度处于最佳催化温度区间；所述表面涂覆脱硫、脱硝催化剂的换热器采用翅片管式换热器、板式换热器或光管换热器。
优先地，所述深度催化单元5催化剂选用改性后的锰基、钛基或铁基类金属氧化物脱硫脱硝催化剂。
优先地，所述氧化剂储箱3中的氧化剂为臭氧、过氧化氢或高锰酸钾，氧化剂与烟气中污染物的摩尔比为2～4：1。
优先地，所述初级催化剂喷口的初级催化剂采用粉煤灰类电厂废料作为初级催化剂，初级催化剂空速比维持在6000～20000h-1；烟气冷却器2后布置有初级催化剂喷口，选择在引风机9后开烟气再循环口B，通过风机12-1加压再循环烟气输送粉煤灰喷入烟道。
优先地，所述烟气冷却器2及吸收塔6之间的烟道及除尘器4表面涂敷耐氧化腐蚀涂层或内衬耐腐蚀材料。
优先地，所述烟气冷却器2冷却后的烟气温度控制在160℃～240℃。
优先地，所述锅炉1炉膛壁面敷设的热电感应材料为PbTe体系，用来满足氧化剂、深度催化单元5循环水、初级催化剂供给动力装置以及自动控制系统的电力需求。
所述的一种协同热发电的脱硫脱硝烟气综合治理装置的工作方法，由锅炉1产生的烟气通过布置于尾部烟道的烟气冷却器2，将烟气的温度降低到160-240℃，随后烟气与喷入的初级催化剂以及氧化剂充分混合，达到初步脱硫、脱硝的目的，其中氧化剂由氧化剂储箱3通过氧化剂动力装置12-3加压后由喷嘴喷入，初级催化剂来自于除尘器4回收的粉煤灰，部分粉煤灰经催化剂预处理装置15粗处理后由风机12-1加压后的再循环烟气携带送入，其余粉煤灰送去粉煤灰储存库13；烟气、氧化剂及初级催化剂充分混合反应后进入除尘器4除尘达到部分脱硫、脱硝的目的；随后烟气进入由换热器组成的深度催化单元5，换热器表面涂敷有氧化脱硫、脱硝催化剂，换热器工质采用烟气冷却器2出口循环水，通过控制进口循环水温、循环水量控制换热器表面温度，使得深度催化单元5处于最佳反应工况，其中进口循环水温利用锅炉1炉膛壁面敷设的热电感应材料所产生的电能调节电加热装置16功率来控制；而后烟气进入吸收塔6中将氧化后的氮氧化物、硫氧化物及时分离，洁净的烟气最终通过除雾器7、烟气再热器8从烟囱9中排出；烟气流动所需动力由引风机10提供；另外，自动控制系统14结合锅炉炉膛负荷、燃料性质以及各检测数据，控制氧化剂喷入量、烟气冷却器的循环水量、深度催化单元入口水温和水量、再循环烟气量以及初级催化剂喷入量，并且实时监测初级催化剂的平均活性以及高活性粉煤灰颗粒比例，若平均活性或高活性粉煤灰颗粒比例低于50％-70％，及时对除尘器粉煤灰仓进行彻底清理，达到自动控制的目的。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)本发明采用多级催化剂协同脱硫、脱硝，由于大多数催化剂对于NOX浓度敏感，可通过初级催化剂初步降低烟气中NOX浓度，以保证深度催化单元处于合适的催化反应NOX浓度工况下。
2)本发明所述装置及方法运行成本低。一方面，采用如电厂废料粉煤灰等低成本催化剂作为初级催化剂，可以降低初级催化单元投资及运行费用。另一方面，炉膛壁面温度高可以创造较大的温差，提高热电感应材料的发电效率，为整个系统提供足够的电力供应。
3)本发明初级脱硫、脱硝催化剂，即粉煤灰，由净化后的再循环烟气携带喷入烟道中，可以降低原始烟气中NOX/SOX含量，并且与喷入的氧化剂、烟气充分混合催化氧化，极大的提高了催化氧化反应时间，提高了脱除效率。
4)本发明中深度催化单元采用如翅片管式换热器或板式换热器表面涂敷催化剂的方式布置。可在提高烟气与催化剂氧化剂接触面积的基础上，同时利用烟气冷却器吸收热量或炉膛壁面敷设的热电感应材料所产生的电能调节深度催化单元换热器进口水温、水量，控制深度催化单元处于最佳反应工况下，提高催化反应效率，改善了现有技术下无法调节反应工况、催化反应无法处于最佳反应工况的不足。
5)本发明引入自动控制系统，实时监测初级催化剂的平均活性以及高活性粉煤灰颗粒比例，若平均活性或高活性粉煤灰颗粒比例偏低，及时对除尘器粉煤灰仓进行彻底清理，保证初级催化剂活性。同时，利用自动控制系统结合炉膛负荷、燃料性质以及各检测数据，控制氧化剂喷入量、烟气冷却器的循环水量、深度催化单元入口水温和水量、再循环烟气量以及初级催化剂喷入量，保证整个烟气综合治理系统高效运行。
附图说明
图1为本发明一种协同热发电的脱硫脱硝烟气综合治理装置及方法示意图。
图中：1-锅炉；2-烟器冷却器3-氧化剂储箱；4-除尘器；5-深度催化单元；6-吸收塔；7-除雾器；8-烟气再热器；9-引风机；10-烟囱；11-蓄电装置；12-1-风机；12-2-泵Ⅰ；12-3-氧化剂动力装置；12-4-泵Ⅱ；13-粉煤灰储存库；14-自动控制系统；15-催化剂预处理装置；16-电加热装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构和工作原理作进一步描述。
所述锅炉1尾部烟道中布置有烟气冷却器2，烟气冷却器进口布置有泵Ⅰ12-2，烟气冷却器2与除尘器4连接的烟道中开有氧化剂喷口及初级催化剂喷口，氧化剂储箱3与氧化剂喷口通过管道连接，管道上布置有氧化剂动力装置12-3，除尘器4与吸收塔6之间的烟道中布置有深度催化单元5，深度催化单元5水侧进口布置泵Ⅱ12-4及电加热装置16；吸收塔6出口布置有除雾器7，除雾器7与烟囱10之间的烟道中依次布置有烟气再热器8、引风机9以及再循环烟气开口B；再循环烟气开口B与初级催化剂喷口通过烟气管道连接，烟气管道上布置有风机12-1，除尘器4的粉煤灰出口分两路，一路通过管路连通初级催化剂喷口，管路上布置有催化剂预处理装置15，另一路通过管路连通粉煤灰储存库13；另外，锅炉1炉膛壁面敷设有热电感应材料，热电感应材料与蓄电装置11连接，蓄电装置11以及自动控制系统14通过导线与风机12-1、泵Ⅰ12-2、氧化剂动力装置12-3、泵Ⅱ12-4、电加热装置16和催化剂预处理装置15连接，其中，蓄电装置11通过导线A连接泵Ⅰ12-2、泵Ⅱ12-4、氧化剂动力装置12-3、催化剂预处理装置15以及电加热装置16，自动控制系统14通过导线C连接氧化剂动力装置12-3、泵Ⅱ12-4以及电加热装置16，其余连接在图1中以虚线表示。
本发明一种协同热发电的脱硫脱硝烟气综合治理方法如下：
由锅炉1产生的烟气通过布置于尾部烟道的烟气冷却器2，将烟气的温度降低到160-240℃，随后烟气与喷入的初级催化剂以及氧化剂充分混合，达到初步脱硫、脱硝的目的，其中氧化剂由氧化剂储箱3通过氧化剂动力装置12-3加压后由喷嘴喷入，初级催化剂来自于除尘器4回收的粉煤灰，部分粉煤灰经催化剂预处理装置15粗处理后由风机12-1加压后的再循环烟气携带送入，其余粉煤灰送去粉煤灰储存库13；烟气、氧化剂及初级催化剂充分混合反应后进入除尘器4除尘达到部分脱硫、脱硝的目的；随后烟气进入由换热器组成的深度催化单元5，换热器表面涂敷有氧化脱硫、脱硝催化剂，换热器工质采用烟气冷却器2出口循环水，通过控制进口循环水温、循环水量控制换热器表面温度，使得深度催化单元5处于最佳反应工况，其中进口循环水温利用锅炉1炉膛壁面敷设的热电感应材料所产生的电能调节电加热装置16功率来控制；而后烟气进入吸收塔6中将氧化后的氮氧化物、硫氧化物及时分离，洁净的烟气最终通过除雾器7、烟气再热器8从烟囱9中排出；烟气流动所需动力由引风机10提供；另外，自动控制系统14结合锅炉炉膛负荷、燃料性质以及各检测数据，控制氧化剂喷入量、烟气冷却器的循环水量、深度催化单元入口水温和水量、再循环烟气量以及初级催化剂喷入量，并且实时监测初级催化剂的平均活性以及高活性粉煤灰颗粒比例，若平均活性或高活性粉煤灰颗粒比例低于50％-70％，及时对除尘器粉煤灰仓进行彻底清理，达到自动控制的目的。实施案例1：
锅炉排烟NO浓度500ppm,SO2浓度1000ppm，氧化剂采用过氧化氢溶液，且过氧化氢与烟气中污染物摩尔比为4：1。第一级催化空速比控制在10000h-1左右。通过初级催化剂粉煤灰及氧化剂催化氧化后烟气中NO浓度降低到250ppm左右，第二级催化剂采用Fe/TiO2催化剂，换热器表面温度控制160℃，空速比控制15000h-1。烟气中的NO和SO2经两级催化氧化以及吸收塔吸收后，最终脱硝效率96％，脱硫效率100％。
实施案例2：
锅炉排烟NO浓度500ppm,SO2浓度1000ppm，氧化剂采用过氧化氢溶液，且过氧化氢与烟气中污染物摩尔比为4：1。第一级催化空速比控制在6000h-1左右。通过初级催化剂粉煤灰及氧化剂催化氧化后烟气中NO浓度降低到200ppm左右，第二级催化剂采用商用二氧化钛催化剂，换热器表面温度控制160℃，空速比控制15000h-1。烟气中的NO和SO2经两级催化氧化以及吸收塔吸收后，最终脱硝效率96％，脱硫效率100％。

Claims (8)

1.一种协同热发电的脱硫脱硝烟气综合治理装置，包括锅炉(1)，其特征在于：所述锅炉(1)尾部烟道中布置有烟气冷却器(2)，烟气冷却器进口布置有泵Ⅰ(12-2)，烟气冷却器(2)与除尘器(4)连接的烟道中开有氧化剂喷口及初级催化剂喷口，氧化剂储箱(3)与氧化剂喷口通过管道连接，管道上布置有氧化剂动力装置(12-3)，除尘器(4)与吸收塔(6)之间的烟道中布置有深度催化单元(5)，深度催化单元(5)水侧进口布置泵Ⅱ(12-4)及电加热装置(16)；吸收塔(6)出口布置有除雾器(7)，除雾器(7)与烟囱(10)之间的烟道中依次布置有烟气再热器(8)、引风机(9)以及再循环烟气开口(B)；再循环烟气开口(B)与初级催化剂喷口通过烟气管道连接，烟气管道上布置有风机(12-1)，除尘器(4)的粉煤灰出口分两路，一路通过管路连通初级催化剂喷口，管路上布置有催化剂预处理装置(15)，另一路通过管路连通粉煤灰储存库(13)；另外，锅炉(1)炉膛壁面敷设有热电感应材料，热电感应材料与蓄电装置(11)连接，蓄电装置(11)以及自动控制系统(14)通过导线与风机(12-1)、泵Ⅰ(12-2)、氧化剂动力装置(12-3)、泵Ⅱ(12-4)、电加热装置(16)和催化剂预处理装置(15)连接；所述自动控制系统(14)结合锅炉炉膛负荷、燃料性质以及各检测数据，控制氧化剂喷入量、烟气冷却器的循环水量、深度催化单元入口水温和水量、再循环烟气量以及初级催化剂喷入量，并且实时监测初级催化剂的平均活性以及高活性粉煤灰颗粒比例，若平均活性或高活性粉煤灰颗粒比例低于50％-70％，及时对除尘器粉煤灰仓进行彻底清理，达到自动控制的目的；
所述深度催化单元(5)为表面涂覆脱硫、脱硝催化剂的换热器，换热器进口布置电加热装置(16)，利用热电感应材料发电调节换热器进口水温，通过控制循环水流量和温度实现深度催化单元(5)表面温度处于最佳催化温度区间；所述表面涂覆脱硫、脱硝催化剂的换热器采用翅片管式换热器、板式换热器或光管换热器；
所述初级催化剂喷口的初级催化剂采用粉煤灰类电厂废料作为初级催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种协同热发电的脱硫脱硝烟气综合治理装置，其特征在于：所述深度催化单元(5)催化剂选用改性后的锰基、钛基或铁基类金属氧化物脱硫脱硝催化剂。
3.根据权利要求1所述的一种协同热发电的脱硫脱硝烟气综合治理装置，其特征在于：所述氧化剂储箱(3)中的氧化剂为臭氧、过氧化氢或高锰酸钾，氧化剂与烟气中污染物的摩尔比为(2～4)：1。
4.根据权利要求1所述的一种协同热发电的脱硫脱硝烟气综合治理装置，其特征在于：所述初级催化剂空速比维持在6000～20000h-1；烟气冷却器(2)后布置有初级催化剂喷口，选择在引风机(9)后开烟气再循环口B，通过风机(12-1)加压再循环烟气输送粉煤灰喷入烟道。
5.根据权利要求1所述的一种协同热发电的脱硫脱硝烟气综合治理装置，其特征在于：所述烟气冷却器(2)及吸收塔(6)之间的烟道及除尘器(4)表面涂敷耐氧化腐蚀涂层或内衬耐腐蚀材料。
6.根据权利要求1所述的一种协同热发电的脱硫脱硝烟气综合治理装置其特征在于：所述烟气冷却器(2)冷却后的烟气温度控制在160℃～240℃。
7.根据权利要求1所述的一种协同热发电的脱硫脱硝烟气综合治理装置，其特征在于：所述锅炉(1)炉膛壁面敷设的热电感应材料为PbTe体系，用来满足氧化剂、深度催化单元(5)循环水、初级催化剂供给动力装置以及自动控制系统的电力需求。
8.权利要求1至7任一项所述的一种协同热发电的脱硫脱硝烟气综合治理装置的工作方法，其特征在于：
由锅炉(1)产生的烟气通过布置于尾部烟道的烟气冷却器(2)，将烟气的温度降低到160-240℃，随后烟气与喷入的初级催化剂以及氧化剂充分混合，达到初步脱硫、脱硝的目的，其中氧化剂由氧化剂储箱(3)通过氧化剂动力装置(12-3)加压后由喷嘴喷入，初级催化剂来自于除尘器(4)回收的粉煤灰，部分粉煤灰经催化剂预处理装置(15)粗处理后由风机(12-1)加压后的再循环烟气携带送入，其余粉煤灰送去粉煤灰储存库(13)；烟气、氧化剂及初级催化剂充分混合反应后进入除尘器(4)除尘达到部分脱硫、脱硝的目的；随后烟气进入由换热器组成的深度催化单元(5)，换热器表面涂敷有氧化脱硫、脱硝催化剂，换热器工质采用烟气冷却器(2)出口循环水，通过控制进口循环水温、循环水量控制换热器表面温度，使得深度催化单元(5)处于最佳反应工况，其中进口循环水温利用锅炉(1)炉膛壁面敷设的热电感应材料所产生的电能调节电加热装置(16)功率来控制；而后烟气进入吸收塔(6)中将氧化后的氮氧化物、硫氧化物及时分离，洁净的烟气最终通过除雾器(7)、烟气再热器(8)从烟囱(10)中排出；烟气流动所需动力由引风机(9)提供；另外，自动控制系统(14)结合锅炉炉膛负荷、燃料性质以及各检测数据，控制氧化剂喷入量、烟气冷却器的循环水量、深度催化单元入口水温和水量、再循环烟气量以及初级催化剂喷入量，并且实时监测初级催化剂的平均活性以及高活性粉煤灰颗粒比例，若平均活性或高活性粉煤灰颗粒比例低于50％-70％，及时对除尘器粉煤灰仓进行彻底清理，达到自动控制的目的。
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