專利名稱：煙道內純氧介質阻擋放電脫硫脫硝系統(tǒng)與工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于火電廠煙氣脫硫脫硝技術領域，特別涉及一種煙道內純氧介質阻擋放電脫硫脫硝系統(tǒng)與工藝。
背景技術：
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)秀的煙氣凈化技術不僅需要滿足高效的脫除率，而且還要考慮技術上的經濟性以及系統(tǒng)的簡單可操作性，目前眾多的研究者一致認同的是Sh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(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，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選擇性催化還原技術是指在&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公開號為CN1768902和CN1923341的發(fā)明專利分別介紹了一種鍋爐煙氣臭氧氧化脫硝的方法和燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化同時脫硫脫硝的裝置及其方法，專利中臭氧發(fā)生器置于低溫煙道外部，生成的臭氧噴入煙道內與煙氣混合，使氮氧化物和硫氧化物氧化，尾部采用堿液進行吸收，此流程可以得到比較理想的脫除效率，但在工業(yè)應用過程中，產生的臭氧要經過較長距離才能與煙氣混合發(fā)生反應，造成臭氧損耗量較多，增加脫硫脫硝的成本。目前我國火電廠脫硫脫硝系統(tǒng)基本采用的是濕法脫硫工藝結合SCR脫硝，兩套系統(tǒng)的同時安裝雖然在脫硫脫硝效率上有所保證，但是也帶來了不可避免的缺點(1)系統(tǒng)復雜，運行維護量大；(2)初期投資費用高，設備造價高昂；(3)由于我國燃煤中硫分含量較高，易造成SCR系統(tǒng)中催化劑中毒以及空預器的積灰和堵塞；(4)不利于老電廠的改造。
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臭氧的脫硫脫硝工藝脫除效率雖然較高，但因為臭氧發(fā)生器設置在煙道外，臭氧發(fā)生后，要經歷一段距離才能進入煙道與煙氣混合，而具有強氧化性的臭氧在與煙氣混合反應前就會部分與其它物質反應，臭氧自身也會部分發(fā)生分解，造成了臭氧的無謂消耗，同時造成了設備及管道腐蝕，運行成本高昂。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種能夠實現(xiàn)氮氧化物、硫氧化物的回收利用，提高脫硫脫硝的經濟效益的煙道內純氧介質阻擋放電脫硫脫硝系統(tǒng)與工藝。本發(fā)明所述系統(tǒng)的結構為電除塵器的入口端與煙氣出口連接，電除塵器的出口端通過進煙道與氣-氣加熱器原煙氣側入口連接，氣-氣加熱器原煙氣側出口通過排煙道與堿液吸收塔下部的煙氣入口連接；介質阻擋放電反應器設置在所述進煙道或排煙道內， 介質阻擋放電反應器的入口端與空氣分離器連接；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置出氣口，通過管道與氣-氣加熱器凈煙氣入口端連接，氣-氣加熱器凈煙氣的出口端與煙囪連接。所述堿液吸收塔內，噴淋裝置的上方設置除霧器。所述介質阻擋放電反應器的出口通過文丘里管與噴嘴連接，該噴嘴沿軸線方向為漸擴結構，噴口頭部為球冠結構，球冠上均勻分布5根按“十”字型排列、分別垂直于球冠面的向出口方向減縮的噴射管，5根噴射管分別位于“十”字的四個端點和中心。所述出口噴嘴的漸擴角度α為25° -60°，軸向長度L為30_50mm。所述噴射管的長度為10-20mm，“十”字中心噴射管出口的直徑為8-15mm，四周四個噴射管出口直徑為5-10mm。本發(fā)明還提供了一種基于所述系統(tǒng)的煙氣脫硫脫硝工藝，分為以下步驟(1)煙氣經過電除塵器除塵后進入進煙道；處理過的煙氣經氣-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，然后通過排煙道進入堿液吸收塔；(2)空氣經過空氣分離器分離后，氧氣進入安置在所述進煙道或排煙道內的介質阻擋放電反應器，通過調節(jié)高壓電源的電壓、頻率控制反應器內的放電功率，在反應器內發(fā)生均勻、穩(wěn)定的放電，其中電壓調節(jié)范圍為6 20kV，頻率調節(jié)范圍為7 15kHz，且氧氣在介質阻擋放電反應器內的流速比煙氣在煙道內的流速高20% -60% ；放電產生大量的高能電子，并從介質阻擋放電反應器的噴嘴噴出；(3)在高能電子的作用下，02、H20分子被激活、裂解或電離，產生包括0、03、0Η、Η02 在內的高活性的氧化性粒子，使煙氣中的NO、SO2氧化，NO的氧化產物主要為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；(4)配置堿液，堿液通過蠕動泵由吸收塔上部經噴淋裝置進入堿液吸收塔內，在堿液吸收塔內與煙氣反應后由塔下部排出，進入堿液儲液槽；經介質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；(5)從堿液吸收塔排出的低溫煙氣送入氣-氣加熱器內，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，經過蒸發(fā)、結晶、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)簡化了脫硫脫硝設備和工藝流程；(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物回收，實現(xiàn)了資源的綠色回收利用，同時增加了經濟效益；(4)針對純氧進行放電，產生自由基的成本低；DBD反應器置于煙道中，自由基通過噴射裝置可以快速與煙氣混合反應，提高了脫除效率。


圖1為介質阻擋放電反應器在氣-氣反應器入口煙道的結構示意圖；圖2為介質阻擋放電反應器在氣-氣反應器出口煙道的結構示意圖；圖3為介質阻擋放電反應器出口噴嘴的截面圖；圖4為噴嘴的噴射管分布示意圖。圖中標號1-電除塵器；2-介質阻擋放電反應器；3-空氣分離器；4-進煙道；5-氣-氣加熱器；6-排煙道；7-堿液吸收塔；8-堿液儲液池；9-除霧器；10-煙囪。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種煙道內純氧介質阻擋放電脫硫脫硝系統(tǒng)與工藝，下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。如圖1或圖2所示，電除塵器1的入口端與煙氣出口連接，電除塵器1的出口端通過進煙道4與氣-氣加熱器5原煙氣入口端連接，氣-氣加熱器5原煙氣出口端通過排煙道6與堿液吸收塔7下部的煙氣入口連接；介質阻擋放電反應器2設置在所述進煙道4或排煙道6內，介質阻擋放電反應器2的入口端與空氣分離器3連接；堿液吸收塔7的底部通過管道與堿液儲液池8連通，堿液吸收塔8的上部設置噴淋裝置，噴淋裝置的上方設置除霧器9 ；堿液儲液池8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7的頂部設置出氣口，通過管道與氣-氣加熱器5凈煙氣的入口端連接，氣-氣加熱器5凈煙氣的出口端與煙囪10連接。介質阻擋放電反應器2的出口通過文丘里管與噴嘴連接。如圖3和圖4所示，該噴嘴沿軸線方向為漸擴結構，噴口頭部為球冠結構，球冠上均勻分布5根按“十”字型排列、 分別垂直于球冠面的向出口方向減縮的噴射管，5根噴射管分別位于“十”字的四個端點和中心。出口噴嘴的漸擴角度α為25° -60°，軸向長度L為30-50mm。噴射管的長度為 10-20mm, “十”字中心噴射管出口的直徑為8_15mm，四周四個噴射管出口直徑為5_10mm。該系統(tǒng)的流程如下首先經空氣分離器分離出空氣中的氮氣，剩余的氧氣引入放于煙道中的介質阻擋放電反應器，通過調節(jié)電源的電壓(調節(jié)范圍6 20kV)、頻率(調節(jié)范圍7 15kHz)控制反應器內的放電功率，使其在反應器內發(fā)生較均勻、穩(wěn)定的放電，放電產生大量的高能電子，在高能電子的作用下，反應器內的氧氣分子被激活、裂解或電離，產生高活性的氧化性粒子如0、03等迅速流出噴口與煙道內的煙氣混合，減少了沿程中活性基團的損耗，使煙氣中的NO以及部分的SO2氧化，NO的氧化產物主要為Ν02、Ν03以及少量的其他高價態(tài)氮氧化物，SO2的氧化產物主要為SO3,在水蒸氣含量較高的情況下會進一步生成硫酸。介質阻擋放電反應器外邊包裹防磨套管，其內氧氣流速應選擇合適范圍，流速過高會使高活性自由基的產率降低，流速過低會減弱出口處與煙氣的擾動，影響兩股氣體的混合， 因此氧氣流速過高過低都會影響氮氧化物和硫氧化物的脫除效率，規(guī)定介質阻擋放電反應器內氧氣流速煙道內煙氣流速高20% 60%。相關的反應方程式如下Ν0+0+Μ — Ν02+Μ,03+N0 — N02+02,03+N02 — N03+02,NO3 + NO2 N2O5，NO2 + NO2 ^ N2O4，Ν03+Ν0 —2N02，S02+0+02 — S03+02,03+S02 — 02+S03,H2CHSO3 — H2SO4,充分反應后的煙氣被引入堿液吸收塔。配置包含KOH、Na2CO3^ Ca(OH)2, CaCO3的 NaOH溶液作為處理煙氣的堿液，其中堿液中Na0H、K0H的和與煙氣中的SO2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噴淋裝置進入塔內，在塔內與煙氣反應后由塔下部排出，進入儲液槽。經氧化氣體處理的煙氣由塔下部進入，通過吸收塔與堿液充分反應后由塔頂排出，經堿液吸收后所生成的硝酸鹽、硫酸鹽等溶液經過蒸發(fā)、 結晶、分離等工序生產出合格的產品再經過包安裝進行銷售，創(chuàng)造了經濟效益實現(xiàn)了資源的回收利用。此聯(lián)合脫硫脫硝工藝中氧氣首先經低溫等離子體氧化處理，然后與煙氣混合，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 80%以上，SO2的脫除率可達90%以上。實施案例一如附圖1所示，介質阻擋放電反應器置于電除塵器之后的進煙道內， 根據不同機組負荷和選取介質阻擋放電反應器單體的數(shù)目以及通過反應器內氧氣的流速， 反應器于煙道內均勻布置，使噴出的氧化性氣體能夠與煙氣充分混合、反應。吸收塔內堿液采用NaOH、KOH、Na2C03、Ca(OH)2, CaCO3其中一種或者其中幾種的混合液。實施案例二 如附圖2所示，介質阻擋放電反應器置于氣-氣加熱器與堿液吸收塔入口之間的排煙道內，煙氣溫度的降低利于NO的氧化。根據機組不同負荷選取介質阻擋放電反應器單體的數(shù)目以及通過反應器內氧氣的流速，反應器于煙道內均勻布置，使噴出的氧化性氣體能夠與煙氣充分混合、反應。吸收塔內堿液采用NaOH、KOH、Na2CO3^ Ca(OH)2, CaCO3其中一種或者其中幾種的混合液。
權利要求
1.煙道內純氧介質阻擋放電脫硫脫硝系統(tǒng)，其特征在于，電除塵器的入口端與煙氣出口連接，電除塵器的出口端通過進煙道與氣-氣加熱器原煙氣側入口連接，氣-氣加熱器原煙氣側出口通過排煙道與堿液吸收塔下部的煙氣入口連接；介質阻擋放電反應器設置在所述進煙道或排煙道內，介質阻擋放電反應器的入口端與空氣分離器連接；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置出氣口，通過管道與氣-氣加熱器凈煙氣入口端連接，氣-氣加熱器凈煙氣出口端與煙 連接。
2.根據權利要求1所述的煙道內純氧介質阻擋放電脫硫脫硝系統(tǒng)，其特征在于，所述堿液吸收塔內，噴淋裝置的上方設置除霧器。
3.根據權利要求1所述的煙道內純氧介質阻擋放電脫硫脫硝系統(tǒng)，其特征在于，所述介質阻擋放電反應器的出口通過文丘里管與噴嘴連接，該噴嘴沿軸線方向為漸擴結構，噴口頭部為球冠結構，球冠上均勻分布5根按“十”字型排列、分別垂直于球冠面的向出口方向減縮的噴射管，5根噴射管分別位于“十”字的四個端點和中心。
4.根據權利要求3所述的煙道內純氧介質阻擋放電脫硫脫硝系統(tǒng)，其特征在于，所述出口噴嘴的漸擴角度α為25° -60°，軸向長度L為30-50mm。
5.根據權利要求3所述的煙道內純氧介質阻擋放電脫硫脫硝系統(tǒng)，其特征在于，所述噴射管的長度為10-20mm，“十”字中心噴射管出口的直徑為8-15mm，四周四個噴射管出口直 徑為 5-10mm。
6.一種基于權利要求1所述系統(tǒng)的煙氣脫硫脫硝工藝，其特征在于，分為以下步驟(1)煙氣經過電除塵器除塵后進入進煙道；處理過的煙氣經氣-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，然后通過排煙道進入堿液吸收塔；(2)空氣經過空氣分離器分離后，氧氣進入安置在所述進煙道或排煙道內的介質阻擋放電反應器，通過調節(jié)高壓電源的電壓、頻率控制反應器內的放電功率，在反應器內發(fā)生均勻、穩(wěn)定的放電，其中電壓調節(jié)范圍為6 20kV，頻率調節(jié)范圍為7 15kHz，且氧氣在介質阻擋放電反應器內的流速比煙氣在煙道內的流速高20%-60%;放電產生大量的高能電子， 并從介質阻擋放電反應器的噴嘴噴出；(3)在高能電子的作用下，02、H2O分子被激活、裂解或電離，產生包括0、03、OH、HO2在內的高活性的氧化性粒子，使煙氣中的NO、SO2氧化，NO的氧化產物主要為NO2以及少量的 HN03、HNO2和其他高價態(tài)的氮氧化物，SO2的氧化產物主要為SO3，在水蒸氣含量較高的情況下會進一步生成硫酸；(4)配置堿液，堿液通過蠕動泵由吸收塔上部經噴淋裝置進入堿液吸收塔內，在堿液吸收塔內與煙氣反應后由塔下部排出，進入堿液儲液槽；經介質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；(5)從堿液吸收塔排出的低溫煙氣送入氣-氣加熱器內，與高溫煙氣換熱后送至煙囪排出。
7.根據權利要求6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。
8.根據權利要求6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，經過蒸發(fā)、結晶、分離工序，得到相應的硝酸鹽、亞硝酸鹽和硫酸鹽。
全文摘要
煙道內純氧介質阻擋放電脫硫脫硝系統(tǒng)與工藝屬于火電廠煙氣脫硫脫硝技術領域?？諝庥煽諝夥蛛x器進行分離，分離出的氧氣進入介質阻擋放電反應器，在反應器內O2分子被激活、裂解或電離生成具有強氧化性自由基O或者O3等，放電處理后的氧化性氣體通過噴射裝置與煙氣快速充分混合后反應，使煙氣中的NO、SO2氧化為高價態(tài)的氮氧化物和硫氧化物，氧化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。該工藝針對純氧放電，產生自由基的成本低，自由基與煙氣混合早，對污染物脫除效率高，具有更高的經濟效益，而且硝酸鹽、亞硝酸鹽以及硫酸鹽等作為產物回收也實現(xiàn)了污染物的綠色回收利用。
文檔編號B01D53/75GK102240500SQ20111017721
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權日2011年6月28日
發(fā)明者杜旭, 肖海平 申請人:華北電力大學