联合脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和汞的装置及方法

摘要

一种联合脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和汞的装置及方法，该装置在湿法脱硫系统中的除尘器与湿法脱硫塔之间增加了NO

说明书

技术领域

本发明涉及一种联合脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和汞的装置及方法，属于大气污染控制技术领域。

背景技术

随着我国经济和工农业的飞速发展，大气污染物二氧化硫和氮氧化物排放量也迅速增加。到2009年止，我国二氧化硫排放量为2590万吨；氮氧化物排放量为1600万吨左右，其中燃煤锅炉烟气排放量占近70％。如果不采取有效的氮氧化物污染控制措施，2020年我国氮氧化物排放量将达到2900万吨左右。并且近年来，我国一些特大型城市的空气氮氧化物浓度超标，氮氧化物的环境容量已基本处于饱和状态，一些地方甚至产生光化学烟雾现象。在我国酸性降水中，硝酸根和硫酸根浓度比例已由2000年的0.15∶1发展为2004年的0.20∶1。因此，开展燃煤锅炉烟气氮氧化物和二氧化硫污染治理研究，对减轻酸雨危害、促进资源的合理利用意义重大。

目前，我国现有的烟气脱硫装置中，湿法脱硫工艺约占90％，其他脱硫工艺约占10％，吸收剂为石灰石，脱硫副产物以我国矿藏丰富的石膏为主；刚刚开始建的烟气脱硝装置，以从国外引进的世界上唯一在火力发电厂工业化的选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction)烟气脱硝技术为主，还原剂为我国农业用化肥：氨、尿素，脱硝副产物为N₂(高能耗循环)。目前大规模的烟气脱硫已造成脱硫石膏的堆积；而大规模的烟气脱硝工程的实施，势必造成烟气脱硝与农业争夺氨、尿素资源的状况出现。显然，上述两种主流的烟气脱硫脱硝技术和工艺，运行费用高、副产物不能完全资源化，更谈不上将环保和农业两个基本国策有机结合，长期运行将严重阻碍我国烟气脱硫脱硝环保事业的可持续性发展，不适合我国国情。

工业时代以来，环境中汞含量水平不断增加。地球上各种环境媒体和食物(尤其是鱼类)中的汞含量已经开始对人类及动植物产生不利的影响。伴随着工业活动的不断进行，汞污染问题成为了主要的全球环境问题之一。联合国环境规划署的调查报告指出，燃煤电厂是最大的人为汞污染源。

据统计，目前我国每年由于燃煤向大气中排放汞的量约数百吨，其中绝大部分来源于工业与火电燃煤。随着我国燃煤量的提高，烟气中汞的排放量也在逐年增加。由于大气汞具有迁移沉降特性，进而在藻类、鱼类等水生生物体内富集，通过食物链危害人类健康，因此，汞污染对环境的危害是不容忽视的。

发明内容

基于以上现状，本发明的目的在于提供一种联合脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和汞的装置，该装置是在现有湿法烟气脱硫装置的基础上改造而成的，投资和运行成本低。

本发明的另一目的在于提供一种利用该装置联合脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和汞的方法，该方法在脱硫的同时具有较高的NO_X脱除效率，并能有效增加汞的脱除效率。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种联合脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和汞的装置，该装置包括除尘器、湿法脱硫塔和硫酸铵硝酸铵回收系统，除尘器与湿法脱硫塔之间设置有NO₂发生装置，除尘器的出气口与湿法脱硫塔的烟气进口之间通过烟道连接，NO₂发生装置的出气口连接至该烟道；湿法脱硫塔内自上而下依次设有除雾器、吸收剂喷淋装置及浆液池，该湿法脱硫塔外置有循环泵，该循环泵的两端通过浆液循环管路分别与吸收剂喷淋装置及浆液池连接，该浆液循环管路上通过吸收剂补充泵连接有吸收剂储罐；浆液池底部的出浆口连接硫酸铵硝酸铵回收系统；湿法脱硫塔的底部还连接有氧化风机及空气过滤器，顶部的烟气出口通过引风机连接烟囱。

所述NO₂发生装置包括氨蒸发器、空气过滤器、氨-空混合器、氧化炉和NO氧化塔，氨蒸发器与氨-空混合器的进气口之间连接有氨过滤器，空气过滤器通过空压机连接至氨-空混合器的进气口，氨-空混合器的出气口与氧化炉的进气口连接，氧化炉的出气口与NO氧化塔的进气口连接，NO氧化塔的出气口连接至所述除尘器的出气口与湿法脱硫塔的进气口之间的烟道。

所述氧化炉内设有铂金催化网，所述氧化炉的底部还设有急冷装置。

通过在以各种碱性物质作为吸收剂的湿法脱硫系统中增加上述NO₂发生装置，改造得到的装置均具有联合脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和汞的效果。

一种利用上述装置进行联合脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和汞的方法，该方法包括：

(1)通过NO₂发生装置向经除尘器除尘后的燃煤烟气中补入NO₂的体积含量为9％的混合气体，使烟气中NO₂的体积占NO_X总体积的50％，经烟道混合后进入湿法脱硫塔；

(2)以氨水作为吸收剂，控制湿法脱硫塔内循环溶液的PH为5.5～6.3，氨水分别与气体中的SO₂和NO_X反应生成(NH₄)₂SO₃和NH₄NO₂，向所得浆液中鼓入空气继续氧化得到含(NH₄)₂SO₄和NH₄NO₃的混合溶液，将该混合溶液经过料浆输送泵输送至硫酸铵硝酸铵回收系统，处理后的烟气经过湿法脱硫塔顶部的除雾器除去水雾后经引风机排向大气。

采用上述方法，烟气中二氧化硫、氮氧化物的脱除反应过程如下：

2NH₃·H₂O+SO₂-(NH₄)₂SO₃+H₂O

2(NH₄)₂SO₃+O₂-2(NH₄)₂SO₄

NO+NO₂-N₂O₃

N₂O₃+H₂O-2HNO₂

2NH₃·H₂O+HNO₂-NH₄NO₂+H₂O

2NH₄NO₂+O₂-2NH₄NO₃

上述方法中通过向烟气中补入的NO₂气体，使得烟气中一定量的Hg⁰被氧化为气相的二价汞Hg²⁺，反应过程为：NO₂+Hg(g)-HgO(g)+NO；气相的氧化汞HgO(g)随烟气进入湿法脱硫塔后，被其中的水溶液吸收。相对现有的烟气脱硫装置的湿法脱硫工艺，上述方法能明显提高Hg⁰的脱除效率。

所述NO₂气体可以采用氨氧化生产工艺，该工艺以液氨和空气为原料，液氨经气化后与空气混合氧化得到含NO₂的混合气体。

本发明采用氨水作为吸收剂吸收二氧化硫和氮氧化物，可生成高附加值的副产物硝酸铵和硫酸铵，用于我国的农业生产。

本发明的有益效果为：

1)本发明在现有湿法烟气脱硫装置中增设了NO₂发生装置，改造出具有联合脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和汞的效果的装置，该装置的投资和运行成本低；2)本发明采用氨氧化制备NO₂的生产工艺工艺成熟，能进一步加快联合脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和汞的工业化进程；3)采用本发明的方法联合脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和汞，脱硫效率在95％以上，脱硝效率在80％以上，Hg⁰的脱除效率可增加50％以上。

附图说明

图1为本发明联合脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和汞的装置的结构示意图。

图2为本发明的NO₂发生装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的联合脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和汞的装置包括除尘器1、湿法脱硫塔5和硫酸铵硝酸铵回收系统3，除尘器1与湿法脱硫塔5之间设置有NO₂发生装置2，除尘器1的出气口与湿法脱硫塔5的进气口之间通过烟道连接，NO₂发生装置2的出气口连接至该烟道；湿法脱硫塔5内自上而下依次设有除雾器、吸收剂喷淋装置及浆液池，该湿法脱硫塔5外置有循环泵6，该循环泵6的两端通过浆液循环管路分别与吸收剂喷淋装置及浆液池连接，吸收剂补充泵8的一端连接该浆液循环管路，另一端连接吸收剂储罐7；浆液池底部的出浆口通过料浆输送泵4连接硫酸铵硝酸铵回收系统3；湿法脱硫塔5的底部连接氧化风机9及空气过滤器10，氧化风机9和空气过滤器10组成了脱硫副产物氧化系统；顶部的烟气出口通过引风机11连接烟囱12。

如图2所示，所述NO₂发生装置包括氨蒸发器13、空气过滤器15、氨-空混合器17、氧化炉18和NO氧化塔19，氨蒸发器13与氨-空混合器17的进气口之间连接有氨过滤器14，空气过滤器15通过空压机16连接至氨-空混合器17的进气口，氨-空混合器17的出气口与氧化炉18的进气口连接，氧化炉18的出气口与NO氧化塔19的进气口连接，NO氧化塔19的出气口连接至所述除尘器1的出气口与湿法脱硫塔5的进气口之间的烟道。

氧化炉18内设有铂金催化网，该氧化炉18的底部还设有急冷装置。

利用上述装置进行联合脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和汞的方法如下：

通过NO₂发生装置2以液氨和空气为原料采用氨氧化法制取NO₂气体，液氨经过氨蒸发器13气化为氨气后进入氨-空混合器17；空气经空气过滤器15过滤后被空压机16压缩进入氨-空混合器17；控制氨-空混合器17内的氨气和空气比例为1∶10，氨气与空气混合均匀后进入到氧化炉18内，在830℃经铂金催化网催化氧化生成NO，从氧化炉18排出的NO和空气的混合气体被氧化炉18底部的急冷装置冷却到50℃以下，随后进入NO氧化塔19，保证NO氧化塔19内的O₂体积含量在7％以上，NO被氧化成NO₂，得到NO₂的体积含量为9％的混合气体。

燃煤烟气经除尘器1除尘后进入烟道内，同时将NO₂的体积含量为9％的混合气体补入烟道内与烟气混合，使烟气中NO₂的体积占NO_X总体积的50％左右，然后进入湿法脱硫塔5；

在湿法脱硫塔5内以氨水作为吸收剂，通过湿法脱硫塔5外置的循环泵6将氨水溶液输送到吸收剂喷淋装置，需要时通过吸收剂补充泵自吸收剂储罐向浆液循环管路中补入吸收剂，控制湿法脱硫塔内循环溶液的PH为5.5～6.3，氨水分别与气体中的SO₂和NO_X反应生成(NH₄)₂SO₃和NH₄NO₂，氧化风机把经过空气过滤器过滤后的空气鼓入浆液池底部，将(NH₄)₂SO₃和NH₄NO₂继续氧化得到含(NH₄)₂SO₄和NH₄NO₃的混合溶液，将该混合溶液经过料浆输送泵4输送至硫酸铵硝酸铵回收系统3，处理后的烟气经过湿法脱硫塔顶部的除雾器除去水雾后经引风机排向大气。采用上述方法联合脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和汞的脱硫效率在95％以上，脱硝效率在80％以上，Hg⁰的脱除效率可增加50％以上。