一种燃煤烟气除尘、脱硫、脱硝、脱汞和排烟的联合装置及方法

专利名称：一种燃煤烟气除尘、脱硫、脱硝、脱汞和排烟的联合装置及方法
技术领域：
本申请涉及一种烟气的净化处理装置及净化方法，特别是涉及一种燃煤烟气除尘、脱硫、脱硝、脱汞和排烟的联合装置及其方法。
背景技术：
烟气，特别是燃煤烟气，含有大量的烟尘、硫化物、硝化物和重金属(特别是汞)。 烟气如不经净化处理或处理程度不够，则容易形成浮尘、酸雨和重金属等污染，严重污染环境。各行业中，电力行业是我国大气污染物排放的大户，特别是我国以燃煤等化石燃料为原料的火力发电所占比重较大，其排放的烟尘、二氧化硫、氮氧化物、汞和/或二氧化碳的排放均位居全国各行业前列。因此国家各时期颁布的污染物排放标准首先针对的是电力行业。目前，国际或国内对于污染物的排放要求越来越严格。1980年之前，火电厂执行的《工业“三废”排放试行标准》(GBJ 4-1973)规定，烟尘排放量按烟囱高度限制，利用高烟囱排放对策除尘效率为80% 90%即可达标。1991年的《燃煤电厂大气污染物排放标准》 (GB 13223-1991)规定，烟尘浓度只要达到2000mg/Nm3，甚至只要彡3300mg/Nm3即可达标。 1996年的《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-1996)提高了排放标准，将排尘浓度限值提高到200 600mg/Nm3。2003年的《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2003)进一步提高了排放标准，其规定新建火电机组排尘浓度执行50mg/Nm3标准，二氧化硫排放浓度执行400mg/Nm3。自该规定出台后，全国开始大规模的上马脱硫设施。除国家标准外，各省市纷纷出台地方标准，严格限制烟气中污染物的排放，比如北京市地方标准DBl 1/139-2002《锅炉污染物综合排放标准》规定，新建燃煤锅炉排尘浓度执行30mg/Nm3标准，二氧化硫排放浓度执行50mg/Nm3标准。地方标准对烟气中污染物的限制，要远远高于同期的国家标准。除此之外，国家标准也有进一步严格限制烟气中污染物排放的趋势。新修订的《火电厂大气污染物排放标准》二次征求意见稿已发出，2011年初会颁布执行。根据该意见稿的规定，其进一步严格限制了各污染物成分的排放，并新增对氮氧化物排放的限制。同时， “十二五”规划中也明确氮氧化物总量控制将在全国范围内实行。自此，没有烟气脱硝装置， 则排到大气的烟气中氮氧化物会超出国家标准的限制，影响生产的进行。因此在现有烟气净化处理装置中增加氮氧化物净化装置，已成行业必然趋势。虽然原煤中汞的含量仅在0. 012 33mg/L范围内，但是由于煤的大量燃烧，全世界每年从燃煤中逸出的汞总量达到3000t以上。美国EPA估计，1999年美国燃煤电厂锅炉排放的汞约为75t，其中约48t排入了大气中。大量的汞通过干沉降或湿沉降污染水体，生物反应后形成剧毒的甲基汞(MeHg)，在鱼类和其他生物体内富集后又会循环进入人体，对人类造成极大的危害。美国科学协会研究发现，摄入受甲基汞污染的鱼类和海鲜会造成一定程度的神经和发育方面的危害。2000年12月，美国EPA宣布开始控制燃煤电厂锅炉烟气
3中汞的排放。我国也逐渐加强了对烟气中汞排放的限制。2010年5月11日，国务院办公厅下发《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见》，其中已有“建设火电机组烟气脱硫、脱硝、除尘和除汞等多污染物协同控制技术示范工程”的内容。可以预期，国家标准在不久以后就会对烟气中汞的排放作出严格的限制。因此，现有的产生燃煤烟气的企业，特别是燃煤电厂，必须要实现燃煤烟气除尘、 脱硫、脱硝、脱汞和排烟操作。现有的燃煤烟气净化处理中，均是采用独立单元分别实现除尘、脱硫、脱硝、脱汞和排烟操作。其中除尘的工艺主要有干式除尘和湿式除尘工艺。干式除尘的主要代表工艺是过滤工艺或静电除尘工艺。在过滤工艺中，以袋式除尘器最为典型，袋式除尘利用滤袋过滤粉尘。袋式除尘器是一种干式滤尘装置，它适用于捕集细小、干燥、非纤维性粉尘。滤袋采用纺织的滤布或非纺织的毡制成，利用纤维织物的过滤作用对含尘气体进行过滤，当含尘气体进入袋式除尘器时，颗粒大、比重大的粉尘，由于重力的作用沉降下来，落入灰斗，含有较细小粉尘的气体在通过滤料时，粉尘被阻留，使气体得到净化。但随着粉尘在滤料表面的积聚，会使除尘器的阻力过高，导致除尘系统的风量显著下降。因此，除尘器的阻力达到一定数值后，要及时清灰，同时清灰时不能破坏初层，否则除尘效率会下降，这就导致除尘操作不能连续进行。静电除尘的工作原理是利用高压电场使烟气发生电离，气流中的粉尘荷电在电场作用下与气流分离。静电除尘器的负极由不同断面形状的金属导线制成，叫放电电极，正极由不同几何形状的金属板制成，叫集尘电极。静电除尘器的性能受粉尘性质、设备构造和烟气流速等三个因素的影响。粉尘的比电阻是评价导电性的指标，它对除尘效率有直接的影响。比电阻过低，尘粒难以保持在集尘电极上，致使其重返气流，比电阻过高，到达集尘电极的尘粒电荷不易放出，在尘层之间形成电压梯度会产生局部击穿和放电现象，这些情况都会造成除尘效率下降，因此静电除尘器对设备要求比较严格。湿式除尘俗称“水除尘”，它是使含尘气体与液体(水)密切接触，利用水滴和颗粒的惯性碰撞及其他作用捕集颗粒或使颗粒增大的装置。根据湿式除尘器的净化机理，可将其大致分成七类(1)重力喷雾洗涤器，( 旋风洗涤器，( 自激喷雾洗涤器，(4)板式洗涤器，( 填料洗涤器，(6)文丘里洗涤器，(7)机械诱导喷雾洗涤器。在现有工艺中，为节省空间、减少成本等考虑，湿式除尘多与脱硫单元集成一体。烟气脱硫(Flue gas desulfurization，简称FGD)，在FGD技术中，按脱硫剂的种类划分，可分为以下五种方法以CaCO3(石灰石)为基础的钙法，以MgO为基础的镁法，以 Na2SO3为基础的钠法，以NH3为基础的氨法，以有机碱为基础的有机碱法。世界上普遍使用的商业化技术是钙法，所占比例在90 %以上。脱硫技术按吸收剂及脱硫产物在脱硫过程中的干湿状态又可分为湿法、干法和半干(半湿)法。湿法FGD技术主要是使用石灰石(CaCO3)、石灰(CaO)或碳酸钠(Na2CO3)等浆液作洗涤剂，在反应塔中对烟气进行洗涤，从而除去烟气中的硫氧化物。湿法F⑶工艺已有50 年的历史，经过不断地改进和完善后，技术比较成熟，而且具有脱硫效率高(90% 98% )， 机组容量大，煤种适应性强，运行费用较低和副产品易回收等优点。据美国环保局(EPA)的统计资料，全美火电厂采用湿式脱硫装置中，湿式石灰法占39.6%，石灰石法占47.4%，两法共占87% ；双碱法占4. 1%，碳酸钠法占3. 1%。世界各国(如德国、日本等)，在大型火电厂中，90 %以上采用湿式石灰/石灰石-石膏法烟气脱硫工艺流程。该法虽然具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等问题。干法FGD技术的脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行，该法具有无污水废酸排出、设备腐蚀程度较轻，烟气在净化过程中无明显降温、净化后烟温高、利于烟囱排气扩散、 二次污染少等优点，但存在脱硫效率低，反应速度较慢、设备庞大等问题。半干法FGD技术是指脱硫剂在干燥状态下脱硫、在湿状态下再生(如水洗活性炭再生流程)，或者在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物(如喷雾干燥法)的烟气脱硫技术。特别是在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物的半干法，以其既有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点，又有干法无污水废酸排出、脱硫后产物易于处理的优势而受到人们广泛的关注。在脱硫工序中，只有呈酸性的氮氧化物被去除，NO、N2O等非酸性气体仍存在于烟气中，而烟气中的氮氧化物90 %以上以NO的形式存在，因此必须对烟气中的氮氧化物进行进一步的处理。由于NO难溶于水，因此对NO的处理不能用简单的洗涤法。烟气脱硝的主要工艺有氧化法、O3氧化吸收法、ClO2氧化还原法、选择性催化还原法和选择性非催化还原法。烟气氧化法脱硝的原理是用氧化剂将NO氧化成NO2,生成的NO2再用水或碱性溶液吸收，从而实现脱硝。O3氧化吸收法用O3将NO氧化成NO2，然后用水吸收，该法的生成物HNO3液体需经浓缩处理，而且O3需要高电压制取，初投资及运行费用高。 ClO2氧化还原法是用ClO2将NO氧化成NO2,然后用Na2SO3水溶液将NO2还原成N2, 该法可以和采用NaOH作为脱硫剂的湿法脱硫技术结合使用，脱硫的反应产物Na2SO3又可作为NO2的还原剂。CW2法的脱硝率可达95%，且可同时脱硫，但ClO3和NaOH的价格较高， 运行成本增加。选择性非催化还原法(SNCR)不使用催化剂，在850 1100°C温度范围内用还原剂 (NH3,尿素)将NOx还原为N2。选择性催化还原法(SCR)是目前最成熟的烟气脱硝方法，它利用还原剂⑴氏，尿素)在金属催化剂作用下，在400 800°C范围内选择性地与NOx反应生成N2和H20。烟气中的汞一般存在三种形态，原子态汞(Hg°)、气态汞(Hg2+)和颗粒态汞。在燃烧过程中，煤中的汞将会受热挥发以汞蒸气的形态存在于烟气中，主要包括单质汞 Hgtl和二价汞Hg2+两种，单质汞(Hg°)是汞的热力稳定形态，大部分汞的化合物在温度高于800°C时处于热不稳定状态，它们将会受热分解成单质汞，因此，在炉内高温下(大约 1200°C -1500°C )，煤中的汞几乎都转变成单质汞，并以气态形式停留于烟气中。单质汞是大气中汞的主要存在形式，其挥发性较高、水溶性较低，在大气中的平均停留时间长达半年至两年，极易在大气中通过长距离大气运输形成广泛的汞污染，是最难控制的形态之一；而二价汞化合物比较稳定，许多种类较易溶于水，易被湿法洗涤系统所捕获而脱除，在湿法烟气脱硫系统(WFGD)中，无论是采用石灰或石灰石作为吸收剂，均可除去约90%的Hg2+，所以大气中二价汞的含量比较低；而颗粒态汞可以通过烟尘过滤时一并滤除。因此，解决了单质汞的脱除问题也就解决了燃煤烟气的汞污染问题。烟气脱汞主要有以下几种方法吸附剂法、化学沉淀法和化学氧化法。吸附法主要是利用多孔性固态物质的吸附作用来处理污染物的一种常用方法。包括物理吸附和化学吸附两种方式，物理吸附是由于分子间相互作用产生的吸附，没有选择性，吸附强度好，具有可逆性，是放热过程；化学吸附是靠化学键力相互作用产生的吸附，这种吸附选择性好、吸附力强、具有不可逆性，是吸热过程。一般吸附都兼有物理吸附、化学吸附功能，两种吸附过程可以同时进行。目前，用于烟气脱汞的吸附剂主要有活性炭、飞灰和金属吸收剂。化学沉淀法是通过化学试剂与汞发生化学反应生成沉淀，从而将汞除去，目前，应用比较多的方法主要有以下几种W] (1)碘化钾溶液洗涤法含汞烟气进入脱汞塔，与塔内碘化钾溶液接触，汞被氧化与循环溶液中的碘发生反应生成碘汞络合物，从而将烟气中的汞除掉。此方法可达到97%的脱汞率。( 氯化法除汞该方法是由挪威公司开发的， 烟气进入脱汞塔，在塔内与喷淋的HgCl2溶液逆流洗涤，烟气中的汞蒸汽被HgCl2溶液氧化 (30-40°C条件下)生成Hg2Cl2沉淀，从而将Hg0去除。反应式如下:HgCl2+Hg — Hg2Cl2 I， 通常，将生成的一部分Hg2Cl2沉淀用Cl2氧化，使Hg2Cl2再生为HgCl2溶液以便循环使用。 由于Hg2Cl2沉淀剧毒，生产过程中需加强管理和操作。(3)硫化钠法该方法为日本东邦公司开发的技术。烟气进入喷淋塔，在洗涤塔内喷入硫化钠溶液，此时，烟气中95-98%的汞与硫化钠溶液生成硫化汞沉淀而得以分离，从而除去汞。化学氧化法烟气中的Hg2+化合物较易溶于水，在湿法烟气脱硫系统(WFGD)中，无论是用石灰或石灰石或是活性炭作为吸收剂，均可除去约90%的Hg2+，而对Hg°没有明显的脱除作用。通过某些物质的催化作用将Hg°氧化成Hg2+化合物，然后再采用常规的方法去除Hg2+，将单质汞转变成二价汞就比较容易去除了。(1)在烟气进入脱硫塔前，加入某种催化剂如钯类、碳基类物质，它们可促使Hg°氧化形成Hg2+化合物，从而提高汞的脱除率。(2) 选择催化还原装置(SCI )可将氮氧化物还原为氮气，也可有效促进Hg°氧化。德国电站的试验测试发现烟气通过SCR反应器后，Hg0所占份额由入口的40 % 60 %降到2 % 12 %， 这充分说明了催化还原装置(SCR)对Hg°也有氧化作用。在现有技术中，除尘、脱硫、脱硝、除汞和排烟都是作为独立的单元操作设置，即在烟气处理中，具有单独的除尘、脱硫、脱硝、除汞和排烟单元，各单元互不影响，独立操作，分别实现除尘、脱硫、脱硝、除汞和排烟操作，并不考虑上述污染物脱除操作的相互关系。这就导致建设费用高、占地面积大，脱除效率低、操作费用高等缺陷。尽管国内对燃煤电厂烟气脱硝脱硫脱除重金属一体化进行了研究，比如《燃煤电厂烟气脱硝脱硫脱除重金属一体化研究》(胡满银等，工业安全与环保，2006年第32卷第2 期)公开了一种一体化工艺，该工艺在采用NH3作为还原剂的SCR法脱硝的基础上，在SCR 反应器中采用以飞灰为载体的铜氧化物吸收剂同时脱硝脱硫脱除重金属。该工艺由于采用氧化铜吸附剂，导致成本较高，同时其装置占地面积仍然较大，而且吸附法受吸附效率的限制，导致脱除效率低，污染物脱除深度不够，不能满足现有电厂除尘、脱硝、脱硫和脱除重金属一体化的需求。

发明内容
本发明针对现有技术以单一污染物的控制主线，各单元独立存在，没有充分考虑烟气中各种污染物之间的关系，也未考虑各污染物控制条件、各污染物制剂间的相互影响、 过程耦合和化学转化的缺陷，以及其导致高投资、高运行成本和占地面积巨大，甚至很多改造项目根本没有空间放设备的缺陷，开发了一种燃煤烟气除尘、脱硫、脱硝、脱汞和排烟的联合装置及其工艺方法。本发明第一方面提供一种燃煤烟气除尘、脱硫、脱硝、脱汞和排烟的联合装置，其主要包括内有棒栅层7的棒栅水膜塔1、电催化氧化器3、氧化塔4、内有棒栅层7的烟囱6 以及附属于棒栅水膜塔1和烟 6的喷淋液循环系统。棒栅水膜塔1底部或下部具有烟气进口，其烟气出口通过烟道2先后连接电催化氧化器3和氧化塔4，氧化塔4烟气出口通过引风机5连接烟囱6的烟气入口，棒栅水膜塔1和烟囱6内部均设有棒栅层7，在棒栅层7 上方设置有布水装置或喷淋装置，布水装置或喷淋装置与喷淋液循环系统流体连通。棒栅水膜塔1和烟囱6的棒栅层7均连接有喷淋液循环系统，以向棒栅层7提供喷淋液。喷淋液循环系统主要包括循环液池9、循环泵10和位于棒栅层7上方的布水装置或喷淋装置。循环液池9与棒栅水膜塔1和/或烟@底部流体连通，并通过循环泵10与布水装置或喷淋装置流体连通。棒栅水膜塔1和烟 6的棒栅层7连接的喷淋液循环系统可以相同，也可以不同。循环液池9优选外接电催化氧化器3，和/或新鲜喷淋液添加装置和/或废液、 沉淀物去除，以实现喷淋液中污染物的净化、增加新鲜喷淋液、去除沉淀物以及用过的喷淋液。棒栅层中优选每3个棒栅呈品字形排列。棒栅层7与布水装置或喷淋装置自下而上可做棒栅层/布水装置或喷淋装置/棒栅层/布水装置或喷淋装置的重复设置，重复数为2-7，优选2-4。烟囱6的顶部优选设有除雾器8，更优选在除雾器8下方设置有冲洗水11装置。优选在棒栅水膜塔1的烟气进口、棒栅水膜塔1烟气出口和电催化氧化器3出口之间、氧化塔4烟气出口和烟囱6烟气入口之间、烟囱6烟气出口处分别设置传感器，上述传感器与中央控制计算机相连，中央控制计算机分别控制喷淋液循环系统和电催化氧化器 3。作为本发明第一方面的联合装置的改进，本发明第二方面提供一种竖直布置的燃煤烟气除尘、脱硫、脱硝、脱汞和排烟的联合装置。为节省装置的占地空间，并有效利用热烟气比重小、上升力大的特点，减少排放阻力从而节省能耗，将本发明第一方面的联合装置竖直布置。其主要包括内有棒栅层7的棒栅水膜塔1、电催化氧化器3、氧化塔4、内有棒栅层 7的烟囱6以及附属于棒栅水膜塔1和烟囱6的喷淋液循环系统。棒栅水膜塔1底部或下部具有烟气进口，氧化塔4烟气出口通过引风机5连接烟@ 6的烟气入口，棒栅水膜塔1和烟囱6内部均设有棒栅层7，在棒栅层7上方设置有布水装置或喷淋装置，布水装置或喷淋装置与喷淋液循环系统流体连通。棒栅水膜塔1和氧化塔4共用一个塔体，塔体下半部分设置棒栅层7和布水装置，构成棒栅水膜塔1，塔体上半部分外接电催化氧化器3，构成氧化塔4，棒栅水膜塔1和氧化塔4的复合塔体布置在基座内，基座之上布置烟@ 6。烟 6位于所述复合塔体的上方。
本发明第三方面提供一种燃煤烟气除尘、脱硫、脱硝、脱汞和排烟的联合工艺方法。烟气自棒栅水膜塔1烟气入口进入，自下而上穿过棒栅层7，在棒栅层7中与喷淋液逆流接触，通过烟道2与来自电催化氧化器3的氢氧自由基、活性氧原子混合进入氧化塔4，在氧化塔中进行氧化反应后，烟气自氧化塔4烟气出口进入烟囱6的烟气入口，烟气在烟囱中自下而上穿过棒栅层7，在棒栅层7中与喷淋液逆流接触，烟气自烟囱出口排入大气。喷淋液在棒栅层7与烟气逆流接触后，进入棒栅水膜塔1或烟@ 6的底部汇集，随后进入循环液池9，通过循环泵10将喷淋液自循环液池9引入布水装置或喷淋装置。优选用电催化氧化器3对循环液池9中的喷淋液处理，以去除喷淋液中的氮氧化物、硫氧化物和汞。优选定期向循环液池9中添加新鲜的喷淋液，定期处理循环液池9中的沉淀物，并定期从循环液池9中排出部分喷淋液。优选在烟囱顶部设置除雾器8，以除去烟气中夹带的水汽。更优选在除雾器8下方设置冲洗水11，以清洗除雾器8。优选通过传感器监测棒栅水膜塔1烟气入口处烟气中烟尘、硫化物、氮氧化物和汞的浓度，中央控制计算机根据该监测浓度设定棒栅水膜塔1喷淋液的喷淋量。优选通过传感器监测离开棒栅水膜塔1烟气出口的烟气中烟尘、硫化物、氮氧化物和汞的浓度，中央控制计算机根据该浓度调整棒栅水膜塔1喷淋液的喷淋量并设定电催化氧化器3的功率。优选通过传感器监测离开氧化塔4的烟气中烟尘、硫化物、氮氧化物和汞的浓度， 中央控制计算机根据该浓度调整电催化氧化器3的功率并设定烟@ 6喷淋液的喷淋量。优选通过传感器监测烟@ 6烟气出口处烟气中烟尘、硫化物、氮氧化物和汞的浓度，中央控制计算机根据该浓度调整烟 6喷淋液的喷淋量。所述喷淋液为水或碱性溶液。本发明的有益技术效果之一为，利用前后两级棒栅(棒栅水膜塔和烟囱中的棒栅)和电催化氧化处理烟气的联合工艺来处理烟气中的烟尘、硫化物、硝化物、汞和排烟。 令人惊奇的发现，采用前后两级棒栅和电催化氧化器处理燃煤烟气，在同等处理条件下，烟气中的烟尘、硫化物和硝化物以及汞等污染物的含量急剧减少，取得了预料不到的技术效^ ο本发明的有益技术效果之二是，采用两级棒栅水膜实现了前后两级除尘、脱硫、脱硝和脱汞操作。同时棒栅实现了接近填料的传质效率，由于棒栅空间大而克服了填料层存在静液曲导致积垢的缺陷，增强了除尘、脱硫、脱硝和脱汞的效率。本发明的有益技术效果之三是，在除尘、脱硫、脱硝、脱汞和排烟联合装置和工艺中，有效的利用了烟囱的闲置空间，在烟囱内设置了棒栅层，实现了二级除尘、脱硫、脱硝和脱汞操作，克服了现有技术烟囱只作为排烟用的技术习惯。本发明的有益技术效果之四是，将除尘、脱硫、脱硝、脱汞和排烟联合装置整体竖直(上下)布置，有效减少了装置的占地面积，并极大的减小了烟气运行的阻力，节省了引风机的能耗。


图1是本发明烟气除尘、脱硫、脱硝、脱汞和排烟的联合装置工艺图
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图2是本发明竖直布置烟气除尘、脱硫、脱硝、脱汞和排烟的联合装置工艺图
具体实施例方式如图1所示，本发明的烟气除尘、脱硫、脱硝、脱汞和排烟联合装置主要包括棒栅水膜塔1、电催化氧化器3、氧化塔4、烟 6和包括喷淋液循环设施在内的其他附属设施组成。棒栅水膜塔1具有烟气进口，该烟气进口位于棒栅水膜塔1的底部、下部或中下部，其位置可根据具体应用工艺条件等，由本领域技术人员按照设计规范自由改变。在烟气进口上方设置有棒栅层7，并按照每3个棒栅呈品字形的排列方式设置棒栅，棒栅的数目可以根据烟气处理量、处理要求等具体设置，该棒栅数目的设置对于本领域技术人员来说，是容易确定的，因此不再具体描述。在整个棒栅层的上方，设置有布水装置或喷淋装置。作为改变，为增加喷淋效率，或处理能力较大导致设备直径较大产生放大效应，可在棒栅层之间设置一个或多个布水装置或喷淋装置，形成棒栅层/布水装置(喷淋装置)/
棒栅层/布水装置(喷淋装置)......的重复设置，重复数可以为2或更大，层与层之间可
适当设置间距。棒栅水膜塔1设置有喷淋液循环系统，该喷淋液循环系统主要包括循环液池9、电催化氧化器3、循环泵10及相应连通管线。在棒栅水膜塔1的底部，设置有贮存喷淋液的空间，以在装置运行时形成一定能力的液封。该贮存空间与设置于装置外部的循环液池9流体连通，以将该贮存空间的喷淋液传输入循环液池9中，循环液池9通过循环泵10与布水装置或喷淋装置流体连通，以向棒栅喷淋喷淋液。循环液池9与电催化氧化器3流体连通， 以净化处理循环液池9中贮存喷淋液中的污染物。棒栅水膜塔1顶部通过烟道2与氧化塔4连通，电催化氧化器3与棒栅水膜塔1 与氧化塔4之间的烟道流体连通，以处理通过的烟气。氧化塔4通过引风机5与烟囱6的底部的烟气入口流体连通，以将烟气从氧化塔4 引入烟囱6。在烟囱的烟气入口上部设置有棒栅层7，棒栅按照每3个棒栅呈品字形的排列方式设置，棒栅的数目可以根据烟气处理量、处理要求等具体设置。在整个棒栅层的上方， 设置有布水装置或喷淋装置。如同棒栅水膜塔1的设置，作为改变，为增加喷淋效率，或处理能力较大导致设备直径较大产生放大效应，可在棒栅层之间设置一个或多个布水装置或喷淋装置，形成棒栅
层/布水装置(喷淋装置)/棒栅层/布水装置(喷淋装置)......的重复设置，重复数可
以为2或更大，层与层之间可适当设置间距。 烟囱6中的棒栅层设置方式可以与棒栅水膜塔1中的设置方式相同，也可以不同， 其可由本领域技术人员在具体应用环境下自由选择。 烟囱6同样设置有喷淋液循环系统，与棒栅水膜塔1的喷淋液循环系统相同，该喷淋液循环系统主要包括循环液池9、电催化氧化器3、循环泵10及相应连通管线。在烟囱6 的底部，设置有贮存喷淋液的空间，以在装置运行时形成一定能力的液封。该贮存空间与设置于装置外部的循环液池9流体连通，以将该贮存空间的喷淋液传输入循环液池9中，循环液池9通过循环泵10与布水装置或喷淋装置流体连通，以向棒栅喷淋喷淋液。循环液池9 与电催化氧化器3流体连通，以净化处理循环液池9中贮存喷淋液中的污染物。
烟囱6中上部，最好是顶部，设置有一个或多个除雾器8，在除雾器8下方设置有冲洗水出口 11，以向除雾器8喷淋冲洗水。该冲洗水出口 11与外部的冲洗水源流体连通。为克服烟气中酸性物质对装置的腐蚀，减轻装置的重量，棒栅水膜塔1和烟囱6的材料优选采用玻璃钢。作为本发明的优选技术方案，为实现该除尘、脱硫、脱硝、脱汞和排烟联合装置的综合控制，提高脱除效率并减少能耗，本装置还在棒栅水膜塔1烟气进口处、棒栅水膜塔1 的棒栅层7之后电催化氧化器3接入烟道2之前、氧化塔4之后烟@ 6烟气入口之前、烟囱6的烟气出口处分别设有污染物传感器，所述传感器可有效监控烟气中烟尘、硫氧化物、 氮氧化物和汞的浓度。所述传感器与中央控制计算机相连，以将测得的信号传输入中央控制计算机，中央控制计算机根据预先设定的烟气监控值，控制喷淋液循环系统中的循环泵或可控阀门，以及电催化氧化器的功率，以控制喷淋液增加或减少，以及电催化氧化器的功率。如图1所示，烟气，其可以来自燃煤电厂的锅炉机组，也可以来自其他燃煤设备， 或其他产生烟气的设备，通过棒栅水膜塔1的烟气入口进入上方的棒栅水膜塔1，烟气自下而上通过棒栅层。循环泵10将来自循环液池9中的喷淋液输送到塔顶的喷淋装置或布水装置，通过喷淋或分布装置将喷淋液均勻分布在塔横截面上，喷淋液自上而下通过棒栅层。在棒栅层中，喷淋液借助与棒栅、烟气的碰撞，在棒栅层中产生液网、液膜或液滴， 烟气与所述液网、液膜或液滴碰撞，进行传质和传热并发生化学反应。烟气中的烟尘在与喷淋液接触时不断聚集，颗粒逐步增大并进入喷淋液；烟气中的硫化物，比如S02、S03和H2S 等，与喷淋液中的碱性物质反应并生成可溶盐或不溶物质，从而从烟气中分离进入喷淋液; 烟气中的氮化物，比如NO2等，同样与喷淋液中的碱性物质反应并从烟气中分离进入到喷淋液中；烟气中的可溶性汞，或溶于喷淋液，或与喷淋液反应，从而从烟气中分离出来。未脱除的污染物，主要是Ν0、Νχ0和0价的萊，以及在棒栅层未有效脱除的硫氧化物、氮氧化物及少量烟尘，随烟气从棒栅水膜塔1塔顶离开进入烟道2，从而完成一级除尘、一级脱硫、一级脱硝和一级脱汞操作。与烟气接触后的喷淋液，自棒栅层7顶部进入棒栅水膜塔1的底部汇集并缓冲后， 自棒栅水膜塔1的底部或下部出口进入循环液池9，在循环液池9中进行脱除沉淀物、回收硫化物等操作，视情况可选地进行喷淋液再生或补充新鲜喷淋液操作。喷淋液池优选与电催化氧化器3相连，以再生喷淋液并回收硫化物。经处理后的喷淋液经循环泵10抽取进入喷淋装置或布水装置，再次进行脱除烟气中污染物操作，从而完成喷淋液的循环过程。该喷淋液循环系统的组成及运行方式可以与现有技术完全相同，其可以具有现有技术的硫化物回收装置等一切改进。喷淋液可以为水、碱性洗涤液等，其与现有技术相同。在棒栅水膜塔1中，由于棒栅的品字排列及独特的烟气与喷淋液的接触方式，有效的增大了喷淋液与烟气的接触面积，增大了单位时间的处理量及处理效率。相较于常规的碱性喷淋脱除系统，该棒栅水膜塔1的处理量增大了 15%，对烟尘、硫化物、氮化物和汞的脱除效率，增大了至少10%。离开棒栅水膜塔1的烟气，在进入氧化塔4之前，与电催化氧化器3相接触以电催化氧化(Electro-Catalytic Oxidation)烟气中的污染物，特别是烟气中的0价汞。电催化氧化器3 (ECO)通过应用非热能等离子体产生高能电子，高能电子与H2O和&碰撞，产生氢氧自由基和活性氧原子，这些自由基进入烟道2中通过的烟气，并随烟气一起进入氧化塔。 在伴随烟气进入氧化塔的过程中以及在氧化塔中，氢氧自由基和活性氧原子将烟气中的NO 转变成可碱性处理的NO2，将0价的汞转变成氧化汞(HgO)，还能把少量(低于20%) WSA 转变成S03。NO2溶于水，HgO也可用碱性喷淋液处理，二者均可以在随后的洗涤塔中通过碱性溶液脱除。 由于电催化氧化器体积较小，处理深度较大，因此采用电催化氧化法处理烟气，可有效将烟气中难以通过碱性喷淋液洗涤去除的NO或NxO以及0价Hg，转变为可洗涤去除的 NO2和取0，从而可以在后续步骤中通过喷淋洗涤去除。实验证明，通过电催化氧化器处理的烟气，与常规处理方法相比，氮氧化物减少18 %，0价Hg减少20 %。经过电催化氧化处理的烟气，自氧化塔4中，被引风机5引导进入烟囱6的烟气进口，随后自下而上通过烟囱6中的棒栅层7，在棒栅层中烟气与自上而下喷淋下来的喷淋液反应，其反应方式以及运行方式与棒栅水膜塔完全相同，此处不再赘述。烟气中剩余的少量烟尘、以及通过电催化氧化产生的氮氧化物、硫氧化物和非0价的汞，与碱性喷淋液反应进入喷淋液，洁净的烟气沿烟 向上，经过上方的除雾器8，脱除烟气中夹带的雾沫和/或液滴。在烟 6中，实现了烟气的二级除尘、二级脱硫、二级脱硝和二级脱汞，经处理的烟气中烟气、硫化物、硝化物和汞排放均达到或远低于国家标准或设定标准后，烟气离开烟 6排入大气。烟囱6中的棒栅层同样具有喷淋液循环系统，该系统运行方式、设置方式与棒栅水膜塔相同。即与烟气接触后的喷淋液，自棒栅层7顶部进入烟 6的底部汇集并缓冲后， 自烟囱6的的底部或下部出口进入循环液池9，在循环液池9中进行脱除沉淀物、回收硫化物等操作，视情况可选地进行喷淋液再生或补充新鲜喷淋液操作。喷淋液池优选与电催化氧化器3相连，以再生喷淋液并回收硫化物。经处理后的喷淋液经循环泵10抽取进入喷淋装置或布水装置，再次进行脱除烟气中污染物操作，从而完成喷淋液的循环过程。如背景技术部分所述，现有技术已经存在燃煤电厂烟气脱硝脱硫脱除汞一体化工艺，但到目前为止，现有技术不存在同时利用前后两级棒栅(棒栅水膜塔和烟@中的棒栅) 和电催化氧化处理烟气的联合工艺。而且，令人惊奇的发现，采用前后两级棒栅和电催化氧化器以后，在同等处理条件下，烟气中的烟尘、硫化物和硝化物以及汞等污染物的含量急剧减少。相信这是前后两级棒栅和电催化氧化器产生了协同作用。尽管其协同原理未知，但据推测，离开棒栅水膜塔1的烟气携带了一定水分及碱性物质的粉尘，上述物质经过电催化氧化器3产生电子的碰撞，相对于单独运行的电催化氧化器，产生了更多的自由基和活性氧原子；同时，在氧化塔4之后，未反应完全的自由基和活性氧原子进入烟囱6的棒栅层， 有效促进了棒栅层中喷淋液与烟气中硫氧化物、氮氧化物、非0价汞的反应。经过两次增效叠加，相信产生了上述协同效应。申请人相信，该协同效应的原理应接近上述推测，但上述推测不应视为对该协同效应的限定，即，即使不明了该协同效应产生的原理，该协同效应也是事实存在。根据申请人的实验测定，采用本发明的烟气除尘、脱硫、脱硝、脱汞和排烟的联合装置及工艺方法后，离开烟 排入大气的烟气中烟尘、硫化物、硝化物和汞的脱除效率最高可为99. 997%,99. 995%,99. 995%和99. 995%，其远远低于现有国家标准和地方标准的要求。作为对比，在同等处理工艺条件下，现有技术中离开烟囱排入大气的烟气中烟尘、硫化物、硝化物和汞的含量分别为一般为99. 9%,99.9%,99.9%,99. 9%，即前后两级棒栅和电催化氧化器联用工艺的脱除效率是现有技术的至少10倍以上，协同效应十分显著。当然，根据不同的环保标准，本发明的联合装置及工艺方法的烟气除尘、脱硫、脱硝、脱汞率可做调整，比如均降低到99. 99%。作为本发明的优选技术方案，可在整个装置中设置传感器、中央控制计算机和工艺控制装置，以实现工艺的综合控制和一体化控制。设置于棒栅水膜塔1烟气进口的第一传感器，监测烟气中的烟尘、硫化物、氮氧化物和汞的初始浓度并生成信号传输入中央控制计算机。中央控制计算机根据预先设定的洗涤强度，控制循环泵10及相关可控阀门，从而按照中央控制计算机设定的洗涤强度来调节喷淋液的供应量，从而控制棒栅水膜塔1对烟尘、硫化物、氮氧化物和汞(特别是汞)的脱除率。在棒栅水膜塔1烟气出口和电催化氧化器之间设置有第二传感器，该传感器监测离开棒栅水膜塔1烟气中的烟尘、硫化物、氮氧化物和汞的含量或浓度，并将生成信号传输入中央控制计算机。该信号值与中央控制计算机的预设值对比后，作出修正值，中央控制计算机通过前述运行过程微调棒栅水膜塔1的喷淋液供应量。同时，根据该监测值，中央控制计算机根据预设程序，发送信号给电催化氧化器3，从而控制电催化氧化器生成自由基和活性氧原子的生成数量，达到控制催化氧化烟气中氮氧化物、硫氧化物和汞的目的。在氧化塔4烟气出口和烟囱6烟气入口之间设置有第三传感器，该传感器监测离开氧化塔的烟尘、硫化物、氮氧化物和汞的浓度或含量，并生成电信号传输至中央控制计算机。中央控制计算机按照预设程序，根据该第三传感器的信号，与中央控制计算机的预设值对比后，作出修正值，反馈给电催化氧化器3，从而修正电催化氧化器产生的自由基及活性氧原子，以达到对烟气中硫化物、氮氧化物和汞的控制。同时，中央控制计算机根据第三传感器的检测值，控制烟 6的循环泵10和相应可控阀门，从而设定洗涤强度来调节烟囱6 棒栅层7喷淋液的供应量，进而控制烟@ 6中棒栅层7对烟尘、硫化物、氮氧化物和重金属 (特别是汞)的脱除率。在烟囱6烟气出口末端，安装有第四传感器，该传感器用于监测离开烟囱6排入大气的烟气中烟尘、硫化物、氮氧化物和汞浓度或含量，并将该监测结果传输至中央控制计算机。中央控制计算机按照预设值，与该第四传感器监测结果比较，然后做出修正值，修正烟囱6的喷淋液供应量。上述第一传感器 第四传感器可以是由单独的烟尘浓度传感器、硫化物传感器、 氮氧化物传感器和汞传感器组成的传感器组，也可以是一体设置或集成的烟尘、硫化物、氮氧化物和汞传感器。不论是单独的传感器还是一体设置或集成的传感器，均是现有产品， 可以通过市场购得成品或委托相关企业定制产品，本发明不再就其结构或原理再做详细描述。上述传感器类型的具体设置可由所属技术领域的技术人员按照现场工艺条件设置。中央控制计算机中的预设程序以及相应预设值，均是所属技术领域的常规技术。 预设程序的设定，可以是基于实验数据获得的经验公式，也可以是基于现有工艺手册的指引，不论基于何种手段，其均是现有技术，所属技术领域的技术人员可以在不付出创造性劳动的前提下获得，本发明不再就其详细描述。相应的预设值，同样可以基于相应实验数据的经验设定，或者是现有工艺手册的指引，其同样是现有技术，本发明也不再对其赘述。通过上述传感器、中央控制计算机和相应控制阀、循环泵等控制设备的设置，最终
12实现的结果是在保证排入大气的烟气达到相应标准的同时，实现整个工艺过程的最优化处理。经申请人实验验证，在实现相同烟气排放标准的前提下，采用上述传感器、中央控制计算机和控制设备的设置，可以节省喷淋液18%，整个工艺的能耗也降低了 14%。从其取得的技术效果来看，采用上述控制方式后，本发明实现了烟气除尘、脱硫、脱硝、脱汞和排烟的联合装置工艺过程的最优化，而且其产生的技术效果远远超出所属技术领域的技术人员的预期，取得了预料不到的技术效果。作为本发明附图1所示技术的改进，如附图2所示，本发明的除尘、脱硫、脱硝、脱汞和排烟联合装置采用竖直布置，即该联合装置主要包括内有棒栅层7的棒栅水膜塔1、 电催化氧化器3、氧化塔4、内有棒栅层7的烟囱6以及附属于棒栅水膜塔1和烟囱6的喷淋液循环系统。棒栅水膜塔1底部或下部具有烟气进口，氧化塔4烟气出口通过引风机5连接烟@ 6的烟气入口，棒栅水膜塔1和烟@ 6内部均设有棒栅层7，在棒栅层7上方设置有布水装置或喷淋装置，布水装置或喷淋装置与喷淋液循环系统流体连通。棒栅水膜塔1和氧化塔4共用一个塔体作为复合塔，塔体下半部分设置有棒栅层7和布水装置，构成棒栅水膜塔1，塔体上半部分外接电催化氧化器3，构成氧化塔4，棒栅水膜塔1和氧化塔4的复合塔体布置在基座内，基座之上布置烟 6，烟 6位于所述复合塔体的上方。为减轻基座的承受压力，本发明的烟囱6优选采用玻璃钢材质。烟气自复合塔的底部，即棒栅水膜塔1的底部进入，烟气自下而上穿过棒栅层7， 与来自布水器或喷淋装置的洗涤液逆流接触，烟气中的烟尘、硫氧化物、NO2和Hg2+从烟气中洗脱出来进入洗涤液，洗涤后的烟气继续上行进入复合塔的上半段，即氧化塔4。电催化氧化器产生氢氧自由基和活性氧原子，并将氢氧自由基和活性氧原子输送到氧化塔4，在氧化塔4的空间内，烟气与氢氧自由基和活性氧原子边混合边反应，烟气中的NO氧化生成NO2, Hg生成Hg2+，混合物穿过氧化塔4的空间后，经引风机5进入烟囱6的烟气入口。烟气在烟囱6内同样进行棒栅水膜除尘、脱硫、脱硝和脱汞，其与图1所示工艺相同，本发明不再赘述，经处理的烟气穿过烟囱6顶部设置的除雾器8，除去烟气夹带的雾沫和/或水汽后，排入大气。与图1所示的工艺相同，图2所示工艺同样具有喷淋液循环系统，整个装置同样设置传感器、中央控制计算机和工艺控制装置，实现工艺的综合控制和一体化控制，上述设置与图1相同，本发明不再就此赘述。相对于图1所示的装置，图2所示装置竖直设置，整个工艺设备的占地面积不到图 1的30%，大大节省了空间，其在空间紧张的旧工艺改造中，特别有利。其次，由于热烟气的比重小，上升动力大，相对于水平布置，本发明的各工艺设备竖直布置，可大大减少烟气运行的阻力，因此引风机的能耗大大下降，节省了能耗。申请人:声明，本发明采用上述方式进行详细描述，但不意味着本发明必须依赖上述详细设置才能实施。基于所属技术领域技术人员的理解，任何技术手段的等效替换或具体方式的选择，均落在本发明保护范围之内。
权利要求
1.一种烟气除尘、脱硫、脱硝、脱汞和排烟的联合装置，其特征在于，该联合装置主要包括内有棒栅层(7)的棒栅水膜塔(1)、电催化氧化器(3)、氧化塔G)、内有棒栅层(7)的烟囱(6)以及附属于棒栅水膜塔(1)和烟囱(6)的喷淋液循环系统；棒栅水膜塔(1)底部或下部具有烟气进口，其烟气出口通过烟道( 先后连接电催化氧化器C3)和氧化塔，氧化塔⑷烟气出口通过引风机(5)连接烟囱(6)的烟气入口，棒栅水膜塔⑴和烟囱(6) 内部均设有棒栅层(7)，在棒栅层(7)上方设置有布水装置或喷淋装置，布水装置或喷淋装置与喷淋液循环系统流体连通。
2.一种烟气除尘、脱硫、脱硝、脱汞和排烟的联合装置，其特征在于，该联合装置主要包括内有棒栅层(7)的棒栅水膜塔(1)、电催化氧化器(3)、氧化塔G)、内有棒栅层(7)的烟囱(6)以及附属于棒栅水膜塔(1)和烟囱(6)的喷淋液循环系统，棒栅水膜塔(1)底部或下部具有烟气进口，氧化塔⑷烟气出口通过引风机(5)连接烟囱(6)的烟气入口，棒栅水膜塔(1)和烟 (6)内部均设有棒栅层(7)，在棒栅层(7)上方设置有布水装置或喷淋装置，布水装置或喷淋装置与喷淋液循环系统流体连通，棒栅水膜塔(1)和氧化塔(4)共用一个塔体形成复合塔，复合塔下半部分设置棒栅层(7)和布水装置，构成棒栅水膜塔(1)，复合塔上半部分外接电催化氧化器(3)，构成氧化塔G)，棒栅水膜塔(1)和氧化塔的复合塔体布置在基座内，基座之上布置烟 (6)，烟 (6)位于所述复合塔体的上方。
全文摘要
本发明公开了一种烟气除尘、脱硫、脱硝、脱汞和排烟的联合装置，其主要包括内有棒栅层(7)的棒栅水膜塔(1)、电催化氧化器(3)、氧化塔(4)、内有棒栅层(7)的烟囱(6)以及附属于棒栅水膜塔(1)和烟囱(6)的喷淋液循环系统；棒栅水膜塔(1)先后连接电催化氧化器(3)和氧化塔(4)，氧化塔(4)烟气出口通过引风机(5)连接烟囱(6)的烟气入口，棒栅层(7)上方设置的布水装置或喷淋装置与喷淋液循环系统流体连通。本联合装置占地面积小，运行成本低，对烟气中污染物的脱除效率高，实现了烟气中除尘、脱硫、脱硝和脱汞的一体化控制。
文档编号B01D53/48GK102225303SQ20111010337
公开日2011年10月26日 申请日期2011年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者张蕊 申请人:张蕊