用于包含SCR脱硝系统的烟气净化设施的三氧化硫脱除设备和方法

技术领域

本发明涉及烟气脱硫领域，具体地涉及一种用于包含选择性催化还原(SCR)脱硝系统的烟气净化设施的三氧化硫脱除设备和方法。

背景技术

选择性催化还原(SCR)系统已广泛运用在燃煤机组的含氮氧化物(NO

然而，伴随着SCR脱硝系统的普及，也产生了与烟气中的三氧化硫(SO

然而，上述方法中，尽管化学剂用量很高，脱除效果却并不理想。对于在SCR脱硝系统中对三氧化硫的处理，仍有发展和改进的必要。

发明内容

本发明提供一种用于烟气净化设施的三氧化硫脱除设备，所述烟气净化设施包含设置在烟道中的选择性催化还原SCR脱硝系统，其特征在于，所述三氧化硫脱除设备包括：

吸收剂溶解箱，所述吸收剂溶解箱配置为容纳SO

压缩气体源，所述压缩气体源配置为提供压缩气体；和

雾化喷射单元，所述雾化喷射单元与所述吸收剂溶解箱及所述压缩气体源流体连通，并且配置为利用所述压缩气体将所述SO

可选地，所述吸收剂溶解箱包括吸收剂溶液加热装置。

可选地，所述雾化喷射单元配置为至少将所述SO

可选地，所述雾化喷射单元包括：

缓冲容器；

设置在所述缓冲容器中的雾化喷嘴，所述雾化喷嘴与所述吸收剂溶解箱及所述压缩气体源流体连通，并且配置为利用所述压缩气体将所述SO

设置在所述烟道中的格栅单元，所述格栅单元与所述缓冲容器的出口流体连通。

可选地，所述雾化喷射单元包括：

设置在所述烟道中的雾化喷嘴，所述雾化喷嘴与所述吸收剂溶解箱及所述压缩气体源流体连通，并且配置为利用所述压缩气体将所述SO

可选地，所述三氧化硫脱除设备还包括雾化喷嘴冷却装置。

可选地，所述雾化喷嘴冷却装置包括冷却气通路。

可选地，所述三氧化硫脱除设备包括控制系统，所述控制系统配置为控制所述雾化喷射单元，以在所述烟道中将吸收剂溶液喷射分区差异化。

在另一个方面，本发明提供一种用于烟气净化设施的三氧化硫脱除方法，所述烟气净化设施包含设置在烟道中的选择性催化还原SCR脱硝系统，其特征在于，所述方法包括：

使用SO

利用压缩气体将所述SO

可选地，在单位时间内，向所述烟道中喷射的所述SO

可选地，将所述SO

可选地，所述喷射在所述烟道中的喷射覆盖率为150％至200％。

可选地，根据所述烟气的SO

附图说明

图1示出了本发明的设备的一个实施方案的示意图。

图2示出了本发明的设备的又一个实施方案的示意图。

图3示出了本发明的设备的又一个实施方案的示意图。

图4示出了喷雾喷枪在烟道中的布置的一个实施方案的示意图。

具体实施方式

发明人发现，现有的对SCR脱硝系统中的三氧化硫的处理方法为了提高脱除效率，吸收剂用量急剧升高。例如，在CN104474897A中的天然碱浆液喷射方法中，天然碱与SO

至少为了以更低的吸收剂用量实现优异的三氧化硫脱除效果，本发明提供一种用于烟气净化设施的三氧化硫脱除设备，所述烟气净化设施包含设置在烟道中的选择性催化还原SCR脱硝系统，其特征在于，所述三氧化硫脱除设备包括：

吸收剂溶解箱，所述吸收剂溶解箱配置为容纳吸收剂溶液；

压缩气体源，所述压缩气体源配置为提供压缩气体；和

雾化喷射单元，所述雾化喷射单元与所述吸收剂溶解箱及所述压缩气体源流体连通，并且配置为利用所述压缩气体将所述吸收剂溶液雾化并喷射至所述烟道中。

本发明的三氧化硫脱除设备和方法用于包含选择性催化还原(SCR)脱硝系统的烟气净化设施，专门用于解决与SCR脱硝系统相关的烟气中的SO

本发明的三氧化硫脱除设备所适用的烟气净化设施包含设置在烟道中的SCR脱硝系统，烟气经由上游烟道进入SCR脱硝系统，脱硝后进入下游烟道。如下所述，本发明的三氧化硫脱除设备既可以在下游烟道脱除烟气中的三氧化硫，也可以在上游烟道中脱除烟气中的三氧化硫。

本发明的三氧化硫脱除设备包括三个主要部件：吸收剂溶解箱、压缩气体源和雾化喷射单元。

本发明的吸收剂溶解箱用于容纳SO

吸收剂溶解箱还可以具有辅助SO

吸收剂溶解箱通过流体连通的管道向将在下文详细描述的雾化喷射单元提供SO

在一个实施方案中，为了向吸收剂溶解箱中提供吸收剂溶液，可以在吸收剂溶解箱上游设置吸收剂储备容器和除盐水提供系统。按比例从吸收剂储备容器提供吸收剂且从除盐水提供系统提供除盐水，使两者在吸收剂溶解箱中混合均匀，形成吸收剂溶液。

当吸收剂原料颗粒大时，优选地，在提供到吸收剂溶解之前，使用吸收剂研磨装置将其研磨至粒径在20mm以下。研磨可以使吸收剂颗粒变小且变均匀，提高吸收剂溶解速度。由于研磨的目的是促进溶解，因此可以不必研磨过细。例如，可以研磨至粒径在0.5mm以上、1mm以上、或5mm以上。

三氧化硫脱除设备中的压缩气体源用于为雾化喷射单元提供经过压缩的气体，也可称为高压气体。压缩气体的高压可以同时起到将吸收剂溶液雾化和喷射的作用。典型地且优选地，压缩气体源为压缩空气源。空气源易得并且不会对烟气处理造成不利影响。压缩气体的压力可以为2-5bar。压缩气体与吸收剂溶液的流量比通常为100至600。可以通过需要达到的覆盖率、雾化效果调节压缩气体压力和流量。

三氧化硫脱除设备中的雾化喷射单元的作用是将吸收剂溶液以雾化液滴的形式喷射到烟道中以吸收SO

本发明的三氧化硫脱除设备通过形成吸收剂溶液喷雾来实现三氧化硫的脱除。与直接喷射吸收剂粉末的干法脱除相比，本发明的喷雾可以实现吸收剂的进一步细化，从而提高脱除效率。发明人发现，在干法脱除中，例如在CN104474897A所述的方法中，喷射的吸收剂粉末即使已经研磨至50微米以下，但作为在烟道中的SO

本发明使用借助压缩气体进行的喷雾法提供吸收剂与烟气接触。雾化的微液滴的尺寸小，并且易于悬浮在烟气中，因此吸收剂的利用效率远远高于喷射干燥吸收剂粉末的方式。在压缩气体的作用下，雾化的微液滴与烟气接触充分，保证溶液中的吸收剂均可以充分得到利用，避免了喷射浆液方法中的浪费。

微液滴与高温烟气接触，可以使水分挥发，干燥的吸收剂可以与烟气直接接触。而且，也可以是三氧化硫先溶解到微液滴中并中和生成盐，随后水分再完全蒸发。在雾化的吸收剂液滴在烟气中悬浮期间，上述两种机制共同作用，使得吸收剂溶液中的吸收剂充分得到利用。理想情况下，水充分挥发，吸收剂的利用率可以接近100％，从而大大节省吸收剂用量，还可以减少除尘和除液的负担。

通过压缩气体雾化获得的喷雾液滴的体积中位数直径可以在1000微米以下、500微米以下、200微米以下、甚至50微米以下，更优选10-30微米，还更优选15-25微米。不依赖于任何理论，雾化液滴越小，其中的吸收剂与烟道中的烟气越容易充分反应。可以根据烟气中的具体硫含量、流速、温度等适当设计喷雾液滴的直径。

脱除三氧化硫后，吸收剂溶液中的水分变为烟气中无害的水蒸气最终排出。形成的干燥的盐固体可以在经过除尘装置如布袋除尘器时从烟气中去除。

雾化喷射的吸收剂溶液的温度明显低于烟气温度，会使烟气产生降温。但是，由于使用雾化方式提供吸收剂溶液，与例如喷淋浆液方式相比，吸收剂可以得到充分利用，因此所用的水量大为减少，总的热容量小，使得烟气降温幅度很小。因此，本发明的方法也可以用在SCR脱硝系统上游，不会因为烟气温度大幅下降对催化反应造成不利影响。相反，大量喷射浆液的方式会使烟气明显降温，无法在SCR脱硝系统的上游使用。

优选地，吸收剂溶解箱还包括吸收剂溶液加热装置。加热装置，如加热器或换热器，用于使溶液高于环境温度，例如处于使吸收剂溶解度更大的温度，以增加吸收剂在水中的溶解度，同时也防止因温度降低导致溶液过饱和而产生结晶等问题。不过，温度过高时，水分蒸发量过大，溶液不稳定并且对吸收剂溶解箱的结构要求高。优选地，吸收剂溶液温度控制在20℃至80℃，更优选30℃至60℃，更优选30℃至50℃，更优选40℃至50℃。在此温度范围下，吸收剂溶解度比较大，且溶液中水分蒸发量不大。此外，将吸收剂溶液的温度升高还可以使得如上所述的对烟气的降温作用进一步减小，更加适合于用于SCR脱硝系统的上游。吸收剂溶解箱还优选具有保温的壳体，提高溶液加热效果。吸收剂溶解箱还优选具有测温装置，以便对加热装置进行控制。

本发明中，喷射雾化的吸收剂溶液的位置可以是在所述SCR脱硝系统的上游和/或下游的烟道中。如前所述，通入SCR脱硝系统的烟气中若SO

更具体的喷射位置可以是SCR脱硝系统入口、SCR脱硝系统出口、空气预热器出口、以及湿法脱硫吸收塔入口。SCR脱硝系统入口是在SCR喷氨工艺上游的位置。SCR脱硝系统出口可以是在SCR反应器出口与空气预热器入口之间的位置。此处的空气预热器是SCR脱硝系统的尾气处理中的常规装置，用于回收利用尾气热能。该烟道也可以设置在空气预热器出口处。该烟道还可以设置在湿法脱硫吸收塔之前。此处的湿法脱硫吸收塔是SCR脱硝系统的尾气处理中的常规装置，用于脱除其中的二氧化硫。

雾化喷射单元有多种具体实施方式。在设计雾化喷射单元时，如何在高温烟气环境下实现雾化液滴的喷射是需要特别解决的问题。

在本发明的一个实施方案中，雾化喷射单元包括：

缓冲容器；

设置在所述缓冲容器中的雾化喷嘴，所述雾化喷嘴与所述吸收剂溶解箱及所述压缩气体源流体连通，并且配置为利用所述压缩气体将所述SO

设置在所述烟道中的格栅单元，所述格栅单元与所述缓冲容器的出口流体连通。

在此实施方案中，设置缓冲容器，例如缓冲室。缓冲容器的作用是在烟道外预先形成含有吸收剂雾滴的气体，含有吸收剂雾滴的气体随后进一步喷入到烟道中。缓冲容器的优点是，可以在与烟道环境无关的环境中进行雾化并形成含有雾滴的气体，从而烟道的具体环境如烟道温度、烟气流动等不影响雾化过程。

压缩气体在缓冲容器的中设置的雾化喷嘴处将吸收剂溶液雾化，使得缓冲容器中充有携带大量吸收剂溶液雾滴的气体。雾化喷嘴可以设置在缓冲容器的入口处。后续不断通入的压缩气体进一步驱动溶液雾滴离开缓冲容器，并且经过流体连通管道到达设置在烟道中的一个或多个格栅单元，从格栅单元进入烟道，并且随之将吸收剂溶液雾滴带入烟道，与烟气中的三氧化硫发生反应。

格栅单元是对气体起引导作用的栅格型结构，其可以控制气体向烟道中喷射的位置、角度和气流粗细等，但并不对气体进行主动的加压或加速。可以根据烟道的具体形状和烟气流场分布设置格栅单元的具体结构，以获得合适的喷射气体和雾滴。更优选地，格栅单元是分区可调的，以实现烟道中的精细分区控制。

在本发明的另一个实施方案中，所述雾化喷射单元包括：

设置在所述烟道中的雾化喷嘴，所述雾化喷嘴与所述吸收剂溶解箱及所述压缩气体源流体连通，并且配置为利用所述压缩气体将所述SO

在此实施方案中，可以由设置在烟道中的雾化喷嘴直接在烟道中形成喷雾。雾化喷嘴可以为喷枪的形式。喷雾可以由一个或多个雾化喷嘴完成。雾化喷嘴可以是常规的利用压缩气体进行喷雾的喷嘴。优选地，可以根据烟道的具体形状和烟气流场分布设置雾化喷嘴的位置、角度、喷雾形态等，以获得合适的喷射气体和雾滴。更优选地，雾化喷嘴是分区可调的，以实现烟道中的精细分区控制。

发明人发现，直接在烟道中设置雾化喷嘴需要考虑烟道环境的影响。特别是，在高温烟气的情况下，尤其是例如当烟道在SCR脱硝系统的上游时，烟气温度很高。此时，喷嘴口周围的局部承受高温环境，可能导致部分靠近喷嘴口壁的吸收剂溶液尚未充分雾化和喷出喷嘴，其中的水分便已完全蒸发，从而导致喷嘴堵塞等问题。在此情况下，三氧化硫脱除设备可以还包括雾化喷嘴冷却装置。冷却装置用于使喷嘴口周围处于相对于烟气较低温的环境，从而使吸收剂溶液的雾化和喷射可以顺利完成。

烟道中的雾化喷嘴冷却装置与吸收剂溶解箱的加热装置可以配合作用，使得雾化的吸收剂可以以合适的温度通过喷嘴进入烟道，既不因为喷嘴周边局部温度过高导致喷嘴堵塞或失效，也不因为主体吸收剂喷雾温度过低导致吸收剂过早析出或烟气温度明显下降。

冷却装置可以采用多种合适的形式。例如，可以设置水冷部件来实现冷却。更优选地，雾化喷嘴冷却装置使用冷却气冷却所述雾化喷嘴。冷却气可以直接排入烟道中，结构简单。具体地，可以选用压缩空气为冷却气体。冷却气体可以为任何温度低于烟气的气体，优选直接使用室温气体，如环境空气。可以通过实际需要调节冷却气体的流量。为此，雾化喷嘴冷却装置可以包括冷却气通路。所述冷却气通路与所述雾化喷嘴中的吸收剂溶液通路可以是相互独立的，例如通过喷嘴外的夹层喷入烟道。此时，冷却气单纯起到冷却和保护喷嘴的作用，不对吸收剂溶液的雾化造成过多干扰。不过，为了简单，冷却气通路也可以直接通知吸收剂溶液通路即喷嘴内，与吸收剂溶液一起喷出，在此过程中参与吸收剂溶液的雾化。无论如何，在本发明中，在使用冷却装置时，适当调节喷嘴口附近的温度，保证吸收剂溶液正常喷雾，同时又不对烟气温度造成大幅下降。

无论采取格栅单元、雾化喷嘴还是其他可行的喷射部件完成在烟道中的喷射，都应根据烟道状况设置上游管路，以适当地分配携带吸收剂溶液的雾滴或吸收剂溶液。而且，喷射部件可以沿烟道长度方向上设置多层，以充分覆盖烟道。优选地，雾化喷射对烟道的覆盖率为150％至200％，过低影响SO

本发明的三氧化硫脱除设备还可以包括控制系统，所述控制系统配置为控制所述雾化喷射单元，以在所述烟道中将吸收剂溶液喷射分区差异化。分区差异化是指在烟道的不同区域雾化和喷射参数不同。例如，可以具有不同的喷射量。本发明的控制系统可以根据对烟道内流场的测量或模拟，分区控制雾化喷射，实现差异化。

在一个实施方案中，本发明的三氧化硫脱除设备还可以包括多个吸收剂溶解箱或多个压缩气体源，从而可以同时提供浓度不同的吸收剂和气体压力，更便于分区差异化雾化喷射的实施。

本发明还提供一种用于烟气净化设施的三氧化硫脱除方法，所述烟气净化设施包含设置在烟道中的选择性催化还原SCR脱硝系统，其特征在于，所述方法包括：

使用SO

利用压缩气体将所述SO

本发明的方法可以使用本发明的设备实施。本发明的方法相对于干法或浆液法具有前述的优点。

优选地，在单位时间内，向所述烟道中喷射的所述SO

如上所述，在烟道中的喷射覆盖率优选为150％至200％。

优选地，将SO

优选地，根据烟气的SO

优选地，吸收剂溶液中吸收剂质量浓度为10％至30％。浓度过低时，水含量过大，吸收剂携带效率较低。浓度过高时，容易因温度降低析出晶体，或者在高温下过快干燥，两种情况都对喷射部件的连续工作不利。

图1示出了本发明的设备的一个实施方案的示意图。如图1所示，吸收剂溶解箱1与作为压缩气体源的压缩空气源2都流体连通至雾化喷射单元3，分别提供SO

图2示出了本发明的设备的又一个实施方案的示意图。图2中，雾化喷射单元具体包括：缓冲容器32；在缓冲容器中设置的雾化喷嘴31，雾化喷嘴配置为利用压缩空气将吸收剂溶液雾化并喷射到缓冲容器中；和设置在烟道中的多个格栅单元33，格栅单元与缓冲容器的出口流体连通。这样，首先在缓冲容器中形成携带雾化的吸收剂溶液的气体，该气体进一步通过喷射格栅喷射入烟道。如此，雾化过程与喷射过程分开，不受烟道环境影响。

图3示出了本发明的设备的又一个实施方案的示意图。图3中，雾化喷射单元具体包括：设置在烟道中的作为雾化喷嘴的喷枪31。吸收剂溶液在压缩空气的作用下从喷枪直接喷射到烟道中。由于喷枪处于烟道中，烟道中的高温烟气可能使得吸收剂溶液过早干燥，不利于形成喷雾。在此实施方案中，同时向喷枪喷嘴周围提供冷却气8。冷却气可以是温度为室温的压缩气体。由于冷却气的持续通入，喷枪的温度可以始终保持在不会使得吸收剂溶液过快蒸发的温度下，从而实现持续的雾化喷射。

实施例

实施例1

采用图2所示的三氧化硫脱除设备，对包含选择性催化还原SCR脱硝系统的烟气净化设施的烟气进行三氧化硫脱除。

喷射格栅所处的位置在烟气净化设施的SCR出口直管段位置。在该位置上游测得烟气温度为340℃，其中SO

选用碳酸钠(Na

开始运行后，测量喷射格栅下游烟气中的SO

1小时后，再次测量格栅上游烟气中SO

测量喷射格栅下游烟气中的SO

经处理后的SO

由此可见，本实施例以较低的吸收剂用量达到了出色的三氧化硫脱除效果，保证了SCR脱硝系统的正常工作。

实施例2

采用图3所示的三氧化硫脱除设备，对包含选择性催化还原SCR脱硝系统的烟气净化设施的烟气进行三氧化硫脱除。其中，在烟道中设置多个喷枪。

喷枪所处的位置在烟气净化设施的SCR出口直管段位置。在该位置处，测得烟气温度为330℃，其中SO

选用碳酸钠为吸收剂，将其细磨至粒径为20mm以下，充入吸收剂溶解箱中，同时向吸收剂溶解箱通入除盐水，并且加热至40℃，形成质量浓度为20％的吸收剂溶液。将吸收剂溶液以1.5m

开始运行后，测量喷枪下游烟气中的SO

1小时后，再次测量喷枪上游烟气中SO

测量喷枪下游烟气中的SO

经处理后的SO

由此可见，本实施例也以较低的吸收剂用量达到了出色的三氧化硫脱除效果，保证了SCR脱硝系统的正常工作。

实施例3

与实施例2类似，采用图3所示的三氧化硫脱除设备，对包含选择性催化还原SCR脱硝系统的烟气净化设施的烟气进行三氧化硫脱除。区别在于，喷枪设置在SCR系统的喷氨装置的上游。此外，在SCR反应器前设置有布袋除尘器。实验结果表明，进入SCR系统的烟气中得到了充分脱硫，完全避免了SCR反应器中催化剂因三氧化硫而失活的问题。同时，烟气温度未明显降低，SCR反应可以正常进行。

本发明的设备和方法通过雾化喷射吸收剂溶液，以较低的吸收剂用量达到了出色的三氧化硫脱除效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。