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一种工业 锅炉烟气除湿脱硫脱硝系统及方法

阅读：721发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种工业锅炉烟气除湿脱硫脱硝系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明一种工业锅炉烟气除湿脱硫脱硝系统及方法，所述系统包括依次连接的除湿脱硫系统、烟气加热器和低温脱硝系统；除湿脱硫系统包括除湿脱硫塔、增压风机和中空纤维膜吸收器；除湿脱硫塔底部为烟气进口连接增压风机，顶部为烟气出口，中部设置用于吸收二氧化硫和水蒸汽的中空纤维膜吸收器；中空纤维膜吸收器的输入端连接吸收液供给单元，输出端连接吸收液再生单元；烟气加热器入口连接在连接除湿脱硫塔顶部的烟气出口；低温脱硝系统包括脱硝塔，氨水供给单元和若干低温SCR催化剂单元；脱硝塔底部烟气进口通过引风机连接烟气加热器的出口，氨水供给单元连接设置在脱硝塔的进烟烟道内的喷氨格栅，若干低温SCR催化剂单元依次设置在脱硝塔内。，下面是一种工业锅炉烟气除湿脱硫脱硝系统及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种工业锅炉烟气除湿脱硫脱硝系统，其特征在于，包括依次连接的除湿脱硫系统、烟气加热器(9)和低温脱硝系统；
所述的除湿脱硫系统包括除湿脱硫塔(1)、增压风机(2)和中空纤维膜吸收器；除湿脱硫塔(1)底部为烟气进口连接增压风机(2)，顶部为烟气出口，中部设置用于吸收二氧化硫和水蒸汽的中空纤维膜吸收器；中空纤维膜吸收器的输入端连接吸收液供给单元，输出端连接吸收液再生单元；
所述的烟气加热器(9)入口连接在连接除湿脱硫塔(1)顶部的烟气出口；
所述的低温脱硝系统包括脱硝塔，氨水供给单元和若干低温SCR催化剂单元；脱硝塔底部烟气进口通过引风机(10)连接烟气加热器(9)的出口，氨水供给单元连接设置在脱硝塔的进烟烟道内的喷氨格栅，若干低温SCR催化剂单元依次设置在脱硝塔内。
2.根据权利要求1所述的一种工业锅炉烟气除湿脱硫脱硝系统，其特征在于，所述的中空纤维膜吸收器由两种中空纤维膜串联组成，底部为疏水性聚丙烯纤维膜(3a)，用于脱除烟气中二氧化硫；上部分为SPEEK/PES亲水复合膜(3b)，用于去除烟气中水蒸气。
3.根据权利要求1所述的一种工业锅炉烟气除湿脱硫脱硝系统，其特征在于，吸收液供给单元包括依次连接在中空纤维膜吸收器的输入端的吸收液输送泵(5)、输入调节阀和吸收液储存罐(4)。
4.根据权利要求1所述的一种工业锅炉烟气除湿脱硫脱硝系统，其特征在于，吸收液再生单元包括依次连接在中空纤维膜吸收器的输出端的输出调节阀(6)、压力维持泵(7)和吸收液再生池(8)。
5.根据权利要求1所述的一种工业锅炉烟气除湿脱硫脱硝系统，其特征在于，所述的氨水供给单元包括依次连接的氨水储罐(11)、氨水计量泵(12)、氨蒸发器(13)和氨缓冲罐(14)，氨缓冲罐(14)的输出端连接喷氨格栅。
6.根据权利要求1所述的一种工业锅炉烟气除湿脱硫脱硝系统，其特征在于，低温SCR催化剂单元包括沿烟气方向依次设置的三层低温SCR催化剂单元(15a，15b，15c)。
7.一种工业锅炉烟气除湿脱硫脱硝方法，其特征在于，基于权利要求1-6任意一项所述的系统，其包括如下步骤，
步骤1，烟气进入脱硫除湿塔(1)后经过中空纤维膜吸收器先脱硫后除湿；吸收液储存罐(4)通过输入调节阀与吸收液输送泵(5)连接，将吸收液输送至纤维膜吸收器管程，并且由输出调节阀(6)与压力维持泵(7)调节纤维膜管程内真空度，同时吸收了二氧化硫和水蒸气的吸收液输送至吸收液再生池(8)，在吸收液再生池(8)经过氧化沉淀生成硫酸铵；
步骤2，烟气经过除湿脱硫后由除湿脱硫塔(1)顶部排出后，进入烟气加热器(9)加热至脱硝温度后由引风机(10)进入脱硝塔底部；供给的氨水经过喷氨格栅喷入烟道，与从脱硝塔底部进入的烟气充分混合后，在若干低温SCR催化剂单元逐次进行脱硝反应。
8.根据权利要求7所述的一种工业锅炉烟气除湿脱硫脱硝方法，其特征在于，步骤1中，中空纤维膜吸收器管程内部循环吸收液为稀氨水，质量浓度为0.5～0.8％，中空纤维膜吸收器内真空度维持在0.06MPa～0.1MPa；通入除湿脱硫塔的烟气速度为0.1m/s～0.6m/s，温度为70～90℃，气液比为(75～100):1。
9.根据权利要求7所述的一种工业锅炉烟气除湿脱硫脱硝方法，其特征在于，步骤1中，底部疏水性聚丙烯纤维膜孔径为0.075～0.82μm；所述的上部SPEEK/PES亲水复合膜的磺化度为40％～60％。
10.根据权利要求7所述的一种工业锅炉烟气除湿脱硫脱硝方法，其特征在于，步骤2中，氨水经过氨水计量泵(12)输送至氨水蒸发器(13)，氨水或者液氨经氨水蒸发器(13)转化成气态NH3从氨水蒸发器(13)顶部输出至氨缓冲罐(14)，在氨缓冲罐(14)中与空气混合稀释后经过喷氨格栅喷入烟道；
所述的氨气与空气混合稀释后，二者体积比为1：(2.5～4)；低温脱硝过程氨气与NOx的摩尔比为(1～1.25)：1；脱硝采用二氧化钛为载体，以铈和钒金属氧化物为活性组分的低温SCR催化剂，反应活性温度仅为100～180℃。

说明书全文

一种工业锅炉烟气除湿脱硫脱硝系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及工业锅炉烟气净化技术领域，具体为一种工业锅炉烟气除湿脱硫脱硝系统及方法。

背景技术

[0002] 在我国，燃煤工业锅炉广泛应用于各种工业生产之中，其每年消耗标煤约四亿吨，约占全国煤炭消耗总量的四分之一左右，产生了大量的二氧化硫和氮氧化物等污染物。随着环保形势的日益严峻，对工业锅炉烟气的治理也越来越严格。

[0003] 但由于工业锅炉排烟温度较低，一般只有120～140℃，适用于净化工业锅炉烟气的手段还相对匮乏。其中，低温型选择性催化氧化还原SCR烟气脱硝技术以其低温，低尘和高脱硝效率等优点，领先于其它烟气脱硝技术。对于低温SCR脱硝工艺，其核心是低温SCR催化剂，研究表明Mn、Ce基低温SCR催化剂在200℃温度下脱硝效率可达到90％，但在水蒸汽存在的条件下，催化剂表面会形成一层水膜，水膜会对NOx、NH3与催化剂活性位点的结合造成阻力，而SO2主要通过活性组分硫酸盐化和硫酸铵沉积引起催化剂活性下降。因此，在烟气温度不变的前提下，降低烟气中的水蒸汽和SO2含量，保证低温催化剂处于最佳工作环境，是当前急需解决的关键问题。

[0004] 目前，常用的烟气除湿技术主要有冷却冷凝技术、液体吸收技术和膜分离技术，前两种技术通过改变烟气温度和压力来去除水蒸汽，不利于烟气后续低温脱硝反应；虽然膜分离技术能够不改变烟气温度和压力进行水蒸汽的去除，但是无法脱硫脱硝同时进行，导致整体工艺线较长，工艺复杂。

发明内容

[0005] 针对现有技术中存在低温脱硝催化剂抗水抗硫性不足的问题，本发明提供一种工业锅炉烟气除湿脱硫脱硝系统及方法，设计合理，能够联合除湿脱硫脱硝，工艺简单、能耗低、无有害物质进入环境中，提高低温SCR催化剂有效使用寿命。

[0006] 本发明是通过以下技术方案来实现：

[0007] 一种工业锅炉烟气除湿脱硫脱硝系统，包括依次连接的除湿脱硫系统、烟气加热器和低温脱硝系统；

[0008] 所述的除湿脱硫系统包括除湿脱硫塔、增压风机和中空纤维膜吸收器；除湿脱硫塔底部为烟气进口连接增压风机，顶部为烟气出口，中部设置用于吸收二氧化硫和水蒸汽的中空纤维膜吸收器；中空纤维膜吸收器的输入端连接吸收液供给单元，输出端连接吸收液再生单元；

[0009] 所述的烟气加热器入口连接在连接除湿脱硫塔顶部的烟气出口；

[0010] 所述的低温脱硝系统包括脱硝塔，氨水供给单元和若干低温SCR催化剂单元；脱硝塔底部烟气进口通过引风机连接烟气加热器的出口，氨水供给单元连接设置在脱硝塔的进烟烟道内的喷氨格栅，若干低温SCR催化剂单元依次设置在脱硝塔内。

[0011] 优选的，所述的中空纤维膜吸收器由两种中空纤维膜串联组成，底部为疏水性聚丙烯纤维膜，用于脱除烟气中二氧化硫；上部分为SPEEK/PES亲水复合膜，用于去除烟气中水蒸气。

[0012] 优选的，吸收液供给单元包括依次连接在中空纤维膜吸收器的输入端的吸收液输送泵、输入调节阀和吸收液储存罐。

[0013] 优选的，吸收液再生单元包括依次连接在中空纤维膜吸收器的输出端的输出调节阀、压力维持泵和吸收液再生池。

[0014] 优选的，所述的氨水供给单元包括依次连接的氨水储罐、氨水计量泵、氨蒸发器和氨缓冲罐，氨缓冲罐的输出端连接喷氨格栅。

[0015] 优选的，低温SCR催化剂单元包括沿烟气方向依次设置的三层低温SCR催化剂单元。

[0016] 一种工业锅炉烟气除湿脱硫脱硝方法，基于上述任意一项所述的系统，其包括如下步骤，

[0017] 步骤1，烟气进入脱硫除湿塔后经过中空纤维膜吸收器先脱硫后除湿；吸收液储存罐通过输入调节阀与吸收液输送泵连接，将吸收液输送至纤维膜吸收器管程，并且由输出调节阀与压力维持泵调节纤维膜管程内真空度，同时吸收了二氧化硫和水蒸气的吸收液输送至吸收液再生池，在吸收液再生池经过氧化沉淀生成硫酸铵；

[0018] 步骤2，烟气经过除湿脱硫后由除湿脱硫塔顶部排出后，进入烟气加热器加热至脱硝温度后由引风机进入脱硝塔底部；供给的氨水经过喷氨格栅喷入烟道，与从脱硝塔底部进入的烟气充分混合后，在若干低温SCR催化剂单元逐次进行脱硝反应。

[0019] 优选的，步骤1中，中空纤维膜吸收器管程内部循环吸收液为稀氨水，质量浓度为0.5～0.8％，中空纤维膜吸收器内真空度维持在0.06MPa～0.1MPa；通入除湿脱硫塔的烟气速度为0.1m/s～0.6m/s，温度为70～90℃，气液比为(75～100):1。

[0020] 优选的，步骤1中，底部疏水性聚丙烯纤维膜孔径为0.075～0.82μm；所述的上部SPEEK/PES亲水复合膜的磺化度为40％～60％。

[0021] 优选的，步骤2中，氨水经过氨水计量泵输送至氨水蒸发器，氨水或者液氨经氨水蒸发器转化成气态NH3从氨水蒸发器顶部输出至氨缓冲罐，在氨缓冲罐中与空气混合稀释后经过喷氨格栅喷入烟道；

[0022] 所述的氨气与空气混合稀释后，二者体积比为1：(2.5～4)；低温脱硝过程氨气与NOx的摩尔比为(1～1.25)：1。脱硝采用二氧化钛为载体，以铈和钒金属氧化物为活性组分的低温SCR催化剂，反应活性温度仅为100～180℃。

[0023] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

[0024] 本发明工业锅炉烟气在低温下除湿脱硫脱硝系统，是将膜脱除技术与低温SCR脱硝技术相结合，形成一种联合除湿脱硫脱硝技术。纤维膜除湿脱硫法利用气体渗透速率差异实现气体分离过程，由于膜两侧压差，烟气组分趋向纤维膜内部渗透侧，由于纤维膜表面有相应的选择层，具有选择分离作用，二氧化硫和水蒸气可以通过，而其余组分不能通过，可以实现在一个脱硫塔进行脱硫除湿过程，且该过程并无热量交换，所以不影响烟气的温度，且过程中产生的硫酸铵可作为化肥产出，并回收烟气中部分水蒸气实现资源的循环利用。

[0025] 进一步的，脱硝采用二氧化钛为载体，以铈和钒金属氧化物等为活性组分的低温SCR催化剂，反应活性温度仅为100～180℃，低于常规低温SCR催化剂的反应温度120～300℃。

[0026] 本发明提出的工业锅炉烟气在低温下除湿脱硫脱硝方法，具有工艺简单、能耗低、无有害物质进入环境中，提高低温SCR催化剂有效使用寿命等优点，便于在工业锅炉中推广应用。附图说明

[0027] 图1为本发明的低温除湿脱硫脱硝工艺流程图

[0028] 图中：除湿脱硫塔 1，增压风机 2，疏水性聚丙烯纤维膜 3a，SPEEK/PES亲水复合膜 3b，吸收液储存罐 4，吸收液输送泵 5，调节阀 6，压力维持泵 7，吸收液再生池 8，烟气加热器 9，引风机,10，氨水储罐 11，氨水计量泵 12，氨蒸发器 13，氨缓冲罐 14，三层低温SCR催化剂单元 15a、15b、15c。

具体实施方式

[0029] 下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

[0030] 本发明一种工业锅炉除湿脱硫脱硝系统，包括除湿脱硫系统和低温脱硝系统。所述的除湿脱硫系统用于对烟气进行脱硫同时除湿，除湿脱硫塔1底部为进气口通过管路与增压风机2连接，烟气进入脱硫除湿塔1后经过中空纤维膜吸收器先脱硫后除湿。吸收液储存罐4经过输入调节阀连接到吸收液输送泵5，将吸收液输送至中空纤维膜吸收器管程内部并且由输出调节阀6和压力维持泵7调节纤维膜管程内真空度。吸收了二氧化硫和水蒸气的吸收液输送至吸收液再生池8，在吸收液再生池8经过氧化沉淀生成硫酸铵可作为化肥原料。烟气经过除湿脱硫后由脱硫除湿塔1塔顶部排出进入烟气加热器9，加热至脱硝温度后由引风机10进入脱硝塔底部。脱硝采用二氧化钛为载体，以铈和钒金属氧化物等为活性组分的低温SCR催化剂，反应活性温度仅为100～180℃，低于常规低温SCR催化剂的反应温度120～300℃。本发明通过中空纤维膜吸收器实现的膜气体吸收法，不仅设备紧凑，而且有较高的有效传质表面积和传质速率，使得纤维膜除湿脱硫法可以实现在一个脱硫塔进行脱硫除湿过程，而不影响烟气的温度，过程中产生的硫酸铵可作为化肥产出，有效降低水蒸汽和二氧化硫对低温SCR催化剂的影响，提高低温SCR催化剂有效使用寿命。

[0031] 具体的，如图1所示，本发明一种工业锅炉烟气除湿脱硫脱硝系统，包括除湿脱硫系统和低温脱硝系统；

[0032] 所述的除湿脱硫系统用于对烟气进行脱硫同时除湿，包括除湿脱硫塔1、增压风机2、中空纤维膜吸收器，与中空纤维膜吸收器对应设置的输出调节阀6、压力维持泵7、吸收液储存罐4、吸收液输送泵5和吸收液再生池8。除湿脱硫塔1底部为进气口通过管路与增压风机2连接，烟气进入脱硫除湿塔1后经过中空纤维膜吸收器先脱硫后除湿。吸收液储存罐4通过输入调节阀与吸收液输送泵5连接，将吸收液输送至纤维膜吸收器管程，并且由输出调节阀6与压力维持泵7调节纤维膜管程内真空度，同时吸收了二氧化硫和水蒸气的吸收液输送至吸收液再生池8，在吸收液再生池8经过氧化沉淀生成硫酸铵可作为化肥原料。烟气经过除湿脱硫后由除湿脱硫塔1顶部排出后，进入烟气加热器9加热至脱硝温度后由引风机10进入脱硝塔底部。

[0033] 所述的低温脱硝系统包括氨水储罐11、氨水计量泵12、氨蒸发器13、氨缓冲罐14和三层低温SCR催化剂单元15a，15b，15c，对烟气进行低温脱硝。其中，氨水储罐11底部与氨水计量泵12相连，氨水经过氨水计量泵12输送至氨水蒸发器13，氨水或者液氨经氨水蒸发器13转化成气态NH3从氨水蒸发器13顶部输出至氨缓冲罐14，在氨缓冲罐14中与空气混合稀释，再经过喷氨格栅喷入烟道，与烟气充分混合后，在低温SCR催化剂单元进行脱硝反应。

[0034] 在本发明上述方案中，所述的中空纤维膜吸收器由两种中空纤维膜串联组成，底部为疏水性聚丙烯纤维膜3a，用于脱除烟气中二氧化硫；上部分为SPEEK/PES亲水复合膜3b，用于去除烟气中水蒸气。

[0035] 在本发明上述方案中，所述的中空纤维膜吸收器管程内部循环吸收液为稀氨水，质量浓度为0.5～0.8％，温度为70～90℃，气液比为(75～100):1。

[0036] 在本发明上述方案中，所述中空纤维膜吸收器内部与压力维持泵7连通，所述的中空纤维膜吸收器内真空度维持在0.06MPa～0.1MPa。

[0037] 在本发明上述方案中，所述的底部疏水性聚丙烯纤维膜孔径为0.075～0.82μm。

[0038] 在本发明上述方案中，所述的上部SPEEK/PES亲水复合膜的磺化度为40％～60％。

[0039] 在本发明上述方案中，所述的除湿脱硫过程烟温为70～90℃

[0040] 在本发明上述方案中，所述的通入除湿脱硫塔的烟气速度为0.1m/s～0.6m/s。

[0041] 在本发明上述方案中，所述的低温脱硝过程氨气与NOx的摩尔比控制在(1～1.25)：1范围内。氨气与空气混合稀释后，二者体积比例控制在1：(2.5～4)。

[0042] 在本发明上述方案中，所述的低温脱硝催化剂是以锐钛矿型纳米二氧化钛为载体，以铈和钒金属氧化物等为活性组分的低温SCR催化剂。反应活性温度为100～180℃，NOx浓度适应范围，脱硝效率在80％以上。

[0043] 实施例1

[0044] 1)将烟气通过增压风机2输送至除湿脱硫塔1，通过两种中空纤维膜串联形成的中空纤维膜吸收器对烟气进行除湿脱硫处理，所述的吸收液质量浓度为0.5％，温度为70℃，气液比为75:1，纤维膜吸收器管程内部真空度为0.06MPa。

[0045] 2)除湿脱硫后的烟气进入烟气加热器加热至100℃，再经由引风机进入脱硝塔。

[0046] 3)温度为100℃的烟气进入低温脱硝塔进行低温脱硝处理，所述的低温脱硝催化剂是以锐钛矿型纳米二氧化钛为载体，以铈和钒金属氧化物等为活性组分的低温SCR催化剂，低温脱硝过程氨气与NOx的摩尔比控制在1：1。稀释后的氨气与空气混合，二者体积比例为1：2.5。

[0047] 4)经过低温脱硝后的烟气从烟囱排出，即可。

[0048] 实施例2

[0049] 1)将烟气通过增压风机2输送至除湿脱硫塔1，通过两种中空纤维膜串联形成的中空纤维膜吸收器对烟气进行除湿脱硫处理，所述的吸收液质量浓度为0.8％，温度为90℃，气液比为100:1，纤维膜吸收器管程内部真空度为0.1MPa。

[0050] 2)除湿脱硫后的烟气进入烟气加热器加热至140℃，再经由引风机进入脱硝塔。

[0051] 3)温度为140℃的烟气进入低温脱硝塔进行低温脱硝处理，所述的低温脱硝催化剂是以锐钛矿型纳米二氧化钛为载体，以铈和钒金属氧化物等为活性组分的低温SCR催化剂，低温脱硝过程氨气与NOx的摩尔比控制在1.25：1。稀释后的氨气与空气混合，二者体积比例为1：4。

[0052] 4)经过低温脱硝后的烟气从烟囱排出，即可。

[0053] 实施例3

[0054] 1)将烟气通过增压风机2输送至除湿脱硫塔1，通过两种中空纤维膜串联形成的中空纤维膜吸收器对烟气进行除湿脱硫处理，所述的吸收液质量浓度为0.6％，温度为80℃，气液比为90:1，纤维膜吸收器管程内部真空度为0.08MPa。

[0055] 2)除湿脱硫后的烟气进入烟气加热器加热至180℃，再经由引风机进入脱硝塔。

[0056] 3)温度为140℃的烟气进入低温脱硝塔进行低温脱硝处理，所述的低温脱硝催化剂是以锐钛矿型纳米二氧化钛为载体，以铈和钒金属氧化物等为活性组分的低温SCR催化剂，低温脱硝过程氨气与NOx的摩尔比控制在1.2：1。稀释后的氨气与空气混合，二者体积比例为1：3。

[0057] 4)经过低温脱硝后的烟气从烟囱排出，即可。

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一种工业锅炉烟气除湿脱硫脱硝系统及方法

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