一种烧结烟气循环流化床半干法联合脱硫脱硝脱汞脱二恶英装置及方法.pdf

一种烧结烟气循环流化床半干法协同脱硫脱硝脱汞脱二恶英装置及方法。所述装置包括臭氧发生器、稀释风机、混合缓冲罐、臭氧分布器以及循环流化床反应塔。经过臭氧喷入烟道；氧化后的烟气送入循环流化床反应塔，烟气中的NOx和SOx在反应塔中主要与Ca基吸收剂在雾化水的作用下进行反应，实现SOx和NOx的脱除；烟气中各种形态的Hg和二恶英类等污染物主要与活性炭(AC)吸附剂进行反应实现脱除的目的。本发明提供的循环流化床半干法烟气净化技术系统简单、性能优良、占地小及投资省等特点，并实现了脱硫脱硝脱汞脱二恶英等多种性能，面对日趋严格的烧结烟气排放标准，本技术在钢铁行业具有非常可观的应用前景。

1.  一种烧结烟气循环流化床半干法联合脱硫脱硝装置，其特征在于，所述装置包括臭氧发生器(2)、稀释风机(1)、混合缓冲罐(3)、臭氧分布器(4)以及循环流化床反应塔(12)；
所述臭氧发生器(2)和稀释风机(1)与混合缓冲罐(3)的入口相连；
所述臭氧分布器(4)安装在烟道(4’)中，在烟道(4’)外部设置连接口，与混合缓冲罐(3)的出口相连；
所述循环流化床反应塔(12)的烟气进口(5)与布置有臭氧分布器(4)的烟道(4’)相连。

2.  根据权利要求1所述的装置，其特征在于，布置臭氧分布器(4)的部位与循环流化床反应塔(9)的烟气进口(5)间的烟道(4’)距离为15～30米。

3.  根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述循环流化床反应塔(12)上部出口(13)与旋风分离器(14)连接，旋风分离器分离料斗(15)通过空气斜槽(16)与循环流化床反应塔(12)回料口(18)连接；
优选地，所述循环流化床反应塔(12)上部出口(13)与旋风分离器(14)切向连接。

4.  根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述循环流化床反应塔(12)底部为文丘里结构，文丘里扩张段(19)设置有进料口、回料口(18)及喷水喷枪(17)，喷水喷枪(17)喷嘴依烟气顺流方向安装；
优选地，进料口设置为两个(6、7)，分别为Ca基吸收剂进料口(6)和活性炭吸附剂进料口(7)。

5.  根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述旋风分离器(14)与布袋除尘器(20)连接，布袋除尘器(20)料斗与灰仓(21)相连，灰仓(21) 设置两个出口，第一出口(22)通过气力输送管道与循环流化床反应塔(12)回料口(18)连接，第二出口(23)与灰库(24)相连；
优选地，所述布袋除尘器(20)后设有烟囱(25)。

6.  一种利用权利要求1-5任一项所述的装置进行多污染物脱除的方法，包括以下步骤：
1)向烟道(4’)中喷入臭氧，使臭氧与烟气反应；
2)氧化后的烟气送入循环流化床反应塔(12)，烟气中的SO₂、SO₃、和NO_x在反应塔(12)中主要与Ca基吸收剂在雾化水的作用下进行反应脱除；
3)烟气中各种形态的Hg和二恶英类污染物主要与活性炭吸附剂进行反应进行脱除。

7.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤1)的具体过程为：臭氧发生器(2)产生的臭氧在稀释风机(1)的作用下在混合缓冲罐(3)混合均匀，经臭氧分布器(4)喷入烟道(4’)，喷入的臭氧与烟气充分接触反应。

8.  根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，步骤1)喷入的臭氧与烟气中NO的摩尔比为0.25～1.2；反应的时间为0.5～5s；步骤2)所述Ca基吸收剂按照Ca/(S+N)摩尔比1.1～2.0，优选1.2～1.5的比例加入；
优选地，反应后的Ca基和活性炭吸附剂经旋风分离器(14)分离后通过空气斜槽(16)返入循环流化床反应塔(12)实现多次循环，烟气经过布袋除尘器(20)进一步除去粉尘后排入大气，布袋除尘器(20)收集的粉尘部分通过气力输送返回循环流化床反应塔(12)。

9.  根据权利要求6-8任一项所述的方法，其特征在于，步骤2)中通过调节喷水喷枪(14)喷水量，以控制循环流化床反应塔(9)内的烟气温度在酸露点以上；通过调节空气斜槽(13)的循环回料量，控制循环流化床反应塔(9) 进出口压差，而控制塔内颗粒浓度，满足Ca/(S+N)摩尔比要求。

10.  根据权利要求6-9任一项所述的方法，其特征在于，步骤3)所述添加的活性炭吸附剂按照Ca基吸收剂与活性炭吸附剂的质量比为15:1～25:1加入。

一种烧结烟气循环流化床半干法联合脱硫脱硝脱汞脱二恶英装置及方法
技术领域
本发明属于烟气净化领域，具体涉及钢铁行业一种烧结烟气循环流化床半干法联合脱硫脱硝脱汞脱二恶英装置及方法。
背景技术
钢铁行业尾气排放污染物多种多样，而且各种污染物均居行业排放前列，据报道，钢铁行业排放的SO₂和NO_x中50％以上，及90％二恶英排放来自烧结工序。“十二五”刚颁布的《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》对各种污染物的排放标准大幅度提高，对烧结烟气污染治理提出了新的要求，由原来对粉尘、二氧化硫(SO₂)两种单一污染物的治理，变为对多种污染物的综合治理，因此针对烧结烟气中多种污染物的联合脱除技术与装置便有了迫切需要。
目前，国内用于同时脱除多种钢铁烧结烟气中多种污染物的技术非常稀缺，现有技术多集中于单独脱硫、脱硝，或者联合脱硫脱硝，对联合脱汞、脱二恶英等技术更是罕见。如CN102228788A公布了一种联合脱除SO₂和二恶英的协同脱除方法，但并未考虑氮氧化物的联合脱除。目前针对基于氧化法的CFB半干法联合脱硫脱硝拓展研究中发现，对脱硫脱硝有很好的效率，但对于汞、二恶英等脱除效果很差。新的行业排放标准要求我们必须积极开发多种污染物的有效脱除技术。
发明内容
针对以上提到的技术不足，为突破现有烧结烟气单独或两种联合脱除技 术，在现有循环流化床半干法脱硫性能基础上，本发明通过增加臭氧氧化过程实现烧结烟气的同时脱硫脱硝，并通过添加活性炭吸附剂(AC吸附剂)，进一步实现了脱汞脱二恶英的目的，本发明的一方面提供了一种用于钢铁烧结烟气协同脱硫脱硝脱汞脱二恶英装置。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种烧结烟气循环流化床半干法联合脱硫脱硝装置，所述装置包括臭氧发生器2、稀释风机1、混合缓冲罐3、臭氧分布器4以及循环流化床反应塔12；
所述臭氧发生器2和稀释风机1与混合缓冲罐3的入口相连；
所述臭氧分布器4安装在烟道4’中，在烟道4’外部设置连接口，与混合缓冲罐3的出口相连；
所述循环流化床反应塔12的烟气进口5与布置有臭氧分布器4的烟道4’相连。臭氧分布器4能够使臭氧发生器2产生的臭氧均匀分布于烟道内，最大程度地提高氧化效率，减少臭氧损失。所述的臭氧分布器可以采用现有技术如申请号为201410059167.5或201410066906.3的发明所公开的技术制造的。
其中的循环流化床反应塔可简称为CFB反应塔。
烧结烟气进入烟道4’后，被臭氧发生器2产生的臭氧气体所氧化，烟气中的部分或全部NO被氧化为高价态的NO_x，部分SO₂同时也会被氧化为SO₃，氧化后的烟气通过循环流化床反应塔12烟气进口5进入循环流化床反应塔12内，由Ca基吸收剂在雾化水的作用下对烟气中的SO₂、SO₃和高价态NO_x进行反应脱除。
烟气中各种形态的Hg和二恶英类等污染物主要与活性炭吸附剂进行反应实现脱除的目的。
优选地，布置臭氧分布器4的部位与循环流化床反应塔9的烟气进口5间 的烟道4’距离为15～30米。
对于本发明的装置，所述循环流化床反应塔12上部出口13与旋风分离器14连接，旋风分离器分离料斗15通过空气斜槽16与循环流化床反应塔12回料口18连接。
旋风分离器14的作用是将反应后的Ca基吸收剂和活性炭吸附剂与烟气分离后，通过空气斜槽16返回循环流化床反应塔12内，继续参与反应。
优选地，所述循环流化床反应塔12上部出口13与旋风分离器14切向连接。
对于本发明的装置，所述循环流化床反应塔12底部为文丘里结构，文丘里扩张段19设置有进料口、回料口18及喷水喷枪17，喷水喷枪17喷嘴依烟气顺流方向安装；
优选地，进料口设置为两个6、7，分别为Ca基吸收剂进料口6和活性炭吸附剂进料口7。
对于本发明的装置，所述旋风分离器14与布袋除尘器20连接，布袋除尘器20料斗与灰仓21相连，灰仓21设置两个出口，第一出口22通过气力输送管道与循环流化床反应塔12回料口18连接，布袋除尘器20返料的目的是稳定床压和实现吸收剂的进一步循环利用，第二出口23与灰库24相连，实现外排。
优选地，所述布袋除尘器20后设有烟囱25，以排放脱除多种污染物后的烟气。所述烟气通过布袋除尘器20进一步除尘后经烟囱25排入大气。
本发明的目的之二在于提供一种由上述的循环流化床半干法联合脱硫脱硝脱汞脱二恶英装置进行多污染物脱除的方法，所述方法包括以下步骤：
1)向烟道4’中喷入臭氧，使臭氧与烟气反应；
优选地，步骤1)的具体过程为：臭氧发生器2产生的臭氧在稀释风机1的作用下在混合缓冲罐3混合均匀，经臭氧分布器4喷入烟道4’，喷入的臭 氧与烟气充分接触反应，烟气中的部分或全部NO被氧化为高价态的NO_x，部分SO₂同时也会被氧化为SO₃；
2)氧化后的烟气送入循环流化床反应塔12，烟气中的SO₂、SO₃、和NO_x在反应塔12中主要与Ca基吸收剂在雾化水的作用下进行反应脱除；
3)烟气中各种形态的Hg和二恶英类等污染物主要与活性炭吸附剂进行反应进行脱除。
对于本发明的方法，步骤1)喷入的臭氧与烟气中NO的摩尔比为0.25～1.2，例如可选择0.26～1.49，0.45～1.15，0.55～1.05等；反应的时间为0.5～5s，例如可选择0.6～4.9s，1.0～3.5s，1.5～2.5s，2s等；步骤2)所述Ca基吸收剂按照Ca/(S+N)摩尔比1.1～2.0，例如为1.11～1.96，1.3～1.8，1.42～1.67，1.53等，优选1.2～1.5的比例加入。
对于本发明的方法，反应后的Ca基吸收剂和活性炭吸附剂经旋风分离器14分离后通过空气斜槽16返入循环流化床反应塔12实现多次循环，烟气经过布袋除尘器20进一步除去粉尘后排入大气，布袋除尘器20收集的粉尘部分通过气力输送返回循环流化床反应塔12，可以稳定床压和实现吸收剂的进一步循环。
对于本发明的方法，步骤2)中通过调节喷水喷枪(14)喷水量，以控制循环流化床反应塔(9)内的烟气温度在酸露点以上，一般可为75～80℃，例如为76℃、79℃、82℃、84℃等；通过调节空气斜槽(13)的循环回料量，控制循环流化床反应塔(9)进出口压差，而控制塔内颗粒浓度，满足上述的Ca/(S+N)摩尔比要求。
本发明根据循环流化床反应塔12出口13烟气温度来调节喷水量，保证循环流化床反应塔塔内温度保持在烟气露点以上。
优选地，步骤3)所述添加的活性炭吸附剂按照Ca基吸收剂与活性炭吸附剂的质量比为15:1～25:1加入，所述质量比可选择15.1:1～24.9:1，16:1～24:1，17.5:1～22.5:1，19:1～21:1，20:1。
本发明可以分别通过调节Ca基吸收剂的加入量控制处理后烟气中的硫氧化物和氮氧化物浓度和调节活性炭吸附剂的加入量控制处理后烟气中的Hg和二恶英污染物的浓度。
与已有技术方案相比，本发明具有以下优点：
1)系统简单、占地面积小，投资和运行费用较低。
2)通过增加臭氧氧化剂和活性炭吸附剂，实现了SO_x、NO_x、Hg和二恶英等多种污染物的协同脱除。
3)旋风分离器14和布袋除尘器20收集物料的返入吸收塔12，实现了吸收剂的塔外循环，提高了吸收剂的利用效率。
4)对SO₂、NO、Hg和二恶英等都具有较高的脱除效率。操作条件优良时，烟气循环流化床半干法技术脱硫效率可达90％以上；烟气中的NO被O₃氧化速率非常快，脱硝效率可以达80％以上；二恶英类污染物脱除效率≥70％；重金属脱除效率≥90％。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图中：1-稀释风机；2-臭氧发生器；3-混合缓冲罐；4-臭氧分布器；4’-烟道；5-循环流化床反应塔底部进口；6-Ca基吸收剂进料口；7-活性炭吸附剂仓；8-螺旋输送器；9-Ca基吸收剂仓；10-螺旋输送器；11-AC基吸收剂仓；12-循环 流化床反应塔；13-循环流化床反应塔上部出口；14-旋风分离器；15-旋风分离器料斗；16-空气斜槽；17-喷水喷枪；18-回料口；19-文丘里扩张段；20-布袋除尘器；21灰仓；22-第一出口；23-第二出口；24-灰库；25-烟囱。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施方式
一种烧结烟气循环流化床半干法协同脱硫脱硝脱汞脱二恶英装置，其特征在于，所述装置包括臭氧发生器2、混合缓冲罐3、臭氧分布器4以及循环硫化床反应塔12；
所述臭氧发生器2和稀释风机1与混合缓冲罐3的入口相连；
所述臭氧分布器4安装在烟道4’中，在烟道4’外部设置连接口，与混合缓冲罐3的出口相连；
循环流化床反应塔的烟气进口5与布置有臭氧分布器4的烟道4’相连，
优选地，布置臭氧分布器4的部位与循环硫化床反应塔12的烟气进口5间的烟道距离为15～30米；
优选地，所述循环流化床反应塔上部出口13与旋风分离器14连接，旋风分离器分离料斗15通过空气斜槽16与循环流化床反应塔12回料口18连接；
优选地，所述循环流化床反应塔12上部出口13与旋风分离器14切向连接；
优选地，旋风分离器14与布袋除尘器20连接，布袋除尘器20料斗与灰仓21相连，灰仓21设置两个出口，第一出口22通过气力输送管道与循环流化床反应塔12回料口18连接，第二出口23与灰库24相连；布袋除尘器20后设有烟囱25，以排放脱除多种污染物后的烟气；
优选地，所述循环流化床反应塔12底部为文丘里结构，文丘里扩张段19设置有进料口、回料口18及喷水喷枪17，喷水喷枪17喷嘴依烟气顺流方向安装；
优选地，进料口设置为两个6、7，一个为Ca基吸收剂进料口6，另一个为活性炭吸附剂进料口7。
采用上述烧结烟气同时脱硫脱硝装置进行脱硫脱硝脱汞脱二恶英的方法包括如下步骤：
臭氧发生器2产生的臭氧与稀释风机1发生的稀释风进入混合缓冲罐3进行混合，然后经臭氧分布器4喷入烟道4’，喷入的臭氧与烟气充分接触，主要将烟气中的NO氧化为高价态的NO_x，氧化后的烟气与CFB中流化的Ca基吸收剂和活性炭吸附剂发生反应，实现SO_x、NO_x、Hg和二恶英等多种污染物的协同脱除，反应后的烟气夹带一定量的固体颗粒，经旋风分离器14和布袋除尘器20两次收集粉尘后通过烟囱(25)排出干净烟气，旋风分离器14收集的灰全部返回循环流化床反应塔12，布袋除尘器20下的粉尘部分返回循环流化床反应塔12。
实施例1
采用如上所述的烧结烟气协同脱硫脱硝脱汞脱二恶英装置进行脱除，包括如下步骤：
臭氧发生器2产生的臭氧与稀释风机1发生的稀释风进入混合缓冲罐3进 行混合，然后经臭氧分布器4喷入烟道4’，喷入的臭氧与烟气充分接触，主要将烟气中的NO氧化为高价态的NO_x，氧化后的烟气与CFB中流化的Ca基吸收剂和活性炭吸附剂发生反应，实现SO_x、NO_x、Hg和二恶英等多种污染物的协同脱除，反应后的烟气夹带一定量的固体颗粒，经旋风分离器14和布袋除尘器20两次收集粉尘后通过烟囱25排出干净烟气，旋风分离器14收集的灰全部返回反应塔12，除尘器20下的粉尘部分返回反应塔12。
烟道4’在布置臭氧分布器4的部位与CFB反应塔的烟气进口5间的距离设置为30米，臭氧发生器2产生的臭氧与烟气中的NO的摩尔比为0.6，反应0.5s，控制喷入的石灰浆量Ca/(S+N)摩尔比为1.5，添加的Ca基吸收剂与活性炭吸附剂的质量比为15:1，脱硫效率可达90％以上，脱硝效率可达50％以上，二恶英类污染物脱除效率≥80％，重金属脱除效率≥90％。
实施例2
采用如上所述的烧结烟气协同脱硫脱硝脱汞脱二恶英装置进行脱除，包括如下步骤：
臭氧发生器2产生的臭氧与稀释风机1发生的稀释风进入混合缓冲罐3进行混合，然后经臭氧分布器4喷入烟道4’，喷入的臭氧与烟气充分接触，主要将烟气中的NO氧化为高价态的NO_x，氧化后的烟气与CFB中流化的Ca基吸收剂和活性炭吸附剂发生反应，实现SO_x、NO_x、Hg和二恶英等多种污染物的协同脱除，反应后的烟气夹带一定量的固体颗粒，经旋风分离器14和布袋除尘器20两次收集粉尘后通过烟囱25排出干净烟气，旋风分离器14收集的灰全部返回反应塔12，除尘器20下的粉尘部分返回反应塔12。
烟道4’在布置臭氧分布器4的部位与CFB反应塔的烟气进口5间的距离设置为15米，臭氧发生器2产生的臭氧与烟气中的NO的摩尔比为1.0，反应 3s，控制喷入的石灰浆量Ca/(S+N)摩尔比为1.2，添加的Ca基吸收剂与活性炭吸附剂的质量比为25:1，脱硫效率可达90％以上，脱硝效率可达90％以上，二恶英类污染物脱除效率≥80％，重金属脱除效率≥90％。
实施例3
采用如上所述的烧结烟气协同脱硫脱硝脱汞脱二恶英装置进行脱除，包括如下步骤：
臭氧发生器2产生的臭氧与稀释风机1发生的稀释风进入混合缓冲罐3进行混合，然后经臭氧分布器4喷入烟道4’，喷入的臭氧与烟气充分接触，主要将烟气中的NO氧化为高价态的NO_x，氧化后的烟气与CFB中流化的Ca基吸收剂和活性炭吸附剂发生反应，实现SO_x、NO_x、Hg和二恶英等多种污染物的协同脱除，反应后的烟气夹带一定量的固体颗粒，经旋风分离器14和布袋除尘器20两次收集粉尘后通过烟囱25排出干净烟气，旋风分离器14收集的灰全部返回反应塔12，除尘器20下的粉尘部分返回反应塔12。
烟道4’在布置臭氧分布器4的部位与CFB反应塔的烟气进口5间的距离设置为20米，臭氧发生器2产生的臭氧与烟气中的NO的摩尔比为0.25，反应5s，控制喷入的石灰浆量Ca/(S+N)摩尔比为2.0，添加的Ca基吸收剂与活性炭吸附剂的质量比为20:1，脱硫效率可达90％以上，脱硝效率可达20％以上，二恶英类污染物脱除效率≥80％，重金属脱除效率≥90％。
实施例4
采用如上所述的烧结烟气协同脱硫脱硝脱汞脱二恶英装置进行脱除，包括如下步骤：
臭氧发生器2产生的臭氧与稀释风机1发生的稀释风进入混合缓冲罐3进行混合，然后经臭氧分布器4喷入烟道4’，喷入的臭氧与烟气充分接触，主 要将烟气中的NO氧化为高价态的NO_x，氧化后的烟气与CFB中流化的Ca基吸收剂和活性炭吸附剂发生反应，实现SO_x、NO_x、Hg和二恶英等多种污染物的协同脱除，反应后的烟气夹带一定量的固体颗粒，经旋风分离器14和布袋除尘器20两次收集粉尘后通过烟囱25排出干净烟气，旋风分离器14收集的灰全部返回反应塔12，除尘器20下的粉尘部分返回反应塔12。
烟道4’在布置臭氧分布器4的部位与CFB反应塔的烟气进口5间的距离设置为25米，臭氧发生器2产生的臭氧与烟气中的NO的摩尔比为1.5，反应2.5s，控制喷入的石灰浆量Ca/(S+N)摩尔比为1.1，添加的Ca基吸收剂与活性炭吸附剂的质量比为22:1，脱硫效率可达90％以上，脱硝效率可达90％以上，二恶英类污染物脱除效率≥80％，重金属脱除效率≥90％。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征以及脱硫脱硝方法，但本发明并不局限于上述详细结构特征以及污染物脱除方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征以及脱除方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。