天津科力玻璃鋼制品有限公司低溫高效氣相氧化脫硫脫硝一體化工藝推介
概 況
當今國內(nèi)外廣泛使用的脫硫脫硝工藝是wet-fgd+scr/sncr組合工藝，就是濕式煙氣脫硫和選擇性催化還原（SCR）或選擇性非催化還原（SNCR）脫硝兩個工藝的組合。濕式煙氣脫硫常用的是石灰或石灰石的鈣法，脫硫率大于90％，其缺點是工程龐大，初投資和運行費用高且容易形成二次污染。選擇性催化還原脫硝是采用氨催化還原，其反應溫度為250—450℃，脫硝率可達70—90％，該技術(shù)成熟，目前全球范圍尤其是發(fā)達國家應用廣泛，但工藝設(shè)備投資大，需預熱處理煙氣，催化劑昂貴且易中毒使用壽命短，同時存在氨泄漏，設(shè)備易腐蝕等問題。選擇性非催化還原工藝的溫度區(qū)域為870-1200℃，脫硝率小于50％，缺點是存在工藝設(shè)備投資大，需預熱處理煙氣，設(shè)備易腐蝕等問題。這兩種脫硫脫硝工藝的組合，雖然能達到較好的脫硫脫硝效果，但組合工藝的設(shè)備更龐大，占地更大，投資更大，運行費用更高。項目實施和運行難以承受。
近年來，煙氣的脫硫脫硝工藝技術(shù)在向一體化脫硫脫硝發(fā)展。一體化工藝就是將脫硫脫硝過程結(jié)合在同一處理工藝流程及設(shè)備中完成。不僅實現(xiàn)同時脫硫脫硝的目的，還可節(jié)省運行費用，降低投資，減小占地面積，并且可減少廢物產(chǎn)生。迄今為止，具有工業(yè)應用前景的技術(shù)主要有炭基材料吸附法、化學氧化法、電子束照射法或脈沖電暈法及金屬氧化物催化法等，這些技術(shù)采用的方法是把氣態(tài)污染物中的硫和氮經(jīng)過一系列化學反應轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定形態(tài)，如硫酸鹽和硝酸鹽進而工業(yè)利用，這些新型一體化脫硫脫硝工藝技術(shù)中，尤以化學氧化濕法脫硫脫硝一體化工藝最具工業(yè)規(guī)模推廣前景。
化學氧化濕法脫硫脫硝一體化工藝
煙氣中的SO2易溶于水，很容易被堿性吸收劑吸收，反應形成硫酸鹽或亞硫酸鹽而從煙氣中脫除，濕法堿液吸收脫硫工藝已得到廣泛應用。煙氣中的氮氧化物其中大部分為NO，而NO難溶于水，單純采用堿液吸收其去除效率很低．需要采用氧化方法，使NO氧化成易溶于水，易于被堿性吸收的NO2，并反應形成硝酸鹽或亞硝酸鹽，才能實現(xiàn)將NOx從煙氣中有效脫除，所以化學氧化濕法脫硫脫硝一體化工藝的關(guān)鍵在于實現(xiàn)對NO的有效氧化處理。只要有效完成對NO的高效氧化，并且通過相同的濕法堿液吸收，同時脫除SO2和NO2就可達到一體化同時脫硫脫硝的工藝目標。化學氧化濕法吸收工藝結(jié)合比較容易，裝置的一體化也比較容易形成，所以化學氧化濕法脫硫脫硝一體化工藝是最具實際推廣應用的工藝技術(shù)。
目前在化學氧化濕法脫硫脫硝一體化工藝研究中，經(jīng)常被采用的化學氧化劑有臭氧、氯酸、次氯酸、雙氧水、高錳酸鉀等。這些氧化劑有的可用做對NO的氣相氧化操作，有的只能作為液態(tài)氧化劑實施對NO的液相氧化操作。NO難溶于水，液相氧化過程是一個氣膜控制的溶解、反應、吸收過程。對NO的液相氧化過程，因溶解過程速度慢，所以氧化反應速度慢，效率低，脫除率低，一般脫硝率只能達到50％～70％左右。而氣相氧化不存在傳質(zhì)障礙，對NO的氣相氧化過程可達到快速高效。所以，采用氣相氧化方法將具有更高的脫除效率(90％以上)和更好的經(jīng)濟效果。
能實施氣相氧化的化學氧化劑應是氣態(tài)的或能高效釋放氣化成氣態(tài)的化學物質(zhì)。主要有臭氧、CDO氧化劑、氯氣。臭氧對NO的氧化性強，反應速度快，反應脫除率高。但臭氧發(fā)生系統(tǒng)設(shè)備投資大，運行能耗高，在大型煙氣處理系統(tǒng)中應用有困難。氯氣氧化性能弱，對NO的氧化脫除率不高。CDO氧化劑的氧化性能與臭氧相當，對NO的氧化速度快，脫除率高，在氣相對NO的氧化有高選擇性（避免同時氧化SO2增加氧化劑的消耗），并且現(xiàn)場供給CDO氧化劑的裝置投資小，操作調(diào)節(jié)投量簡單方便。所以目前CDO氧化劑氣相氧化被認為是濕法脫硫脫硝一體化工藝最有效、最具實際推廣價值的工藝。
CDO氧化劑氣相氧化濕法脫硫脫硝一體化工藝
采用CDO氧化劑氧化NO濕法一體化脫硫脫硝已有許多試驗成果，也有一些工程應用實例。但主要都是采用低濃度的CDO氧化劑水溶液或CDO氧化劑的前期物質(zhì)作為氧化劑，雖然達到很好的氧化脫氮效果，但CDO氧化劑水溶液氧化方法是液相氧化過程，仍存在因NO的溶解速度慢，使CDO氧化劑的氧化能力難于高效發(fā)揮，影響CDO氧化劑的氧化脫除效率。以及在液相CDO氧化劑對SO2的氧化選擇性高于NO，增加了CDO氧化劑的消耗等方面的不足。迄今為止，沒有成功實施CDO氧化劑氣相氧化工藝方法的原因在于還沒有掌握使CDO氧化劑高效氣化形成氣相氧化的工藝方法。
CDO氧化劑在常溫下是黃綠色至橘黃色氣體，CDO氧化劑易溶于水，在水中溶解度可達6—8克/升。氣體CDO氧化劑濃度超過10％有氣體爆炸的危險，所以一般工藝制備的CDO氧化劑都是制成低濃度的水溶液，濃度大約100—1000mg/L。如何實施CDO氧化劑高效氣化形成氣相，完成對NO的高效高選擇性氧化作用，這是CDO氧化劑氣相氧化脫硫脫硝一體化工藝能夠高效安全，經(jīng)濟實現(xiàn)的關(guān)鍵。
天津科力玻璃鋼制品有限公司(南京理工大學CDO氧化劑技術(shù)研究實施單位)，利用在CDO氧化劑制備工藝研究的成果，采用CDO氧化劑正壓反應工藝。由CDO氧化劑制備設(shè)備直接反應生成高濃度(5萬mg/L左右)高壓力(0.3—0.7MPa)的CDO氧化劑溶液，直接輸送進脫硫脫硝一體化氧化吸收塔內(nèi)噴霧氣化，使CDO氧化劑氣化成CDO氧化劑氣體，完成對NO的高效氧化。該工藝方法CDO氧化劑制備設(shè)備簡單，操作安全，方便，能耗低，有效的解決了CDO氧化劑氣相氧化脫硫脫硝一體化工藝中，氣體CDO氧化劑的供給難題。
天津科力玻璃鋼制品有限公司針對CDO氧化劑氣相氧化工藝特征，開發(fā)了CDO氧化劑氣相氧化濕法脫硫脫硝一體化工藝技術(shù)，簡稱CDO-GOWDDI，包括一體化塔組構(gòu)，CDO氧化劑制備工藝及裝置，堿液循環(huán)吸收槽組構(gòu)等，為CDO氧化劑氣相氧化脫硫脫硝一體化工藝能得到真正推廣應用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
CDO-GOWDDI工藝流程＆主要設(shè)備介紹
一、工藝及設(shè)備說明
（1）CDO-GOWDDI工藝主要設(shè)備是一體化脫硫脫硝氧化吸收塔，塔體采用環(huán)氧乙烯基玻璃鋼材料，耐腐蝕強度大，塔分隔為上下兩級，隔板下為脫硫空間和CIO2氣相氧化NO空間，隔板上為脫硝空間。煙氣經(jīng)除塵后通過送風管道從塔下部進風口進入塔內(nèi)，經(jīng)第一級堿液噴淋吸收脫除SO2、塵粒，并給煙氣降溫；在第一級堿液噴淋上方，由高濃度CDO氧化劑溶液噴霧氣化，完成對NO的氣相氧化。煙氣穿過隔板上通氣孔進入脫硝區(qū)，由堿液噴淋吸收NO2，少量SO2及酸氣等，凈化后的煙氣最終經(jīng)除霧器排出塔。
（2）塔釜設(shè)有堿液循環(huán)吸收漿池，由泵分別增壓供給脫硫及脫硝噴淋，循環(huán)吸收漿液可為同一堿液（鈣基、氨基、鈉基），分別用于脫硫脫硝吸收操作，同時利用脫硫產(chǎn)物亞硫酸鹽和脫硝產(chǎn)物氮氧化物之間的氧化還原特性，完成對亞硫酸鹽的氧化反應。
（3）吸收漿液經(jīng)結(jié)晶槽沉淀除塵、結(jié)晶出去副產(chǎn)物后，循環(huán)使用。
（4）堿液供給由堿液配置槽配置，分別由供給泵投加到吸收漿液的循環(huán)管和結(jié)晶槽的連接管，依據(jù)各點所控制PH補充堿液。
（5）CDO氧化劑制備系統(tǒng)包括反應原料的配置及儲存設(shè)備：反應原料的輸送，計量設(shè)備，化學反應的反應器，系統(tǒng)的控制設(shè)備及CDO氧化劑溶液的投加及噴霧裝置五個部分組成。化學反應采用氯酸鈉和酸為原料，在0.1-0.7MPa的正壓條件下，在反應器內(nèi)完成化學反應，生成濃度5萬mg/l左右的高濃度CDO氧化劑溶液，直接通過投加管輸入塔內(nèi)噴霧氣化。
二、工藝流程圖
1、煙氣進風管 2、吸收塔 3、塔間隔板 4、脫硝液回流管 5、塔釜攪拌器 6、吸收釜液排出管 7、塔釜循環(huán)液池 8、第二級脫硝液循環(huán)泵 9、第一級脫硫液循環(huán)泵 10、脫硫噴淋管 11、CDO氧化劑噴霧氣化 12、脫硝噴淋管 13、除沫器 14、排煙口 15、進水沖洗管 16、CDO氧化劑、制備系統(tǒng) 17、堿液制備系統(tǒng)
三、工藝技術(shù)的核心優(yōu)勢
（1）采用安全、高效、簡便的高濃度CDO氧化劑制備方法，CDO氧化劑直接從反應器投送至塔內(nèi)噴霧氣化，即實現(xiàn)了供給CDO氧化劑氣體完成對NO高效氧化的目的，解決了CDO氧化劑氣相供給的技術(shù)難題，同時這種高濃度高壓力CDO氧化劑溶液直接噴霧的技術(shù)方法也是可能采用的各種CDO氧化劑供給方法中（如低濃度CDO氧化劑溶液循環(huán)噴淋；CDO氧化劑溶液空氣吹出CIO2后鼓入塔內(nèi)）最高效、最經(jīng)濟、最安全、最簡單的方法。
（2）完成氣相氧化脫硫脫硝一體化操作的氧化吸收塔，工藝結(jié)構(gòu)簡單，同時完成了脫硫脫硝的工藝目的，脫硫率大于95%，脫硝率大于90%，具有簡單、高效、投資少、運行費用低的特點。
（3）采用單一堿液循環(huán)吸收系統(tǒng)，相比其他工藝所需脫硫循環(huán)吸收系統(tǒng)，氧化循環(huán)系統(tǒng)，脫硝循環(huán)吸收系統(tǒng)的三個循環(huán)系統(tǒng)其工藝及設(shè)備簡單、投資減少。
（4）單一堿液循環(huán)吸收系統(tǒng)還利用脫硫產(chǎn)物亞硫酸鹽與脫硝產(chǎn)物中的NO2之間的氧化還原特性，將亞硫酸鹽氧化成硫酸鹽。相比濕法脫硫吸收漿液通過鼓風，用空氣氧化亞硫酸鹽要省去鼓風系統(tǒng)投資和鼓風運行的動力消耗。
（5）CDO氧化劑氣相氧化濕法脫硫脫硝一體化工藝，還可同時高效除塵，除去有毒金屬，有機廢氣二噁英等。
CDO-GOWDDI工藝與wet-fgd+scr/sncr工藝比較
目前較普遍采用的脫硫脫硝工藝為wet-fgd+scr/sncr組合工藝，該工藝為濕法脫硫和氨催化還原脫硝兩個工藝的組合，即一個濕法和一個干法工藝前后組合。工藝流程長，工藝占地面積大，工程項目投資大，運行能耗高。而CDO-GOWDDI工藝是在一個工藝裝置中利用相同的工藝方法（濕法）和同類脫除方法（化學氧化吸收），所以這種一體化工藝能有效地將脫硫操作和脫硝操作結(jié)合在一起，達到工藝簡單，設(shè)備簡單，占地面積少，投資費用少，運行能耗少，運行費用低的效果。另外CDO-GOWDDI工藝還具有較好的操作調(diào)節(jié)性能，脫硫脫硝的脫除率在固定設(shè)備內(nèi)可通過調(diào)節(jié)氧化劑供給量，噴淋的液氣比實施調(diào)節(jié)，這對于設(shè)備今后的提標升級非常有利。
對于需同時脫硫脫硝的煙氣治理項目，采用CDO氧化劑氣相氧化濕法一體化工藝，具有最顯著的經(jīng)濟和工程效果，能夠顯著的發(fā)揮其效率高，投資少，工藝簡單，運行費用低的優(yōu)勢，所需項目的總投資和運行費用只相當單一濕法脫硫項目所需投資和運行費用。
對于以上濕法脫硫裝置，需增加脫硝治理的項目，采用CDO氧化劑氣相氧化濕法一體化工藝，可結(jié)合已有工藝裝置，讓脫硫脫硝操作能最有效的結(jié)合，需增加氧化劑制備設(shè)備，增加塔體積和吸收液循環(huán)泵，可節(jié)省原氧化風機系統(tǒng)的投資及動力能耗，其工程投資相比新上一套SCR系統(tǒng)要少得多。