[00145087]烟气脱氮氧化物综合法

　　本发明的目的是克服选择性催化还原法、微生物法和湿式络合吸收法的缺陷，提供一种投资较低、运行安全、反应迅速、易于控制、吸收液再生彻底、副产品有经济效益、无二次污染的烟气脱氮氧化物综合法。本发明的实施方案如下：

　　本发明总的特征是烟气脱氮氧化物综合法在燃煤电厂烟气原有设备的除尘除硫装置之后，增加本发明所述技术方案的设备，去除燃煤烟气中的氮氧化物，处理后的洁净烟气再返回到原有设备的烟囱中排放至大气。本发明所述的技术方案包括化学除氧、络合吸收、加热解吸、余热回收、生物还原和化学收集六个环节。

　　化学除氧环节，除氧塔中的除氧填料可以采用海绵铁颗粒或者其它铁系除氧剂，除氧循环泵把水循环喷淋到除氧填料中，来自原有设备的除尘装置、除硫装置的燃煤烟气进入除氧塔内，穿过除氧填料发生化学反应。O2与铁和水反应，最终生成Fe（OH）3，中文名称是“氢氧化铁”。Fe（OH）3沉淀，定期从沉淀箱中排出。在有溶解O2的参与下，SO2溶于水生成硫酸，稀硫酸与铁反应生成FeSO4，中文名称是“硫酸亚铁”。除氧水溶液中含有FeSO4，FeSO4是一种混凝剂，定期更换的除氧水溶液，在燃煤电厂中可以用于粉煤灰水的混凝沉淀处理。

　　络合吸收环节，来自除氧塔出气口的燃煤烟气进入脱硝吸收塔内，脱硝吸收塔底部液池中是配制好的Fe（Ⅱ）EDTA吸收液，由吸收循环泵向下循环喷淋，燃煤烟气与脱硝吸收液接触，NO溶于水迅速与Fe（Ⅱ）EDTA反应生成Fe（Ⅱ）EDTA（NO）。燃煤烟气中残存的O2溶解于水，把极少量的Fe（Ⅱ）EDTA氧化生成Fe（Ⅲ）EDTA。去除NO的洁净烟气由脱硝吸收塔的出气口输送至原有设备的烟气再热装置加热，升温至＞70℃，最后从烟囱中排放至大气。

　　加热解吸环节，脱硝吸收塔底部液池中一部分脱硝吸收液，经过加热泵输送至气体冷凝罐的气体冷凝器和冷冻机组的冷凝换热器升温，再输送至解吸脱气罐中，电厂余热蒸汽经过沸腾加热器，继续加热解吸脱气罐中的脱硝吸收液，真空泵使解吸脱气罐中产生一定程度的真空，解吸脱气罐中的脱硝吸收液沸腾。大部分的Fe（Ⅱ）EDTA（NO）解吸出高浓度的NO，同时还原成Fe（Ⅱ）EDTA。解吸后的脱硝吸收液由冷却泵输送至蒸发换热器中进行冷却，大部分的冷却后脱硝吸收液再输送至脱硝吸收塔底部液池中，形成解吸循环。真空泵把解吸脱气罐中解吸出高浓度的NO和蒸发的吸收液水蒸汽输送至气体冷凝罐中，吸收液水蒸汽被气体冷凝器冷却成吸收液蒸馏水，由冷凝水泵输送至氮封缓冲罐中。

　　余热回收环节，冷冻机组构成热泵系统，制冷剂经压缩机把蒸发换热器吸收的热量传送至冷凝换热器中，形成余热循环利用。

　　生物还原环节，小部分的经过蒸发换热器冷却后的脱硝吸收液，由缓冲泵定量输送至氮封缓冲罐中，稳定水温和降低脱硝吸收液中Fe（Ⅱ）EDTA和Fe（Ⅱ）EDTA（NO）以及Fe（Ⅲ）EDTA的浓度，再由还原进水泵输送至生物反应器中，生物反应器中的生物填料表面附着有厌氧的反硝化菌，一部分反硝化菌把Fe（Ⅲ）EDTA还原成Fe（Ⅱ）EDTA，一部分反硝化菌把剩余的Fe（Ⅱ）EDTA（NO）还原成Fe（Ⅱ）EDTA和N2，N2中文名称是“氮气”。为了增加生物反应的水力停留时间，用还原循环泵使脱硝吸收液在生物反应器中循环流动。还原后的脱硝吸收液进入氮封贮水罐中，再由回流泵输送至脱硝吸收塔底部液池中，形成还原循环。反硝化菌的生长必须外加营养源，根据需要加入碳营养源和磷营养源，必要时补充氮营养源，还可以用富含有机物的污水代替营养源，做到以污治污。生成的N2对生物反应器、氮封缓冲罐和氮封贮水罐产成氮封作用，隔绝氧气，之后排放至大气。

　　化学收集环节，被气体冷凝器冷却的NO输送至化工反应装置中提纯，作为化工原料和医药原料，或者输送至化工反应装置中进行化学反应，产生的脱硝副产品可以作为商品销售。

　　化学除氧环节中的除氧水溶液与后续的脱硝吸收液相互隔离是本发明所述的技术方案中重要的特征。反硝化菌多数是专性厌氧菌，少数是兼性厌氧菌，水中溶解的O2和硫化物对反硝化菌的生长有抑制作用。水中溶解的O2和硫化物对Fe（Ⅱ）EDTA吸收液同样产生不良影响。

　　燃煤烟气中的O2溶解于除氧水溶液中，生成的Fe（OH）3沉淀物在化学除氧环节从沉淀箱中排出，使沉淀物不会堵塞后续环节的生物填料，也不会在冷冻机组的换热器内结垢，同时Fe（OH）3可以用于生产铁红颜料。燃煤烟气中去除O2后，大幅度降低后续环节Fe（Ⅲ）EDTA的生物还原工作量，提高络合反应的效率，同时确保微生物生存环境条件易于控制。

　　除氧水溶液中的FeSO4也是配制Fe（Ⅱ）EDTA的原料，只是除氧水溶液中可能含有SO32-离子，所以除氧水溶液不适于配制Fe（Ⅱ）EDTA吸收液，这也是在络合吸收环节之前必须去除燃煤烟气中SO2的原因。燃煤烟气中剩余的SO2溶解于除氧水溶液中，能够防止大量的硫化物进入脱硝吸收塔内，使络合吸收环节的化学反应单一，不会产生无法清除的副产品，减少反应过程中Fe（Ⅱ）EDTA吸收液的损失。

　　除氧塔内除氧填料有若干层，燃煤烟气穿过除氧填料的路径为并联，这一特征有别于现有塔类设备。沉淀箱与除氧塔底部连通，与外界大气隔离。针对于燃煤烟气流量巨大、在塔类设备内停留时间短、要求塔类设备阻力小的特点，除氧塔的除氧填料必须有足够大的反应接触面积，才能确保除氧塔有较高的除氧效率。

　　脱硝吸收塔可以采用通用的化工喷淋塔，例如逆流喷淋塔、托盘喷淋塔、液柱喷淋塔等。

　　冷冻机组可以采用通用的冷冻机设备，R134a是目前国际公认的最佳环保制冷剂之一，可以用于工业制冷系统。R134a的毒性非常低，在空气中不可燃，是很安全的制冷剂。R134a不破坏臭氧层，也不是使全球变暖的温室气体。采用R134a作为制冷剂，可以有效避免氨制冷剂的所有缺陷。

　　解吸脱气罐是工作在低度真空的压力容器。氮封缓冲罐、氮封贮水罐和生物反应器是普通容器，可以采用金属和玻璃钢等非金属材料制造，也可以采用钢筋混凝土建造。

　　在加热解吸环节中采用加热和抽真空的物理方法，在无氧的条件下，解吸脱气罐内大部分的Fe（Ⅱ）EDTA（NO）解吸出高浓度的NO，同时还原成Fe（Ⅱ）EDTA。只有小部分的Fe（Ⅱ）EDTA（NO）进入生物反应器，大幅度降低Fe（Ⅱ）EDTA（NO）的生物还原工作量。由于络合吸收和加热解吸反应迅速，因此本发明所述的技术方案保留了湿式络合吸收法较高反应速度的优点，而较低的生物还原工作量降低了本发明所述的技术方案对生物反应器规模的需求，因此能克服微生物法的系统处理负荷低的缺点。

　　Fe（Ⅱ）EDTA高浓度络合吸收和加热解吸，低浓度生物还原是本发明所述的技术方案中另一个重要的特征。Fe（Ⅱ）EDTA溶液对NO的络合容量随着溶液中Fe（Ⅱ）EDTA浓度增加呈直线增加，但是高浓度的Fe（Ⅱ）EDTA溶液对反硝化菌有抑制作用，所以解吸循环中脱硝吸收塔和解吸脱气罐内的脱硝吸收液，Fe（Ⅱ）EDTA的浓度高，有利于高效率的烟气脱硝。还原循环中氮封缓冲罐、生物反应器和氮封贮水罐内的脱硝吸收液，Fe（Ⅱ）EDTA的浓度低，则有利于反硝化菌的生长及还原Fe（Ⅲ）EDTA和还原未能解吸的Fe（Ⅱ）EDTA（NO）。

　　目前已知有多种反硝化菌能够同时或者单独分别还原Fe（Ⅱ）EDTA（NO）和Fe（Ⅲ）EDTA，在同一环境生长的反硝化菌是相互依存的共生关系，所以生物反应器所营造的环境应有利于多数反硝化菌的生长。影响反硝化菌生长的因素除了营养源、溶解氧、有毒物质外，温度和PH值也是重要因素。而生物反应器内的生物浓度更是决定生物反应器效率的关键因素。

　　生物反应器可以采用膨胀床工艺提高生物浓度。加大还原循环泵流量，生物填料层膨胀至临界流化状态，生物填料颗粒之间的间距增加，为微生物的生长提供了更大的空间。同时脱硝吸收液中的营养物质能均匀的分布在生物填料层中，生物填料层的高度不再受生物填料层中营养物质浓度的限制，生物填料层的高度可以适当增加，生物填料层中微生物的浓度也会增加。另外，生物填料层处于临界流化状态，生物填料颗粒之间会相互磨擦碰撞，附着在生物填料上的微生物所生成的生物膜厚度会被限制在一定的范围内，不会出现因生物膜厚度过大阻断营养物质向膜内输送，而导致膜内的微生物死亡生物膜脱落。

　　生物反应器可以采用连续清洗生物填料的方法，更新老化的生物膜。避免了脱落的生物膜悬浮物进入脱硝吸收塔内堵塞喷淋系统，同时确保单台的生物反应器能高效连续运行。不需要停机反清洗生物填料和后续数周时间的挂膜培养。

　　生物反应器内的生物填料可以采用煤矸石陶粒或粉煤灰陶粒，做到废弃物的循环利用。

　　解吸脱气罐中解吸出高浓度的NO可以采用多种工艺进行回收利用，例如用碱液吸收法，使Na2CO3与NO最终生成NaNO2和NaNO3，Na2CO3中文名称是“碳酸钠”， NaNO2中文名称是“亚硝酸钠”，NaNO3中文名称是“硝酸钠”。固体状态的脱硝副产品有利于储存和运输，NaNO2和NaNO3的经济效益则更为可观。