近零排放型烟气多污染物一体化脱除系统及方法
技术领域
本发明属于烟气污染物治理净化技术领域，具体涉及一种近零排放型烟气多污染物一体化脱除系统及方法。
背景技术
燃煤烟气产生大量的污染物是危害大气环境和人类健康的重要因素之一。燃煤烟气污染物按照其排放量和危害程度可以分为主要污染物和其它污染物两大类。
主要污染物包含粉尘、SO2和NOx，这些污染物有成熟的控制技术，目前在大型燃煤锅炉上广泛采用的技术有布袋除尘、静电除尘、石灰石-石膏湿法脱硫、选择性催化还原(SCR)脱硝等，在中小型流化床锅炉上炉内喷钙脱硫和非选择性催化还原(SNCR)脱硝技术也有广泛应用。
其它污染物包含SO3，HCl、HF、Hg和VOCs等。其中，HCl和HF一般在湿法脱硫中会随SO2一并脱除。但SO3、Hg和VOCs这些污染物在目前的烟气治理系统中还无法得到有效的脱除。但随着环保要求的日益提高，这些有害物质的控制也势在必行。
由于目前的污染物脱除技术采用的工艺路线是污染物单个逐一脱除，系统串联的方式。工艺流程繁复，运行成本高。因此，多年来国内外一直致力于烟气多污染物一体化脱除技术的开发，例如臭氧氧化法、双氧水氧化法、电子束氨法、电催化氧化法、液相催化氧化法、活性焦法等。这些技术绝大部分是通过将难以湿法吸收脱除的NO前置氧化城NO2，然后和SO2一同湿法脱除，因此只局限于一体化脱硫脱硝，以及同时脱除HCl和HF，对SO3、Hg和VOCs等污染物无法有效处理。活性焦法通过吸附的方式可以同时脱除SO3、SO3、NO2、HCl、HF、Hg和VOCs等污染物,但是无法通过吸附脱除NO,而NO是NOx的最主要成分，占到95％以上。通过在活性焦床层内喷入氨气，可以通过催化还原的方式实现70-80％的脱硝率，但是难以满足当下近零排放的需求。
除了烟气多污染物一体化脱除之外，近零排放技术的开发也成为当下烟气治理的热点。目前我国大部分大型机组都完成超低排放改造，即实现了排放标准：SO2≦35mg/Nm3，NOx≦50mg/Nm3，粉尘≦5mg/Nm3。虽然排放浓度已控制得相当之低，但由于烟气排放总量巨大，因此污染物排放得绝对值依然不可忽略。烟气污染物近零排放依旧是清洁煤电的终极目标之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种近零排放型烟气多污染物一体化脱除系统及方法，以克服现有技术的缺陷，本发明利用烟气中污染物组分在低温下的溶解特性和吸附特性进行污染物的脱除，能够同时脱除烟气中SO2、SO3、NO、NO2、HCl、HF、Hg和VOCs，并实现近零排放。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
近零排放型烟气多污染物一体化脱除系统，包括省煤器、空气预热器、静电除尘器、烟气冷却器和低温吸附塔；
所述省煤器的壳程入口连接锅炉烟气，管程入口连接锅炉给水，省煤器的壳程出口连接至空气预热器的管程入口，空气预热器的壳程入口连接至锅炉进风，空气预热器的管程出口连接至静电除尘器，静电除尘器底部设置有排灰口，静电除尘器的烟气出口连接至烟气冷却器，烟气冷却器底部设置有冷凝水出口，顶部的冷烟气出口连接至低温吸附塔，低温吸附塔尾部设置净烟气出口。
进一步地，所述烟气冷却器上连接有直接喷淋降温装置或者间接换热冷却装置。
进一步地，所述低温吸附塔采用固定床吸附塔或移动床吸附塔。
进一步地，所述低温吸附塔设置有两个。
近零排放型烟气多污染物一体化脱除方法，锅炉烟气经过省煤器加热锅炉给水，然后经过空气预热器加热锅炉进风，经过省煤器和空气预热器回收热量后的烟气进入静电除尘器，除去烟气中灰尘；除尘后的烟气进入到烟气冷却器，降温至室温或更低温度，烟气中的水分冷凝下来后排出烟气系统，在烟气冷却器中，烟气中的污染物组分全部或部分溶解于冷凝水一同排出，经降温后的冷烟气进入到低温吸附塔进行污染物吸附，最终排出净烟气。
进一步地，所述烟气冷却器采用直接喷淋降温的方式或者间接换热冷却的方式，当采用喷淋降温的方式，静电除尘器未脱除的少量粉尘也被洗涤下来随着冷凝水排出。
进一步地，所述低温吸附塔设置有两个，当其中第一个低温吸附塔吸附饱和，SO2或NO开始穿透后，将低温烟气切换至第二个低温吸附塔进行吸附脱除，并通过加热或真空抽吸的方式对第一个低温吸附塔进行再生。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明适用于包括电厂烟气、钢厂烧结烟气、焦炉烟气等燃煤烟气，在烟气冷却器中，烟气温度降至室温及以下温度，烟气中的HCl/HF以及部分SO3、NO2和Hg溶解于烟气冷凝水脱除，剩余的SO2、NOx、Hg和VOCs等污染物通过低温吸附塔一体化吸附脱除，难吸附的NO组分通过低温氧化吸附机理，氧化成NO2吸附脱除，污染物脱除环节均为物理方法(溶解或吸附)，不消耗NH3和石灰石等物料，运行成本主要为烟气降温能耗成本，另外本发明采用的低温吸附剂通过加热或真空抽吸方式再生，可循环使用；烟气中的H2O、SO2和NOx可以实现资源化回收利用。
进一步地，烟气冷却器采用直接喷淋降温的方式或者间接换热冷却的方式，当采用喷淋降温的方式，静电除尘器未脱除的少量粉尘也被洗涤下来随着冷凝水排出。
进一步地，低温吸附塔设置有两个，当其中第一个低温吸附塔吸附饱和，SO2或NO开始穿透后，将低温烟气切换至第二个低温吸附塔进行吸附脱除，并通过加热或真空抽吸的方式对第一个低温吸附塔进行再生。
附图说明
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明近零排放型烟气多污染物一体化脱除方法示意图；
图2是烟气污染物在不同冷凝温度通过冷凝水溶解脱除的脱除效率。
其中，1、省煤器；2、空气预热器；3、静电除尘器；4、烟气冷却器；5、低温吸附塔。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，近零排放型烟气多污染物一体化脱除系统，包括省煤器1、空气预热器2、静电除尘器3、烟气冷却器4和低温吸附塔5；
所述省煤器1的壳程入口连接锅炉烟气，管程入口连接锅炉给水，省煤器1的壳程出口连接至空气预热器2的管程入口，空气预热器2的壳程入口连接至锅炉进风，空气预热器2的管程出口连接至静电除尘器3，静电除尘器3底部设置有排灰口，静电除尘器3的烟气出口连接至烟气冷却器4，烟气冷却器4上连接有直接喷淋降温装置或者间接换热冷却装置，烟气冷却器4底部设置有冷凝水出口，顶部的冷烟气出口连接至低温吸附塔5，低温吸附塔5尾部设置净烟气出口，所述低温吸附塔5采用固定床吸附塔或移动床吸附塔，所述低温吸附塔5设置有两个。
锅炉烟气经过省煤器1，加热锅炉给水；然后经过空气预热器2，加热锅炉进风；经过省煤器1和空气预热器2回收热量后的烟气进入静电除尘器3，除去烟气中灰尘；除尘后的烟气进入到烟气冷却器4，降温至室温或更低温度，烟气冷却器4采用直接喷淋降温的方式或者间接换热冷却的方式。烟气中的水分冷凝下来后排出烟气系统。
在烟气冷却器4中，烟气中的污染物组分全部或部分溶解于冷凝水一同排出。如附图2所示，HCl和HF溶解性强，几乎全部溶解于烟气冷凝水，NO2和SO3部分溶解于冷凝水，SO2少量溶解于冷凝水，元素汞(Hg0)不溶解于水，二价汞(Hg2+)部分溶解于冷凝水，若采用喷淋降温方式，除尘器未脱除的少量粉尘也大部分被洗涤下来随着冷凝水排出。
经过降温后的冷烟气进入到低温吸附塔5，SO2、NO、元素汞(Hg0)以及剩余的NO2、SO3、二价汞(Hg2+)和VOCs等污染物一体化吸附脱除。其中，SO2、NO2、SO3、Hg和VOCs等污染物直接吸附脱除，NO无法直接吸附脱除，但可以和烟气中的O2在低温和吸附剂的作用下通过氧化吸附机理脱除，即烟气中的NO和O2在低温下通过吸附剂表面富集，形成局部高浓度，从而被快速氧化成NO2，进而吸附在吸附剂表面。氧化吸附机理是低温吸附脱硝得以实现的关键。
经过烟气冷却器4和低温吸附塔5，烟气中的SO2、SO3、NO、NO2、HCl、HF、Hg0、Hg2+、VOCs和粉尘等污染物几乎全部脱除，实现近零排放。
低温吸附塔5内吸附剂经过加热或真空抽吸方式再生，重复使用。低温吸附塔5可采用固定床吸附塔或移动床吸附塔的方式。解吸出来的富含SO2和NOx的气体通过制作硫酸、硫磺、硝酸、硫酸盐或硝酸盐等方式进行资源化利用。
为清楚说明本发明，下面结合实施例及附图，对本发明进行进一步详细说明。本领域技术人员了解，下述内容不是对本发明保护范围的限制，任何在本发明基础上做出的改进和变化，都在本发明的保护范围之内。
实施例：如附图1所示，锅炉烟气经省煤器1进行热量回收后，降温至400℃，然后经过空气预热器2，进一步降温至120℃，经过静电除尘器3，烟气中粉尘降至20mg/Nm3，烟气进入到烟气冷却器4，与低温冷冻液间接换热，将烟气冷却至5℃，烟气中的HCl、HF以及部分SO2、SO3、NO2和二价汞Hg2+溶解烟气冷凝水排出烟气冷却器4。低温烟气进入到固定床吸附塔5，SO2、NO、NO2、SO3、Hg和VOC等污染物被装填的活性炭吸附脱除，达到近零排放。
低温吸附塔5设置A/B两塔，进行吸附-再生轮换操作。当A塔吸附饱和，SO2或NO开始穿透后，将低温烟气切换至B塔进行吸附脱除，并通过加热的方式对A塔进行再生。
