本發明涉及一種燃煤鍋爐煙氣污染物脫除系統及方法，具體地說是一種燃煤鍋爐煙氣污染物超低排放系統及方法，可實現煙氣中粉塵、SO2和NOx的超低排放控制。
背景技術：
：我國是以煤為主要能源的國家，燃煤過程中生成大量的大氣污染物(如粉塵、SO2和NOx)，這是造成我國當前大氣污染的主要原因，對人體健康和生態環境造成了嚴重的危害。近年來，我國投入了大量的人力、物力、財力進行燃煤煙氣的治理，但是煙氣污染物排放基數仍然很大，大氣污染情況持續惡化。為此，國家對燃煤煙氣排放標準日趨嚴格，最新的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)對火電廠煙塵、二氧化硫和氮氧化物的最高允許排放濃度作了新的規定：重點地區新建電廠燃煤鍋爐排放煙氣中煙塵、二氧化硫和氮氧化物排放濃度分別不得高于20，50和100mg/m3。另外，2014年9月12日，國家發展改革委員會、環境保護部、國家能源局聯合下發《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)》(發改能源(2014)2093號)(以下簡稱“節能減排行動計劃”)，要求加快推動能源生產和消費革命，進一步提升煤電高效清潔發展水平。“節能減排行動計劃”要求東部地區(遼寧、北京、天津、河北、山東、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、海南等11省市)新建燃煤發電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值(即在基準氧含量6％條件下，煙塵、SO2、NOx排放濃度分別不高于10、35、50mg/Nm3)，實現燃煤機組的超低排放控制。超低排放是指火電廠燃煤鍋爐在發電運行、末端治理等過程中，采用多種污染物高效協同脫除集成系統技術，使其大氣污染物排放濃度基本符合燃氣機組排放限值。對于粉塵控制，靜電除塵技術由于除塵效率高、技術成熟，在燃煤電廠有廣泛的應用。但隨著國家對粉塵排放標準的進一步提升，靜電除塵對于10mg/Nm3以下的粉塵排放控制難度較大，因此對原有的靜電除塵進行改造勢在必行。近年來，布袋除塵器的濾料、脈沖噴吹技術等不斷改進，布袋的壽命大大提高，布袋除塵技術已區趨于成熟。布袋除塵與靜電除塵相比，具有更高的除塵效率，可滿足10mg/Nm3以下的粉塵排放標準，所以對于粉塵的超低排放控制，布袋除塵將更具有優勢；對于SO2控制，我國的燃煤鍋爐主要采用濕法石灰石石膏法煙氣脫硫。但對于SO2初始濃度大于2000mg/Nm3的燃煤煙氣，要達到35mg/Nm3的SO2排放標準，原有的濕法石灰石石膏法就有一定的難度，所以必須對其進行增容提效改造。但是，也有一些中小型燃煤鍋爐原先采用的是干法煙氣脫硫技術，例如循環流化床煙氣脫硫技術。干法煙氣脫硫技術一般意義上來講很難滿足超低排放要求，所以必須進行濕法脫硫的改造。但是，有些企業由于受到場地、資金等各方面因素的限制，無法進行濕法脫硫改造。為此如何利用原有的干法脫硫裝置實現SO2的超低排放已經成為很多中小型熱電廠面臨的難題之一；對于NOx的控制，目前主要采用SNCR和SCR技術。SNCR改造快，投資小，在脫硝效率要求不高的情況下值得推廣。SCR脫硝效果好，能滿足超低排放要求，但是場地需求大，投資和運行成本高，致使很多中小型燃煤電廠無法承擔。總的來說，如何在原有煙氣污染物凈化系統的基礎上，開發新的煙氣超低排放技術，已成為我國燃煤煙氣治理領域的熱點。目前現有的SCR技術所涉及的裝置為：SCR煙氣脫硝從鍋爐省煤器處將300～400℃的高溫煙氣引出，催化劑體積較大，一般需要單獨設置SCR反應器，故占地面積較大；為了滿足商用SCR催化劑的溫度需求，SCR脫硝通常采用高塵高硫布置，即脫硝前沒有經過除塵和脫硫。所以一方面粉塵會覆蓋催化劑表面，不僅引起催化反應表面的減少而且粉塵中的重金屬可導致催化劑中毒，大大減少催化劑的使用壽命；另一方面，由于沒有進行SO2脫除，SCR反應過程中少量SO2被氧化成SO3，繼而通過NH3+SO3＝(NH4)2SO4生成硫酸銨，導致催化劑表面附著硫酸銨降低催化劑活性，以及腐蝕后續空預器和煙道；另外，現有的SCR反應裝置很難實現煙氣均勻通過催化劑層，導致催化劑使用壽命減少。技術實現要素：本發明要解決的技術問題是提供一種處理燃煤煙氣污染物并使其達到超低濃度排放系統及方法。為了解決上述技術問題，本發明提供一種煙氣污染物超低排放系統，包括脫硫塔，聯通管路的兩端分別與脫硫塔和除塵脫硝復合反應器相連通；所述除塵脫硝復合反應器包括殼體，在殼體內設置至少兩個的除塵脫硝單元；所述每個除塵脫硝單元包括外筒體和內筒體，內筒體套裝在外筒體內(內筒體的軸心線與外筒體的軸心線相重合)，所述外筒體、內筒體均為有底無蓋，在外筒體、內筒體的側壁上均設置通氣孔；在外筒體的內側壁和內筒體的外側壁之間設置催化劑；在外筒體的外表面套裝布袋，布袋為有底無蓋。作為本發明的煙氣污染物超低排放系統的改進：在2個相鄰的除塵脫硝單元的外筒體的頂部之間設置氣體擋板，所述氣體擋板與外筒體的側壁上端密封相連。作為本發明的煙氣污染物超低排放系統的進一步改進：所述布袋為能耐受150～200℃的耐高溫布袋，其由PPS、PTFE、P84等材料制成；所述催化劑為能在150～200℃發揮催化活性的低溫SCR催化劑。備注說明：常規的布袋除塵器，通常耐受的溫度在100～150℃；對SCR脫硝來說，通常使用的是高溫催化劑300～400℃。作為本發明的煙氣污染物超低排放系統的進一步改進：SCR催化劑的孔道橫向布置，孔道垂直于外筒體的軸心線。作為本發明的煙氣污染物超低排放系統的進一步改進：聯通管路內設有噴嘴，所述噴嘴包括液體噴嘴和氣體噴嘴。所述液體噴嘴用于噴射NaClO2溶液，所述氣體噴嘴用于噴射NH3氣體。作為本發明的煙氣污染物超低排放系統的進一步改進：在聯通管路內沿著煙氣的流通方向，先設置液體噴嘴，再設置氣體噴嘴。作為本發明的煙氣污染物超低排放系統的進一步改進：所述液體噴嘴為雙流體噴嘴，從而進行2～3級噴灑。所述氣體噴嘴為雙流體噴嘴，從而進行2～3級噴射。作為本發明的煙氣污染物超低排放系統的進一步改進：所述脫硫塔為循環流化床煙氣脫硫裝置，脫硫劑為Ca(OH)2，控制Ca/S＝2～3:1的摩爾比，脫硫過程不進行補水。本發明還同時提供了一種利用上述系統進行的煙氣污染物超低排放的處理方法，包括以下步驟：1)、經脫硫塔脫硫處理后的煙氣進入聯通管路內；先由液體噴嘴向流經聯通管路的脫硫處理后的煙氣噴灑質量濃度為5～10％的NaClO2溶液，NaClO2/(SO2+NOx)＝1～2：1的摩爾比；再由氣體噴嘴向流經聯通管路的脫硫處理后的煙氣噴射NH3氣體，NH3/NOx＝1～1.05:1的摩爾比；2)、從聯通管路排出的煙氣進入除塵脫硝復合反應器，煙氣由外向內運動，首先在布袋的外表面實現粉塵的捕集(高效捕集)，采用的氣布比為0.8～0.9m/min；之后無塵的煙氣通過外筒體側壁上的通氣孔與SCR催化劑相接觸，氣體橫向流動，NO經SCR催化反應后還原為N2，采用的催化劑空速為4000～5000h-1；經SCR催化劑處理后的煙氣通過內筒體側壁上的通氣孔后進入內筒體的內腔(該內腔為空心的通道)，然后從內筒體的頂部流出，最終排入煙囪(即，干凈的煙氣向上流動流出反應裝置)。備注說明：催化劑反應空速是指規定的條件下，單位時間單位體積催化劑處理的氣體量，單位為m3/(m3催化劑·h)，可簡化為h-1。在本發明中，脫硫塔為半干法脫硫塔，即，脫硫塔為循環流化床煙氣脫硫裝置；可參照已經公開發表的專利《循環懸浮式半干法煙氣凈化裝置》進行制備。但在本發明中，取消了補水裝置；即，本發明的脫硫過程不進行補水。每個除塵脫硝單元內設有布袋和催化劑，從而形成了布袋過濾裝置和SCR催化脫硝裝置，本發明將上述兩者進行了有機結合。在本發明中，由PPS、PTFE、P84等材料制成的耐高溫(150℃～200℃)布袋滿足以下條件：(1)除塵效率高，一般在99％以上，可達到在除塵器出口處氣體的含塵濃度為5mg/m3以下，對亞微米粒徑的細粉塵有較高的分級除塵效率；(2)對粉塵特性不敏感，不受粉塵比電阻的影響；(3)可在160～200℃的溫度下穩定運行，當選擇高性能濾料時，有些耐溫可達到260℃；(4)在用于脫硫系統時，可適當提高脫硫效率。其工作過程如下：原煙氣首先在脫硫塔內初步脫硫；然后噴入NaClO2后強化脫硫并實現初步脫硝；最后，煙氣經除塵脫硝復合反應器處理，實現粉塵和NOx的高效脫除；本發明，包括對煙氣進行初次處理的半干法脫硫塔，NaClO2的強化脫硫段，NH3噴入段，以及除塵脫硝復合反應器。本發明適合原有的半干法煙氣脫硫裝置的改造，在不改變煙氣凈化設施整體結構的情況下，增加NaClO2的強化脫硫裝置，同時采用新型的除塵脫硝復合反應器改造原有的布袋除塵器，在干燥狀態下實現SO2、NOx和粉塵的高效脫除，對煙氣脫硫系統的發展提出了新的思路。本發明的脫硫塔：采用循環流化床煙氣脫硫技術，利用Ca(OH)2直接進行吸收，鈣硫比Ca/S＝2～3：1。為了不降低煙氣溫度，脫硫過程中不進行額外補水。通常脫硫過程中的大量補水有助于SO2的吸收，但是同時會引起塔內煙氣濕度增加，導致脫硫灰的結壁堵塞等問題。而且隨著噴水過程，煙氣溫度會大幅下降，達不到后續SCR脫硝所要求的溫度；所以本發明脫硫過程不進行補水。本發明的NaClO2強化脫硫段：原煙氣經過半干法脫硫塔處理后SO2的去除率可達到70～80％，在連接干法脫硫塔出口設置雙流體噴嘴，噴入5～10％的NaClO2溶液，將SO2氧化成SO3，再與煙道內未完全反應的Ca(OH)2發生中和反應，從而達到強化脫硫的目的，其反應的機理為：ClO2－+2SO2+2H2O→2H2SO4+Cl－；Ca(OH)2+H2SO4＝CaSO4+2H2O。同時NaClO2的加入可促進NO的氧化，生成NO2，發生反應2NO+ClO2－＝2NO2+Cl-或者2NO+ClO2－＝NO2+ClO-。NO2也可被未完全反應的Ca(OH)2部分吸收，從而實現NOx的初步脫除。NaClO2的加入量優選為NaClO2/(SO2+NOx)(摩爾比)＝1～2。同時生成的NO2在后續SCR反應過程中反應速度更快，脫硝效果更好。本發明的噴入NH3段：在煙氣進入除塵脫硝復合反應器之前的管道中噴入NH3氣體，采用2～3級雙流體噴嘴，其中NH3/NOx＝1～1.05。噴入的NH3作為后續SCR反應的還原劑，可以將煙氣中剩余的NOx還原為氮氣。另外噴氨可以進一步促進SO2的吸收，生成硫銨。而生成的硫銨可在布袋表面和脫硫灰一起被高效捕集，從而避免了常規SCR反應過程中硫銨生成附著在催化劑表面，影響催化劑活性的問題。該除塵脫硝裝置具有以下的優點：(1)結構相對簡單，可利用原有的布袋除塵器進行改造，無需專門的SCR反應器，脫硝裝置總成本可大幅下降。特別適用于現有的電廠脫硝改造。(2)由于其位于脫硫和除塵裝置之后，因此煙氣具有低塵、低硫的特性，解決了催化劑的堵塞、磨損、硫銨生成、催化劑化學中毒等問題，大大提高催化劑催化活性和延長催化劑的使用壽命。(3)減輕飛灰中的K、Na、Ca、As等微量元素對催化劑的污染或中毒，大大提高催化劑活性。本發明的一種煙氣污染物濃度超低排放系統及方法與現有技術比較，具有如下的有益效果：(1)本發明可同時實現粉塵、SO2和NOx的高效脫除，達到超低排放的要求(粉塵<5mg/Nm3，SO2<35mg/Nm3，NOx<50mg/Nm3)，可為傳統的煙氣脫硫改造提供新的途徑和方法。(2)將布袋除塵與SCR脫硝復合，可在原有的布袋除塵器基礎上進行改造，大大減少SCR反應器占地面積，減少投資成本。(3)能在無硫、無塵的情況下進行SCR脫硝，完全改進目前運行的SCR反應器高塵、高硫的問題，大大減輕催化劑的中毒問題，延長催化劑的壽命。(4)前置NaClO2噴射，不僅可以強化脫硫，而且可以促進NO的氧化，從而實現后續的快速SCR反應，提高脫硝效果。附圖說明下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細說明。圖1為本發明的一種煙氣污染物超低排放系統的流程示意圖；圖2是圖1中的除塵脫硝復合反應器2中的一個除塵脫硝單元的結構示意圖。具體實施方式下面結合具體實施例對本發明進行進一步描述，但本發明的保護范圍并不僅限于此。實施例1、一種煙氣污染物超低排放系統，包括脫硫塔1、除塵脫硝復合反應器2、聯通管路3；聯通管路3的兩端分別與脫硫塔1和除塵脫硝復合反應器2相連通；除塵脫硝復合反應器2的出口與煙囪相連。脫硫塔1為循環流化床煙氣脫硫裝置。除塵脫硝復合反應器2包括殼體20，在殼體20內設置多個的除塵脫硝單元(例如，如圖1所示為4個除塵脫硝單元)，除塵脫硝單元的數量可根據煙氣量和粉塵濃度進行配置。每個除塵脫硝單元包括外筒體22和內筒體21，內筒體21套裝在外筒體22內，且內筒體21的軸心線與外筒體22的軸心線相重合，外筒體22、內筒體21均為有底無蓋，內筒體21的底部與外筒體22的底部固定相連；在外筒體22、內筒體21的側壁上均設置通氣孔(通氣孔的孔徑均為4～5mm)。在外筒體22的內側壁和內筒體21的外側壁之間設置催化劑23，即，在外筒體22和內筒體21的間隙內填充催化劑23，外筒體22和內筒體21之間的間隙決定了催化劑23的填充量，可根據脫硝要求進行設計。催化劑23為低溫的SCR催化劑(150～200℃)，SCR催化劑的孔道橫向布置，即，垂直于外筒體22的軸心線。在外筒體22的外表面套裝布袋24。在2個相鄰的除塵脫硝單元的外筒體22的頂部之間設置氣體擋板25，所述氣體擋板25與外筒體22的側壁上端密封相連。外筒體22和內筒體21均由不銹鋼制成。外筒體22作為布袋24的骨架和催化劑23的支撐體。所述布袋23為耐高溫布袋(150～200℃)，其由PPS、PTFE、P84等材料制成；在聯通管路3內設有噴嘴，噴嘴包括液體噴嘴和氣體噴嘴，液體噴嘴用于噴灑NaClO2溶液，所述氣體噴嘴用于噴射NH3氣體。沿著聯通管路3內氣體的流通方向，先設置液體噴嘴，再設置氣體噴嘴；即，液體噴嘴靠近聯通管路3的進口端，氣體噴嘴靠近聯通管路3的出口端。液體噴嘴為雙流體噴嘴，從而進行2～3級噴灑。氣體噴嘴為雙流體噴嘴，從而進行2～3級噴射。利用上述裝置進行的一種煙氣污染物超低排放的處理方法，依次進行以下步驟：1)、脫硫塔1采用循環流化床煙氣脫硫方式，直接采用Ca(OH)2吸收劑，控制Ca/S＝2～3:1的摩爾比，脫硫過程不進行補水。Ca(OH)2是粒徑為200～300目的顆粒。S(即，SO2)摩爾量通過原始煙氣濃度和體積量測定獲得。經脫硫塔1脫硫處理后的煙氣進入聯通管路3內；液體噴嘴向流經聯通管路3的脫硫處理后的煙氣噴灑質量濃度為5～10％的NaClO2溶液，NaClO2/SO2+NOx＝1～2：1的摩爾比；氣體噴嘴向流經聯通管路3的脫硫處理后的煙氣噴射NH3氣體，NH3/NOx＝1～1.05:1的摩爾比。備注說明：需要對經脫硫塔1脫硫處理后的煙氣進行SO2、NOx的濃度以及煙氣量的測量。2)、從聯通管路3排出的煙氣進入除塵脫硝復合反應器2，相對于每個除塵脫硝單元而言，煙氣由外向內橫向運動，首先在布袋24的外表面實現粉塵的高效捕集(粉塵被攔截在布袋的外表面，實現粉塵的高效脫除)，采用的氣布比為0.8～0.9m/min；之后無塵的煙氣通過外筒體22側壁上的通氣孔與SCR催化劑相接觸，NO經SCR催化反應后還原為N2，采用的催化劑空速為4000～5000h-1。經SCR催化劑處理后的煙氣通過內筒體21側壁上的通氣孔后進入內筒體21的內腔，然后從內筒體21的頂部流出，最終排入煙囪(即，干凈的煙氣向上流動流出反應裝置)。實驗1、設置實施例1所述裝置和方法中的各項參數為：在示范工程實驗中，煙氣處理量1000Nm3/h，粉塵初始濃度30g/Nm3，SO2初始濃度1000mg/Nm3，NO濃度500mg/Nm3，煙氣溫度170～180℃，鈣硫比(Ca/S)2，NaClO2/(SO2+NOx)＝1:1，NH3/NOx＝1:1，采用的氣布比為0.9m/min，采用的催化劑空速為5000h-1。原始的煙氣(即，進入脫硫塔1之前的煙氣)和處理后的煙氣(即，最終排入煙囪時的煙氣)中的各種成分的含量的對比如下表1所示：表1處理前處理后煙氣量Nm3/h10001000煙氣溫度℃170～180160～170粉塵濃度30g/Nm33～5mg/Nm3SO2濃度mg/Nm3100023～25NOx濃度mg/Nm350043～48對比實驗1、取消實驗1中的“噴射NaClO2溶液”，其余等同于實驗1。所得結果如表2所示。表2處理前處理后煙氣量Nm3/h10001000煙氣溫度℃170～180170～180粉塵濃度30g/Nm33～5mg/Nm3SO2濃度mg/Nm3100058～71NOx濃度mg/Nm350073～84對比實驗2、將實施例1中的除塵脫硝復合反應器2改成如下結構：殼體20的左側為煙氣的進口，殼體20的右側為煙氣的出口，在殼體20內設置SCR催化劑，SCR催化劑的孔道橫向布置，且SCR催化劑覆蓋整個殼體20的縱向截面。即，去除布袋，改成常規的SCR反應器。SCR催化劑的用量同實驗1。其余等同于實驗1。所得結果如表3所示。表3處理前處理后煙氣量Nm3/h10001000煙氣溫度℃170～180170～180SO2濃度mg/Nm3100058～71NOx濃度mg/Nm3500154～166對比實驗3、將實施例1中的除塵脫硝復合反應器2改成如下結構：殼體20的左側為煙氣的進口，殼體20的右側為煙氣的出口，在殼體20內設置SCR催化劑，SCR催化劑的孔道橫向布置，且SCR催化劑覆蓋整個殼體20的縱向截面。在煙氣的進口處之前設置用于捕集粉塵的布袋除塵器。SCR催化劑及其用量均同實驗1。布袋除塵器的材料及氣布比均同實驗1。所得結果如表4所示。表4處理前處理后煙氣量Nm3/h10001000煙氣溫度℃170～180170～180SO2濃度mg/Nm3100036～42NOx濃度mg/Nm3500102～115最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的若干個具體實施例。顯然，本發明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護范圍。當前第1頁1 2 3