氣相氧化系統(tǒng)、應(yīng)用該系統(tǒng)的煙氣凈化設(shè)備及其凈化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種煙氣凈化設(shè)備以及凈化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氮氧化物（NOx)的排放嚴(yán)重影響著自然環(huán)境。電廠、水泥、冶金、鋼鐵等工業(yè)廢氣均 需經(jīng)過凈化工序處理，降低污染物的排放濃度。隨著工業(yè)化進(jìn)程逐步加深，廢氣排放量及污 染物總量逐步上升。由于總量上漲，污染物的排放濃度控制逐漸嚴(yán)格。
[0003] NOx的脫除多采用選擇性還原的方式，在有/無催化劑條件下，利用NH 3的還原性， 將NOx還原為N2排放至環(huán)境。這種方式存在局限性：首先催化劑具有壽命，需要定期更換， 而不使用催化劑的NOx還原需要在極高溫溫度下進(jìn)行；再者，將NOx還原為N2僅僅是消除污 染物，不能把污染物轉(zhuǎn)化利用。利用臭氧氧化脫硝的方式可以避免上述局限性：首先：臭氧 氧化^^^至N 205在較低的溫度下即可進(jìn)行，且不需要任何催化條件；再者，NO x污染物轉(zhuǎn)化成 為的高價(jià)含氮化合物可以再次利用。
[0004] 由于臭氧和^^^在一般水溶液中的溶解度有限，相同溫度下臭氧在氣相氧化NO ：(具 有更快的反應(yīng)速率。杜邦一 Belco公司的濕法技術(shù)在廢氣進(jìn)入吸收塔前氣體管道中噴射臭 氧，在臭氧噴射裝置前，使用急冷裝置將廢氣溫度冷卻至較低溫度，以保證噴射的臭氧不因 高溫環(huán)境而減少壽命。該技術(shù)中存在一定問題：急冷裝置在臭氧氧化前噴入冷卻水，廢氣中 攜帶的冷卻水液滴在一定程度上會(huì)促進(jìn)臭氧的分解；同時(shí)，臭氧噴入管道沒有額外的氣體 混合促進(jìn)裝置，臭氧氧化NOx的效率有限。
[0005] 在臭氧氣相氧化技術(shù)中，氣相顆粒物/液滴含量的控制、反應(yīng)物混合的條件及方 式等因素對(duì)氧化反應(yīng)的效率是十分重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種氣相氧化系統(tǒng)、應(yīng)用該系統(tǒng)的煙氣凈化設(shè)備及其凈化方 法，可以實(shí)現(xiàn)高效地氧化煙氣中的NOx，不需要折流板、急冷裝置等附件，煙氣阻力小。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種氣相氧化系統(tǒng)，包括氧化系統(tǒng)和分隔系統(tǒng)： 所述氧化系統(tǒng)包括臭氧輸送管路、連接在每根臭氧輸送管路端部的一級(jí)噴射器和二級(jí) 噴射器以及在一級(jí)噴射器下方的臭氧擋板，所述一級(jí)噴射器和二級(jí)噴射器相對(duì)設(shè)置，其中 一級(jí)噴射器位于下方、其噴射臭氧氣體的端口向下，其中二級(jí)噴射器位于上方、其噴射臭氧 氣體的端口向上。
[0008] 所述分隔系統(tǒng)包括穿過氧化系統(tǒng)位于殼體中軸線上的自流管、連接在自流管上端 的倒錐筒形的收集盤以及位于收集盤上方的環(huán)形的導(dǎo)流錐，所述收集盤的下表面位于二級(jí) 噴射器噴射臭氧氣體的端口的上方。
[0009] 所述導(dǎo)流錐為環(huán)形，其上表面是由外周上邊緣向內(nèi)周邊緣向下傾斜的坡面、其下 表面是由外周的下邊緣向內(nèi)周邊緣向上傾斜的坡面，所述導(dǎo)流錐的內(nèi)周邊緣超出收集盤的 邊緣、位于收集盤的盤口上方。
[0010] 所述臭氧輸送管路以及連接在每根臭氧輸送管路端部的一級(jí)噴射器和二級(jí)噴射 器有1~8組，環(huán)向均勻間隔連接在殼體的內(nèi)側(cè)，每個(gè)一級(jí)噴射器的下方對(duì)應(yīng)一塊臭氧擋 板，其中一級(jí)噴射器和二級(jí)噴射器噴射臭氧氣體的端口與豎直方向的夾角均不超過45°。 [0011] 所述自流管由多組臭氧輸送管路的中心處穿過氧化系統(tǒng)，所述臭氧擋板的形狀為 扇形、圓形、橢圓形、三邊形、四邊形、凸面形、或凹面形中的一種或幾種。
[0012] -種應(yīng)用所述的氣相氧化系統(tǒng)的煙氣凈化設(shè)備，包括筒狀的吸收塔塔體、位于吸 收塔塔體下部的進(jìn)氣筒、位于吸收塔塔體上部的排氣筒、設(shè)置在吸收塔塔體內(nèi)的吸收劑池 和吸收系統(tǒng)以及與吸收塔塔體連接的塔外緩沖箱，還包括氣相氧化系統(tǒng)，所述煙氣凈化設(shè) 備沿著煙氣流向由下向上依次為吸收劑池、氣相氧化系統(tǒng)以及上部吸收系統(tǒng)，所述氣相氧 化系統(tǒng)內(nèi)的自流管通過管道與塔外緩沖箱連通。 所述吸收劑池與空氣或氧氣進(jìn)氣管路以及硫資源回收管路連通，吸收劑池與空氣或氧 氣進(jìn)氣管路連通、且吸收劑池內(nèi)有攪拌器。 所述上部吸收系統(tǒng)包括上部噴淋層和位于上部噴淋層上方的上部除霧器，所述上部噴 淋層通過循環(huán)供液旁路與吸收劑池連通、通過管道與塔外緩沖箱連通。
[0013] 在所述氣相氧化系統(tǒng)的下方還設(shè)置有下部吸收系統(tǒng)，所述下部吸收系統(tǒng)包括下部 噴淋層和位于下部噴淋層上方的下部除霧器，所述下部噴淋層通過循環(huán)供液旁路與吸收劑 池連通。
[0014] 所述塔外緩沖箱與氮資源回收管路連通，塔外緩沖箱的下部有攪拌器。
[0015] -種應(yīng)用所述的煙氣凈化設(shè)備的凈化方法，煙氣經(jīng)進(jìn)氣筒進(jìn)入吸收劑池中，經(jīng)過 攪拌器、下部噴淋層和下部除霧器進(jìn)入氣相氧化系統(tǒng)中，經(jīng)過與臭氧氣體的充分氧化反應(yīng) 后再經(jīng)上部噴淋層和上部除霧器經(jīng)過排放筒排放至大氣中。
[0016] 氧化系統(tǒng)中的一級(jí)噴射器噴射臭氧至臭氧擋板擴(kuò)散，先與煙氣進(jìn)行一次混合及氧 化反應(yīng)，隨后由二級(jí)噴射器噴射臭氧至收集盤下表面擴(kuò)散，再與煙氣進(jìn)行二次混合及氧化 反應(yīng)； 收集盤將上部噴淋層噴灑的吸收劑回收經(jīng)自流管排放至不同位置：當(dāng)上部吸收系統(tǒng)與 下部吸收系統(tǒng)使用同種吸收劑時(shí)，自流管將收集的液體排向吸收劑池或塔外緩沖箱，當(dāng)上 部吸收系統(tǒng)與下部吸收系統(tǒng)使用不同吸收劑時(shí)，自流管將收集的液體排向塔外緩沖箱。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和有益效果： 本發(fā)明克服了傳統(tǒng)凈化設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、凈化效果差且氮資源不能有效分離再利用的缺 點(diǎn)，解決了實(shí)現(xiàn)NOx的氧化、有效回收氮資源的技術(shù)問題。
[0018] 本發(fā)明提供了一種氣相氧化系統(tǒng)，其中臭氧擋板和收集盤下表面起到了促進(jìn)臭氧 與煙氣混合的效果，收集盤、導(dǎo)流錐起到降低氧化反應(yīng)所在區(qū)域內(nèi)顆粒物及液體的含量的 效果，應(yīng)用該氣相氧化系統(tǒng)的凈化設(shè)備由下向上依次包括吸收劑池、下部吸收系統(tǒng)、氣相氧 化系統(tǒng)、上部吸收系統(tǒng)以及排放系統(tǒng)： (1)吸收劑池：包含攪拌器和煙氣進(jìn)氣管路，攪拌器可在不同角度、不同高度安裝多臺(tái)， 進(jìn)氣管路可沿塔橫截面環(huán)形不同角度分布安裝多個(gè)，吸收池內(nèi)的吸收劑可通過供液栗經(jīng)循 環(huán)供液旁路栗入上部噴淋層和下部噴淋層。
[0019] (2)下部吸收系統(tǒng)：包含下部噴淋層、下部除霧器，下部噴淋層噴灑吸收劑，下部 除霧器用于降低煙氣中的霧滴、液滴含量，目的是減少臭氧分解速率受霧滴、液滴的增速影 響；同時(shí)，當(dāng)上部吸收區(qū)所用吸收劑與下部吸收區(qū)所用吸收劑不同時(shí)，可以有效減少兩者之 間的混合。
[0020] (3)氧化系統(tǒng)：包含一級(jí)噴射器、二級(jí)噴射器、臭氧擋板以及臭氧輸送管路，一級(jí)噴 射器由臭氧輸送管路向下噴射至臭氧擋板，二級(jí)噴射器由臭氧輸送管路向上噴射至分隔系 統(tǒng)收集盤下表面，臭氧分別自臭氧擋板與收集盤下表面擴(kuò)散，與煙氣混合接觸，在氣相進(jìn)行 氧化反應(yīng)。
[0021] (4)分隔系統(tǒng)：包含收集盤、自流管以及導(dǎo)流錐，收集盤用于收集上部噴淋層噴灑 的吸收劑，收集盤底部連接自流管，收集盤下表面作為二級(jí)噴射器氣氣接觸表面；當(dāng)上部吸 收區(qū)與下部吸收區(qū)使用同種吸收劑時(shí)，自流管可以將收集的液體排向吸收劑池或塔外緩沖 箱，當(dāng)上部吸收區(qū)與下部吸收劑使用不同吸收劑時(shí)，自流管將收集液排向塔外緩沖箱；導(dǎo)流 錐上表面用于將收集的液體導(dǎo)向收集盤，下表面用于煙氣提速，促進(jìn)二級(jí)噴射器噴射的臭 氧與煙氣的均勻混合。
[0022] (5)上部吸收系統(tǒng)：包含上部噴淋層，上方設(shè)置上部除霧器，上部噴淋層噴灑吸收 劑，上部除霧器用于降低煙氣中的霧滴、液滴含量，目的是減少霧滴中攜帶的固體顆粒物的 排放。
[0023] (6)尾氣排放：凈化后的煙氣經(jīng)過排放筒排放至大氣。
[0024] 本發(fā)明中的氣相氧化反應(yīng)主要包含以下反應(yīng)：
其中，反應(yīng)（1)、（2)、（3)為快反應(yīng)，（4)、（5)、（6)為慢反應(yīng)。在氧化區(qū)內(nèi)煙氣溫度范 圍不高于100°c，前三個(gè)快反應(yīng)的反應(yīng)速率要比后三個(gè)慢反應(yīng)的反應(yīng)速率快7~10個(gè)數(shù)量 級(jí)。因此，一般情況下，可以忽略后三個(gè)慢反應(yīng)，但是，慢反應(yīng)在氧化區(qū)內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生。除了氧 化反應(yīng)，在氧化區(qū)內(nèi)，還同時(shí)發(fā)生著以下臭氧的分解反應(yīng)：
臭氧分解反應(yīng)包含：在氣相發(fā)生的分解反應(yīng)（1)、（2)，在顆粒物表面發(fā)生的分解反應(yīng) (3)，在液相發(fā)生的分