自由基預(yù)氧化結(jié)合濕法吸收的同時(shí)脫硫脫硝脫汞系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及燃燒煙氣污染物控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于自由基預(yù)氧化結(jié)合 濕法吸收的同時(shí)脫硫脫硝脫汞系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的S02、NOx以及Hg能夠引起酸雨、光化學(xué)煙霧和致癌等嚴(yán)重 的大氣污染問(wèn)題，危害人類健康和生態(tài)平衡。在過(guò)去的幾十年，盡管人們開(kāi)發(fā)了大量的煙氣 脫硫脫硝脫汞技術(shù)，但現(xiàn)有的各種脫硫脫硝脫汞技術(shù)在研發(fā)當(dāng)初僅針對(duì)單一污染物為脫除 目標(biāo)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多污染物的同時(shí)脫除。例如，目前應(yīng)用較多的煙氣脫硫脫硝技術(shù)主要為石灰 石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)和氨選擇性催化還原法。這兩種方法雖可以單獨(dú)脫硫脫硝，但 無(wú)法在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)同時(shí)脫除。兩種工藝疊加使用雖然可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)脫硫脫硝，但造 成整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜，占地面積大，投資和運(yùn)行成本高等不足。另外，隨著人類對(duì)環(huán)保要求的不 斷提高，針對(duì)煙氣中汞排放控制的法律法規(guī)也逐漸出臺(tái)，但目前還沒(méi)有一種經(jīng)濟(jì)有效的煙 氣脫汞技術(shù)獲得大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。如果在現(xiàn)有的脫硫和脫硝系統(tǒng)尾部再次增加單獨(dú)的煙氣 脫汞系統(tǒng)，則勢(shì)必將造成整個(gè)系統(tǒng)的初投資和運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)一步增加，最終很難以在發(fā)展中 國(guó)家獲得大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。綜上所述，如果能夠在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)將S0 2、NO x、Hg同時(shí)脫 除，則有望大大降低系統(tǒng)的復(fù)雜性和占地面積，進(jìn)而減少系統(tǒng)的投資與運(yùn)行費(fèi)用。因此，開(kāi) 發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的硫/氮/汞同時(shí)脫除技術(shù)是該領(lǐng)域當(dāng)前的熱點(diǎn)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實(shí)用新型涉及一種基于自由基預(yù)氧化結(jié)合濕法吸收的同時(shí)脫硫脫硝脫汞系統(tǒng)， 所述的系統(tǒng)是采用紫外光聯(lián)合催化劑分解過(guò)氧化物產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基或硫酸根自由基 在撞擊床中氧化脫除S0 2、NO，和Hg °。
[0004] 本實(shí)用新型的脫除系統(tǒng)的原理及反應(yīng)過(guò)程：
[0005] 1、由圖1所示，采用電子自旋共振（ESR)光普儀可測(cè)定到反應(yīng)系統(tǒng)中產(chǎn)生了羥基 和硫酸根自由基。因此，該系統(tǒng)首先是釋放了具有強(qiáng)氧化性的羥基和硫酸根自由基，具體過(guò) 程可用如下的化學(xué)反應(yīng)（1)_(3)表示：
[0006] H202+UV+ 催化劑 2 X 0H
[0007] (1)
[0011] (3)
[0012] 2、產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性的硫酸根和羥基自由基可將煙氣中的S02、NOx和HgO預(yù)氧化 生成氣態(tài)二價(jià)汞、二氧化氮、三氧化硫、硫酸和硝酸。具體過(guò)程可用如下反應(yīng)（4)_(13) 表不：
[0013] aX0H+bS02 cH2S04+other products
[0014] (4)
[0015] aX0H+bS02 cS0 3++other products
[0016] (5)
[0017] aXOH+bNO cN0 2++other products
[0018] (6)
[0019] aXOH+bNO cHN0 3+other products
[0020] (7)
[0021] aXOH+bHg0 cHgO+other products
[0022] (8)
[0032] (13)
[0033] 3、預(yù)氧化產(chǎn)生的氣態(tài)二價(jià)汞、二氧化氮、三氧化硫、硫酸和硝酸在尾部的石灰 石濕法脫硫系統(tǒng)中被吸收脫除。該系統(tǒng)能夠用于改造現(xiàn)有的燃煤鍋爐實(shí)現(xiàn)硫、氮、汞一體 化脫除，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
[0034] 為實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型采用的實(shí)施方案如下：
[0035] 一種基于自由基預(yù)氧化結(jié)合濕法吸收的同時(shí)脫硫脫硝脫汞系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)設(shè)有 排放源、風(fēng)機(jī)、降溫器、混合器、閥門、催化劑儲(chǔ)存塔、撞擊床、噴霧泵、儲(chǔ)液箱、循 環(huán)泵、石灰石濕法脫硫系統(tǒng)和煙囡；排放源通過(guò)煙道連接降溫器入口，降溫器出口連接混 合器的煙氣入口，催化劑儲(chǔ)存塔的出口連接混合器的催化劑入口，混合器的出口設(shè)有兩個(gè)， 分別與撞擊床上的同軸對(duì)向布置的高速噴嘴連接；所述撞擊床由上向下依次設(shè)有煙氣出 口、除霧器、除塵器、高速噴嘴、噴霧器、紫外燈及石英套管、催化劑出口；所述高速噴嘴 、噴霧器、紫外燈及石英套管在撞擊床內(nèi)多級(jí)交錯(cuò)相間設(shè)置；所述儲(chǔ)液箱通過(guò)管道與撞擊 床的噴霧器連接；所述撞擊床的煙氣出口與石灰石濕法脫硫塔的入口連接，石灰石濕法脫 硫塔的出口連接煙囪。
[0036] 所述排放源與降溫器的煙道上設(shè)有將排放源的煙氣引入降溫器的風(fēng)機(jī)；所述儲(chǔ)液 箱與撞擊床連接的管道上設(shè)有為過(guò)氧化物溶液提供動(dòng)力的噴霧泵。
[0037] 撞擊床內(nèi)的高速噴嘴、噴霧器和紫外燈管采用多級(jí)交叉布置；高速噴嘴、噴霧器 和紫外燈管相間布置，且相鄰的高速噴嘴、噴霧器與紫外燈管采用同向布置。
[0038] 高速噴嘴相鄰兩層之間的垂直間距H位于20cm-12〇Cm之間，且相鄰兩級(jí)高速噴嘴 采用90度錯(cuò)開(kāi)的交叉布置；紫外燈管布置在相鄰兩級(jí)高速噴嘴之間的中心點(diǎn)處，且相鄰兩 級(jí)的紫外燈管采用90度錯(cuò)開(kāi)的交叉布置；噴霧器布置在相鄰兩級(jí)高速噴嘴和紫外燈管之 間的中心點(diǎn)處，且相鄰兩級(jí)的噴霧器采用90度錯(cuò)開(kāi)的交叉布置。
[0039] 來(lái)自排放源的部分煙氣與部分催化劑顆?；旌虾笥筛咚賴娮靽娙胱矒舸玻硪徊?分煙氣與另一部分催化劑顆?；旌虾笥赏S對(duì)向布置的高速噴嘴噴入撞擊床。與此同時(shí)， 過(guò)氧化物溶液通過(guò)噴霧器噴入撞擊床內(nèi)，三股氣流在撞擊床內(nèi)發(fā)生撞擊混合。紫外光聯(lián)合 催化劑分解過(guò)氧化物產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基或硫酸根自由基氧化S0 2、NO，和Hg °生成氣態(tài) 二價(jià)汞、二氧化氮、三氧化硫、硫酸和硝酸，然后在尾部的濕法脫硫系統(tǒng)中被吸收脫除。
[0040] 催化劑顆粒從催化劑儲(chǔ)存塔的出口 a進(jìn)入混合器，煙氣從排放源的出口 b經(jīng)降溫 器降溫后也進(jìn)入混合器，煙氣和催化劑顆粒在混合器內(nèi)混合后分為兩股均等氣流。一半氣 流由設(shè)置在一邊的高速噴嘴經(jīng)入口 c噴入撞擊床，另一半氣流則由設(shè)置在另一邊的同軸對(duì) 向布置的高速噴嘴經(jīng)入口 d噴入撞擊床。與此同時(shí)，來(lái)自儲(chǔ)液箱的過(guò)氧化物溶液由噴霧泵 提供動(dòng)力，由噴霧器從入口 e噴入撞擊床內(nèi)。三股氣流在撞擊床內(nèi)發(fā)生撞擊混合。紫外光 聯(lián)合催化劑分解過(guò)氧化物產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基或硫酸根自由基氧化S0 2、NO，和Hg °生成 氣態(tài)二價(jià)汞、二氧化氮、三氧化硫、硫酸和硝酸，生成的這些氣態(tài)產(chǎn)物從撞擊床出口 g經(jīng) 石灰石濕法脫硫系統(tǒng)的入口 h進(jìn)入塔內(nèi)吸收脫除，經(jīng)過(guò)洗滌的潔凈煙氣從煙囡排入大氣。
[0041] 撞擊床的最佳煙氣入口溫度為60-160°C，有效液氣比為0. 2-3. OL/m3,過(guò)氧化物 的最佳濃度為〇? 2mol/L-2. Omol/L之間，溶液的pH位于1. 0-6. 5之間，最佳的溶液溫度為 70-95°C，紫外光有效輻射強(qiáng)度為30 y W/cm2-400 y W/cm2,紫外線有效波長(zhǎng)為180nm-365nm。 噴霧器噴出的過(guò)氧化物溶液的霧化液滴粒徑不大于10微米。高速噴嘴最佳的出口流速為 5-25m/s。催化劑的最佳投加量可按撞擊床反應(yīng)器體積的每立方米投加0. l-4kg。煙氣中 S02、N0X、Hg。的含量分別不高于 8000ppm、2000ppm、300 yg/m3。
[0042] 所述的催化劑是二氧化鈦、氧化鐵、二氧化錳、氧化銅中的一種或兩種以上混 合物，也可以是所述催化劑的負(fù)載型，所用載體可以是活性炭、三氧化二鋁、分子篩、硅 膠和生物質(zhì)焦中的一種或多種的復(fù)合體。
[0043] 所述的排放源可以是燃煤鍋爐、垃圾焚燒爐、石油化工設(shè)備和醫(yī)療廢棄物焚燒 爐中的任一種。所述的過(guò)氧化物是雙氧水、過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鈉和過(guò)硫酸鉀中的一種或兩 種以上的混合。
[0044] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及顯著效果：
[0045] (1)中國(guó)專利201310683135. 8提出了一種基于噴淋塔的光活化過(guò)硫酸鹽同時(shí)脫 硫脫硝脫汞系統(tǒng)，但由于噴淋塔的傳質(zhì)速率低，無(wú)法滿足自由基引發(fā)的快速反應(yīng)，導(dǎo)致污染 物脫除效率不高，而本實(shí)用新型提出的光化學(xué)撞擊床具有極強(qiáng)的傳質(zhì)速率，能夠明顯提高 傳質(zhì)速率，從而大幅度提高污染物的脫除率。本實(shí)用新型所述系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)S0 2、NO x、Hg 三種污染物的100 %脫除率即證明了該系統(tǒng)出色的脫除性能。
[0046] (2)中國(guó)專利201010296492. 5提出了一種利用光輻射過(guò)氧化氫產(chǎn)生自由基的同 時(shí)脫硫脫硝系統(tǒng)，但該系統(tǒng)只能同時(shí)脫硫脫硝，無(wú)法實(shí)現(xiàn)脫汞，而本實(shí)用新型可以在一個(gè)反 應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)S02、NO x、Hg三種污染物的同時(shí)脫除，因而能夠降低系統(tǒng)的初投資和運(yùn)行費(fèi) 用。隨著人類對(duì)環(huán)保要求的不斷提高，本實(shí)用新型的這一優(yōu)勢(shì)將得到逐漸凸顯。另外，該專 利所述的脫除工藝采用的是傳質(zhì)速率很低和市場(chǎng)應(yīng)用潛力小的鼓泡塔反應(yīng)器，而本實(shí)用新 型提出的光化學(xué)撞擊床具有極強(qiáng)的傳質(zhì)速率，能夠明顯提高傳質(zhì)速率，從而大幅度提高污 染物的脫除效率。
[0047] (3)在過(guò)去的二十年，中國(guó)有大量的燃煤鍋爐僅僅裝有濕法脫硫系統(tǒng)，但隨著環(huán)保 要求的不斷提高，國(guó)家最近出臺(tái)了多項(xiàng)措施要求對(duì)氮氧化物和汞進(jìn)行脫除，本實(shí)用新型可 以利用現(xiàn)有的石灰石濕脫硫系統(tǒng)結(jié)合預(yù)氧化同時(shí)脫硫脫硝脫汞。該技術(shù)有可能被用于改造 現(xiàn)有的老舊鍋爐，具備巨大的市場(chǎng)潛力和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0048] 圖1基于自由基預(yù)氧化結(jié)合濕法吸收同時(shí)脫硫脫硝脫汞中捕獲的ESR光普?qǐng)D
[0049] 圖2是本實(shí)用新型系統(tǒng)的工藝流程和結(jié)構(gòu)圖
[0050] 圖3是本實(shí)用新型撞擊床內(nèi)高速噴嘴、噴霧器和紫外燈管相鄰兩組布置的結(jié)構(gòu) 示意圖。
[0051] 圖4是混合器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0052] 圖5是噴霧器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0053] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0054] 如圖2所示，一種基于自由基預(yù)氧化結(jié)合濕法吸收的同時(shí)脫硫脫硝脫汞方法，所 述方法基于的系統(tǒng)設(shè)有排放源1、風(fēng)機(jī)2、降溫器3、混合器4、閥門一 9-1、閥門二 9-2、催化劑儲(chǔ)存塔6、撞擊床5、高速噴嘴11、噴霧器12、紫外燈13及石英套管、除 霧器17、除灰器16、噴霧泵8、儲(chǔ)液箱7、循環(huán)泵10、石灰石濕法脫硫系統(tǒng)14和煙囪 15。
[0055] 排放源1通過(guò)煙道連接降溫器3入口，降溫器3出口連接混合器4的煙氣入口 m， 催化劑儲(chǔ)存塔6的出口連接混合器4的催