一種光助催化氧化脫除煙氣中多污染物的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于煙氣凈化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光助催化氧化脫除煙氣中多污 染物的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國大氣污染屬于典型的煤煙型污染，其中二氧化硫、氮氧化物和重金屬是燃煤 煙氣的標(biāo)志性污染物，二氧化硫和氮氧化物是酸雨的主要來源，氮氧化物亦是形成光化學(xué) 煙霧的最主要前驅(qū)物之一，而單質(zhì)汞具有毒性強(qiáng)、形態(tài)穩(wěn)定且難生物降解的特點。近年來， 由于燃煤煙氣中二氧化硫、氮氧化物和重金屬的排放量顯著提高，導(dǎo)致我國霧霾頻發(fā)，嚴(yán)重 危害了人民健康和生態(tài)環(huán)境。
[0003] 我國燃煤電廠采用的主流煙氣脫硫技術(shù)為濕式石灰石-石膏工藝(WF⑶），該工藝 具有技術(shù)成熟、脫硫效率較高、煤種適應(yīng)范圍寬、處理煙氣量大等優(yōu)點，但存在系統(tǒng)復(fù)雜、能 耗高等不足，并且95%的脫硫效率無法滿足特別地區(qū)50mg/m 3的排放濃度限值。而傳統(tǒng)SCR 催化劑存在成本高、壽命短的問題，并且氨逃逸、催化劑中毒和廢棄催化劑難處理等也成為 SCR脫硝技術(shù)發(fā)展的瓶頸?；钚蕴课矫摴椒ù嬖诔杀靖?、廢棄活性炭難以回收利用等問 題。同時，這種分級處理方式存在占地面積大、系統(tǒng)運行穩(wěn)定性較差、設(shè)備能耗偏高和二次 污染等諸多問題因此，因此，研發(fā)新興的燃煤煙氣多污染物一體化脫除技術(shù)，既是"資源節(jié) 約型、環(huán)境友好型"社會建設(shè)的需要，也是我國能源行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要。
[0004] 就一體化脫除技術(shù)而言，氧化法更具優(yōu)勢。電力生產(chǎn)過程中，燃煤煙氣中90-95% 的NOx是N0，其水溶性差無法被吸收劑吸收，導(dǎo)致脫硝效率較低，而N0 2、N03和N205等水溶性 較強(qiáng)；因此，實現(xiàn)N0在氣相中的快速氧化是脫硝的關(guān)鍵。對汞而言，顆粒態(tài)汞和氧化態(tài)汞可 被電除塵器和濕法脫硫等現(xiàn)有污染物控制設(shè)備協(xié)同脫除，脫汞的關(guān)鍵是Hg* 3的脫除，因此， 將Hf于氣相中快速氧化為Hg2+是實現(xiàn)脫汞的重點。基于氧化法原理，利用火電廠現(xiàn)有污染 物控制裝置，并對其進(jìn)行布局優(yōu)化，進(jìn)而實現(xiàn)多污染物一體化脫除是經(jīng)濟(jì)高效且符合我國 國情的發(fā)展方向之一。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本實用新型提供了一種光助催化氧化脫除煙氣中多污染物的 裝置。
[0006] -種光助催化氧化脫除煙氣中多污染物的裝置，煙氣管路11連通至靜電除塵器4 的煙氣入口，靜電除塵器4的煙氣出口通過管路12連通至吸收裝置5,煙氣管路11內(nèi)設(shè)置煙 氣余熱利用及霧化發(fā)生裝置2,所述煙氣余熱利用及霧化發(fā)生裝置2采用大管23內(nèi)套小管24 的結(jié)構(gòu)，所述小管24的管壁上間隔設(shè)有缺口25,缺□處設(shè)有孔板26,所述孔板26固定在小管 24的內(nèi)壁上，其外徑等于小管24的內(nèi)徑，小管24的入口與空壓機(jī)系統(tǒng)廣相連，大管23的入口 與氧化劑儲罐1相連，大管23的出口與光助催化活化反應(yīng)裝置3的入口相連，光助催化活化 反應(yīng)裝置3的出口連接至靜電除塵器4的煙氣出口；所述光助催化活化反應(yīng)裝置3為圓筒結(jié) 構(gòu)，其內(nèi)部陣列排布有石英管33，石英管33內(nèi)套有UV燈管32;吸收裝置5的煙氣出口經(jīng)高效 除霧器連接至煙囪。
[0007] 所述光助催化活化反應(yīng)裝置3的入口處設(shè)有錐形氣流分布裝置31。
[0008] 所述光助催化活化反應(yīng)裝置3的圓筒結(jié)構(gòu)，由外至內(nèi)依次包括鋼質(zhì)外殼、保溫層、 隔離層和防腐層。
[0009] 所述煙氣余熱利用及霧化發(fā)生裝置2采用鈦鋼材質(zhì)，包括左右兩端的盤管段21和 中部的直管段22。
[0010] 所述缺口 25的間距為10-15cm;所述孔板26上設(shè)有多個孔，空隙率為80%。
[0011] -種光助催化氧化脫除煙氣中多污染物的裝置凈化煙氣的方法，空壓機(jī)系統(tǒng)1'向 所述煙氣余熱利用及霧化發(fā)生裝置2的小管24內(nèi)輸送壓縮空氣，氧化劑儲罐1向大管23內(nèi)注 入復(fù)合氧化劑溶液，壓縮空氣由缺口 25不斷流出和進(jìn)入小管24而進(jìn)入或流出復(fù)合氧化劑溶 液中，壓縮空氣通過缺口 25和孔板26流動過程中形成劇烈紊流效應(yīng)，不斷撓動復(fù)合氧化劑 溶液，使復(fù)合氧化劑溶液在大管23中形成沸騰狀態(tài)；同時，火電廠空預(yù)器輸出的熱煙氣在流 經(jīng)煙氣管路11時，與煙氣余熱利用及霧化發(fā)生裝置2發(fā)生換熱，使大管23中的液相復(fù)合氧化 劑在沸騰的同時，被霧化而變成霧狀液滴，進(jìn)而增大氣液接觸面積；
[0012] 霧化復(fù)合氧化劑進(jìn)入光助催化活化反應(yīng)裝置3,陣列UV燈管32產(chǎn)生的輻射穿過內(nèi) 嵌石英管33對復(fù)合氧化劑進(jìn)行催化活化，產(chǎn)生多種自由基，自由基從光助催化活化反應(yīng)裝 置3的出口噴出，進(jìn)入靜電除塵器4的煙氣出口與煙氣接觸進(jìn)行多污染物原位氧化反應(yīng)，將 煙氣中的N0轉(zhuǎn)變?yōu)楦邇r態(tài)的NOx，包括吣 2、吣3、吣05，將取()氧化為取2+，1^、取 2+和302隨煙氣 進(jìn)入吸收裝置5被吸收脫除，煙氣再經(jīng)過高效除霧器除霧后，由煙肉排入大氣；
[0013] 以質(zhì)量濃度計，所述復(fù)合催化劑溶液為含有30-50wt %的H2〇2、0-2wt % CH3C000H和 0.01 -0.5wt %的添加劑的混合水溶液，所述添加劑為NaBr、NaCl、HBr、HC1、HF中的一種以 上，所述復(fù)合催化劑溶液的pH為5-6;
[0014]以質(zhì)量濃度計，吸收裝置5內(nèi)的吸收液為含有5-lOwt%的Mg0、0-5wt%的KC1和 0 ? 5-2wt %的K0H的吸收漿液，吸收液的pH為8-10。
[0015] 所述霧狀液滴的粒徑為50-60M1。
[0016]所述光助催化活化反應(yīng)裝置3的入口處設(shè)有錐形氣流分布裝置31，霧化復(fù)合氧化 劑由所述錐形氣流分布裝置31導(dǎo)流，使霧化復(fù)合氧化劑產(chǎn)生湍流，使復(fù)合氧化劑在光助催 化活化反應(yīng)裝置3中均勻分布。
[0017] 所述復(fù)合催化劑為H2〇2/NaBr7jC溶液:H2〇2與NaBr的質(zhì)量濃度比為（40-50): (0 ? 0卜 0.1)，溶液 pH 為 5.5-6;
[0018] 或所述液相復(fù)合催化劑為H2〇2/NaCl水溶液:H 2〇2與NaCl質(zhì)量濃度比為（40-50): (0.3-0.5)，溶液 pH 為 5-6;
[0019] 或所述液相復(fù)合催化劑為H2〇2/CH3COOOH/HBr7K溶液:H 2〇2、CH3C000H和HBr的質(zhì)量 濃度比為(30-35): (0?5-2): (0?1 -0?3)，溶液pH為5-6;
[0020] 或所述液相復(fù)合催化劑為H202/CH3C000H/HF水溶液:H 2〇2、CH3COOOH和HF的質(zhì)量濃 度比為(30-35): (0.5-2): (0.05-0.2)，溶液pH為5-5.5;
[0021] 或所述液相復(fù)合催化劑為H202/CH3C000H/HC1 :H2〇2、CH3COOOH和HC1的質(zhì)量濃度比 為(35-40):(1-2):(0.3-0.5)，溶液 pH 為 5-5.5。
[0022]所述液相復(fù)合氧化劑的制備過程為：將氧化劑H202和/或CH 3C000H，與添加劑按照 比例混合，然后用水將其稀釋到規(guī)定濃度。上述多種復(fù)合氧化劑具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，在12h 內(nèi)無顯著的氣體釋放現(xiàn)象，有利于復(fù)合氧化劑制備及其儲存系統(tǒng)的安全運行。
[0023] 工況條件如下：
[0024] (1)煙氣余熱利用及霧化發(fā)生裝置2內(nèi)的溫度范圍為100_130°C;
[0025] (2)復(fù)合氧化劑加入量與煙氣流量的液氣比為10-25L/萬m3;
[0026] (3)壓縮空氣進(jìn)口壓力為2-4kg，與復(fù)合氧化劑的流量比為(50-150) :1;
[0027] (4)光助催化活化反應(yīng)裝置3內(nèi)的輻射能量密度為0.64-1.28KW/m3;
[0028] (5)管路12為煙氣多污染物氧化反應(yīng)段，其中煙氣停留時間為l_2s;
[0029] (6)吸收裝置5內(nèi)，吸收液與煙氣流量的液氣比為10-15L/m3;反應(yīng)溫度為40~60 r。
[0030] 本實用新型反應(yīng)機(jī)理：
[0031] 過氧化氫、過氧乙酸、氧氣是一次氧化劑，過氧根、羥基自由基、氯氧自由基、溴氧 自由基、氟氧自由基、氯自由基、溴自由基、氟自由基、氯氣、單質(zhì)溴、單質(zhì)氟等為二次氧化 劑，這些氧化劑與煙氣中的Hg13氧化結(jié)合為氧化態(tài)Hg2+，將N0氧化成氧化態(tài)NOx。液相復(fù)合氧 化劑的催化活化機(jī)理及與多污染物間的反應(yīng)機(jī)理如下：
[0032] H2〇2+hv^2HO?
[0033] CH3COOOH+hv^CH3COO? +H0 ?
[0034] H2O2+CH3COO? ^CHsCOOOH+HO?
[0035] HO? +C1--C10H?-
[0036] C10H? -+H+-C1 ? +H2O
[0037] Cl ? +C1 ? -Cl2
[0038] HO? +Br--BrOH?-
[0039] BrOH? -+H+-Br? +H2O
[0040] Br?+Br?
[0041 ]HO? +F--F0H?-
[0042] F0H? -+H+-F? +H2O
[0043] p?+F? ^F2
[0044] -次氧化劑和二次氧化劑與污染物之間反應(yīng)機(jī)理如下：
[0045] H2〇2+N(II)+Hg°+S(IV)^N(V)+Hg(II)+S(VI)+H2〇
[0046] CH3COOOH+N(II) +Hg°+S(IV) (V)+Hg(11)+S(VI) +CH3COOH
[0047] HO? +N(II)+Hg°+S(IV)^N(V)+Hg(II)+S(VI)+H2〇
[0048] C10H? >Cr+Cl2+N(II)+Hg°+S(IV)^N(V)+Hg(II)+S(VI)+Cr
[0049] BrOH ? >Br，+Br2+N(II)+Hg°+S(IV)^N(V)+Hg(II)+S(VI)+Br_
[0050] F0H ? -+F.+F2+N(II)+Hg0+S(IV)4N(V)+Hg(II)+S(VI)+F-
[00511氧化產(chǎn)物與吸收劑之間反應(yīng)機(jī)理如下：
[0052] H20+Mg0+N(V)+S(VI) ^MgS04+Mg(N03)2
[0053] K++N(V)+S(VI)^K2S〇4+KN〇3
[0054] Na++N(V)+S(VI)^Na2S〇4+NaN03
[0055] Hg2++M-Hg ? ? ? M(化學(xué)吸附）
[0056] 其中，M為煙氣中的細(xì)粒子或其他組分。