一種基于紫外燈耦合煙道脫汞的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于紫外燈耦合煙道脫汞的方法及系統(tǒng)。主要設(shè)有鍋爐、引風(fēng)機(jī)、除塵器、光化學(xué)反應(yīng)器、紫外燈控制系統(tǒng)、紫外燈冷卻系統(tǒng)、濕法煙氣脫硫系統(tǒng)以及煙囪。來自鍋爐排放的煙氣經(jīng)過除塵后進(jìn)入光化學(xué)反應(yīng)器。紫外燈發(fā)射紫外光激發(fā)煙氣中的氧氣和水蒸氣產(chǎn)生活性物質(zhì)將難溶的單質(zhì)汞氧化為易溶的二價(jià)汞。含有二價(jià)汞的煙氣進(jìn)入光化學(xué)反應(yīng)器尾部的濕法煙氣脫硫系統(tǒng)，二價(jià)汞在濕法煙氣脫硫系統(tǒng)內(nèi)被洗滌脫除。潔凈的煙氣由引風(fēng)機(jī)牽引進(jìn)入煙囪排入大氣。該裝置及系統(tǒng)能夠高效脫除煙氣中的汞，可以在現(xiàn)有濕法煙氣脫硫基礎(chǔ)上對煙道直接進(jìn)行改造，具有工藝簡單和投資成本低等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的開發(fā)前景。
【專利說明】一種基于紫外燈耦合煙道脫汞的方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃燒煙氣污染物控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于紫外燈耦合煙道脫汞的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]汞是一種劇毒性和在生物體內(nèi)易于沉積的重金屬痕量元素，對人體健康和生態(tài)環(huán)境具有極大的危害。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署在發(fā)表的一份調(diào)查報(bào)告中指出，燃煤鍋爐是汞排放的最大人為污染源。我國是世界第一大煤炭消費(fèi)國，能源結(jié)構(gòu)中煤炭的比例高達(dá)75%，并且這種格局在今后相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)仍不會有大的改變。隨著燃煤污染物大氣環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，預(yù)計(jì)在不久的將來，燃煤煙氣汞污染控制標(biāo)準(zhǔn)的出臺將是必然趨勢。因此，研究和開發(fā)有效的燃煤煙氣汞污染控制方法是我國環(huán)?？萍既藛T面臨的重要任務(wù)之一。
[0003]近年來，國內(nèi)外學(xué)者在研究脫汞新理論和新【技術(shù)領(lǐng)域】做了大量卓有成效的工作。目前，在眾多脫汞方法中，吸附劑吸附和濕法洗滌被認(rèn)為是燃煤煙氣脫汞領(lǐng)域的兩個最有發(fā)展?jié)摿Φ闹髁髅摴夹g(shù)。濕法洗滌脫汞技術(shù)中研究最多的是應(yīng)用現(xiàn)有的濕法煙氣脫硫系統(tǒng)聯(lián)合洗滌脫汞。該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)較高的Hg2+(g)脫除率，但是對難溶的Hg°(g)沒有明顯的脫除效果，部分氧化態(tài)汞還可能被還原為單質(zhì)汞。不少學(xué)者嘗試用一些氧化技術(shù)在脫硫塔前將煙氣中的Hg°(g)先氧化為Hg2+(g)，然后再用濕法煙氣脫硫系統(tǒng)洗滌脫除Hg2+(g)。目前研究較多的選擇性催化還原(SCR)催化氧化脫汞可實(shí)現(xiàn)部分Hg°(g)轉(zhuǎn)化為Hg2+(g)，但脫汞效果受到燃煤組分、催化劑類型、燃燒方式以及燃燒器結(jié)構(gòu)的明顯影響，相關(guān)催化氧化機(jī)理仍不十分清楚。其它氧化技術(shù)，例如等離子體氧化、光催化氧化和臭氧氧化等尚處于實(shí)驗(yàn)室探索階段。利用高錳酸鉀、過硫酸鉀和亞氯酸鈉等傳統(tǒng)氧化劑在吸收塔中氧化吸收Hg0(g)也取得了良好效果，但也存在吸收劑昂貴或產(chǎn)物成分復(fù)雜難處理等不足，相關(guān)技術(shù)還有待于進(jìn)一步完善。吸附法主要是通過活性炭或者其它吸附劑吸附煙氣中的Hg2+(g)和Hg°(g)，先將其轉(zhuǎn)化為顆粒汞，然后利用現(xiàn)有的除塵設(shè)備將其捕獲而達(dá)到脫汞目的。目前研究較多且技術(shù)最成熟的活性炭吸附法具有較高的脫汞效率，但應(yīng)用成本極高，企業(yè)難以承受。其它吸附劑，例如貴金屬、金屬氧化物、飛灰、活性焦、鈣基材料、分子篩以及天然礦物材料等雖然具有潛在的發(fā)展前景，但由于在應(yīng)用成本，脫汞效率，吸附劑穩(wěn)定性以及吸附機(jī)理研究等方面的欠缺與不足，目前還無法獲得大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。綜上所述，目前還沒有一種適合于大規(guī)模商業(yè)化的燃煤煙氣脫汞技術(shù)。因此，在完善現(xiàn)有脫汞技術(shù)的同時(shí)，積極開發(fā)經(jīng)濟(jì)高效的新型燃煤煙氣脫汞技術(shù)具有重要理論和現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明公開了一種基于紫外燈耦合煙道脫汞的方法及系統(tǒng)，主要設(shè)有鍋爐、引風(fēng)機(jī)、除塵器、光化學(xué)反應(yīng)器、紫外燈控制系統(tǒng)、紫外燈冷卻系統(tǒng)、濕法煙氣脫硫系統(tǒng)以及煙囪。來自鍋爐排放的煙氣經(jīng)過除塵后進(jìn)入光化學(xué)反應(yīng)器。紫外燈發(fā)射紫外光激發(fā)煙氣中的氧氣和水蒸氣產(chǎn)生活性物質(zhì)將難溶的單質(zhì)汞氧化為易溶的二價(jià)汞。含有二價(jià)汞的煙氣進(jìn)入光化學(xué)反應(yīng)器尾部的濕法煙氣脫硫系統(tǒng)，二價(jià)汞在濕法煙氣脫硫系統(tǒng)內(nèi)被洗滌脫除。潔凈的煙氣由弓丨風(fēng)機(jī)牽弓I進(jìn)入煙園排入大氣。該裝置及系統(tǒng)能夠高效脫除煙氣中的汞，可以在現(xiàn)有濕法煙氣脫硫基礎(chǔ)上對煙道直接進(jìn)行改造，具有工藝簡單和投資成本低等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的開發(fā)前景。
[0005]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的實(shí)施方案如下:
[0006]一種基于紫外燈耦合煙道脫汞的方法，來自鍋爐排放的煙氣經(jīng)過除塵后進(jìn)入光化學(xué)反應(yīng)器；光化學(xué)反應(yīng)器中的紫外燈發(fā)射紫外光激發(fā)煙氣中的氧氣和水蒸氣，產(chǎn)生活性物質(zhì)將難溶的單質(zhì)汞氧化為易溶的二價(jià)汞；羥基自由基、氧原子和臭氧等強(qiáng)氧化劑。含有二價(jià)汞的煙氣進(jìn)入光化學(xué)反應(yīng)器尾部的濕法煙氣脫硫系統(tǒng)，二價(jià)汞在濕法煙氣脫硫系統(tǒng)內(nèi)被洗滌脫除；潔凈的煙氣由引風(fēng)機(jī)牽引進(jìn)入煙囪排入大氣。
[0007]光化學(xué)反應(yīng)器入口的煙氣溫度不高于400°C ;紫外燈輻射功率和波長由紫外燈控制系統(tǒng)控制，光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)的紫外燈有效波長為120nm-320nm，有效輻射強(qiáng)度為IOyW/cm2-200 μ ff/cm2。
[0008]來自鍋爐煙氣中汞的有效入口濃度為0-500 μ g/m3 ;紫外燈產(chǎn)生的熱量由紫外燈冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻降溫。
[0009]所述系統(tǒng)包括鍋爐、引風(fēng)機(jī)、除塵器、光化學(xué)反應(yīng)器、紫外燈控制系統(tǒng)、紫外燈冷卻系統(tǒng)、濕法煙氣脫硫系統(tǒng)以及煙囪；鍋爐通過管道與除塵器的入口連接，除塵器的出口連接光化學(xué)反應(yīng)器的入口，光化學(xué)反應(yīng)器的出口連接濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的入口，濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的出口與煙囪連接；所述的紫外燈控制系統(tǒng)與光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)的紫外燈管連接；紫外燈冷卻系統(tǒng)與光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)的石英套管連接。
[0010]除塵器由布袋除塵器和靜電除塵器共同構(gòu)成，除塵后煙氣中顆粒的粒徑不大于
0.2微米；濕法煙氣脫硫系統(tǒng)是噴淋塔或鼓泡塔中的一種，采用的吸收劑是碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鈣、氫氧化鈉、碳酸鈉、氧化鎂、高錳酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鈉、過硫酸鉀、亞氯酸鈉、次氯酸鈉、雙氧水、次氯酸鈣、過氧乙酸中的一種或兩種以上的混合物。
[0011]光化學(xué)反應(yīng)器截面為矩形或正方形，所述的光化學(xué)反應(yīng)器的兩個垂直側(cè)面上均設(shè)有紫外燈，且紫外燈照射方向與光化學(xué)反應(yīng)器兩側(cè)面垂直。
[0012]當(dāng)每個側(cè)面設(shè)置多盞紫外燈時(shí)，多盞紫外燈在光化學(xué)反應(yīng)器側(cè)面上呈順排布置，紫外燈在光化學(xué)反應(yīng)器側(cè)面上呈順排布置，且橫向和縱向間距均相等，相鄰紫外燈中心線之間的間隔位于20cm-100cm，多個紫外燈發(fā)射的紫外光波長和輻射強(qiáng)度保持相同。
[0013]光化學(xué)反應(yīng)器中心區(qū)與紫外燈之間由兩層透光率很高的石英玻璃板相隔，兩層石英玻璃板之間抽成真空狀態(tài)，紫外燈安裝在由雙層石英玻璃板和反應(yīng)器壁隔成的通道中，通道兩端與紫外燈冷卻系統(tǒng)串聯(lián)，紫外燈冷卻系統(tǒng)向通道中輸入循環(huán)冷卻空氣來冷卻紫外燈散發(fā)的熱量，降低紫外燈工作區(qū)的溫度，以保證紫外燈的高效運(yùn)行。
[0014]光化學(xué)反應(yīng)器的長度位于40cm-400cm之間，寬度20cm-200cm之間，高度位于40cm_500cm 之間。
[0015]所述的光化學(xué)反應(yīng)器可由兩個或兩個以上的光化學(xué)反應(yīng)器并聯(lián)構(gòu)成大型光化學(xué)反應(yīng)器。
[0016]本發(fā)明系統(tǒng)的反應(yīng)過程原理:
[0017]1.紫外燈發(fā)射紫外光激發(fā)煙氣中的氧氣和水蒸氣產(chǎn)生活性物質(zhì)將難溶的單質(zhì)汞氧化為易溶的二價(jià)汞。具體過程可用如下的化學(xué)反應(yīng)(1)-(5)表示:
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種基于紫外燈耦合煙道脫汞的方法，其特征在于:來自鍋爐排放的煙氣經(jīng)過除塵后進(jìn)入光化學(xué)反應(yīng)器；光化學(xué)反應(yīng)器中的紫外燈發(fā)射紫外光激發(fā)煙氣中的氧氣和水蒸氣，產(chǎn)生羥基自由基、氧原子和臭氧等強(qiáng)氧化劑將難溶的單質(zhì)汞氧化為易溶的二價(jià)汞；含有二價(jià)汞的煙氣進(jìn)入光化學(xué)反應(yīng)器尾部的濕法煙氣脫硫系統(tǒng)，二價(jià)汞在濕法煙氣脫硫系統(tǒng)內(nèi)被洗滌脫除；潔凈的煙氣由引風(fēng)機(jī)牽引進(jìn)入煙囪排入大氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于紫外燈耦合煙道脫汞的方法，其特征在于:光化學(xué)反應(yīng)器入口的煙氣溫度不高于400°C ;紫外燈輻射功率和波長由紫外燈控制系統(tǒng)控制，光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)的紫外燈有效波長為120nm-320nm，有效輻射強(qiáng)度為10 μ ff/cm2-200 μ W/cm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于紫外燈耦合煙道脫汞的方法，其特征在于:來自鍋爐煙氣中汞的有效入口濃度為0-500 μ g/m3 ;紫外燈產(chǎn)生的熱量由紫外燈冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻降溫。
4.一種基于紫外燈耦合煙道脫汞的系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括鍋爐、引風(fēng)機(jī)、除塵器、光化學(xué)反應(yīng)器、紫外燈控制系統(tǒng)、紫外燈冷卻系統(tǒng)、濕法煙氣脫硫系統(tǒng)以及煙囪；鍋爐通過管道與除塵器的入口連接，除塵器的出口連接光化學(xué)反應(yīng)器的入口，光化學(xué)反應(yīng)器的出口連接濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的入口，濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的出口與煙囪連接；所述的紫外燈控制系統(tǒng)與光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)的紫外燈管連接；紫外燈冷卻系統(tǒng)與光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)的石英套管連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于紫外燈耦合煙道脫汞的系統(tǒng)，其特征在于:除塵器由布袋除塵器和靜電除塵器共同構(gòu)成；濕法煙氣脫硫系統(tǒng)是噴淋塔或鼓泡塔中的一種，采用的吸收劑是碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鈣、氫氧化鈉、碳酸鈉、氧化鎂、高錳酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鈉、過硫酸鉀、亞氯酸鈉、次氯酸鈉、雙氧水、次氯酸鈣、過氧乙酸中的一種或兩種以上的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的所述的一種基于紫外燈耦合煙道脫汞的系統(tǒng)，其特征在于:光化學(xué)反應(yīng)器截面為矩形或正方形，所述的光化學(xué)反應(yīng)器的兩個垂直側(cè)面上均設(shè)有紫外燈，且紫外燈照射方向與光化學(xué)反應(yīng)器兩側(cè)面垂直。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于紫外燈耦合煙道脫汞的系統(tǒng)，其特征在于:紫外燈在光化學(xué)反應(yīng)器側(cè)面上呈順排布置，且橫向和縱向間距均相等，相鄰紫外燈中心線之間的間隔位于20cm-100cm，多個紫外燈發(fā)射的紫外光波長和輻射強(qiáng)度保持相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于紫外燈耦合煙道脫汞的系統(tǒng)，其特征在于:光化學(xué)反應(yīng)器中心區(qū)與紫外燈之間由兩層透光率很高的石英玻璃板相隔，兩層石英玻璃板之間抽成真空狀態(tài)，紫外燈安裝在由雙層石英玻璃板和反應(yīng)器壁隔成的通道中，通道兩端與紫外燈冷卻系統(tǒng)串聯(lián)，紫外燈冷卻系統(tǒng)向通道中輸入循環(huán)冷卻空氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求4-8任一項(xiàng)所述的一種基于紫外燈耦合煙道脫汞的系統(tǒng)，，其特征在于:光化學(xué)反應(yīng)器的長度位于40cm-400cm之間，寬度20cm-200cm之間，高度位于40cm_500cm 之間。
10.根據(jù)據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于紫外燈耦合煙道脫汞的系統(tǒng)，其特征在于:所述的光化學(xué)反應(yīng)器可由兩個或兩個以上的光化學(xué)反應(yīng)器并聯(lián)構(gòu)成大型光化學(xué)反應(yīng)器。
【文檔編號】F23J15/04GK103657363SQ201310683054
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】劉楊先, 潘劍鋒, 唐愛坤 申請人:江蘇大學(xué)