專利名稱：鍋爐煙氣多種污染物臭氧氧化同時脫除裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種鍋爐煙氣多種污染物臭氧氧化同時脫除裝置及其方法。
背景技術(shù)：
能源利用過程中產(chǎn)生的硫氧化物、氮氧化物對我國的大氣環(huán)境造成了日益嚴(yán)重的危害，除此之外微量的重金屬汞Hg、HCl、HF以及揮發(fā)性有機污染物VOC等危害也日益引起人們的重視。目前已對二氧化硫進行了大規(guī)模的治理與控制，氮氧化物的控制也已日益提上日程，汞、氯、氟、揮發(fā)性有機污染物等在我國的燃煤鍋爐中尚未有明確要求。隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展以及人們環(huán)境保護意識的增強，這些污染物勢必要逐步進行控制。
目前已有的脫硫技術(shù)可分為干法、半干法和濕法等幾類。干法、半干法投資運行費用低，但往往存在脫硫效率不高的缺點，大規(guī)模鍋爐燃燒設(shè)備如電站鍋爐等往往不能達(dá)到環(huán)保要求。目前電站鍋爐廣泛采用的是石灰石/石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)(WFGD)，該方法脫硫效率高，運行穩(wěn)定，但存在耗水量大，排放廢水二次污染，投資和運行成本較高等缺點。
氮氧化物的控制技術(shù)主要有兩類第一類屬爐內(nèi)燃燒過程控制方式，主要有低NOx燃燒器技術(shù)，OFA(Over fire air)技術(shù)，低氧燃燒技術(shù)，再燃燒技術(shù)等通過燃燒過程調(diào)整來控制NOx的排放，可以將NOx控制在中等排放水平，一般脫硝效率在30～50％左右。但一方面這些技術(shù)容易造成燃燒穩(wěn)定性下降，燃燒器區(qū)域容易形成局部還原性氣氛，造成灰熔點下降，引起水冷壁的粘污結(jié)渣現(xiàn)象，影響鍋爐的正常安全運行。另一方面隨著環(huán)保要求的進一步提高，很難實現(xiàn)NOx更進一步的排放控制。第二類技術(shù)為煙氣脫硝技術(shù)，目前美國、日本、歐洲等國家應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)為選擇性催化還原技術(shù)(SCR)。SCR技術(shù)脫硝效率高，運行穩(wěn)定，但高灰布置情況下煙氣中較高的粉塵顆粒容易引起催化劑的磨損、堵塞等問題，飛灰中的重金屬會引起催化劑的中毒，運行和投資費用非常昂貴。我國環(huán)保工作起步較晚，二氧化硫的控制才剛剛開始，今后氮氧化物勢必提上日程，若采用發(fā)達(dá)國家逐項治理的思路，采用濕法煙氣脫硫WFGD裝置脫硫，選擇性催化SCR脫硝的方法勢必增加巨額的投資、運行費用，而一些老機組甚至存在布置困難等問題，因此開發(fā)低成本、高效率的同時脫硫脫硝技術(shù)就顯得尤為重要。
目前的汞控制方法，主要有活性炭吸附法，濕法煙氣脫硫(WFGD)裝置脫汞方法和飛灰吸附脫汞方法。由于燃煤鍋爐汞本底濃度較低，活性炭消耗量大，成本較高。濕法煙氣脫硫裝置僅能對二價汞進行有效吸收，而元素態(tài)汞往往占50％以上，濕法煙氣脫硫裝置WFGD對元素態(tài)汞卻無能為力，其脫汞效率總體偏低。飛灰吸附脫汞效率較低，目前仍處于實驗室研究階段。而對于鍋爐煙氣中的氯化氫HCl和氟化氫HF以及揮發(fā)性有機污染物VOC，除在垃圾焚燒爐等特殊高濃度場合外，一般均處于無控狀態(tài)。
目前在研究的煙氣多種污染物同時脫除技術(shù)有爐內(nèi)干法同時脫硫脫硝技術(shù)，電催化同時脫除技術(shù)等。其中電催化同時脫除技術(shù)脫除效率高，運行成本低，正在成為人們研究的熱點。目前的電催化技術(shù)包括電子束技術(shù)，脈沖放電等離子體技術(shù)，水蒸氣氨氣電暈放電活化等技術(shù)。主要利用高能電子和煙氣中的中性分子(N2，O2，H2O等)碰撞，產(chǎn)生一些活性自由基(O，OH，O3，HO2等)，這些自由基與煙氣中的SO2和NOx分子反應(yīng)生成SO3，高價態(tài)氮氧化物，硝酸，硫酸等，在NH3存在的條件下生成硫酸銨、硝酸銨等副產(chǎn)品。優(yōu)點是干法脫除，不產(chǎn)生廢水廢渣，能同時脫硫脫硝，副產(chǎn)物可以資源化利用，對Hg，VOC等也有一定的脫除效率。但由于自由基存活時間非常短，需要將自由基的產(chǎn)生與煙氣反應(yīng)器合二為一，針對整個煙道進行放電，而鍋爐煙氣中含有大量的N2、CO2、H2O、粉塵等物質(zhì)，放電條件惡劣，同時N2、CO2消耗大量的輸入能量，造成能量利用率低，整體運行費用昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對各種電催化技術(shù)針對整個煙道放電，能耗較高的問題，提供一種鍋爐煙氣多種污染物臭氧氧化同時脫除裝置及其方法。
鍋爐煙氣多種污染物臭氧氧化同時脫除裝置具有依次連接的鍋爐爐膛、尾部煙道、堿液洗滌塔，堿液洗滌塔上部設(shè)有除霧器，堿液洗滌塔下部設(shè)有儲液槽，堿液洗滌塔頂部與煙囪相接，堿液洗滌塔底部與硝酸鹽硫酸鹽結(jié)晶處理裝置相接，儲液槽液面上部的塔壁上接有堿液及汞穩(wěn)定劑添加裝置，在尾部煙道上設(shè)有靜電除塵器。
鍋爐煙氣多種污染物臭氧氧化同時脫除方法包括以下步驟
1)在鍋爐煙道上的靜電除塵器前或后，110～150℃低溫段噴入臭氧，噴入臭氧與鍋爐煙氣中的氮氧化物摩爾比例為1.1～2.0，將鍋爐煙氣中不溶于水的低價態(tài)氮氧化物氧化成為易溶于水的高價態(tài)氮氧化物，二氧化硫氧化生成三氧化硫，元素態(tài)汞氧化成易溶于水的二價汞，揮發(fā)性有機污染物氧化降解，反應(yīng)時間至少為0.5秒。
2)將經(jīng)過上一步驟處理的鍋爐煙氣送入堿液洗滌塔中對進行洗滌，同時吸收煙氣中的高價態(tài)氮氧化物、硫氧化物、汞以及氯化氫、氟化氫，在儲液槽中加入H2S、Na2S或NaHS汞固定劑，使二價汞生成HgS沉淀，硫酸鹽與硝酸鹽濃縮結(jié)晶。堿液是氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣或氨水中一種或多種。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提供的鍋爐煙氣多種污染物臭氧氧化同時脫除新方法，可以在達(dá)到80％以上的脫硝效率和95％以上的脫硫效率的同時，實現(xiàn)80％以上的脫汞效率、95％以上的脫氯脫氟效率以及部分揮發(fā)性有機污染的氧化降解，能夠滿足今后日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。


圖1是鍋爐煙氣多種污染物臭氧氧化同時脫除裝置I結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是鍋爐煙氣多種污染物臭氧氧化同時脫除裝置II結(jié)構(gòu)示意圖；圖中鍋爐爐膛1、風(fēng)機2、空氣干燥凈化裝置3、臭氧發(fā)生裝置4、靜電除塵器5、尾部煙道6、儲液槽7、堿液洗滌塔8、除霧器9、硝酸鹽硫酸鹽結(jié)晶處理裝置10、堿液及汞穩(wěn)定劑添加裝置11、煙囪12。
具體實施例方式
本發(fā)明針對局部空氣或氧氣放電產(chǎn)生臭氧后噴入煙道對氮氧化物、硫氧化物、汞、VOC等進行氧化或降解，尾部結(jié)合濕法洗滌裝置進行同時脫除，若已安裝濕法脫硫裝置則可以與之進行有效結(jié)合，實現(xiàn)同時脫硫、脫硝、脫汞、脫氯、脫氟、脫VOC。
O3作為自由基的一種在電子束、脈沖等離子體放電中廣泛存在，而O3生存周期相對較長，因此可將少量空氣或氧氣首先電離生成O3，然后送入鍋爐煙道，就可大大降低系統(tǒng)的電耗，經(jīng)估算O3僅需對總煙氣量3％左右的氣體進行放電就能夠滿足要求。
如圖所示，鍋爐煙氣多種污染物臭氧氧化同時脫除裝置具有依次連接的鍋爐爐膛1、尾部煙道6、堿液洗滌塔8，堿液洗滌塔上部設(shè)有除霧器9，堿液洗滌塔下部設(shè)有儲液槽7，堿液洗滌塔頂部與煙囪12相接，堿液洗滌塔底部與硝酸鹽硫酸鹽結(jié)晶處理裝置10相接，儲液槽液面上部的塔壁上接有堿液及汞穩(wěn)定劑添加裝置11，在尾部煙道6上設(shè)有靜電除塵器5。
鍋爐煙氣多種污染物臭氧氧化同時脫除方法，包括以下步驟1)在鍋爐煙道6上的靜電除塵器5前或后，110～150℃低溫段噴入臭氧，噴入臭氧與鍋爐煙氣中的氮氧化物摩爾比例為1.1～2.0，將鍋爐煙氣中不溶于水的低價態(tài)氮氧化物氧化成為易溶于水的高價態(tài)氮氧化物，二氧化硫氧化生成三氧化硫，元素態(tài)汞氧化成易溶于水的二價汞，揮發(fā)性有機污染物氧化降解，反應(yīng)時間至少為0.5秒。
2)將經(jīng)過上一步驟處理的鍋爐煙氣送入堿液洗滌塔8中對進行洗滌，同時吸收煙氣中的高價態(tài)氮氧化物、硫氧化物、汞以及氯化氫、氟化氫，在儲液槽中加入H2S、Na2S或NaHS汞固定劑，使二價汞生成HgS沉淀，硫酸鹽與硝酸鹽進行濃縮結(jié)晶。
下面結(jié)合附圖和具體實施例進一步詳細(xì)描述本發(fā)明。
鍋爐煙氣排放的NOx中，NO占95％以上，其它為NO2，N2O等，而NO不溶于水，是難于處理的氣態(tài)污染物質(zhì)之一，而高價態(tài)的NO2，NO3，N2O5可以與水反應(yīng)生成HNO2、HNO3，極易被濕法洗滌裝置脫除，鍋爐煙氣中的汞分為顆粒態(tài)吸附汞、元素汞和二價汞，其中氣相中的元素態(tài)汞占?xì)庀嗫偣?0％以上，而元素態(tài)汞不溶于水、易揮發(fā)很難有效捕集。通過在鍋爐煙道110～150℃溫度區(qū)間噴入臭氧，O3/NO摩爾比例取1.1~2.0，可以將NO氧化為易溶于水的高價態(tài)物質(zhì)，元素汞氧化成二價汞，通過濕法洗滌塔進行脫除，部分揮發(fā)性有機污染物被氧化降解，部分SO2被氧化生成SO3，濕法洗滌對SO2的脫除已相當(dāng)有效，SO3比SO2更易溶解與水，同時微量HCl、HF也易溶液水，在臭氧氧化尾部配合濕法洗滌裝置就可以實現(xiàn)多種污染物的高效同時脫除，脫硝、脫汞效率與噴入臭氧量相關(guān)。如果已配備石灰石/石膏濕法煙氣脫硫設(shè)備，則可以對其進行適當(dāng)改造后與該方法進行整合，節(jié)省投資成本。
具體過程為在鍋爐尾部煙道110～150℃溫度區(qū)間噴入臭氧，噴入位置可以在靜電除塵器之前或之后，臭氧噴入量根據(jù)煙氣中NO濃度按O3/NO摩爾比1.1～2.0∶1選取，氧化后的氮氧化物、硫氧化物、二價汞、氯化氫、氟化氫等通過濕法洗滌塔進行脫除，吸收液為堿液，吸收液循環(huán)利用，吸收液中加入H2S、Na2S、NaHS等汞穩(wěn)定劑，使汞生成穩(wěn)定的硫化汞HgS沉淀，富集的硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物、氟化物等濃縮結(jié)晶后出售或進一步處理。下面結(jié)合附圖進一步說明實施例1如圖1所示，空氣或氧氣經(jīng)干燥凈化后送入臭氧發(fā)生裝置以制備高濃度臭氧，臭氧送入空氣預(yù)熱器后靜電除塵器前的溫度約為150℃的含塵煙道，噴入量根據(jù)煙氣氮氧化物濃度以及脫除率要求按臭氧與氮氧化物摩爾比例1.1進行時時調(diào)整，保證至少0.5s反應(yīng)時間。噴口采用多孔網(wǎng)格噴射，處理后的煙氣經(jīng)靜電除塵器后進入堿液洗滌塔，吸收液循環(huán)利用，煙氣經(jīng)濕法洗滌、除霧后送入煙囪排放。洗滌塔采用堿液作為吸收劑，洗滌塔為噴淋塔或填料塔。作為吸收劑的堿液是氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣或氨水中的一種或多種，堿液循環(huán)利用，吸收的硫酸鹽、硝酸鹽進行濃縮結(jié)晶處理，同時補充堿液和添加汞固定劑，使汞生成穩(wěn)定的硫化汞沉淀。
實施例2如圖2所示，空氣或氧氣送入臭氧發(fā)生裝置以制備高濃度臭氧，將臭氧噴入電除塵器后堿液洗滌塔之前110℃左右的低塵煙道，臭氧噴入量根據(jù)煙氣氮氧化物濃度和各種污染物脫除率要求，按臭氧與氮氧化物摩爾比2.0進行動態(tài)調(diào)整，噴入點位置保證煙氣距洗滌塔入口有0.5s以上的停留時間。噴射采用多孔網(wǎng)格狀噴射測量以強化混合，處理后的煙氣進入堿液洗滌塔進行吸收，氮氧化物、硫氧化物、汞、氯、氟等大氣污染物質(zhì)均能夠高效吸收，堿液洗滌塔所用堿液可以是氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、碳酸鈣或氨水中的一種或多種，吸收液循環(huán)使用，一定濃度的硫酸鹽、硝酸鹽進行濃縮結(jié)晶，同時補充堿液和添加汞固定劑，使二價汞生成硫化汞沉淀。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，還可以有許多變形。
本發(fā)明可用其他的不違背本發(fā)明的精神和主要特征的具體形式來概述。因此，無論從哪一點來看，本發(fā)明的上述實施方案都只能認(rèn)為是對本發(fā)明的說明而不能限制本發(fā)明，權(quán)利要求書指出了本發(fā)明的范圍，而上述的說明并未指出本發(fā)明的范圍，因此，在與本發(fā)明的權(quán)利要求書相當(dāng)?shù)暮x和范圍內(nèi)的任何改變，都應(yīng)認(rèn)為是包括在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鍋爐煙氣多種污染物臭氧氧化同時脫除裝置，其特征在于它具有依次連接的鍋爐爐膛(1)、尾部煙道(6)、堿液洗滌塔(8)，堿液洗滌塔上部設(shè)有除霧器(9)，堿液洗滌塔下部設(shè)有儲液槽(7)，堿液洗滌塔頂部與煙囪(12)相接，堿液洗滌塔底部與硝酸鹽硫酸鹽結(jié)晶處理裝置(10)相接，儲液槽液面上部的塔壁上接有堿液及汞穩(wěn)定劑添加裝置(11)，在尾部煙道(6)上設(shè)有靜電除塵器(5)。
2.一種使用如權(quán)利要求1所述的鍋爐煙氣多種污染物臭氧氧化同時脫除方法，包括以下步驟1)在鍋爐煙道(6)上的靜電除塵器(5)前或后，110～150℃低溫段噴入臭氧，噴入臭氧量與鍋爐煙氣中的氮氧化物摩爾比例為1.1～2.0，將鍋爐煙氣中不溶于水的低價態(tài)氮氧化物氧化成為易溶于水的高價態(tài)氮氧化物，二氧化硫氧化生成三氧化硫，元素態(tài)汞氧化成易溶于水的二價汞，揮發(fā)性有機污染物氧化降解，反應(yīng)時間至少為0.5秒。2)將經(jīng)過上一步驟處理的鍋爐煙氣送入堿液洗滌塔(8)中對進行洗滌，同時吸收煙氣中的高價態(tài)氮氧化物、硫氧化物、汞以及氯化氫、氟化氫，同時在儲液槽(7)中加入H2S、Na2S或NaHS汞固定劑，使二價汞生成HgS沉淀，吸收的硫酸鹽與硝酸鹽進行濃縮結(jié)晶。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鍋爐煙氣多種污染物臭氧氧化同時脫除方法，其特征在于，所述低價態(tài)氮氧化物主要為NO；所述高價態(tài)氮氧化物主要為NO2、NO3和N2O5。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鍋爐煙氣多種污染物臭氧氧化同時脫除方法，其特征在于，所述的堿液是氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣或氨水中一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鍋爐煙氣多種污染物臭氧氧化同時脫除裝置及其方法。包括以下步驟1)在鍋爐煙道上的靜電除塵器前或后，110～150℃低溫段噴入臭氧，噴入臭氧與鍋爐煙氣中的氮氧化物摩爾比例為1.1～2.0，反應(yīng)時間至少為0.5秒。2)將經(jīng)過上一步驟處理的鍋爐煙氣送入堿液洗滌塔中對進行洗滌，同時吸收煙氣中的氮氧化物、硫氧化物、汞以及氯化氫、氟化氫，同時在儲液槽中加入H
文檔編號B01D53/60GK1923337SQ200610053089
公開日2007年3月7日 申請日期2006年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月23日
發(fā)明者周俊虎, 岑可法, 劉建忠, 王智化, 楊衛(wèi)娟, 黃鎮(zhèn)宇, 周志軍, 程軍 申請人:浙江大學(xué), 杭州百能科技有限公司