一種基于光活化過(guò)硫酸銨的脫硫脫硝脫汞的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于光活化過(guò)硫酸銨的脫硫脫硝脫汞的系統(tǒng)及方法，主要設(shè)有鍋爐或窯爐、除塵器、煙氣溫度調(diào)節(jié)器、光化學(xué)反應(yīng)器、噴液系統(tǒng)以及產(chǎn)物后處理系統(tǒng)。來(lái)自鍋爐或窯爐排放的煙氣經(jīng)過(guò)除塵和調(diào)溫后進(jìn)入設(shè)在煙道上的光化學(xué)反應(yīng)器，而來(lái)自噴液系統(tǒng)的過(guò)硫酸銨溶液以霧狀噴入光化學(xué)反應(yīng)器。光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)的紫外燈發(fā)射紫外光催化分解過(guò)硫酸銨，并釋放具有強(qiáng)氧化性的硫酸根自由基(SO4-?)同時(shí)氧化脫除煙氣中的SO2、NOx和汞。氧化產(chǎn)物經(jīng)過(guò)產(chǎn)物后處理系統(tǒng)處理后實(shí)現(xiàn)資源化利用。該方法能夠同時(shí)脫除燃煤煙氣多種污染物、脫除過(guò)程無(wú)二次污染，且易于實(shí)現(xiàn)老機(jī)組改造等突出優(yōu)勢(shì)，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的新型煙氣凈化系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】一種基于光活化過(guò)硫酸銨的脫硫脫硝脫汞的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煙氣排放污染物的控制，尤其涉及一種基于光活化過(guò)硫酸銨脫硫脫硝脫汞系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)化生產(chǎn)的燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的硫氧化物、氮氧化物以及汞能夠引起酸雨、光化學(xué)煙霧，甚至有致癌和致畸等嚴(yán)重危害。因此，研發(fā)有效的煙氣脫硫脫硝脫汞方法是各國(guó)環(huán)?？萍既藛T的重要任務(wù)之一。近些年來(lái)，盡管人們開(kāi)發(fā)了大量的煙氣脫硫脫硝脫汞技術(shù)，但由于人類認(rèn)識(shí)過(guò)程的局限性和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的漸進(jìn)性，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)，一般無(wú)法實(shí)現(xiàn)煙氣多污染物的同時(shí)脫除。例如，目前應(yīng)用較多的煙氣脫硫脫硝技術(shù)主要為濕法石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)和氨選擇性催化還原法。這兩種方法雖然可以分別單獨(dú)脫硫脫硝，但均無(wú)法在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)同時(shí)脫除。兩種工藝的聯(lián)合疊加使用雖然可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)脫硫脫硝，但同時(shí)也造成整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜，占地面積大，投資和運(yùn)彳丁成本聞等不足。專利號(hào)為201010296492.5,名稱為“一種基于光化學(xué)高級(jí)氧化的同時(shí)脫硫脫硝系統(tǒng)”，公開(kāi)了一種采用紫外光激發(fā)分解過(guò)氧化氫，產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基自由基(-OH)與煙氣在噴淋塔內(nèi)接觸后發(fā)生氣液吸收反應(yīng)，氧化脫除煙氣中的NOx與S02，但是沒(méi)有公開(kāi)脫硫脫硝的過(guò)程中同時(shí)脫汞的裝置及方法。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)的初始投資和運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)一步急劇增加，最終很難在發(fā)展中國(guó)家獲得大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。
[0003]綜上所述，如果能夠在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)將硫氧化物、氮氧化物和汞實(shí)現(xiàn)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。濕法煙氣凈化技術(shù)是一種傳統(tǒng)的煙氣處理技術(shù)，具有初投資小、工藝流程簡(jiǎn)單和易于實(shí)現(xiàn)多污染物同時(shí)脫除等特點(diǎn)，是一種具有良好開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景的煙氣凈化技術(shù)，但傳統(tǒng)的濕法煙氣凈化技術(shù)的研究進(jìn)展卻一直相對(duì)緩慢，其主要原因就在于煙氣氮氧化物和汞元素中分別含有90%以上難溶的NO和40-80%難溶的Hg°。由雙膜理論可知，氣相分子必須首先由氣態(tài)經(jīng)傳質(zhì)和擴(kuò)散過(guò)程溶入液相，然后才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)固定到吸收液中，而NO與Hgtl難溶的特性使得其在液相的吸收傳質(zhì)阻力大大增加，僅通過(guò)調(diào)控吸收液PH和溫度的方法難以顯著提高NO與Hg°在液相的溶解度，這一特性造成了傳統(tǒng)的濕法脫硫脫硝脫汞技術(shù)普遍存在脫硫效率高，但脫硝和脫汞效率低等不足，實(shí)際上無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的同時(shí)脫硫脫硝脫汞。因此，尋找能夠?qū)O與Hg°快速轉(zhuǎn)化為易溶形態(tài)的有效方法是解決該問(wèn)題的關(guān)鍵之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明公開(kāi)了一種基于光活化過(guò)硫酸銨的脫硫脫硝脫汞的系統(tǒng)及方法，利用紫外燈發(fā)射紫外光催化分解過(guò)硫酸銨，并釋放具有強(qiáng)氧化性的硫酸根自由基(SO4-*)同時(shí)氧化脫除煙氣中的S02、NOx和汞。氧化產(chǎn)物經(jīng)過(guò)產(chǎn)物后處理系統(tǒng)處理后實(shí)現(xiàn)資源化利用。該方法能夠同時(shí)脫除燃煤煙氣多種污染物、脫除過(guò)程無(wú)二次污染，且易于用來(lái)實(shí)現(xiàn)老機(jī)組改造等突出優(yōu)勢(shì)，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的新型煙氣凈化系統(tǒng)。
[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]一種基于光活化過(guò)硫酸銨的脫硫脫硝脫汞的方法，煙氣經(jīng)過(guò)除塵和調(diào)溫后進(jìn)入設(shè)在煙道上的光化學(xué)反應(yīng)器，噴液系統(tǒng)的過(guò)硫酸銨溶液以霧狀噴入光化學(xué)反應(yīng)器；光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)的紫外燈發(fā)射紫外光催化分解過(guò)硫酸銨，并釋放具有強(qiáng)氧化性的硫酸根自由基(S04- ?)，硫酸根自由基(S04- ?)同時(shí)氧化脫除煙氣中的S02、N0x和汞。
[0007]光化學(xué)反應(yīng)器入口的煙氣溫度保持在20°C _75°C之間，噴入光化學(xué)反應(yīng)器的溶液溫度位于20°C -75°C之間；因?yàn)槿绻麥囟忍?，則紫外燈會(huì)無(wú)法正常工作，且污染物在液相的脫除效率會(huì)降低。但如果溫度太低，將會(huì)增加煙氣冷卻系統(tǒng)的工作負(fù)荷，造成能耗增加。光化學(xué)反應(yīng)器的液氣比為5L/m3-25L/m3，因?yàn)樘邥?huì)造成能耗增加，反應(yīng)器體積龐大，但太低則會(huì)造成脫除效率不達(dá)標(biāo)。過(guò)硫酸銨的濃度太高會(huì)造成氧化劑自分解率增加，過(guò)低則會(huì)導(dǎo)致脫除效率下降。因此，過(guò)硫酸銨的最佳摩爾濃度在0.2mOl/L-2.5mOl/L之間。溶液的PH太低會(huì)造成脫除效率下降，但太高則容易與煙氣中的二氧化碳發(fā)生復(fù)雜反應(yīng)，故溶液的pH位一般可控制在3.0-8.0之間。
[0008]鍋爐或窯爐煙氣中的二氧化硫、氮氧化物和汞的入口濃度范圍分別在50ppm-2500ppm、50ppm-1000ppm 和 2 u g/m3-200 u g/m3。
[0009]一種基于光活化過(guò)硫酸銨的脫硫脫硝脫汞的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括鍋爐或窯爐、除塵器、煙氣溫度調(diào)節(jié)器、光化學(xué)反應(yīng)器、噴液系統(tǒng)以及產(chǎn)物后處理系統(tǒng)；鍋爐或窯爐與除塵器的入口連接，除塵器的出口連接第一煙氣溫度調(diào)節(jié)器的入口，第一煙氣溫度調(diào)節(jié)器的出口連接光化學(xué)反應(yīng)器，噴液系統(tǒng)通過(guò)循環(huán)泵接入光化學(xué)反應(yīng)器，噴液系統(tǒng)中裝有過(guò)硫酸銨溶液光化學(xué)反應(yīng)器的出口分為兩路，一路是煙氣管道，另一路是氧化產(chǎn)物的產(chǎn)物后處理系統(tǒng)。
[0010]光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有紫外燈管和霧化噴嘴，所述的紫外燈管和霧化噴嘴間隔排列；紫外燈管中心線與光化學(xué)反應(yīng)器中軸線平行布置，紫外燈管中心線與光化學(xué)反應(yīng)器中軸線需要平行布置，以保證光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)紫外光能的充分利用，同時(shí)還可有效降低光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力。光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)的紫外光輻射強(qiáng)度為15 UWAm2-1SOil W/cm2，紫外線輻射強(qiáng)度太小則無(wú)法催化分解過(guò)硫酸銨釋放足夠量的硫酸根自由基，但輻射強(qiáng)度太大則會(huì)造成能耗太高。紫外線有效波長(zhǎng)為160nm-290nm紫外線波長(zhǎng)太長(zhǎng)，光子能量低，無(wú)法有效分解過(guò)硫酸銨，但波長(zhǎng)太短則紫外光穿透距離降低。因此，紫外光輻射強(qiáng)度和波長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)在一個(gè)合適范圍內(nèi)。當(dāng)需要布置多根紫外燈管時(shí)，紫外燈管需采用順列布置，以保證溶液的霧化以及紫外光的傳遞效果達(dá)到最佳。紫外燈管外應(yīng)當(dāng)套有石英套管，用于保護(hù)紫外燈管正常工作。紫外燈管的長(zhǎng)度在30cm-200cm之間，因?yàn)闊艄苋绻蹋瑒t污染物缺乏足夠的反應(yīng)時(shí)間，太長(zhǎng)則造成反應(yīng)器體積龐大，應(yīng)用成本增高。
[0011]紫外燈管之間的最小間距不小于20cm。最大間距的確定方法是:根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采用紫外燈功率大小的不同，一般需要現(xiàn)場(chǎng)采用紫外線輻照計(jì)進(jìn)行測(cè)量。一般需要保證兩根紫外燈管之間中間線處的紫外線輻射強(qiáng)度不小于15y W/cm2，以此來(lái)確定紫外燈管所允許的最大間距。[0012]光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)布設(shè)的霧化噴嘴均為實(shí)心錐形噴嘴，金屬對(duì)過(guò)硫酸銨具有催化分解功能，且塑料制噴嘴很容易被氧化性物質(zhì)降解所述噴嘴采用陶瓷或碳化硅等材料；霧化液滴粒徑如果太大則導(dǎo)致氣液接觸面積太小，脫除效率較低，無(wú)法滿足要求，但如果霧化液滴太小，則液滴容易隨煙氣逃逸出反應(yīng)器，給溶液搜集和后處理造成困難。。因此，噴嘴的霧化液滴直徑位于10微米-100微米之間；噴嘴布置在紫外燈管之間的中間線處，噴嘴的橫向間距可由布置好的紫外燈管間距確定，而噴嘴的縱向間距一般可根據(jù)噴嘴的霧化夾角確定，一般需要至少保證兩只噴嘴之間的霧化有一定的交叉覆蓋，以保證具有良好的霧化覆蓋率，噴嘴的縱向間距不大于20cm。
[0013]所述的光化學(xué)反應(yīng)器的一路出口設(shè)有煙氣管道，煙氣管道與煙囪連接；煙氣管道與煙囪之間設(shè)有第二煙氣溫度調(diào)節(jié)器和引風(fēng)機(jī)。
[0014]所述的光化學(xué)反應(yīng)器的一路出口的氧化產(chǎn)物的產(chǎn)物后處理系統(tǒng)，包括汞分離塔和后處理塔。
[0015]本發(fā)明系統(tǒng)的反應(yīng)過(guò)程原理:
[0016]1、光活化過(guò)硫酸銨首先是釋放了具有強(qiáng)氧化性的硫酸根自由基，具體過(guò)程可用如下的化學(xué)反應(yīng)(I)表示:
[0017]
【權(quán)利要求】
1.一種基于光活化過(guò)硫酸銨的脫硫脫硝脫汞的方法，其特征在于:煙氣經(jīng)過(guò)除塵和調(diào)溫后進(jìn)入設(shè)在煙道上的光化學(xué)反應(yīng)器，噴液系統(tǒng)中的過(guò)硫酸銨溶液以霧狀噴入光化學(xué)反應(yīng)器；光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)的紫外燈發(fā)射紫外光催化分解過(guò)硫酸銨，并釋放具有強(qiáng)氧化性的硫酸根自由基(S04- ?)，硫酸根自由基(S04- ?)同時(shí)氧化脫除煙氣中的S02、N0x和汞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光活化過(guò)硫酸銨的脫硫脫硝脫汞的方法，其特征在于:光化學(xué)反應(yīng)器入口的煙氣溫度保持在20°C _75°C之間，噴入光化學(xué)反應(yīng)器的溶液溫度位于20°C -75°C之間；光化學(xué)反應(yīng)器的液氣比為5L/m3-25L/m3，過(guò)硫酸銨的摩爾濃度在0.2mol/L-2.5mol/L 之間，溶液的 pH 位于 3.0-8.0 之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光活化過(guò)硫酸銨的脫硫脫硝脫汞的方法，其特征在于:鍋爐或窯爐煙氣中的二氧化硫、氮氧化物和汞的入口濃度范圍分別在50ppm-2500ppm、50ppm-1000ppm 和 2 u g/m3-200 u g/m3。
4.一種基于光活化過(guò)硫酸銨的脫硫脫硝脫汞的系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括鍋爐或窯爐、除塵器、煙氣溫度調(diào)節(jié)器、光化學(xué)反應(yīng)器、噴液系統(tǒng)以及產(chǎn)物后處理系統(tǒng)；鍋爐或窯爐與除塵器的入口連接，除塵器的出口連接第一煙氣溫度調(diào)節(jié)器的入口，第一煙氣溫度調(diào)節(jié)器的出口連接光化學(xué)反應(yīng)器，噴液系統(tǒng)通過(guò)循環(huán)泵接入光化學(xué)反應(yīng)器，噴液系統(tǒng)中裝有過(guò)硫酸銨溶液，光化學(xué)反應(yīng)器的出口分為兩路，一路是煙氣管道，另一路是氧化產(chǎn)物的產(chǎn)物后處理系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于光活化過(guò)硫酸銨的脫硫脫硝脫汞的系統(tǒng)，其特征在于:光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有紫外燈管和霧化噴嘴，所述的紫外燈管和霧化噴嘴間隔排列；紫外燈管中心線與光化學(xué)反應(yīng)器中軸線平行布置，光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)的紫外光輻射強(qiáng)度為15 u ff/cm2-150 u ff/cm2,紫外線有效波長(zhǎng)為 160nm_290nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于光活化過(guò)硫酸銨的脫硫脫硝脫汞的系統(tǒng)，其特征在于:紫外燈管采用順列布置，紫外燈管外套有石英套管，紫外燈管的長(zhǎng)度在30cm-200cm之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于光活化過(guò)硫酸銨的脫硫脫硝脫汞的系統(tǒng)，其特征在于:紫外燈管之間的最小間距不小于20cm，兩根紫外燈管之間中心處的紫外線輻射強(qiáng)度不小于 15 u ff/cm2 o
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于光活化過(guò)硫酸銨的脫硫脫硝脫汞的系統(tǒng)，其特征在于:光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)布設(shè)的霧化噴嘴均為實(shí)心錐形噴嘴，所述噴嘴采用陶瓷或碳化硅等材料；噴嘴的霧化液滴直徑位于10微米-100微米之間；噴嘴布置在紫外燈管之間的中間線處，噴嘴的縱向間距不大于20cm。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于光活化過(guò)硫酸銨的脫硫脫硝脫汞的系統(tǒng)，其特征在于:所述的光化學(xué)反應(yīng)器的一路出口設(shè)有煙氣管道，煙氣管道與煙?連接；煙氣管道與煙囪之間設(shè)有第二煙氣溫度調(diào)節(jié)器和引風(fēng)機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于光活化過(guò)硫酸銨的脫硫脫硝脫汞的系統(tǒng)，其特征在于:所述的光化學(xué)反應(yīng)器的一路出口的氧化產(chǎn)物的產(chǎn)物后處理系統(tǒng)，包括汞分離塔和后處理塔。
【文檔編號(hào)】B01D53/60GK103638796SQ201310683135
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)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, 張軍, 潘劍鋒 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)