本發(fā)明涉及一種脫除燃煤煙氣中SO₂、NO_X、Hg⁰和細(xì)顆粒物的裝置和方法，具體涉及一種熱活化氧化劑聯(lián)合蒸汽協(xié)同凈化煙氣的裝置和方法。

背景技術(shù)：

火力發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)等過程中產(chǎn)生的SO₂，NO_X，Hg⁰以及PM2.5(大氣中空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于或等于2.5μm的顆粒物)能夠引起酸雨、光化學(xué)煙霧、致癌和霧霾等嚴(yán)重的大氣污染問題，這些污染物和細(xì)顆粒物的排放對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境造成了極大的危害。因此，研發(fā)有效的燃煤煙氣脫硫脫硝脫汞脫細(xì)顆粒物方法是全球范圍內(nèi)環(huán)?？蒲腥藛T的重要任務(wù)之一。雖然在過去的幾十年里人們開發(fā)了多種有關(guān)脫硫脫硝脫汞脫細(xì)顆粒物的方法和技術(shù)，但絕大部分技術(shù)和方法都是針對(duì)單一污染物為脫除目標(biāo)，無法實(shí)現(xiàn)多種污染物的聯(lián)合脫除。如目前工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛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SCR脫硝技術(shù)。這兩種工藝的同時(shí)使用可以有效的控制SO₂和NO_X在大氣中的排放量，但是無法在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝的目標(biāo)，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)境保護(hù)的要求日益提高，有關(guān)部門針對(duì)煙氣汞排放控制的法律法規(guī)正在逐步出臺(tái)，但目前還沒有一種行之有效的脫汞技術(shù)獲得大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。此外，現(xiàn)有燃煤煙氣除塵設(shè)備針對(duì)大顆粒物的脫除效率可達(dá)到99％，但對(duì)細(xì)顆粒的脫除效率并不高，并且隨著粒徑的減小其脫除效率急劇下降，因此造成大量的細(xì)顆粒物進(jìn)入大氣環(huán)境，引起嚴(yán)重的環(huán)境污染—霧霾。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)或者控制細(xì)顆粒物的裝置和設(shè)備，則勢(shì)必會(huì)進(jìn)一步增加整個(gè)系統(tǒng)的初投資和運(yùn)行費(fèi)用，任何企業(yè)都難以承擔(dān)巨額的投資和運(yùn)行費(fèi)用，因此在發(fā)展中國家也難以獲得大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。綜上所述，如果能在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)將SO₂、NO_X、Hg⁰和細(xì)顆粒物聯(lián)合脫除，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)的投資成本和運(yùn)行費(fèi)用。因此，開發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的SO₂，NO_X、Hg⁰和細(xì)顆粒物同時(shí)脫除技術(shù)是環(huán)保領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種熱活化氧化劑聯(lián)合蒸汽協(xié)同凈化煙氣的裝置和方法，所述裝置利用熱活化過氧化物產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基自由基(·OH)或者硫酸根自由基(SO₄^2-·)作為氧化劑，在鼓泡塔中氧化脫除煙氣中的污染物SO₂，NO_X和Hg⁰，并應(yīng)用蒸汽相變凝結(jié)技術(shù)促進(jìn)細(xì)顆粒物凝并長(zhǎng)大進(jìn)而高效脫除細(xì)顆粒物，從而實(shí)現(xiàn)煙氣中SO₂，NO_X、Hg⁰和細(xì)顆粒物同時(shí)脫除的目標(biāo)。

本發(fā)明中所采用方法的反應(yīng)過程及原理：

1、熱活化過氧化物首先釋放了具有強(qiáng)化性的羥基自由基(·OH)或硫酸根自由基(SO₄^2-·)，具體過程可用如下的化學(xué)反應(yīng)式(1)、(2)和(3)表示：

2、產(chǎn)生的具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基(·OH)和硫酸根自由基(SO₄^2-·)可將煙氣中的SO₂、NO_X和Hg⁰氧化生成H₂SO₄、HNO₃和Hg²⁺混合溶液，從而達(dá)到脫除SO₂，NO_X和Hg⁰的目的：

·OH+Hg⁰→Hg⁺+OH^- (5)

·OH+Hg⁰→Hg²⁺+OH^- (6)

3、與上述化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的同時(shí)，水蒸氣從鼓泡塔的兩側(cè)蒸汽入口通過蒸汽噴嘴噴入鼓泡塔上半?yún)^(qū)域，使鼓泡塔上半?yún)^(qū)域達(dá)到蒸汽過飽和條件，反應(yīng)后含顆粒的煙氣進(jìn)入達(dá)到蒸汽過飽和條件的區(qū)域，在此區(qū)域蒸汽在細(xì)顆粒的表面凝結(jié)形成含顆粒的液滴，隨后含顆粒的液滴隨煙氣經(jīng)除霧器脫除。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種熱活化氧化劑聯(lián)合蒸汽協(xié)同凈化煙氣的裝置，包括鼓泡反應(yīng)器系統(tǒng)和溶液加熱循環(huán)系統(tǒng)，其中，所述鼓泡反應(yīng)器系統(tǒng)包括鼓泡塔，鼓泡塔底部設(shè)有煙氣進(jìn)口，一端伸出鼓泡塔底部，另一端與塔內(nèi)鼓泡器相連；鼓泡器的中心位置和鼓泡塔中心軸線相重合；鼓泡塔頂部設(shè)有凈煙氣出口，凈煙氣出口下方設(shè)有沖洗水系統(tǒng)，沖洗水系統(tǒng)的布水面積與鼓泡塔橫截面積相等；沖洗水系統(tǒng)下方設(shè)有除霧器，其橫截面積與鼓泡塔橫截面積相等；鼓泡塔上外壁兩側(cè)設(shè)有對(duì)稱蒸汽入口，鼓泡塔底部設(shè)有廢液排放管，廢液排放管管口接有廢液排放閥門；所述溶液加熱循環(huán)系統(tǒng)包括溶液加熱器和溶液循環(huán)泵。

優(yōu)選的，鼓泡塔側(cè)壁上還設(shè)有氧化劑添加口，所述氧化劑添加口位于氧化溶液液面之上。

優(yōu)選的，所述溶液加熱器的傳熱工質(zhì)為從尾部煙道抽取的煙氣，加熱器采用耐腐蝕的材質(zhì)。

優(yōu)選的，所述沖洗水系統(tǒng)包括沖洗水分布器和沖洗水進(jìn)水管，沖洗水分布器底部為圓形板，圓形板面積與鼓泡塔橫截面積相等，圓形板上均勻分布有布水孔，孔徑范圍為0.1-1mm。

優(yōu)選的，所述除霧器為絲網(wǎng)除霧器或板波紋除霧器。

優(yōu)選的，每個(gè)鼓泡塔上設(shè)有至少兩個(gè)蒸汽入口，對(duì)稱設(shè)置于鼓泡塔的上半側(cè)壁上。

優(yōu)選的，所述的氧化劑是過氧化尿素、過硫酸銨、過硫酸鉀、過-硫酸氫鉀和過硫酸鈉中的一種或者兩種以上的混合物。

一種熱活化氧化劑聯(lián)合蒸汽協(xié)同凈化煙氣的方法，包括以下步驟：

(1)鼓泡塔底部的氧化溶液通過漿液循環(huán)泵進(jìn)入溶液加熱器，氧化溶液被加熱到所需溫度，過氧化物分解產(chǎn)生羥基自由基(·OH)和硫酸根自由基(SO₄^2-·)；

(2)含有SO₂、NO_X、Hg⁰和細(xì)顆粒物的煙氣從煙氣進(jìn)口進(jìn)入鼓泡塔，通過鼓泡器，煙氣均勻的擴(kuò)散到氧化溶液中，在此過程中SO₂、NO_X、Hg⁰和部分細(xì)顆粒物被羥基自由基(·OH)或硫酸根自由基(SO₄^2-·)氧化脫除，反應(yīng)后含有細(xì)顆粒物的煙氣進(jìn)入鼓泡塔的上半?yún)^(qū)域；

(3)在步驟(1)和(2)實(shí)施的同時(shí)，水蒸氣從鼓泡塔兩側(cè)的蒸汽入口噴入，使鼓泡塔上部區(qū)域達(dá)到蒸汽過飽和條件；

(4)在蒸汽形成的過飽和條件下，含細(xì)顆粒的煙氣到達(dá)此區(qū)域，蒸汽在細(xì)顆粒的表面形成含顆粒的液滴，部分含顆粒液滴繼續(xù)相互碰撞凝并，通過重力作用進(jìn)入鼓泡塔底部的氧化溶液中；另外一部分含顆粒液滴則隨著煙氣經(jīng)除霧器脫除，最后凈煙氣從鼓泡塔的凈煙氣出口排出；

(5)沖洗水系統(tǒng)定期對(duì)除霧器中的顆粒進(jìn)行沖洗，沖洗的廢液流入到鼓泡塔的底部通過廢液排放管排出。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的日益加強(qiáng)，有關(guān)火電廠大氣污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)在不斷提高，針對(duì)燃煤煙氣中SO₂、NO_X、Hg⁰和細(xì)顆粒物排放的控制日益嚴(yán)格，本發(fā)明可以在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)硫氧化物、氮氧化物、重金屬元素汞和細(xì)顆粒物等四種污染物的同時(shí)脫除，能夠顯著減少系統(tǒng)的占地面積，降低系統(tǒng)的初始投資和運(yùn)行費(fèi)用。

本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，脫硫脫硝脫汞后的煙氣水汽含量高，煙溫較低，只需在鼓泡塔的外部?jī)蓚?cè)對(duì)稱設(shè)置蒸汽入口，添加少量蒸汽即可建立細(xì)顆粒物凝結(jié)長(zhǎng)大所需的過飽和水汽環(huán)境，實(shí)現(xiàn)SO₂、NO_X、Hg⁰和細(xì)顆粒物的同時(shí)脫除。

附圖說明

圖1為一種熱活化氧化劑聯(lián)合蒸汽協(xié)同凈化煙氣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。

如圖1所示為本發(fā)明提出的一種熱活化氧化劑聯(lián)合蒸汽協(xié)同凈化煙氣裝置的結(jié)構(gòu)圖，該裝置包括鼓泡反應(yīng)器系統(tǒng)和溶液加熱循環(huán)系統(tǒng)，鼓泡反應(yīng)器系統(tǒng)包括鼓泡塔1，鼓泡塔1底部設(shè)有煙氣進(jìn)口2和鼓泡器3，鼓泡器3的中心位置與鼓泡塔1中心軸線相重合，煙氣進(jìn)口2一端伸出鼓泡塔底部，另一端與鼓泡器3相連，來自排放源的煙氣經(jīng)煙氣冷卻器降溫后經(jīng)煙氣進(jìn)口2進(jìn)入鼓泡塔1底部，通過鼓泡器3，煙氣均勻的擴(kuò)散到氧化溶液中。鼓泡塔1頂部設(shè)有凈煙氣出口7，凈煙氣出口7下方設(shè)有沖洗水系統(tǒng)8，沖洗水系統(tǒng)8的布水面積與鼓泡塔橫截面積相等；沖洗水系統(tǒng)8下方設(shè)有除霧器9，除霧器對(duì)3μm以上的霧滴具有較高的脫除效率，可高達(dá)98％以上，除霧器9橫截面積與鼓泡塔1的橫截面積相等；鼓泡塔1底部外接溶液加熱器4，溶液加熱器4進(jìn)口設(shè)有溶液進(jìn)料控制閥；溶液循環(huán)泵5與溶液加熱器4相連，出口設(shè)有進(jìn)料控制閥；鼓泡塔外壁中下部設(shè)有氧化劑添加口6，及時(shí)補(bǔ)充消耗的氧化劑溶液，以保證化學(xué)反應(yīng)所需的液面高度；鼓泡塔上外壁兩側(cè)設(shè)有對(duì)稱蒸汽入口10，鼓泡塔底部設(shè)有廢液排放管11，廢液排放管管口接有廢液排放閥門12。

上述裝置溶液加熱器4傳熱工質(zhì)為從爐膛尾部抽取的煙氣，溶液加熱器4和溶液循環(huán)泵5均選用耐腐蝕性能較好的材質(zhì)。

作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，上述裝置中沖洗水系統(tǒng)8包括沖洗水分布器、沖洗水進(jìn)水管，沖洗水分布器底部為圓形板，圓形板面積與脫除塔橫截面積相等，圓形板上均勻分布有布水孔，孔徑范圍為0.1mm-1mm。除霧器9可為絲網(wǎng)除霧器，板波紋除霧器等。每個(gè)鼓泡塔上設(shè)有至少兩個(gè)蒸汽入口，對(duì)稱設(shè)置于鼓泡塔的上半側(cè)壁上，蒸汽入口上設(shè)有閥門，以便于控制蒸汽的添加量。

本發(fā)明實(shí)施例可凈化的煙氣為來自于燃煤鍋爐、石油化工設(shè)備，垃圾焚燒爐，生物質(zhì)燃燒鍋爐和醫(yī)療廢棄物燃燒爐中的任一種。選用的氧化劑是過氧化尿素、過硫酸銨、過硫酸鉀、過-硫酸氫鉀和過硫酸鈉中的一種或者兩種以上的混合物。

使用本發(fā)明的裝置脫除SO₂、NO_X、Hg⁰和細(xì)顆粒物的方法，包括以下步驟：

含有SO₂、NO_X、Hg⁰和細(xì)顆粒物的煙氣從煙氣進(jìn)口2進(jìn)入鼓泡塔1，通過鼓泡器3，煙氣均勻的擴(kuò)散到氧化溶液中，溶液加熱器4將氧化溶液加熱到所需溫度(25-85℃)，過氧化物分解產(chǎn)生羥基自由基(·OH)和/或硫酸根自由基(SO₄^-·)，將硫氧化物氧化成硫酸、氮氧化物氧化成硝酸、重金屬元素汞氧化成二價(jià)汞，部分細(xì)顆粒物沉淀在溶液里，因此去除了硫氧化物、氮氧化物、重金屬元素汞和部分細(xì)顆粒物。反應(yīng)后含有細(xì)顆粒物的煙氣進(jìn)入鼓泡塔的上半?yún)^(qū)域；同時(shí)，水蒸氣從兩側(cè)的蒸汽入口10通過蒸汽噴嘴噴入鼓泡塔，使鼓泡塔上部區(qū)域達(dá)到蒸汽過飽和環(huán)境，在蒸汽形成的過飽和條件下，含細(xì)顆粒(細(xì)顆粒是指空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于2.5μm的PM2.5，主要包括原始煙氣中的細(xì)顆粒物以及吸收洗滌過程中形成的硫酸霧滴、無機(jī)鹽氣溶膠微粒等細(xì)顆粒物)的煙氣上升到此區(qū)域，蒸汽在細(xì)顆粒的表面凝結(jié)形成含顆粒的液滴；為使顆粒脫除區(qū)域形成蒸汽過飽和環(huán)境，從蒸汽入口10噴入的蒸汽量由煙氣量決定，蒸汽的添加量保證煙氣含水過飽和度為1.2左右。部分含塵液滴繼續(xù)相互碰撞凝并，通過重力作用落入鼓泡塔底部的氧化溶液中，通過過濾裝置將其除去；另外一部分含塵液滴則隨著煙氣經(jīng)除霧器9脫除，最后凈煙氣從鼓泡塔的凈煙氣出口7排出。

沖洗水系統(tǒng)8定期對(duì)除霧器9中的顆粒進(jìn)行沖洗，沖洗的廢液流入到鼓泡塔的底部通過廢液排放閥門12定期排出。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。