基于電解再生的同步脫硫脫硝反應(yīng)塔的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于工業(yè)煙氣多污染物協(xié)同治理的反應(yīng)塔，具體的說是一種基于電解再生的同步脫硫脫硝反應(yīng)塔。
【背景技術(shù)】
[0002]濕法煙氣同步脫硫脫硝技術(shù)，特別是濕式氨一絡(luò)合法同步脫硫脫硝的研究因其脫硫效率高、投資低、耗水少、副產(chǎn)品可以有效利用、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)而受到業(yè)界高度重視。Fe (II) EDTA對N0具有較好的絡(luò)合效果，脫硝效率高，但Fe (II) EDTA在絡(luò)合N0的過程中自身也很容易被煙氣中所攜帶02所氧化，形成對N0無吸收活性的Fe (III)EDTA。為了對絡(luò)合劑進(jìn)行再生并解析出絡(luò)合的N0，許多研究者進(jìn)行了電解再生的研究工作，可實(shí)現(xiàn)絡(luò)合劑的再生還原及絡(luò)合吸收的N0還原。然而，采用傳統(tǒng)的電化學(xué)反應(yīng)器出現(xiàn)再生效率不高，主要是由于電解液中的Fe (III) EDTA和Fe (II) EDTA的電化學(xué)轉(zhuǎn)化具有很好的可逆性，電解液在現(xiàn)有的電解裝置中流動(dòng)時(shí)，F(xiàn)e (III) EDTA和Fe (II) EDTA之間會(huì)反復(fù)發(fā)生電化學(xué)轉(zhuǎn)化，影響再生效率。同時(shí)N0還原成氨的反應(yīng)速率比Fe(III)EDTA和Fe(II)EDTA之間轉(zhuǎn)化速率慢，同等條件下，N0還原成氨的效果差，最終導(dǎo)致同步脫硝效率偏低。
[0003]另一方面，經(jīng)過再生后的吸收液進(jìn)入吸收塔后與含二氧化硫和氮氧化物的煙氣在吸收塔內(nèi)與吸收液進(jìn)行化學(xué)吸收反應(yīng)的時(shí)，煙氣中的氧含量較高(特別是燒結(jié)煙氣，氧含量達(dá)16%以上(體積比))，其濃度遠(yuǎn)大于煙氣中的N0x濃度。同時(shí)，氧氣與吸收液中的絡(luò)合劑一 Fe (II) EDTA的反應(yīng)速率遠(yuǎn)大于Fe (II) EDTA與NO的絡(luò)合吸收速率，導(dǎo)致吸收液中絡(luò)合劑的濃度降低。
[0004]因此現(xiàn)有的濕式氨法同步脫硫脫硝設(shè)施存在以下主要問題:
[0005](1)吸收塔功能單一，反應(yīng)效率低，不能進(jìn)行脫硫、脫硝、收塵、脫二噁英的多污染物協(xié)同治理，僅利用吸收液對進(jìn)入塔內(nèi)的煙氣進(jìn)行吸收，不能及時(shí)再生，需要將吸收液送入再生裝置進(jìn)行再生后回送塔內(nèi)，增加了工藝難度、導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)占地面積大、設(shè)備投資本成尚;
[0006](2)由于Fe(III)EDTA和Fe(II)EDTA的電化學(xué)轉(zhuǎn)化具有很好的可逆性，現(xiàn)有的電解裝置會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)物與生成物之間在電解反應(yīng)器中反復(fù)轉(zhuǎn)化，既影響轉(zhuǎn)化效率，又浪費(fèi)電耗；
[0007](3)吸收塔無法實(shí)現(xiàn)脫硝絡(luò)合劑的及時(shí)再生，還會(huì)導(dǎo)致吸收液不能保持足夠穩(wěn)定的脫硝絡(luò)合劑的濃度，相反還會(huì)導(dǎo)致被絡(luò)合下的氮氧化物解吸出來進(jìn)入吸收液被煙氣氣提出來，降低脫硝效率；
[0008](4)現(xiàn)有吸收塔無法克服氣溶膠外溢的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、投資和運(yùn)行成本低、適用于煙氣處理，特別是燒結(jié)煙氣同步脫硫、脫硝、收塵、脫二噁英的多污染物協(xié)同治理的基于電解再生的同步脫硫脫硝反應(yīng)塔。
[0010]技術(shù)方案包括塔體，所述塔體頂部設(shè)有煙氣出口、中部設(shè)有煙氣入口，塔體底部設(shè)循環(huán)吸收液出口，所述循環(huán)吸收液出口經(jīng)循環(huán)栗與塔體上部的噴淋層連通，所述噴淋層下方塔體內(nèi)設(shè)有填料層，所述煙氣入口下方的塔體內(nèi)設(shè)有電解再生層，所述電解再生層由三層電極室組成，分為陰極室和陽極室，相鄰兩個(gè)電極室相互絕緣且極向相反，所述電極室為導(dǎo)電材料制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；所述電解再生層通過接線柱與電源相接。
[0011]所述填料層下方設(shè)有至少一層吸收及電化學(xué)反應(yīng)層，所述吸收及電化學(xué)反應(yīng)層由三層電極室組成，分為陰極室和陽極室，相鄰兩個(gè)電極室相互絕緣且極向相反，所述電極室為導(dǎo)電材料制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；所述吸收及電化學(xué)反應(yīng)層通過接線柱與電源相接。
[0012]所述吸收及電化學(xué)反應(yīng)層和/或電解再生層中，三層電極室的最上層和最下層為陰極室，中間層為陽極室。
[0013]所述吸收及電化學(xué)反應(yīng)層和/或電解再生層中，相鄰兩個(gè)電極室之間具有1 一10mm的間距，最上層和最下層電極室厚度為100 — 150mm,中間層電極室厚度為150 —200mm，最上層和最下層兩層電極室總厚度不小于中間層電極室的厚度。
[0014]所述電解再生層的下端面與塔體下部液面平齊。
[0015]所述噴淋層上方設(shè)有靜電除霧及反應(yīng)層，所述靜電除霧及反應(yīng)層由上下布置的兩層相互絕緣的電極室組成，上層為陽極室，下層為陰極室；所述電極室為導(dǎo)電材料制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；所述靜電除霧及反應(yīng)層通過接線柱與電源相接。
[0016]所述靜電除霧反應(yīng)層中，每層電極室厚度為100 - 150mm，兩層電極室之間間距為200 — 300mmo
[0017]當(dāng)吸收及電化學(xué)反應(yīng)層為兩層或兩層以上，相鄰兩層吸收及電化學(xué)反應(yīng)層的間距為 1.0 — 2.0 米。
[0018]所述靜電除霧及反應(yīng)層上方裝有洗滌層。
[0019]針對【背景技術(shù)】中存在的問題，基于現(xiàn)有電解反應(yīng)原理，發(fā)明人對現(xiàn)有的吸收塔進(jìn)行了如下改進(jìn):
[0020]1)在塔體上部增加了吸收及電化學(xué)反應(yīng)層，該反應(yīng)層由三層電極室組成，且電極室為導(dǎo)電材料制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其空隙率控制在0.7 — 0.9，各電極室通過塔壁上的接線柱與外部低壓直流電源對應(yīng)的電極相連。這種結(jié)構(gòu)具有多種功能:a煙氣由下至上經(jīng)過吸收及電化學(xué)反應(yīng)層時(shí)，與由上至下流經(jīng)該層的循環(huán)吸收液發(fā)生化學(xué)吸收反應(yīng)，煙氣中的二氧化硫和氮氧化物被吸收下來，同時(shí)還存在副反應(yīng):吸收液中的絡(luò)合吸收劑Fe (II) EDTA被煙氣中的氧氣氧化為Fe(III)EDTA;b，由于吸收及電化學(xué)反應(yīng)層具有電解效果，在陰極室被吸收下來的氮氧化物和被氧化的Fe(III)EDTA隨之被還原，具有同步再生作用。c，由于電極室為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有很好的過濾效果，煙氣中的部分顆粒物會(huì)被捕集下來，起到對煙氣中的灰塵的過濾效果；d，同樣由于吸收及電化學(xué)反應(yīng)層具有電解效果，在電化學(xué)作用下，煙氣中的二惡英類污染物也被部分電解。所述吸收及電化學(xué)反應(yīng)層可以為一層，也可以根據(jù)需要，如為了進(jìn)一步提高脫硝效率，設(shè)計(jì)成兩層或兩層以上，控制各層中的陰極室和陽極室的電位差為1.5 — 4.5V。
[0021]2)在煙氣進(jìn)口下方，液面以上位置設(shè)置電解再生層，其結(jié)構(gòu)與吸收及電化學(xué)反應(yīng)層結(jié)構(gòu)相同，由陰極室、陽極室和陰極室三層電極室組成，所述電解再生層的作用是對與煙氣反應(yīng)后的循環(huán)吸收液進(jìn)行電解再生。與煙氣反應(yīng)后循環(huán)吸收液先在陰極層內(nèi)發(fā)生還原反應(yīng)，吸收下來的NOx被還原成順3或N 2，同時(shí)，部分Fe3+還原成Fe 2+;在陰極室發(fā)生了還原反應(yīng)的吸收液越過兩電極室間的間隙進(jìn)入陽極室，在陽極室內(nèi)發(fā)生亞硫酸根離子、Fe2+以及0H等離子的氧化反應(yīng)，最后再進(jìn)入最下一層陰極室再次發(fā)生還原反應(yīng)，循環(huán)吸收液依次流經(jīng)陰極室、陽極室和陰極室，可以有效避免在陰、陽極之間吸收液來回流動(dòng)引起的反復(fù)電化學(xué)轉(zhuǎn)化，提高了再生效率。電解再生層的下端面與塔體下部的液面平齊，有利于吸收液在該層內(nèi)由上向下定向流動(dòng)，減少上下擾動(dòng)出現(xiàn)的下層陰極室反應(yīng)后的液體竄到上層的陽極室中，陽極室反應(yīng)后的液體竄到上層的陰極室中。因?yàn)槲账ぷ鲿r(shí)，在塔下的擾動(dòng)栗的作用下，塔下部所儲(chǔ)的吸收液處于高度的湍動(dòng)狀態(tài)，液面上部存在一層泡沫層，電解再生層所處的位置正是在這層泡沫層內(nèi)，從塔上部下來的吸收液進(jìn)入泡沫層受到的湍動(dòng)力遠(yuǎn)小于泡沫下方的液相，不會(huì)導(dǎo)致再生后的吸收液在陰、陽極室內(nèi)竄動(dòng)。若電解再生層放入塔下部所儲(chǔ)的吸收液面下，再生的吸收液在陰、陽極室內(nèi)竄動(dòng)程度增加，降低了再生效果。
[0022]3)進(jìn)一步的，所述噴淋層上方設(shè)有靜電除霧及反應(yīng)層，所述靜電除霧及反應(yīng)層由兩層極性相反的電極室組成，上層為陽極室，下層陰極室，靜電除霧及反應(yīng)層的電極室也為導(dǎo)電材料制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其空隙率控制在0.7 — 0.9，上升的煙氣在經(jīng)過靜電除霧及反應(yīng)層時(shí)，隨煙氣外溢的微細(xì)顆粒物、氣溶膠等，在靜電作用下粒子的雙極荷電、靜電凝并，最終被捕集在電極層中?？赏ㄟ^定期開啟靜電除霧及反應(yīng)層上方的洗滌層的噴頭，洗滌捕集下的顆粒物和氣溶膠達(dá)到清洗靜電除霧及反應(yīng)層的目的。
[0023]所述電極室中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的電極材料可以使用導(dǎo)電性能好、抗腐蝕性強(qiáng)的鉛、鉑、鈦、石墨等材料制成，其空隙率控制在0.7 — 0.9。
[0024]所述吸收及電化學(xué)反應(yīng)層和/或電解再生層中，所述電極層厚度為100 - 200mm,相鄰兩個(gè)電極層之間的間距為1 一 10mm。所述靜電除霧及反應(yīng)層中，電極層厚度為100 —150mm，兩層電極層之間間距為100 — 150mm。所述間距中可根據(jù)需要填充網(wǎng)狀的絕緣墊片，或其他形狀的絕緣子，采用如陶瓷、高強(qiáng)塑料等材料制成。
[0025]靜電除霧及反應(yīng)層是利用靜電原理，其外接高壓電源，如高壓高頻脈沖電源；電化學(xué)反應(yīng)層和電解再生層是利用電解原理，其外接低壓電源，如低壓直流電源。所以，靜電除霧及反應(yīng)層中兩層電極室之間間距較吸收及電化學(xué)反應(yīng)層和電解再生層中電極室間的間距更大。
[0026]有益效果:
[0027]本發(fā)明以電解反應(yīng)原理和靜電原理為基礎(chǔ)，在現(xiàn)有的反應(yīng)塔中加設(shè)吸收及電化學(xué)反應(yīng)層、電解再生層和靜電除霧及反應(yīng)層，使上升的煙氣在反應(yīng)層中實(shí)現(xiàn)脫硫、過濾、去除二惡英類污染物，使循環(huán)吸收液吸收下來的氮氧化物還原成氨，實(shí)現(xiàn)同步再生，配合電解再生層，對反應(yīng)后的循環(huán)吸收液進(jìn)一步再生，使循環(huán)吸收液邊吸收邊再生；通過在塔上部設(shè)置靜電除霧及反應(yīng)層，利用靜電原理除去隨煙氣外溢的微細(xì)顆粒物和氣溶膠以及煙氣中部分其他污染物，如二惡英等，真正實(shí)現(xiàn)在一個(gè)反應(yīng)塔內(nèi)對煙氣同步脫硫、脫硝、收塵、脫二噁英的多污染物協(xié)同治理的目的