一種光助催化氧化脫除煙氣中多污染物的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于煙氣凈化技術領域，特別涉及一種光助催化氧化脫除煙氣中多污染物 的裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 我國大氣污染屬于典型的煤煙型污染，其中二氧化硫、氮氧化物和重金屬是燃煤 煙氣的標志性污染物，二氧化硫和氮氧化物是酸雨的主要來源，氮氧化物亦是形成光化學 煙霧的最主要前驅物之一，而單質汞具有毒性強、形態(tài)穩(wěn)定且難生物降解的特點。近年來， 由于燃煤煙氣中二氧化硫、氮氧化物和重金屬的排放量顯著提高，導致我國霧霾頻發(fā)，嚴重 危害了人民健康和生態(tài)環(huán)境。
[0003] 我國燃煤電廠采用的主流煙氣脫硫技術為濕式石灰石-石膏工藝(WF⑶），該工藝 具有技術成熟、脫硫效率較高、煤種適應范圍寬、處理煙氣量大等優(yōu)點，但存在系統(tǒng)復雜、能 耗高等不足，并且95%的脫硫效率無法滿足特別地區(qū)50mg/m 3的排放濃度限值。而傳統(tǒng)SCR 催化劑存在成本高、壽命短的問題，并且氨逃逸、催化劑中毒和廢棄催化劑難處理等也成為 SCR脫硝技術發(fā)展的瓶頸?；钚蕴课矫摴椒ù嬖诔杀靖?、廢棄活性炭難以回收利用等問 題。同時，這種分級處理方式存在占地面積大、系統(tǒng)運行穩(wěn)定性較差、設備能耗偏高和二次 污染等諸多問題因此，因此，研發(fā)新興的燃煤煙氣多污染物一體化脫除技術，既是"資源節(jié) 約型、環(huán)境友好型"社會建設的需要，也是我國能源行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要。
[0004] 就一體化脫除技術而言，氧化法更具優(yōu)勢。電力生產過程中，燃煤煙氣中90-95% 的NOx是NO，其水溶性差無法被吸收劑吸收，導致脫硝效率較低，而NO 2、N〇3和N205等水溶性 較強；因此，實現(xiàn)NO在氣相中的快速氧化是脫硝的關鍵。對汞而言，顆粒態(tài)汞和氧化態(tài)汞可 被電除塵器和濕法脫硫等現(xiàn)有污染物控制設備協(xié)同脫除，脫汞的關鍵是Hg t3的脫除，因此， 將Hgt3于氣相中快速氧化為Hg2+是實現(xiàn)脫汞的重點。基于氧化法原理，利用火電廠現(xiàn)有污染 物控制裝置，并對其進行布局優(yōu)化，進而實現(xiàn)多污染物一體化脫除是經濟高效且符合我國 國情的發(fā)展方向之一。

【發(fā)明內容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術不足，本發(fā)明提供了一種光助催化氧化脫除煙氣中多污染物的裝置 及方法。
[0006] -種光助催化氧化脫除煙氣中多污染物的裝置，煙氣管路11連通至靜電除塵器4 的煙氣入口，靜電除塵器4的煙氣出口通過管路12連通至吸收裝置5,煙氣管路11內設置煙 氣余熱利用及霧化發(fā)生裝置2,所述煙氣余熱利用及霧化發(fā)生裝置2采用大管23內套小管24 的結構，所述小管24的管壁上間隔設有缺口25,缺□處設有孔板26,所述孔板26固定在小管 24的內壁上，其外徑等于小管24的內徑，小管24的入口與空壓機系統(tǒng)廣相連，大管23的入口 與氧化劑儲罐1相連，大管23的出口與光助催化活化反應裝置3的入口相連，光助催化活化 反應裝置3的出口連接至靜電除塵器4的煙氣出口；所述光助催化活化反應裝置3為圓筒結 構，其內部陣列排布有石英管33，石英管33內套有UV燈管32;吸收裝置5的煙氣出口經高效 除霧器連接至煙囪。
[0007] 所述光助催化活化反應裝置3的入口處設有錐形氣流分布裝置31。
[0008] 所述光助催化活化反應裝置3的圓筒結構，由外至內依次包括鋼質外殼、保溫層、 隔離層和防腐層。
[0009] 所述煙氣余熱利用及霧化發(fā)生裝置2采用鈦鋼材質，包括左右兩端的盤管段21和 中部的直管段22。
[0010] 所述缺口 25的間距為10-15cm;所述孔板26上設有多個孔，空隙率為80%。
[0011] -種光助催化氧化脫除煙氣中多污染物的裝置凈化煙氣的方法，空壓機系統(tǒng)1'向 所述煙氣余熱利用及霧化發(fā)生裝置2的小管24內輸送壓縮空氣，氧化劑儲罐1向大管23內注 入復合氧化劑溶液，壓縮空氣由缺口 25不斷流出和進入小管24而進入或流出復合氧化劑溶 液中，壓縮空氣通過缺口 25和孔板26流動過程中形成劇烈紊流效應，不斷撓動復合氧化劑 溶液，使復合氧化劑溶液在大管23中形成沸騰狀態(tài)；同時，火電廠空預器輸出的熱煙氣在流 經煙氣管路11時，與煙氣余熱利用及霧化發(fā)生裝置2發(fā)生換熱，使大管23中的液相復合氧化 劑在沸騰的同時，被霧化而變成霧狀液滴，進而增大氣液接觸面積；
[0012] 霧化復合氧化劑進入光助催化活化反應裝置3,陣列UV燈管32產生的輻射穿過內 嵌石英管33對復合氧化劑進行催化活化，產生多種自由基，自由基從光助催化活化反應裝 置3的出口噴出，進入靜電除塵器4的煙氣出口與煙氣接觸進行多污染物原位氧化反應，將 煙氣中的NO轉變?yōu)楦邇r態(tài)的NOx，包括吣 2、吣3、吣05，將取()氧化為取2+，1^、取 2+和302隨煙氣 進入吸收裝置5被吸收脫除，煙氣再經過高效除霧器除霧后，由煙肉排入大氣；
[0013] 以質量濃度計，所述復合催化劑溶液為含有30-50wt %的H2O2、0-2wt % CH3COOOH和 0.01-0.5wt %的添加劑的混合水溶液，所述添加劑為NaBr、NaCl、HBr、HCl、HF中的一種以 上，所述復合催化劑溶液的pH為5-6;
[0014] 以質量濃度計，吸收裝置5內的吸收液為含有5-l〇Wt%的Mg0、0_5wt%的KCl和 0 · 5-2wt %的KOH的吸收漿液，吸收液的pH為8-10。
[0015] 所述霧狀液滴的粒徑為50-60μπι。
[0016] 所述光助催化活化反應裝置3的入口處設有錐形氣流分布裝置31，霧化復合氧化 劑由所述錐形氣流分布裝置31導流，使霧化復合氧化劑產生湍流，使復合氧化劑在光助催 化活化反應裝置3中均勻分布。
[0017] 所述復合催化劑為H202/NaBr7jC溶液:H 2O2與NaBr的質量濃度比為（40-50): (0.0卜 0.1)，溶液 pH 為 5.5-6;
[0018] 或所述液相復合催化劑為H202/NaCl水溶液= H2O2與NaCl質量濃度比為（40-50): (0.3-0.5)，溶液 pH 為 5-6;
[0019] 或所述液相復合催化劑為H202/CH3C000H/HBr7K溶液：H 2O2、CH3COOOH和HBr的質量 濃度比為(30-35): (0 · 5-2): (0 · I-0 · 3)，溶液pH為5-6;
[0020] 或所述液相復合催化劑為H202/CH3C000H/HF水溶液:H 2〇2、CH3COOOH和HF的質量濃 度比為(30-35) :(0.5-2): (0.05-0.2)，溶液pH為5-5.5;
[0021 ] 或所述液相復合催化劑為H202/CH3C000H/HC1 :H2〇2、CH3COOOH和HCl的質量濃度比 為(35-40) :(1-2) :(0.3-0.5)，溶液pH為5-5.5。
[0022] 所述液相復合氧化劑的制備過程為：將氧化劑H2O2和/或CH3COOOH,與添加劑按照 比例混合，然后用水將其稀釋到規(guī)定濃度。上述多種復合氧化劑具有較強的穩(wěn)定性，在12h 內無顯著的氣體釋放現(xiàn)象，有利于復合氧化劑制備及其儲存系統(tǒng)的安全運行。
[0023] 工況條件如下：
[0024] (1)煙氣余熱利用及霧化發(fā)生裝置2內的溫度范圍為100_130°C;
[0025] (2)復合氧化劑加入量與煙氣流量的液氣比為10-25L/萬m3;
[0026] (3)壓縮空氣進口壓力為2_4kg，與復合氧化劑的流量比為(50-150):1;
[0027 ] (4)光助催化活化反應裝置3內的輻射能量密度為0.64-1.28KW/m3;
[0028] (5)管路12為煙氣多污染物氧化反應段，其中煙氣停留時間為l_2s;
[0029] (6)吸收裝置5內，吸收液與煙氣流量的液氣比為10-15L/m3;反應溫度為40~60 0C。
[0030] 本發(fā)明反應機理：
[0031 ]過氧化氫、過氧乙酸、氧氣是一次氧化劑，過氧根、羥基自由基、氯氧自由基、溴氧 自由基、氟氧自由基、氯自由基、溴自由基、氟自由基、氯氣、單質溴、單質氟等為二次氧化 劑，這些氧化劑與煙氣中的Hgt3氧化結合為氧化態(tài)Hg 2+，將NO氧化成氧化態(tài)NOx。液相復合氧 化劑的催化活化機理及與多污染物間的反應機理如下：
[0032] H2〇2+hv^2HO ·
[0033] CH3COOOH+