一種臭氧結(jié)合光輻射過(guò)氧化物的脫硫脫硝脫汞系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及大氣污染控制領(lǐng)域，具體涉及一種臭氧結(jié)合光輻射過(guò)氧化物的脫 硫脫硝脫汞系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的S02、NOx以及Hg能夠引起酸雨、光化學(xué)煙霧和致癌等嚴(yán)重 的大氣污染問(wèn)題，危害人類(lèi)健康和生態(tài)平衡。在過(guò)去的幾十年，盡管人們開(kāi)發(fā)了大量的煙氣 脫硫脫硝脫汞技術(shù)，但現(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)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)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)主要為石灰 石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)和氨選擇性催化還原法。這兩種方法雖可以單獨(dú)脫硫脫硝，但 無(wú)法在一個(gè)上下對(duì)噴霧化床內(nèi)實(shí)現(xiàn)同時(shí)脫除。兩種工藝疊加使用雖然可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)脫硫脫 硝，但造成整個(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(lèi)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)的初投資和運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)一步增加，最終很難以在 發(fā)展中國(guó)家獲得大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。綜上所述，如果能夠在一個(gè)上下對(duì)噴霧化床內(nèi)將so 2、 NOx、Hg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。因此，開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的硫/氮/汞同時(shí)脫除技術(shù)是該領(lǐng)域當(dāng)前的熱點(diǎn)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實(shí)用新型涉及一種臭氧結(jié)合光輻射過(guò)氧化物的脫硫脫硝脫汞系統(tǒng)。所述系統(tǒng)主 要設(shè)有排放源、風(fēng)機(jī)、除塵器、煙氣冷卻器、臭氧發(fā)生器、上下對(duì)噴霧化床、循環(huán)泵一和二、填 料層、紫外燈管、霧化噴嘴、除霧器、儲(chǔ)液箱以及產(chǎn)物后處理系統(tǒng)。
[0004] 本實(shí)用新型系統(tǒng)的反應(yīng)過(guò)程原理：
[0005] 1、由圖1所示，采用電子自旋共振（ESR)儀可測(cè)定到系統(tǒng)中產(chǎn)生了硫酸根自由基 和羥基自由基。因此，臭氧結(jié)合光輻射過(guò)氧化物首先是釋放了具有強(qiáng)氧化性的硫酸根自由 基和羥基自由基，具體過(guò)程可用如下的化學(xué)反應(yīng)（1)_(6)表示：
[0006] H202+UV 2XOH (1)
[0011] X0+H202 X0H+H02X (6)
[0012] 2、產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性的硫酸根自由基和羥基自由基可將煙氣中的硫/氮/汞氧化脫 除：
[0013] aX0H+bS02cH2S04+otherproducts
[0014] (7)
[0015] aX0H+bS02cS03++otherproducts
[0016] (8)
[0017] aXOH+bNOcN02++otherproducts
[0018] (9)
[0019] aXOH+bNOcHN03+otherproducts
[0020] (10)
[0021] aXOH+bHg°cHgO+otherproducts
[0022] (11)
[0028] (16)
[0029] 3、反應(yīng)產(chǎn)生的硫酸、硝酸和采的混合溶液可作為工業(yè)原料回收利用（例如，通過(guò) 添加二價(jià)硫離子與二價(jià)汞反應(yīng)產(chǎn)生硫化汞沉淀分離后回收利用，剩余的硫酸和硝酸溶液再 添加氨中和后產(chǎn)生硫酸銨和硝酸銨農(nóng)業(yè)肥料回收利用。）該系統(tǒng)能夠高效脫除煙氣中的S0 2 、NO和Hg°，且脫除過(guò)程無(wú)二次污染，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的新型煙氣凈化系統(tǒng)。
[0030] 為實(shí)現(xiàn)以上目的，根據(jù)上述原理，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：
[0031] 一種臭氧結(jié)合光輻射過(guò)氧化物的脫硫脫硝脫汞系統(tǒng)。所述系統(tǒng)設(shè)有排放源、風(fēng)機(jī)、 除塵器、煙氣冷卻器、臭氧發(fā)生器、上下對(duì)噴霧化床、循環(huán)泵一和循環(huán)泵二、儲(chǔ)液箱以及產(chǎn)物 后處理系統(tǒng)；所述上下對(duì)噴霧化床自上而下依次設(shè)有煙氣出口、除霧器、霧化噴嘴、紫外燈 管、填料層以及底部出口；排放源通過(guò)煙道連接除塵器入口，除塵器的出口連接煙氣冷卻 器的入口，所述煙氣冷卻器的出口連接上下對(duì)噴霧化床的底部，臭氧發(fā)生器通過(guò)管道連接 于煙氣冷卻器與上下對(duì)噴霧化床的連接管道上，所述儲(chǔ)液箱通過(guò)管道進(jìn)入上下對(duì)噴霧化床 內(nèi)，所述管道上設(shè)有至少一組上下對(duì)稱的霧化噴嘴；所述上下對(duì)噴霧化床內(nèi)上下對(duì)稱的霧 化噴嘴之間設(shè)有紫外燈管排。
[0032] 所述儲(chǔ)液箱進(jìn)入上下對(duì)噴霧化床的管道上設(shè)有將過(guò)氧化物溶液引入的噴霧化床 的循環(huán)泵一；所述上下對(duì)噴霧化床的溶液出口設(shè)有將過(guò)氧化物溶液引入儲(chǔ)液箱的循環(huán)泵 --〇
[0033] 上下對(duì)噴霧化床的截面為正方形或矩形，內(nèi)部設(shè)有一組以上的紫外燈管排，每組 紫外燈管排上下均設(shè)有霧化噴嘴；紫外燈管排上部的霧化噴嘴向下噴溶液，紫外燈管排下 部的霧化噴嘴向上噴溶液。
[0034] 上下對(duì)噴霧化床的截面為正方形或矩形，內(nèi)部設(shè)有一組以上的紫外燈管排，每組 紫外燈管排上下均設(shè)有霧化噴嘴。紫外燈管排上部的霧化噴嘴向下噴溶液，紫外燈管排下 部的霧化噴嘴向上噴溶液。相鄰兩組紫外燈管排之間的距離A位于10cm-5〇 Cm之間。紫外 燈管排中相鄰兩根紫外燈管的間距B位于3cm-30cm之間。紫外燈管一端（右端）插入后 固定在上下對(duì)噴霧化床壁中，且應(yīng)當(dāng)密封，防止煙氣從紫外燈頂端與反應(yīng)器壁面之間的間 隙中流過(guò)造成管排其它地方煙氣分布不均勻。另一端（左端）穿過(guò)上下對(duì)噴霧化床壁面后 預(yù)留長(zhǎng)度C應(yīng)在lcm以上，以便于紫外燈管后期更換和維修。每組紫外燈管排垂直方向（上 下方向）上布置的最佳紫外燈管數(shù)目是5-10根，水平方向布置的最佳紫外燈管數(shù)目可由上 下對(duì)噴霧化床的橫截面積和紫外燈管間距計(jì)算確定。
[0035] 反應(yīng)過(guò)程如下：來(lái)自排放源的煙氣由風(fēng)機(jī)牽引，經(jīng)除塵器除塵和煙氣冷卻器降溫 后，再由填料層布風(fēng)后進(jìn)入上下對(duì)噴霧化床。臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧由入口 e匯入煙氣中， 并且在煙道中先對(duì)煙氣中的S02、NO JPHg °進(jìn)行預(yù)氧化。來(lái)自儲(chǔ)液箱的過(guò)氧化物溶液由 循環(huán)泵一抽吸，并由霧化噴嘴霧化后噴入上下對(duì)噴霧化床。紫外燈輻射紫外光激發(fā)過(guò)氧化 物產(chǎn)生硫酸根和羥基自由基進(jìn)一步氧化S0 2、NO x、Hg °以及被臭氧氧化產(chǎn)生的SO 3和NO 2。 從上下對(duì)噴霧化床上部回落的溶液由出口 b，經(jīng)循環(huán)泵二重新吸入儲(chǔ)液箱循環(huán)噴淋。反應(yīng)產(chǎn) 物由上下對(duì)噴霧化床的產(chǎn)物出口 d通入產(chǎn)物后處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可資源化利用。例如，通過(guò)添 加二價(jià)硫離子與二價(jià)汞反應(yīng)產(chǎn)生硫化汞沉淀分離后回收利用，剩余的硫酸和硝酸溶液再添 加氨中和后產(chǎn)生硫酸銨和硝酸銨農(nóng)業(yè)肥料回收利用
[0036] 煙道上設(shè)有臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧預(yù)氧化煙氣中的S02、NO和Hg°。為了避免臭氧 在高溫下自分解，臭氧發(fā)生器位于煙氣冷卻器之后和上下對(duì)噴霧化床入口之前，最佳臭氧 入口濃度為20ppm-1000ppm。上下對(duì)噴霧化床的最佳煙氣入口溫度為20-70°C，有效液氣比 為0? 1-5. OL/m3,過(guò)氧化物的最佳濃度為0? lmol/L-3. 5mol/L之間，溶液的pH位于1. 0-9. 5 之間，最佳的溶液溫度為20-70°C。紫外光有效輻射強(qiáng)度為10 y W/cm2-400 y W/cm2,紫外線 有效波長(zhǎng)為150nm-365nm。煙氣中S02、NO和Hg°的含量分別不高于lOOOOppm、2000ppm 和 800 y g/m3〇
[0037] 所述的過(guò)氧化物包括雙氧水和過(guò)硫酸銨中的一種或兩種的混合。所述的排放源包 括燃煤鍋爐、內(nèi)燃機(jī)、工業(yè)窯爐、冶煉/煉焦尾氣、垃圾焚燒爐以及石油化工設(shè)備尾氣 中的一種或多種的組合。
[0038] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及顯著效果：
[0039] (1)中國(guó)專利201310683135. 8提出了一種基于噴淋的光活化過(guò)硫酸鹽同時(shí)脫硫 脫硝脫汞系統(tǒng)，但由于單獨(dú)光活化過(guò)硫酸鹽系統(tǒng)的脫除效率較低，無(wú)法滿足嚴(yán)格的環(huán)保要 求，而本實(shí)用新型所述系統(tǒng)是采用煙道注入臭氧預(yù)氧化，然后再結(jié)合光活化過(guò)氧化物深度 氧化脫除污染物的兩段氧化法，具有更高的脫除效率。例如，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)S0 2、NO x、 Hg三種污染物的100%脫除率即證明該系統(tǒng)具有出色的多污染物同時(shí)脫除性能。
[0040] (2)中國(guó)專利201010296492. 5提出了一種利用光輻射過(guò)氧化氫產(chǎn)生自由基的同 時(shí)脫硫脫硝系統(tǒng)，但該系統(tǒng)只能同時(shí)脫硫脫硝，無(wú)法實(shí)現(xiàn)脫汞，而本實(shí)用新型可在上下對(duì)噴 霧化床內(nèi)實(shí)現(xiàn)S0 2、NOx、Hg三種污染物的同時(shí)脫除，因而能夠降低系統(tǒng)的初投資和運(yùn)行 費(fèi)用。隨著人類(lèi)對(duì)環(huán)保要求的不斷提高，本實(shí)用新型的這一優(yōu)勢(shì)將得到逐漸凸顯。另外，該 專利所述的脫除工藝采用的是傳質(zhì)速率很低和市場(chǎng)應(yīng)用潛力小的鼓泡塔反應(yīng)器，而本實(shí)用 新型提出的上下噴霧床具有更好的傳質(zhì)速率和吸收效率，從而能夠大幅度提高污染物的同 時(shí)脫除效率。例如，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)S0 2、NOx、Hg三種污染物的100%脫除率即證明了 該系統(tǒng)具有出色的多污染物同時(shí)脫除性能。
【附圖說(shuō)明】
[0041] 圖1是一種臭氧結(jié)合光輻射過(guò)氧化物的電子自旋共振（ESR)光普?qǐng)D。
[0042] 圖2是本實(shí)用新型所述系統(tǒng)的工藝流程圖。
[0043] 圖3是上下對(duì)噴霧化床結(jié)構(gòu)圖。
[0044] 圖4是上下對(duì)噴霧化床的截面及燈管布置圖。
[0045] 圖5是本實(shí)用新型的產(chǎn)物后處理系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0047] 如圖2所述，一種臭氧結(jié)合光輻射過(guò)氧化物的脫硫脫硝脫汞方法所基于的裝置主 要設(shè)有排放源1、風(fēng)機(jī)2、除塵器3、煙氣冷卻器4、臭氧發(fā)生器5、上下對(duì)噴霧化床6、循環(huán)泵 一 7和循環(huán)泵二8、填料層13、紫外燈管12、霧化噴嘴11、除霧器10、儲(chǔ)液箱9以及產(chǎn)物后處 理系統(tǒng)18。
[0048] 所述上下對(duì)噴霧化床6自上而下依次設(shè)有煙氣出口 c、除霧器10、霧化噴嘴11、紫 外燈管12、填料層13以及底部出口 d ;排放源1通過(guò)煙道連接除塵器3入口，排放源1與除 塵器3的煙道上設(shè)有風(fēng)機(jī)2 ;除塵器3的出口連接煙氣冷卻器4的入口，所述煙氣冷卻器4 的出口連接上下對(duì)噴霧化床6的底部，臭氧發(fā)生器5通過(guò)管道連接于煙氣冷卻器4與上下 對(duì)噴霧化床6的連接管道上，所述儲(chǔ)液箱9通過(guò)管道進(jìn)入上下對(duì)噴霧化床6內(nèi)，所述管道上 設(shè)有至少一組上下對(duì)稱的霧化噴嘴11 ;所述上下對(duì)噴霧化床6內(nèi)上下對(duì)稱的霧化噴嘴11 之間設(shè)有由紫外燈管12組成的紫外燈管排。
[0049] 所述儲(chǔ)液箱9進(jìn)入上下對(duì)噴霧化床6的管道上設(shè)有將過(guò)氧化物溶液引入的上下對(duì) 噴霧化床6的循環(huán)泵一 7 ;所述上下對(duì)噴霧化床6的溶液出口 b設(shè)有將過(guò)氧化物溶液引入 儲(chǔ)液箱9的循環(huán)泵二8。
[0050] 如圖3和圖4所示，上下對(duì)噴霧化床的截面為正方形或矩形，內(nèi)部設(shè)有一組以上 的紫外燈管排，每組紫外燈管排上下均設(shè)有霧化噴嘴。紫外燈管排上部的霧化噴嘴向下 噴溶液，紫外燈管排下部的霧化噴嘴向上噴溶液。相鄰兩組紫外燈管排之間的距離A位于 l〇 Cm-50cm