CN105148699B - 一种单塔氧化脱硫脱硝装置及其脱硫脱硝方法 - Google Patents

Abstract

一种单塔氧化脱硫脱硝装置及其脱硫脱硝方法，装置包括筒状的吸收塔塔体，位于吸收塔塔体下部的进气筒、位于吸收塔塔体上部的排气筒、设置在吸收塔塔体内的吸收剂池和吸收系统以及与吸收塔塔体连接的塔外缓冲箱，单塔氧化脱硫脱硝装置沿着烟气流向由下向上依次为吸收剂池、下部吸收系统、氧化系统、分隔系统以及上部吸收系统。烟气由进气筒进入吸收塔塔体，依次经过搅拌器、下部喷淋层和下部除雾器，其中下部喷淋层中喷淋脱硫剂，吸收其中的SO₂，脱除SO₂后的烟气进入氧化系统。本发明工艺及系统简单、可以高效地实现脱硫脱硝功能、多种操作模式可以适合多种烟气、硫氮资源可以独立回收利用，可广泛应用于烟气或者废气脱硫脱硝处理。

Description

一种单塔氧化脱硫脱硝装置及其脱硫脱硝方法

技术领域

本发明涉及一种烟气净化设备以及净化方法。

背景技术

二氧化硫(SO₂)及氮氧化物(NO_X)的排放严重影响着自然环境。电厂、水泥、冶金、钢铁等工业废气均需经过净化工序处理，降低污染物的排放浓度。随着工业化进程逐步加深，废气排放量及污染物总量逐步上升，由于总量上涨，污染物的排放浓度控制逐渐严格。

早期，湿法脱硫工艺占据电厂烟气脱硫的主要市场，进一步发展而来的双循环工艺(以CN102921287A为例)可以把SO₂的排放浓度在原湿法脱硫基础上进一步降低；同时电厂烟气脱硝普遍应用选择性催化还原(SCR)脱硝技术，脱硫及脱硝工序需要两套系统、两组人员，占地面积及运行成本高。在这种情况下，单塔同时脱硫脱硝技术逐渐受到重视。不仅仅电厂烟气，石化行业烟气、尾气的治理也存在脱硫脱硝一体化技术，以杜邦－Belco公司的湿法技术具有相当的代表性。但是，该技术需要在臭氧喷射前，增设废气的急冷装置，以保证喷射的臭氧不引高温环境而减少寿命；同时，硫、氮资源只能作为混合废液进行处理，很难再次利用。

中国专利CN102847430A公开了一种烟气净化系统，该技术在原烟气输送管道通入气相氧化剂。一般情况下，原烟气的温度高于100℃，在此温度下，臭氧分解的半衰期很短，NOx的氧化产率很低。较低NOx的氧化产率直接导致较低的装置脱硝效率，而且硫、氮资源很难再次利用。

中国专利CN201410496174.1公开了一种利用过氧化氢溶液进行氧化脱硝、同时脱硫的技术，但是硫、氮资源无法分别回收再次利用。同时，由于NO的水溶性远低于SO₂等其他酸性气体，烟气中的NOX又主要以NO为主，液相氧化NOX的技术中存在显著缺陷，很难实现高效氧化，这是处理对象NO分子本身的性质决定的。由于SO2的水溶性很好，液相氧化可以达到很好的效果。

中国专利CN201410078967.1公开的技术中，烟气多次改变流动方向、多级挡板存在下会导致烟气阻力过大，造成系统负担过重。该技术中，未考虑到氧化剂与烟气的混合问题。

在单塔同时脱硫脱硝技术中，氧化剂的选择、加入方式及位置、与氧化物的混合方式、混合条件等因素是十分重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种单塔氧化脱硫脱硝装置及其脱硫脱硝方法，可以实现高效脱除废气中SO₂及NO_X的目的，所脱除的硫元素、氮元素可以分别回收、再次利用，而且塔体结构简单，不需要折流板、急冷装置等附件，烟气阻力小。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种单塔氧化脱硫脱硝装置，包括筒状的吸收塔塔体，位于吸收塔塔体下部的进气筒、位于吸收塔塔体上部的排气筒、设置在吸收塔塔体内的吸收剂池和吸收系统以及与吸收塔塔体连接的塔外缓冲箱，还包括氧化系统和分隔系统，所述单塔氧化脱硫脱硝装置沿着烟气流向由下向上依次为吸收剂池、下部吸收系统、氧化系统、分隔系统以及上部吸收系统，所述分隔系统通过管道与塔外缓冲箱连通。

所述氧化系统包括臭氧输送管路、连接在每根臭氧输送管路端部的一级喷射器和二级喷射器以及在一级喷射器下方的臭氧挡板，所述一级喷射器和二级喷射器相对设置，其中一级喷射器位于下方、其喷射臭氧气体的端口向下，其中二级喷射器位于上方、其喷射臭氧气体的端口向上。

所述分隔系统包括穿过氧化系统位于吸收塔塔体中轴线上的自流管、连接在自流管上端的倒锥筒形的收集盘以及位于收集盘上方的环形的导流锥，所述收集盘的下表面位于二级喷射器喷射臭氧气体的端口的上方。

所述自流管与塔外缓冲箱连通的管道上连接有第三阀门，自流管上位于该管道的上下两侧分别连接有第一阀门和第二阀门。

所述臭氧输送管路以及连接在每根臭氧输送管路端部的一级喷射器和二级喷射器有1～8组，所述臭氧输送管路围绕自流管环向均匀间隔连接在吸收塔塔体的内侧，每个一级喷射器的下方对应一块臭氧挡板，其中一级喷射器和二级喷射器喷射臭氧气体的端口与竖直方向的夹角均不超过45°。

所述导流锥环向固定在吸收塔塔体的内壁上，其上表面由与吸收塔塔体内壁连接的一端向收集盘倾斜且超出收集盘的边缘、下表面由位于收集盘的一端向吸收塔塔体的内壁倾斜，导流锥的纵截面是由上表面边缘、下表面边缘以及吸收塔塔体侧壁边缘三者构成的三角形。

所述臭氧挡板的形状为扇形、圆形、椭圆形、三边形、四边形、凸面形、或凹面形中的一种或几种。

所述吸收剂池与烟气进气管路以及硫资源回收管路连通，吸收剂池与空气或氧气进气管路连通、且吸收剂池内有搅拌器。

所述塔外缓冲箱与氮资源回收管路连通，塔外缓冲箱的下部有搅拌器。

所述下部吸收系统包括下部喷淋层和位于下部喷淋层上方的下部除雾器，所述下部喷淋层通过循环供液旁路与吸收剂池连通。

所述上部吸收系统包括上部喷淋层和位于上部喷淋层上方的上部除雾器，所述上部喷淋层通过循环供液旁路与吸收剂池连通、通过管道与塔外缓冲箱连通。

一种应用所述的单塔氧化脱硫脱硝装置的脱硫脱硝方法，烟气由进气筒进入吸收塔塔体，依次经过搅拌器、下部喷淋层和下部除雾器，其中下部喷淋层中喷淋脱硫剂，吸收其中的SO₂，脱除SO₂后的烟气进入氧化系统。

氧化系统中的一级喷射器喷射臭氧至臭氧挡板扩散，先与烟气进行一次混合及氧化反应，随后由二级喷射器喷射臭氧至收集盘下表面扩散，再与烟气进行二次混合及氧化反应。

烟气离开氧化系统后，通过分隔系统进入上部吸收系统，收集盘将上部喷淋层喷洒的吸收剂回收经自流管排放至不同位置：当上部吸收系统与下部吸收系统使用同种吸收剂时，自流管将收集的液体排向吸收剂池或塔外缓冲箱，当上部吸收系统与下部吸收系统使用不同吸收剂时，自流管将收集的液体排向塔外缓冲箱。

烟气经上部喷淋层和上部除雾器再次被净化后由排气筒排放。

通过调节第一阀门、第二阀门和第三阀门的开启状态以及吸收剂的种类，进行多种工作模式的切换：

第一种模式：通过调节第二阀门为关闭状态、第一阀门和第三阀门为开启状态，上、下喷淋层分别使用两种不同的吸收剂并开启臭氧喷射装置，实现下层脱硫、上层脱硝；

第二种模式：通过调节第三阀门为关闭状态、第一阀门和第二阀门为开启状态，上、下喷淋层使用相同吸收剂，实现下层脱硫、上层深度脱硫；

第三种模式：通过调节第二阀门为关闭状态、第一阀门和第三阀门为开启状态，上、下喷淋层使用相同的吸收剂并开启臭氧喷射装置，实现下层脱硫、上层脱硫脱硝；

当烟气进入吸收剂池时，通过空气或氧气进气管路向吸收剂池中提供空气或氧气将液相硫氧化至最高价。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明克服了传统脱硫脱硝装置结构复杂、脱除效果差且硫、氮资源不能有效分离再利用的缺点，解决了实现SO₂及NO_X的脱除、有效回收硫、氮资源的技术问题。

本发明提供了一种单塔氧化脱硫脱硝装置，其结构由下向上依次包括吸收剂池、下部吸收系统、氧化系统、分隔系统、上部吸收系统以及排放系统：

(1)吸收剂池：包含搅拌器和烟气进气管路，搅拌器可在不同角度、不同高度安装多台，进气管路可沿塔横截面环形不同角度分布安装多个，吸收池内的吸收剂可通过供液泵经循环供液旁路泵入上部喷淋层和下部喷淋层。

(2)下部吸收系统：包含下部喷淋层、下部除雾器，下部喷淋层喷洒吸收剂，下部除雾器用于降低烟气中的雾滴、液滴含量，目的是减少臭氧分解速率受雾滴、液滴的增速影响；同时，当上部吸收区所用吸收剂与下部吸收区所用吸收剂不同时，可以有效减少两者之间的混合。

(3)氧化系统：包含一级喷射器、二级喷射器、臭氧挡板以及臭氧输送管路，一级喷射器由臭氧输送管路向下喷射至臭氧挡板，二级喷射器由臭氧输送管路向上喷射至分隔系统收集盘下表面，臭氧分别自臭氧挡板与收集盘下表面扩散，与烟气混合接触，在气相进行氧化反应。

(4)分隔系统：包含收集盘、自流管以及导流锥，收集盘用于收集上部喷淋层喷洒的吸收剂，收集盘底部连接自流管，收集盘下表面作为二级喷射器气气接触表面；当上部吸收区与下部吸收区使用同种吸收剂时，自流管可以将收集的液体排向吸收剂池或塔外缓冲箱，当上部吸收区与下部吸收剂使用不同吸收剂时，自流管将收集液排向塔外缓冲箱；导流锥上表面用于将收集的液体导向收集盘，下表面用于烟气提速，促进二级喷射器喷射的臭氧与烟气的均匀混合。

(5)上部吸收系统：包含上部喷淋层，上方设置上部除雾器，上部喷淋层喷洒吸收剂，上部除雾器用于降低烟气中的雾滴、液滴含量，目的是减少雾滴中携带的固体颗粒物的排放。

(6)尾气排放：净化后的烟气经过排放筒排放至大气。

本发明利用气相和液相结合的氧化方式，气相氧化用于脱销，液相氧化用于脱硫，其中气相氧化反应主要在氧化系统中发生，主要包含以下反应：

(1)O₃+NO→O₂+NO₂；

(2)O₃+NO₂→O₂+NO₃；

(3)NO₃+NO₂→N₂O₅；

(4)O₃+SO₂→O₂+SO₃；

(5)O₃+CO→O₂+CO₂；

(6)NO₂+SO₂→NO+SO₃；

其中，反应(1)、(2)、(3)为快反应，(4)、(5)、(6)为慢反应，在氧化区内烟气温度范围不高于100℃，前三个快反应的反应速率要比后三个慢反应的反应速率快7～10个数量级。因此，一般情况下，可以忽略后三个慢反应，但是，慢反应在氧化区内也会产生。除了氧化反应，在氧化区内，还同时发生着以下臭氧的分解反应：

(1)O₃→O₂+O·；

(2)O₃+O·→O₂+O₂；

(3)2O₃+M→3O₂+M；

(4)2O₃+H₂O→3O₂+H₂O；

(5)2O₃+OH·→3O₂+OH·；

臭氧分解反应包含：在气相发生的分解反应(1)、(2)，在颗粒物表面发生的分解反应(3)，在液相发生的分解反应(4)、(5)。在塔内的烟气温度范围不高于100℃，气相臭氧自身的分解反应相比于上述氧化反应速率慢5～7个数量级，臭氧自身的分解基本不影响氧化效率。但是，在颗粒物表面及液滴表面或溶于液滴中，臭氧的分解速率会大大增加，反应速率比会影响到氧化反应的氧化效率。因此，需要在下部喷淋层上方设置下部除雾器，减少烟气携带液滴或颗粒物的数量，还需要在氧化系统上层设置分隔系统，防止上部喷淋层喷洒的吸收剂影响氧化系统内进行的氧化反应。

本发明的技术优势：

(1)将氧化系统设置在上部喷淋系统和下部喷淋系统之间：烟气在下部喷淋系统降温后再与臭氧接触，使在臭氧所在区域的温度较低，从而保证臭氧具有较长的寿命。可处理的气体温度范围大大提高且不需急冷装置。

(2)在氧化系统与上部喷淋系统之间设置分隔系统：分隔系统所起的作用不仅限于分隔上层吸收剂与下层吸收剂，还用于分隔上层吸收剂与氧化系统内烟气与臭氧的混合：臭氧具有不稳定性，在受热情况、被吸附在颗粒物表面、进入液滴中的情况下均会导致臭氧的分解，其分解产物氧气的氧化NO_X的速率显著低于臭氧氧化速率。氧化系统还通过下部喷淋系统中的下部除雾器减少被烟气携带至氧化系统的颗粒物或液滴的数量，以进一步进行隔离保护。

(3)在氧化系统臭氧与烟气设置强制混合装置：臭氧氧化的反应速率很快，在理想混合的情况下，在0.2s以内即可完成氧化反应，但是，仅仅靠喷射管将臭氧喷入塔体与烟气混合很难达到理想的混合效果；因此，借助收集盘下表面及臭氧挡板，将臭氧扩散面扩大，使得烟气与臭氧的混合可以更加充分。同时，收集盘下表面与臭氧挡板的材质需要选用不易与臭氧发生作用的材质制作。由于下部除雾器不可能把烟气携带的液滴或颗粒物完全除净，同时由于存在液滴飞溅等现象，收集盘也无法把上部喷淋层的吸收剂与氧化系统完全隔离。因此，氧化系统内，总会存在一定量的液滴或颗粒物浓度，从而导致臭氧加速分解，影响氧化效果。因此，在一级臭氧喷射器喷射、混合后，设置二级臭氧喷射器喷射臭氧、与烟气混合。保证烟气中的NO_x高效转化为N₂O₅。导流锥下表面造成烟气提速上升，这个环节可以使得臭氧与烟气的混合更加充分，从而促进气相氧化反应进行。

(4)分别选择氧化NO_x及SO₂的最优氧化剂：由于在平衡分压下，臭氧及NO_X在吸收剂中的溶解度都很小。NO_x是主要在气相中存在的被氧化物，而臭氧是主要在气相中存在的氧化剂，且臭氧氧化NO_x的速率很快，因此选用臭氧作为NO_x的氧化剂。而SO₂在吸收剂中的溶解度较大，且SO₂在气相的氧化速率较慢，因此，选用液相氧化剂氧化SO₂，例如含有溶解氧、过氧化氢、高价金属化合物的碱性吸收剂。

(5)增设上循环供液旁路及收集盘自流回吸收剂池支路，结合气相氧化脱硝与液相氧化脱硫，通过调节收集盘自流管路的流向、吸收剂池供液管路的流向及塔外缓冲箱管路流向进行调节；从而实现多种可变换脱除污染物模式，可选操作模式包括：(1)通过调节第二阀门22为关闭状态、第一阀门21和第三阀门23为开启状态，上、下喷淋层分别使用弱酸性吸收剂和弱碱性吸收剂并开启臭氧喷射装置，实现下层脱硫、上层脱硝；(2)通过调节第三阀门23为关闭状态、第一阀门21和第二阀门22为开启状态，上、下喷淋层使用相同吸收剂，实现下层脱硫、上层深度脱硫；(3)通过调节第二阀门22为关闭状态、第一阀门21和第三阀门23为开启状态，上、下喷淋层使用弱碱性吸收剂并开启臭氧喷射装置，实现下层脱硫、上层脱硫脱硝。

(6)塔体内不需要设置多级折流板即可达到氧化脱硫、脱硝的目的。脱出的硫、氮资源可以分别进行回收处理，再次利用。烟气中的SO₂与NO_X是大气污染物，但是，如果可以收集并加以利用，也是宝贵的硫资源和氮资源。SO₂的回收利用可以在一定程度上缓和我国目前硫资源短缺的现状。对于NO_X，目前硝酸是以空气为原料将氮气氧化为NO再进一步氧化制硝酸，将NO_X回收利用可以节约将氮气氧化为NO以及将NO_X还原为无用氮气的能源。

综上所叙，本发明具有工艺及系统简单、可以高效地实现脱硫脱硝功能、多种操作模式可以适合多种烟气、硫氮资源可以独立回收利用的特点，可广泛应用于烟气或者废气脱硫脱硝处理。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的单塔氧化脱硫脱硝装置结构示意图。

图2是本发明实施例一的臭氧挡板结构示意图。

图3是本发明实施例二的臭氧挡板结构示意图。

图4是本发明实施例三的臭氧挡板结构示意图。

图5是本发明实施例四的臭氧挡板结构示意图。

图6是本发明实施例五的臭氧挡板结构示意图。

图7是本发明实施例六的臭氧挡板结构示意图。

图8是无导流锥情况下臭氧与烟气混合程度示意图。

图9是有导流锥情况下臭氧与烟气混合程度示意图。

图10是仅有一级喷射器情况下臭氧与烟气混合程度示意图。

图11是一级喷射器和二级喷射器同时存在情况下臭氧与烟气混合程度示意图。

图12是无臭氧挡板的情况下臭氧向上喷射时臭氧与烟气混合程度示意图。

图13是无臭氧挡板的情况下臭氧向下喷射时臭氧与烟气混合程度示意图。

附图标记：1－吸收塔塔体、2－上部喷淋层、3－导流锥、4－收集盘、5－二级喷射器、6－一级喷射器、7－臭氧挡板、8－下部喷淋层、9－搅拌器、10－空气或氧气进气管路、11－循环供液旁路、12－臭氧输送管路、13－硫资源回收管路、14－塔外缓冲箱、15－氮资源回收管路、16－上部除雾器、17－下部除雾器、18－自流管、19－排放筒、20-进气筒、21-第一阀门、22-第二阀门、23-第三阀门。

具体实施方式

实施例参见图1所示，这种单塔氧化脱硫脱硝装置，包括筒状的吸收塔塔体1，位于吸收塔塔体下部的进气筒20、位于吸收塔塔体上部的排气筒19、设置在吸收塔塔体1内的吸收剂池和吸收系统以及与吸收塔塔体1连接的塔外缓冲箱14，还包括氧化系统和分隔系统，所述单塔氧化脱硫脱硝装置沿着烟气流向由下向上依次为吸收剂池、下部吸收系统、氧化系统、分隔系统以及上部吸收系统，所述分隔系统通过管道与塔外缓冲箱14连通。

所述氧化系统包括臭氧输送管路12、连接在每根臭氧输送管路12端部的一级喷射器6和二级喷射器5以及在一级喷射器6下方的臭氧挡板7，所述一级喷射器6和二级喷射器5相对设置，其中一级喷射器6位于下方、其喷射臭氧气体的端口向下，其中二级喷射器5位于上方、其喷射臭氧气体的端口向上。

所述分隔系统包括穿过氧化系统位于吸收塔塔体中轴线上的自流管18、连接在自流管18上端的倒锥筒形的收集盘4以及位于收集盘上方的环形的导流锥3，所述收集盘4的下表面位于二级喷射器5喷射臭氧气体的端口的上方。

所述臭氧输送管路12以及连接在每根臭氧输送管路12端部的一级喷射器6和二级喷射器5有1～8组，所述臭氧输送管路12围绕自流管18环向均匀间隔连接在吸收塔塔体的内侧，每个一级喷射器6的下方对应一块臭氧挡板7，其中一级喷射器6和二级喷射器5喷射臭氧气体的端口与竖直方向的夹角均不超过45°。

所述导流锥3环向固定在吸收塔塔体1的内壁上，其上表面由与吸收塔塔体1内壁连接的一端向收集盘4倾斜且超出收集盘4的边缘、下表面由位于收集盘4的一端向吸收塔塔体1的内壁倾斜，导流锥的纵截面是由上表面边缘、下表面边缘以及吸收塔塔体侧壁边缘三者构成的三角形。

所述臭氧挡板7的形状为扇形、圆形、椭圆形、三边形、四边形、凸面形、或凹面形中的一种或几种，参见图2至图8所示，以四组臭氧输送管路12、一级喷射器6和二级喷射器5为例，臭氧挡板7也有四个，以吸收塔塔体中轴线为中心对称分布，图中给出六种臭氧挡板形状的实施例，用以适应不同烟气流速、NO_x浓度或者调节不同的氧化产物。

所述吸收剂池与烟气进气管路以及硫资源回收管路13连通，吸收剂池与空气或氧气进气管路10连通、且吸收剂池内有搅拌器9；所述塔外缓冲箱14与氮资源回收管路15连通，塔外缓冲箱14的下部有搅拌器。

所述下部吸收系统包括下部喷淋层8和位于下部喷淋层8上方的下部除雾器17，所述下部喷淋层8通过循环供液旁路11与吸收剂池连通；所述上部吸收系统包括上部喷淋层2和位于上部喷淋层2上方的上部除雾器16，所述上部喷淋层2通过循环供液旁路11与吸收剂池连通、通过管道与塔外缓冲箱14连通。

一种应用所述的单塔氧化脱硫脱硝装置的脱硫脱硝方法，烟气由进气筒20进入吸收塔塔体1，依次经过经过搅拌器9、下部喷淋层8和下部除雾器17，其中下部喷淋层8中喷淋脱硫剂，吸收其中的SO₂，脱除SO₂后的烟气进入氧化系统；氧化系统中的一级喷射器6喷射臭氧至臭氧挡板扩散，先与烟气进行一次混合及氧化反应，随后由二级喷射器5喷射臭氧至收集盘下表面扩散，再与烟气进行二次混合及氧化反应；烟气离开氧化系统后，通过分隔系统进入上部吸收系统，收集盘4将上部喷淋层2喷洒的吸收剂回收经自流管18排放至不同位置：当上部吸收系统与下部吸收系统使用同种吸收剂时，自流管将收集的液体排向吸收剂池或塔外缓冲箱14，当上部吸收系统与下部吸收系统使用不同吸收剂时，自流管将收集的液体排向塔外缓冲箱14；烟气经上部喷淋层2和上部除雾器16再次被净化后由排气筒19排放。

其中，当烟气进入吸收剂池时，通过空气或氧气进气管路向吸收剂池中提供空气或氧气将液相硫氧化至最高价。

通过调节收集盘自流管路的流向、吸收剂池供液管路的流向及塔外缓冲箱管路流向进行调节；从而实现多种可变换脱除污染物模式，即通过调节第一阀门21、第二阀门22和第三阀门23的开启状态以及吸收剂的种类，进行多种工作模式的切换：

第一种模式：通过调节第二阀门22为关闭状态、第一阀门21和第三阀门23为开启状态，上、下喷淋层分别使用两种不同的吸收剂，上层使用弱酸性吸收剂、下层使用弱碱性吸收剂，同时开启臭氧喷射装置，实现下层脱硫、上层脱硝。

第二种模式：通过调节第三阀门23为关闭状态、第一阀门21和第二阀门22为开启状态，上、下喷淋层使用相同弱碱性吸收剂，实现下层脱硫、上层深度脱硫。

第三种模式：通过调节第二阀门22为关闭状态、第一阀门21和第三阀门23为开启状态，上、下喷淋层使用相同的弱碱性吸收剂并开启臭氧喷射装置，实现下层脱硫、上层脱硫脱硝。

本发明的净化过程中，臭氧挡板、臭氧喷射方位、收集盘下表面、导流锥、一级喷射器以及二级喷射器在氧化区臭氧氧化NO_X的效果方面起到了关键作用。

(1)收集盘下表面以及导流锥对臭氧与烟气混合效果的促进效果：参见图9所示，在没有收集盘时，混合过程不存在收集盘下表面对臭氧与烟气的促进作用，软件模拟两者混合的情况。在没有收集盘下表面对烟气提速的情况下，臭氧与烟气的混合程度不均匀度高达70％；参见图10所示，在有收集盘下表面对烟气/废气提速的情况下，臭氧与烟气/废气的混合程度不均匀度不超过20％。

(2)一级喷射器以及二级喷射器对臭氧与烟气混合效果的促进效果：参见图11所示，仅有一级喷射器存在的情况下，在不考虑臭氧分解的情况下，臭氧与烟气/废气的混合程度不均匀度在15～20％左右；考虑臭氧分解，实际气体混合的不均匀度会更低；仅有二级喷射器存在的情况下，在不考虑臭氧分解的情况下，臭氧与烟气/废气的混合程度不均匀度同样在15～20％左右；考虑臭氧分解，实际气体混合的不均匀度会更低。但是，参见图12所示，经过一级臭氧喷射器与二级臭氧喷射器共同作用，臭氧与烟气/废气的实际混合程度不均匀度可以控制在5％以内，从而使得氧化反应高效完成，保证NO_X的脱除效率。

(3)臭氧挡板对臭氧与烟气混合效果的促进效果：在没有臭氧挡板的情况下，无论是臭氧向上喷射，参见图12所述，还是臭氧向下喷射，参见图13所示，臭氧与烟气/废气的混合程度不均匀度均为50～60％之间，而增设臭氧挡板后，一级喷射器喷射臭氧与烟气/废气的混合程度不均匀度可以控制在15％～20％左右。臭氧挡板的作用十分重要。

(4)臭氧喷射方位与烟气混合效果的促进效果：由于烟气流速场在氧化区沿塔横截面分布不均匀，因而臭氧喷射器与吸收塔塔体的距离以及臭氧喷射器的喷射角度会对混合效果产生影响，因此，一级喷射器6和二级喷射器5喷射臭氧气体的端口与竖直方向的夹角均不超过45°以实现最优化的效果。

Claims (8)

1.一种单塔氧化脱硫脱硝装置，包括筒状的吸收塔塔体(1)，位于吸收塔塔体下部的进气筒(20)、位于吸收塔塔体上部的排气筒(19)、设置在吸收塔塔体(1)内的吸收剂池和吸收系统以及与吸收塔塔体(1)连接的塔外缓冲箱(14)，其特征在于：还包括氧化系统和分隔系统，所述单塔氧化脱硫脱硝装置沿着烟气流向由下向上依次为吸收剂池、下部吸收系统、氧化系统、分隔系统以及上部吸收系统，所述分隔系统通过管道与塔外缓冲箱(14)连通；所述氧化系统包括臭氧输送管路(12)、连接在每根臭氧输送管路(12)端部的一级喷射器(6)和二级喷射器(5)以及在一级喷射器(6)下方的臭氧挡板(7)，所述一级喷射器(6)和二级喷射器(5)相对设置，其中一级喷射器(6)位于下方、其喷射臭氧气体的端口向下，其中二级喷射器(5)位于上方、其喷射臭氧气体的端口向上；所述分隔系统包括穿过氧化系统位于吸收塔塔体中轴线上的自流管(18)、连接在自流管(18)上端的倒锥筒形的收集盘(4)以及位于收集盘上方的环形的导流锥(3)，所述收集盘(4)的下表面位于二级喷射器(5)喷射臭氧气体的端口的上方；

所述自流管(18)与塔外缓冲箱(14)连通的管道上连接有第三阀门(23)，自流管(18)上位于该管道的上下两侧分别连接有第一阀门(21)和第二阀门(22)；

所述吸收剂池与烟气进气管路以及硫资源回收管路(13)连通，吸收剂池与空气或氧气进气管路(10)连通、且吸收剂池内有搅拌器(9)；

所述下部吸收系统包括下部喷淋层(8)和位于下部喷淋层(8)上方的下部除雾器(17)，所述下部喷淋层(8)通过循环供液旁路(11)与吸收剂池连通。

2.根据权利要求1所述的单塔氧化脱硫脱硝装置，其特征在于：所述臭氧输送管路(12)以及连接在每根臭氧输送管路(12)端部的一级喷射器(6)和二级喷射器(5)有1～8组，所述臭氧输送管路(12)围绕自流管(18)环向均匀间隔连接在吸收塔塔体的内侧，每个一级喷射器(6)的下方对应一块臭氧挡板(7)，其中一级喷射器(6)和二级喷射器(5)喷射臭氧气体的端口与竖直方向的夹角均不超过45°。

3.根据权利要求2所述的单塔氧化脱硫脱硝装置，其特征在于：所述导流锥(3)环向固定在吸收塔塔体(1)的内壁上，其上表面由与吸收塔塔体(1)内壁连接的一端向收集盘(4)倾斜且超出收集盘(4)的边缘、下表面由位于收集盘(4)的一端向吸收塔塔体(1)的内壁倾斜，导流锥的纵截面是由上表面边缘、下表面边缘以及吸收塔塔体侧壁边缘三者构成的三角形。

4.根据权利要求1所述的单塔氧化脱硫脱硝装置，其特征在于：所述臭氧挡板(7)的形状为扇形、圆形、椭圆形、三边形、四边形、凸面形、或凹面形中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的单塔氧化脱硫脱硝装置，其特征在于：所述塔外缓冲箱(14)与氮资源回收管路(15)连通，塔外缓冲箱(14)的下部有搅拌器。

6.根据权利要求1所述的单塔氧化脱硫脱硝装置，其特征在于：所述上部吸收系统包括上部喷淋层(2)和位于上部喷淋层(2)上方的上部除雾器(16)，所述上部喷淋层(2)通过循环供液旁路(11)与吸收剂池连通、通过管道与塔外缓冲箱(14)连通。

7.一种应用权利要求1至6任意一项所述的单塔氧化脱硫脱硝装置的脱硫脱硝方法，其特征在于：烟气由进气筒(20)进入吸收塔塔体(1)，依次经过搅拌器(9)、下部喷淋层(8)和下部除雾器(17)，其中下部喷淋层(8)中喷淋脱硫剂，吸收其中的SO₂，脱除SO₂后的烟气进入氧化系统；

氧化系统中的一级喷射器(6)喷射臭氧至臭氧挡板扩散，先与烟气进行一次混合及氧化反应，随后由二级喷射器(5)喷射臭氧至收集盘下表面扩散，再与烟气进行二次混合及氧化反应；

烟气离开氧化系统后，通过分隔系统进入上部吸收系统，收集盘(4)将上部喷淋层(2)喷洒的吸收剂回收经自流管(18)排放至不同位置：当上部吸收系统与下部吸收系统使用同种吸收剂时，自流管将收集的液体排向吸收剂池或塔外缓冲箱(14)，当上部吸收系统与下部吸收系统使用不同吸收剂时，自流管将收集的液体排向塔外缓冲箱(14)；

烟气经上部喷淋层(2)和上部除雾器(16)再次被净化后由排气筒(19)排放。

8.根据权利要求7所述的脱硫脱硝方法，其特征在于：通过调节第一阀门(21)、第二阀门(22)和第三阀门(23)的开启状态以及吸收剂的种类，进行多种工作模式的切换：

第一种模式：通过调节第二阀门(22)为关闭状态、第一阀门(21)和第三阀门(23)为开启状态，上、下喷淋层分别使用两种不同的吸收剂并开启臭氧喷射装置，实现下层脱硫、上层脱硝；

第二种模式：通过调节第三阀门(23)为关闭状态、第一阀门(21)和第二阀门(22)为开启状态，上、下喷淋层使用相同吸收剂，实现下层脱硫、上层深度脱硫；

第三种模式：通过调节第二阀门(22)为关闭状态、第一阀门(21)和第三阀门(23)为开启状态，上、下喷淋层使用相同的吸收剂并开启臭氧喷射装置，实现下层脱硫、上层脱硫脱硝；

当烟气进入吸收剂池时，通过空气或氧气进气管路向吸收剂池中提供空气或氧气将液相硫氧化至最高价。