CN105521695A - 一种工业垃圾裂化焚烧尾气脱硝系统 - Google Patents

一种工业垃圾裂化焚烧尾气脱硝系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工业垃圾裂化焚烧尾气脱硝系统，包括气体过热保护器、热式气体质量流量计、混合气体流量调节阀、布袋除尘器、半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器、烟气冷却系统、排风风机等。本系统创造性的利用了铷蒸汽激光的高能量，废气中的氮氧化物在铷激光的直接照射下，氮氧化物分子中的电子会受到铷激光高能光子的轰击并发生能级跃迁，从而使氮氧化物分子中N-O键的强度逐步减弱，并最终发生断键和解离，分解为无害的氮气和氧气；本系统可根据工业垃圾裂化焚烧尾气的进气温度对整个系统进行过热保护；本系统可将废气氮氧化物浓度调节至符合系统设计负荷的浓度范围。

Description

一种工业垃圾裂化焚烧尾气脱硝系统
技术领域
本发明涉及一种工业垃圾裂化焚烧尾气脱硝系统，属于环境保护中的废气处理领域。
背景技术
氮氧化物（NitrogenOxides）是大气环境中的一种主要污染物，它包括多种化合物，如二氧化氮、一氧化氮、氧化二氮、三氧化二氮、四氧化二氮、五氧化二氮等，除二氧化氮外，其他氮氧化物均极不稳定，遇光、湿或热会转化为二氧化氮或一氧化氮，并以二氧化氮为主。
氮氧化物的主要来源分为天然形成和人类活动产生，天然排放的氮氧化物主要来自土壤和海洋中的有机物分解以及闪电的催化作用，这些都属于自然界的氮循环过程；而人类活动所产生的氮氧化物绝大多数来源于燃料燃烧过程，这会对自然环境和人类的健康造成严重危害。各类氮氧化物均具有不同程度的毒性，不仅能对人体呼吸系统造成损伤，还是形成酸雨和光化学烟雾的重要原因。
由于氮氧化物对自然环境及人类健康存在着较大的危害，因此全世界范围内的学者及研究人员正在努力寻找科学高效的治理方法。目前现有的治理方法归纳如下：
（1）直接吸收法：通过使用碱液或仲辛醇直接吸收废气中的氮氧化物，或将氮氧化物转化为其他可被利用的物质。
（2）固体吸附法：主要包括分子筛法、泥煤法和硅胶法。
（3）催化反应法：主要包括选择催化还原法（SCR法）和三效催化剂法（TWC法）。
（4）生物净化法：主要包括反硝化法、细菌去除法、真菌去除法和微藻去除法。
上述传统治理方法的缺点明显，如投资与运行费用高、易出现催化剂中毒从降低处理效率并堵塞设备、物料消耗较高、氮氧化物去除效率低、对设备造成较大磨损、反应条件控制不当时还会产生各类次生污染等问题。因此，有必要摆脱现有的治理技术路线，从净化治理的原理上加以创新和变革，开发一种全新形式的氮氧化物治理技术。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种工业垃圾裂化焚烧尾气脱硝系统，该系统包括气体过热保护器、热式气体质量流量计、混合气体流量调节阀、布袋除尘器、半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器、烟气冷却系统、排风风机等；其中工业垃圾裂化焚烧尾气通过气体管路进入气体过热保护器，气体过热保护器的出口通过气体管路连接热式气体质量流量计，热式气体质量流量计的出口通过气体管路连接混合气体流量调节阀，混合气体流量调节阀的出口通过气体管路连接布袋除尘器，布袋除尘器的出口通过气体管路连接半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器左侧壁的进气阀，半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器的右侧壁出气阀门通过气体管路连接烟气冷却系统，烟气冷却系统的出口通过气体管路连接排风风机，排风风机的出口通过气体管路连通大气环境；其中，半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器左侧壁设有进气阀，右侧壁设有出气阀，在上下顶壁上间隔交错相对安装有两组共6支半导体泵浦铷蒸汽激光器，组成激光器阵列，能够产生6束高能铷蒸汽激光束，其光路垂直于上下顶壁，在每一个半导体泵浦铷蒸汽激光器正对的对面顶壁处安装有能量吸收挡板，在每个能量吸收挡板的左端垂直安装有网状阻燃挡板，与激光光束平行，网状阻燃挡板能够阻挡激光散射并吸收其散射能量，防止局部温度过高而使反应器内部起火，铷蒸汽激光光束通过相邻两扇网状阻燃挡板形成的通道最终投射至正对的能量吸收挡板上，工业垃圾裂化焚烧废气通过半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器的左侧进气阀门进入反应器内部，废气中的氮氧化物在铷蒸汽激光的直接照射下，氮氧化物分子中的电子会受到铷蒸汽激光高能光子的轰击，处于较低能级的电子在吸收高能光子后会发生能级跃迁，以达到更高级别的激发态，从而使氮氧化物分子中N-O键的强度逐渐减弱，并使其最终发生断键和解离，废气中的氮氧化物最终被分解为无害的氮气和氧气通过反应器右侧壁上的出气阀门排出；其中，经过半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器处理后的高温废气，通过后端的烟气冷却系统降温后排放。
其半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器的工作压力范围为0.07~1.05MPa，工作温度范围为175~630℃，有效容积为360m3。
其半导体泵浦铷蒸汽激光器采用铷金属饱和蒸汽作为增益介质，并在常温下充入36kPa的乙烷和48kPa的氦气，铷蒸汽激光的中心波长为780.2nm，压缩线宽为0.22nm，平均使用寿命可达15000小时。
本发明的优点在于：
（1）本系统摆脱了现有的氮氧化物治理模式，创造性的采用了世界尖端的半导体泵浦铷蒸汽激光技术，通过简单直接的能量效应，使氮氧化物分子中N-O键的强度逐渐减弱，并使其最终发生断键和解离，废气中的氮氧化物最终被分解为无害的氮气和氧气，从而实现了化学物料零使用和污染物零排放。
（2）本系统中的铷蒸汽激光器采用了阵列式排列，使废气能够多次通过铷蒸汽激光的直接照射，提高了转化效率，提升了整个系统的处理能力。
（3）半导体泵浦铷蒸汽激光器具有使用寿命长的特点，其平均使用寿命可达15000小时，从而实现了处理系统的低运维成本和长时间运行。
（4）可对进入处理系统的废气中氮氧化物浓度进行调节，保证其浓度处于处理系统适宜的浓度范围；
附图说明
图1是本发明的设备示意图
图中：1-气体过热保护器、2-热式气体质量流量计、3-混合气体流量调节阀、4-布袋除尘器、5-半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器、6-烟气冷却系统、7-排风风机
图2是半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器的示意图
51-半导体泵浦铷蒸汽激光器、52-铷蒸汽激光光束、53-能量吸收挡板、54-网状阻燃挡板、55-进气阀门、56-出气阀门
具体实施方式
如图1所示的工业垃圾裂化焚烧尾气脱硝系统，该系统包括气体过热保护器1、热式气体质量流量计2、混合气体流量调节阀3、布袋除尘器4、半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器5、烟气冷却系统6、排风风机7；其中，工业垃圾裂化焚烧尾气通过气体管路进入气体过热保护器1，气体过热保护器1的出口通过气体管路连接热式气体质量流量计2，热式气体质量流量计2的出口通过气体管路连接混合气体流量调节阀3，混合气体流量调节阀3的出口通过气体管路连接布袋除尘器4，布袋除尘器4的出口通过气体管路连接半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器5左侧壁的进气阀，半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器5内部为钛合金结构，交错相对安装有两组共6支半导体泵浦铷蒸汽激光器51，组成激光器阵列，半导体泵浦铷蒸汽激光器51采用长度为8mm的铷金属饱和蒸汽作为增益介质，并在常温下充入36kPa的乙烷和48kPa的氦气，能够产生6束高能铷蒸汽激光束52，激光的中心波长为780.2nm，压缩线宽为0.22nm，其光路垂直于上下顶壁，在每一个半导体泵浦铷蒸汽激光器51正对的对面顶壁处安装有能量吸收挡板53，在每个能量吸收挡板53的左端垂直安装有网状阻燃挡板54，与铷蒸汽激光光束52平行，网状阻燃挡板54能够阻挡激光散射并吸收其散射能量，防止局部温度过高而使反应器内部起火，铷蒸汽激光光束52通过相邻两扇网状阻燃挡板54形成的通道最终投射至正对的能量吸收挡板53上，工业垃圾裂化焚烧废气通过半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器5的进气阀门55进入反应器内部，废气中的氮氧化物在高能铷蒸汽激光光束52的直接照射下，氮氧化物分子中的电子会受到高能铷蒸汽激光光束52中高能光子的轰击，处于较低能级的电子在吸收高能光子后会发生能级跃迁，以达到更高级别的激发态，从而使氮氧化物分子中N-O键的强度逐渐减弱，并使其最终发生断键和解离，废气中的氮氧化物最终被分解为无害的氮气和氧气，并从半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器5右侧壁上的出气阀门56排出反应器，半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器的工作压力范围为0.07~1.05MPa，工作温度范围为175~630℃，有效容积为360m3，半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器5的出口通过气体管路连接烟气冷却系统6，经过半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器5处理后的高温废气在烟气冷却系统6中被降温到25~30℃，烟气冷却系统6的出口通过气体管路连接排风风机7，排风风机7的出口通过气体管路连通大气环境。

Claims (3)

1.一种工业垃圾裂化焚烧尾气脱硝系统，其特征在于，该系统包括气体过热保护器、热式气体质量流量计、混合气体流量调节阀、布袋除尘器、半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器、烟气冷却系统、排风风机等；其中工业垃圾裂化焚烧尾气通过气体管路进入气体过热保护器，气体过热保护器的出口通过气体管路连接热式气体质量流量计，热式气体质量流量计的出口通过气体管路连接混合气体流量调节阀，混合气体流量调节阀的出口通过气体管路连接布袋除尘器，布袋除尘器的出口通过气体管路连接半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器左侧壁的进气阀门，半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器的右侧壁出气阀门通过气体管路连接烟气冷却系统，烟气冷却系统的出口通过气体管路连接排风风机，排风风机的出口通过气体管路连通大气环境；其中，半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器左侧壁设有进气阀，右侧壁设有出气阀，在上下顶壁上间隔交错相对安装有两组共6支半导体泵浦铷蒸汽激光器，组成激光器阵列，能够产生6束高能铷蒸汽激光束，其光路垂直于上下顶壁，在每一个半导体泵浦铷蒸汽激光器正对的对面顶壁处安装有能量吸收挡板，在每个能量吸收挡板的左端垂直安装有网状阻燃挡板，与激光光束平行，网状阻燃挡板能够阻挡激光散射并吸收其散射能量，防止局部温度过高而使反应器内部起火，铷蒸汽激光光束通过相邻两扇网状阻燃挡板形成的通道最终投射至正对的能量吸收挡板上，工业垃圾裂化焚烧废气通过半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器的左侧进气阀门进入反应器内部，废气中的氮氧化物在铷蒸汽激光的直接照射下，氮氧化物分子中的电子会受到铷蒸汽激光高能光子的轰击，处于较低能级的电子在吸收高能光子后会发生能级跃迁，以达到更高级别的激发态，从而使氮氧化物分子中N-O键的强度逐渐减弱，并使其最终发生断键和解离，废气中的氮氧化物最终被分解为无害的氮气和氧气通过反应器右侧壁上的出气阀门排出；其中，经过半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器处理后的高温废气，通过后端的烟气冷却系统降温后排放。
2.根据权利要求1所述的工业垃圾裂化焚烧尾气脱硝系统，其特征在于，半导体泵浦铷蒸汽激光阵列分解反应器的工作压力范围约为0.07~1.05MPa，工作温度范围为175~630℃，反应器有效容积为360m3。
3.根据权利要求1所述的工业垃圾裂化焚烧尾气脱硝系统，其特征在于，半导体泵浦铷蒸汽激光器采用铷金属饱和蒸汽作为增益介质，并在常温下充入36KPa的乙烷和48KPa的氦气，铷蒸汽激光的中心波长为780.2nm，压缩线宽为0.22nm。
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