CN107185398A

CN107185398A - 一种治理锅炉烟气的系统及其工作方法

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Publication number: CN107185398A
Application number: CN201710172100.6A
Authority: CN
Inventors: 傅国琳; 拉胡尔; 苟帕拉; 栾昕
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2017-09-22

Abstract

一种治理锅炉烟气的系统，其特征在于它包括脱硫系统、脱硝系统；所述脱硫系统的烟气输入端连接烟气排放装置的输出端，脱硫系统的烟气输出端连接脱硝系统的烟气输入端；所述脱硝系统包括处理臭氧逃逸系统、光解催化系统及脱硝罐；所述烟气通过脱硫系统后，在进入脱硝罐之前与光解催化系统产生的物质混合后，共同进入脱硝罐；所述脱硝系统的烟气输出端设置处理臭氧逃逸系统；净化后的气体经过处理臭氧逃逸系统后由净化后烟气出口排出。本发明的优越性：本发明能有效的治理锅炉烟气，并能将二氧化硫变成硫酸，将氮氧化物变成了硝酸，并予以回收，因此，本发明回收的利益远超过设备本身的运行成本，使用者可获得更多的利润。

Description

一种治理锅炉烟气的系统及其工作方法

(一)技术领域：本发明涉及一种治理锅炉烟气的系统及其工作方法，特别是一种治理燃煤锅炉，燃气锅炉，燃油锅炉和烧结机烟气排放的系统及其工作方法。

(二)技术背景：

在中国经济快速增长的形势下，工业企业的迅猛发展，能源的需求也在急剧上升，以煤炭资源为例，改革开放以来煤炭的需求量年增长率大约在8～12％。虽然现今各种清洁能源的开发和应用受到广泛关注，但在未来的几十年内，煤炭作为成本低廉，使用便利的能源，依然是中国的主要能源物质，不可能被其他的清洁能源完全取代。而各种燃煤，燃气，燃油锅炉和烧结机的使用，带来的最直接的环境问题就是空气污染。

众所周知，严重的空气污染会给所有地球生物带来不可逆转的灾难，当今的中国已经是全世界污染最严重的国家之一(仅次于印度)。近些年，由于严重的雾霾问题给人民生活带来极大的影响，对空气污染的治理显得越发重要。根据环保部提供的数据显示，雾霾天气最为严重的一年，2014年北京污染天数为175天，天津197天，沈阳152天，石家庄高达264天。雾霾对人体健康造成的影响，已经在时下引起了广泛关注，雾霾含有的主要污染物包括颗粒物(如pm2.5)，无机污染物(二氧化硫，氮氧化物)和有机污染物(甲醛，苯，VOCs)。雾霾天气现象会给气候，环境，健康，经济等方面造成显著的负面影响，如引起城市酸雨，光化学烟雾，导致大气能见度下降，阻碍空中，水面和道路交通，提高死亡率，使慢性病加剧，呼吸系统及心脏系统疾病恶化，改变肺功能及结构，影响生殖能力，改变人体的免疫结构等。而造成雾霾天气的罪魁祸首之一就是各种大小锅炉排放的烟气。其中包括粉尘，二氧化硫(SO₂)，氮氧化物(NOx)，及挥发性有机物(VOCs)等。其中二氧化硫和氮氧化物的危害最为严重，也很难脱除。许多国家对二氧化硫和氮氧化物的排放都有着严格的限制标准。

以二氧化硫为例，利用烟气脱硫技术来控制二氧化硫的排放，是环保技术应用领域里的一个重要组成部分。仅2014年全国SO2排放量1974.4万吨。目前，多数工业企业使用的传统烟气脱硫技术主要是石灰法，吸收法，活性炭吸附法等，但普遍存在脱硫效率低，用料成本高，设备过于复杂，占地面积大，废料处理成本高等问题，企业在采用这些脱硫技术处理烟气时，成本也会相应得增加，加重企业负担。

硝是氮氧化物的一种通称，指一氧化氮和二氧化氮的合计浓度，硝是造成酸雨的主要原因之一，工业上采用脱硝技术主要是选择性催化还原法(SCR)，非选择性催化还原法(SNCR)，分级燃烧法，氨还原法等。但脱硝率最高只能达到80％，甚至更低，并且反应过程中使用的催化剂和氨等原料有可能造成新的污染，带来负面影响，违背了治理污染的原则。

(三)发明内容：

本发明的目的在于提供一种治理锅炉烟气的系统及其工作方法，本系统具有一个先进的过滤系统来有效的消除过滤烟气中有害排放物，利用先进的工业设备，捕捉来自燃煤锅炉，燃气锅炉或其他类型的锅炉烟囱里排放出的有害物质，同时利用纳米技术高级氧化消除污染物，基本实现零排放。并回收利用反应过程中产生的硫酸和硝酸，不造成产物的二次污染。本系统的特点在于快速高效，成本低廉，设备简单，易于推广。

本发明的技术方案：一种治理锅炉烟气的系统，其特征在于它包括脱硫系统、脱硝系统；所述脱硫系统的烟气输入端连接烟气排放装置的输出端，脱硫系统的烟气输出端连接脱硝系统的烟气输入端；所述脱硝系统包括处理臭氧逃逸系统、光解催化系统及脱硝罐；所述烟气通过脱硫系统后，在进入脱硝罐之前与光解催化系统产生的物质混合后，共同进入脱硝罐；所述脱硝系统的烟气输出端设置处理臭氧逃逸系统；净化后的气体经过处理臭氧逃逸系统后由净化后烟气出口排出。

所述脱硫系统的烟气输入端安装增压风机，烟气通过增压风机进入脱硫系统中。

所述增压风机的输入端安装布袋除尘器，烟气由引风机进入布袋除尘器，经过布袋除尘器后再通过增压风机进入脱硫系统中。

所述脱硫系统包括脱硫罐罐体、脱硫罐进气口、脱硫罐出气口、脱硫罐进液口、气液混合通道、脱硫罐出液口和光照设备，所述脱硫罐进气口和脱硫罐出气口设置在脱硫罐体的上部，所述脱硫罐进液口设置在脱硫罐体的中部；所述脱硫罐出液口设置在脱硫罐体的底部，所述气液混合通道和光照设备位于脱硫罐体内，气液混合通道的输入端连接脱硫罐进气口，气液混合通道的输出端位于脱硫罐体内的液面以下。

所述脱硫罐进液口通过计量泵连接加药装置；所述脱硫罐出液口连接排水管和收集罐。

所述气液混合通道的输出端位于脱硫罐体内下部接近罐底的位置。

所述光解催化系统包括光解催化仓仓体、臭氧进气口、催化仓排出口、光照设备；所述臭氧进气口连接臭氧发生器；所述光照设备位于催化仓仓体内部；所述催化仓排出口位于催化仓仓体侧面，并与脱硫系统与脱硝系统之间的管路连接，催化仓排出口排出的物质与脱硫系统排出的烟气在进入脱硝罐之前混合，然后进入脱硝罐。

所述脱硝罐包括脱硝罐罐体、脱硝罐出气口、脱硝罐进气口、脱硝罐进液口、气液混合通道、脱硝罐出液口；所述脱硝罐进气口和脱硝罐出气口设置在脱硝罐罐体的上部；所述脱硝罐进液口设置在脱硝罐罐体的中部；所述脱硝罐出液口设置在脱硝罐罐体的底部；所述气液混合通道位于脱硝罐罐体内；气液混合通道的输入端连接脱硝罐进气口，输出端置于脱硝罐罐体内的液体内。

所述脱硝罐进液口通过计量泵连接加药装置；所述脱硝罐出液口连接排水管和收集罐。

所述处理臭氧逃逸系统包括罐体、固体催化剂、装置进气口、装置出气口、固体催化剂进料口、支撑结构；所述装置进气口位于罐体的底部；所述装置出气口位于罐体上部；固体催化剂进料口位于罐体侧方；固体催化剂位于罐体内部；支撑结构位于罐体下方。

所述装置出气口排出的净化后的气体经由烟囱排放到大气中。

所述光照设备采用紫外灯组合系统。

所述紫外灯组合系统包括带法兰石英管、放置在该石英管内的紫外灯以及为整个紫外灯组合系统提供机械支撑和稳定性的不锈钢支撑管。

一种上述治理锅炉烟气的系统的工作方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)准备工作：各工作仓做好工作前准备并启动各相应设备，包括：

在脱硫系统的脱硫罐罐体中加入含有芬顿试剂且使用α-羟基酸调节pH值至小于等于3的溶液,所述芬顿试剂包含能发生光助芬顿反应的金属系统和过氧化氢；

所述溶液配置过氧化氢与水的质量百分比为3％～5％；过氧化氢与金属系统摩尔比大于等于10：1；

根据金属系统的光吸收峰，在脱硫罐罐体中设置光照设备；

脱硝系统的脱硝罐罐体中加入含有氧化剂且pH值2～4的溶液，其中用硝酸来调节pH，仓内的双氧水浓度需保持在150～250mM；

根据金属系统的光吸收峰，在光解催化系统的光解催化仓仓体中设置光照设备；

根据处理臭氧逃逸系统的固体催化剂的需要，在处理臭氧逃逸系统中放置一种或几种由过渡金属纳米氧化物涂载在多孔陶瓷复合材料上制成的固体催化剂；

(2)脱硫系统的工作：烟气通过增压风机进入脱硫罐罐体，与罐内的芬顿试剂充分接触反应，使烟气中的直径大于10微米的固体颗溶于溶液，碳颗粒氧化为二氧化碳和水，二氧化硫氧化成HSO₃·再进一步氧化成硫酸；使烟气中的碳氢化合物分解为二氧化碳和水，一氧化碳氧化为二氧化碳，三氧化硫溶于溶液生成硫酸；含有硫酸的溶液流入脱硫系统收集罐，净化后的气体排出脱硫罐；

(3)光解催化系统的工作：臭氧输入到光解催化系统的光解催化仓；催化仓中的光照将臭氧光解催化成激发态氧原子O(¹D)，与水蒸气反应形成活性氧自由基(ROS)；生成的ROS在0.1秒内与气相中的氮氧化物接触，被转化成更高价态的氮氧化物；生成的高价态氮氧化物进入脱硝罐；

(4)脱硝系统的工作：由光解催化仓催化后的氮氧化物气体进入脱硝系统的脱硝罐中，与脱硝罐中的吸收液反应生成硝酸，含有硝酸的溶液流入脱硝系统收集罐，净化后的气体排出脱硝罐；

(5)处理臭氧逃逸系统的工作：将过渡金属纳米氧化物(如Mn₂O₃，Co₃O₄，Fe₃O₄，Fe₂O₃，CuO或Cu₂O其中的一种或两种及以上混合)涂覆在不同的载体多孔陶瓷基体(如呼吸环碎片或陶瓷球)上制备成不同的固体催化剂，利用一种或多种固体催化剂混合，放置在处理臭氧逃逸系统的罐体中，从脱硝系统逃逸的臭氧经过时，被分解为氧气，然后与处理臭氧逃逸系统排出的净化后气体一起排放到空气中；

(6)定时监测各系统的罐体的反应溶液的浓度，根据监测的情况，由化学试剂加药装置向各相应罐体中充入相应的试剂，使溶液成分保持稳定；

(7)由除臭氧逃逸装置排出的净化后气体经烟囱排出系统外。

所述臭氧由臭氧发生装置利用压缩空气生产。

所述脱硫系统和脱硝系统排出的硫酸和硝酸被回收。

所述净化后的气体经烟囱排放到空气中。

本发明的工作原理：

脱硫系统的工作原理：

脱硫罐罐体内的反应核心是利用羟基自由基的活性，先将二氧化硫氧化成HSO₃·，然后再将HSO₃·进一步氧化成硫酸，具体的反应方程式如下：

反应一：SO₂+OH·→HSO₃·

反应二：HSO₃·+·OH→H₂SO₄

其中金属离子催化剂的使用大大降低了H₂O₂分解的活化能，紫外光(UV)的引入，提高了过氧化氢的利用率和反应速率，从而大大提高了芬顿试剂的氧化效率。

光学芬顿反应的效率主要取决于H₂O₂的浓度、Fe(II)/H₂O₂的比例、pH值、反应时间、与UV光的强度。

脱硫罐的设计必需满足气液充分混合。根据我们工业中试结果表明，烟气在排气管内的速度可以超过6米/秒，当烟气在这种速度下流动时，想要分离污染物是非常困难的。

脱硫罐的设计必须保证烟气可以在罐內停留大于等于1秒，以满足烟气在脱硫罐内有充分的液-气接触时间，大于等于1秒的停留時间足以让二氧化硫气体污染物和小于10微米直径的颗粒物在液-气中间膜内发生所有的化学反应。

过氧化氢与水的质量百分比与pH的浓度一定要有严格的要求。使用α—羟基酸除了可以调节反应的平衡与催化反应速度，还可以促使芬顿反应逆反应的发生。使用传统芬顿反应处理烟气，如果没有芬顿逆反应的发生，反应时间较长后会出现金属离子(污泥)沉淀，必须不停的补充催化剂，造成反应仓浑浊，紫外灯效果大减，运行成本增加。我们的光助芬顿反应是循环催化的，在α—羟基酸和一定浓度过氧化氢的协同作用之下，芬顿反应的逆向才得以发生，催化剂可不停的循化使用

附如下公式说明：

芬顿正反应：

M(I/II)+H₂O₂→M(II/III)+OH^-+OH·

光助芬顿逆反应：

M(II/III)+H₂O→M(I/II)+OH·+H⁺

M(II/III)+H₂O₂→M(I/II)+·OOH+H⁺(M＝纳米金属催化剂)

催化剂不停的循环保证了在流速达到6米/秒时，废气中的污染物能够充分地与芬顿试剂反应，决定了本发明能够直接用于处理工业废气。

使用纳米Fe(II)/Fe(III)(Fe₃O₄/Fe₂O₃)系统作为催化剂，其原始的化学反应如下:

Fe(II)+H₂O₂→Fe(III)+OH^-+OH· (1)

还原Fe(III)至Fe(II)需要热或光的能量。多年间许多不同的还原机理被提出。在没有基质与底物以及有光能的情况下，有3个主要机理如下所列(公式2，3与4):

Fe(III)+H₂O₂→Fe(II)+HO₂·+H⁺ (2)

Fe(III)+HO₂·→Fe(II)+O₂+H⁺ (3)

Fe(III)+H2O→Fe(II)++OH·+H⁺ (4)

紫外光的存在加快了系统中Fe(III)和Fe(II)之间的转换，提高了羟基自由基的产生速率，从而加快了芬顿反应的速率。

光学芬顿反应是一种连锁反应，但在化学领域上一直是充满争议性的，被证明是非常难以描述和理解的，同时它又是一个简单的光诱导氧化/还原催化反应。关于光学芬顿反应的反应机理，诺贝尔奖得主Haber-Weiss曾提出的理论机理如(图1)所示。但是上述推论无法解释芬顿反应的动力过程与反应速度，它只是简单的叙述了芬顿的总体反应步骤。2012年左右，一篇权威性光学文献发表了光助芬顿链式反应机理如下(图2)：

H₂O₂+hν→HO·+HO·(过氧化物均裂)

Fe³⁺+H₂O+hν→Fe(OH)²⁺+H⁺→Fe²⁺+HO·+H⁺

光助芬顿链式反应的过程能够产成大量的羟基自由基(HO·)额外HO·的来源如今公认是通过紫外光(UV)光解H₂O₂、H₂O与溶于水中的氧气,并通过还原Fe³⁺离子的而形成的。诱发光助芬顿反应的发生对反应条件(如UV的波长和溶液的酸碱度)有非常严格的要求。但是一旦引发链式反应，光助芬顿的动力与速度是极为惊人的：

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+OH·+OH^-k＝53～76M^-1s^-1

Fe²⁺+OH·→Fe³⁺+OH^-k＝2.6～5.8x10⁸M^-1s^-1

OH·+H₂O₂→H₂O+HO₂·k＝1.7～4.5x10⁷M^-1s^-1

Fe²⁺+HO₂·→Fe³⁺+O₂H^-k＝0.75～1.5x10⁶M^-1s^-1

逆反应(还原反应):

Fe³⁺+H₂O₂→Fe²⁺+HO₂·+H⁺k＝1～2x10^-2M^-1s^-1

Fe³⁺+HO₂·→Fe²⁺+O₂+H⁺k＝0.33～2.1x10⁶M^-1s^-1

Fe³⁺+O₂·^-→Fe²⁺+O₂k＝0.05～1.9x10⁹M^-1s^-1

光助芬顿的化学计量学非常复杂，除了Fe²⁺/Fe³⁺和过氧化氢参与之外，过氧化氢自由基(HOO·)、三价铁或高价铁、FeO₂ ⁺、溶解原子氧、过氧离子(O·-)和其他反应形成的各种中间态物质。同时，在含三价铁的酸性水溶液的激发下，很容易检测出两种自由基阴离子：Cl₂·^－和SO₄·^－。控制芬顿反应的过程是非常复杂与重要。

光助反应的发生过程极为复杂，在反应过程中，双氧水的用量证明每摩尔双氧水可氧化多于一摩尔的二氧化硫，所需的双氧水用量非常少。

光解催化系统的工作原理：

光解催化仓仓内反应所需的臭氧是由臭氧发生器运用压缩的空气所生产的，根据需要产生的臭氧量来调整臭氧发生器的功率。

臭氧化学性质十分不稳定，其紫外光吸收波长范围是220～350nm。当光解催化仓中的紫外灯(波长范围220nm～350nm)照射臭氧时，会立即将臭氧光解催化产生激发态氧原子O(¹D)，此反应具有较高的反应活性。空气中水分子在紫外光(波长220～350nm)照射下也会生成活性氧自由基，如羟基自由基。

激发态氧原子O(¹D)与空气中水分子接触就会生成其它的活性氧自由基，如羟基自由基，从而触发自由基的链式反应。

反应式如下：

在光解催化仓仓体内，生成的活性氧自由基ROS(如羟基自由基)在0.1秒内与气相中的氮氧化物接触，从而形成高价态的氮氧化合物，如二氧化氮(NO₂)、三氧化二氮(N₂O₃)、五氧化二氮(N₂O₅)、亚硝酸(HNO₂)。

光解催化仓的大小以及臭氧的浓度要根据需要氧化的氮氧化物的浓度来决定。由于达到反应目的仅需产生低浓度臭氧，这与单一使用大量臭氧做氧化剂的技术相比更加经济合算。

光解催化仓的位置需要谨慎选取，以使ROS与氮氧化物气流能够充分混合。光解催化仓的位置设置在脱硝罐的进气口前方，保证产生的高价态氮氧化物在0.1秒内与脱硝罐内的吸收液接触，并同时保证高价态氮氧化物在生成后避免受到紫外灯照射，因为这会引发逆反应。逆反应的反应速度非常快，能瞬间使高价态氮氧化物变回一氧化氮。

脱硝系统的工作原理：

脱硝罐内的反应核心是为从光解催化仓中生成的高价态氮氧化物提供氧化环境，使其充分溶于吸收液，反应生成硝酸。pH值需要用硝酸调节到2～4。氧化剂为双氧水，以及一部分来自光解仓的未参加反应的臭氧，为吸收仓中的溶液提供了氧化环境。吸收仓内的双氧水浓度需保持在150～250mM。高价态的氮氧化物二氧化氮(NO₂)，三氧化二氮(N₂O₃),五氧化二氮(N₂O₅)，亚硝酸(HNO₂)，在吸收液中被转化生成稀硝酸。由于吸收稀硝酸的过程为放热反应，为了保持90％以上的吸收转化效率,因此吸收仓内稀硝酸的浓度不能超过6摩尔/升。

吸收溶液包括：水，硝酸和双氧水。吸收溶液的pH值需要用硝酸调节到2～4，不能用其他酸类调节。吸收仓内的双氧水浓度需保持在150～250mM。形成的高价态氮氧化合物需要在0.1秒内与吸收液接触。光解催化生成的高价态氮氧化合物形成后不能与紫外灯接触。光解催化生成的高价态氮氧化物气体，需在0.1秒内被引导通入吸收液中。

吸收液与气相的高价态氮氧化物的接触时间需大于1秒。气相的高价态氮氧化物在吸收仓内停留时间必需大于1秒。未被光解催化的臭氧也会被吸收液溶解吸收。将吸收仓的压力控制在一定的范围内，以促进高价态氮氧化物能够被更好的吸收。

NO+O·→NO₂·

NO₂·+NO→N₂O₃·

N₂O₃·+2HO·+O₂→2HNO₃+O·

NO₂+O·→NO₃·

NO₃·+NO₂·→N₂O₅

N₂O₅+H₂O→2HNO₃

NO₂·+HO·→HNO₃

3NO₂·+H₂O→2HNO₃+NO·

NO·+H₂O₂→HNO₃+H·

处理臭氧逃逸系统的工作原理：

利用过渡金属纳米氧化物在多孔陶瓷基体复合基材上的涂载方法，将一种或者几种特殊过渡金属纳米氧化物涂覆在多孔陶瓷基体复合材料上，制成过渡金属纳米氧化物固体催化剂。将固体催化剂放置于脱硝罐顶端的装置中。烟气通过脱硝罐后经过除臭氧装置，没有反应完和装置中逃逸的臭氧被分解消除，从而避免了臭氧污染。且该装置能够在持续恶劣的工业环境下(如在高温，高流速，高压，高湿度)，依然保持高效催化分解臭氧的效果。

臭氧在催化剂表面上分解反应过程及机理：

O₃首先被吸附在催化剂的活性位上，然后分解成一个自由氧分子和一个表面氧原子,表面氧原子再与另一个O₃反应生成两个氧分子:O₃+*→O*+O₂

O₃+O*→2O₂+m

(m代表表面物质，*代表活性位)

例如，臭氧在锰氧化物上的分解过程为：

0₃+Mnⁿ⁺→0^2‐+Mn⁽ⁿ⁺²⁾⁺+0₂

0₃+0^2‐+Mn⁽ⁿ⁺²⁾⁺→0₂ ^2‐+Mn⁽ⁿ⁺²⁾⁺+0₂

0₂ ^2‐+Mn⁽ⁿ⁺²⁾⁺→Mnⁿ⁺+0₂

本发明的优越性：

1、本发明能有效的治理锅炉烟气，将二氧化硫变成硫酸，将氮氧化物变成了硝酸，并予以回收，因此，本发明回收的利益远超过设备本身的运行成本，使用者可获得更多的利润；

2、本发明可以被纳入到燃煤电厂，燃气锅炉和其它类型的锅炉现有的系统用来提高其有效性，或完全取代原来的旧系统；

3、本发明可适用在其它的工业市场，包括水泥厂、钢铁厂、市政府废物燃烧厂、医疗废物燃烧厂、氯气制造厂、纸浆和纸张生产厂等；

4、本发明可针对脱硫和脱硝的不同需求进行改造，脱硫系统和脱硝系统可作为独立的系统，分别应用于各种设备。如可将脱硫系统单独用于烧结机，将脱硝系统单独用于燃气锅炉。脱硫脱硝系统的独立性可避免资源的重复使用而造成的浪费，大大节约了处理成本。

5、本发明占地小、改造简易，而且制造与运行成本均少于目前SCR脱硝技术的50％左右。在严格遵循操作规程的前提下，本发明可保延续使用到15～20年无需进行工程改造，并且可与运行的燃煤锅炉同步进行维修养护即可。

6、纳米材料的优点为其表面积大，分子之间电子层的互相传送非常迅速，可使化学反应速度指数般地加快；尤其在光学领域中，纳米的直径越小光能的活性与动量越大。所以想使流速如此快的烟气产生任何化学反应，纳米技术的优点是不可否定的。自身的氧化还原反应为自发性，具有催化剂的特性，所以无需经常加添，用量少，非常的经济。

7、此发明脱硫效益可达到99.99％，而且制造成与运行均在目前脱硫技术的50％左右，并且在没有任何额外费用的情况下解决了PM2.5的去除问题。设备占地小、改造简易。本发明建立在光助芬顿反应的原理上，并在消除SO₂与烟尘上取得了巨大成功。本发明所述设备是基于AOPs‐芬顿反应的原理而成功的工业化装置。本发明所述方法是一个更经济、更高效的控制烟气排放污染的方式，无需任何额外的制造与运行成本。

(四)附图说明：

图1为本发明所涉一种治理锅炉烟气的系统的整体结构示意图。

图2为本发明所涉一种治理锅炉烟气的系统中处理臭氧逃逸系统的结构示意图。

其中，1为烟气进气口，2为增压风机，3为脱硫罐，4为紫外灯组合系统，5为光解催化系统，6为脱硝罐，7为净化后烟气出口，8为压力阀，9为计量泵，10为臭氧发生器，11为化学试剂B加药罐，12为化学试剂C(纳米粒子悬浮液)加药罐，13为脱硫罐收集罐,14为化学试剂A(双氧水)加药罐，15为脱硝罐收集罐,16为化学试剂D(酸)加药罐，17为化学试剂D到脱硝罐的流路，18为化学试剂A到脱硝罐的流路，19为化学试剂A到脱硫罐的流路，20为臭氧到光解催化系统的流路，21为化学试剂C到脱硫罐的流路，22为化学试剂B到脱硫罐的流路，23、24为楼梯，25为主管道，26为脱硫罐收集管，27为脱硫罐排水管，28为脱硝罐排水管，29为脱硝罐收集管，30为回流液体出口管道，31为处理臭氧逃逸系统，32为支撑杆，33为入孔门，34为固体催化剂。

(五)具体实施方式：

实施例：一种治理锅炉烟气的系统(见图1至图2)，它包括引风机、布袋除尘装置、增压风机、脱硫罐3、光解催化系统5、脱硝罐6、处理臭氧逃逸系统31、化学试剂A加药罐14、化学试剂B加药罐11、化学试剂C加药罐12、化学试剂D加药罐16、计量泵9、脱硫罐收集罐13、脱硝罐收集罐15；

锅炉烟气经由引风机进入布袋除尘器，布袋除尘器的输出端通过烟气进气口1连接增压风机2的输入端，增压风机2的输出端连接脱硫罐3的输入端，烟气由增压风机2进入到脱硫罐3，烟气进入罐内与罐内的含有芬顿试剂且使用α‐羟基酸调节pH值至小于等于3的吸收液，在紫外灯组合系统4的照射下发生反应，反应后的气体与光解催化系统5产生的活性氧自由基混合后进入到脱硝罐6，气体与罐内的含有氧化剂且PH值2～4的吸收液充分接触发生反应，净化后的气体通过净化后烟气出口7排放到空气中。其中在净化气体出口7处，安装有处理臭氧逃逸系统31，用于收集臭氧催化过程中未反应完的臭氧，以防造成二次的污染。出口处还安装有监测气体压力的压力阀8。

所述处理臭氧逃逸系统包括罐体、固体催化剂34、装置进气口、装置出气口、固体催化剂进料口、支撑杆32；所述装置进气口位于罐体的底部；所述装置出气口位于罐体上部；固体催化剂进料口位于罐体侧方；固体催化剂位于罐体内部；支撑杆32位于罐体下方。处理臭氧逃逸系统31由入孔门33安装入净化气体出口7处，并通过支撑杆32支撑，处理臭氧逃逸系统31内为固体催化剂34。

其中脱硫罐3进气通道处安装有回流液体出口管道30，为防止吸入引风机。脱硫罐3下面有化学试剂B加药罐11，化学试剂C(纳米粒子悬浮液)加药罐12，将加药罐内的试剂通过该加药罐链接的计量泵9引入到脱硫罐内；化学试剂C和B分别通过化学试剂C到脱硫罐的流路21，化学试剂B到脱硫罐的流路22流向脱硫罐。化学试剂A(双氧水)加药罐14内的试剂通过与该加药罐连接的计量泵9加入到脱硫罐3，化学试剂A通过化学试剂A到脱硫罐的流路19的流向脱硫罐3。脱硫罐反应后的产物通过收集管26导入到脱硫罐收集罐13内。罐内的液体通过脱硫罐排水管27被排到外面。

脱硝罐进气口处的光解催化系统5连接有臭氧发生器10，用于向光解催化系统5提供充足的臭氧，其中臭氧通过臭氧到光解催化系统的流路20进入光解催化系统。光解催化系统5下面安装有方便攀爬的楼梯24。烟气在脱硝罐前完成臭氧催化，然后进入脱硝罐进气口处主管道25。化学试剂A(双氧水)加药罐14内的试剂通过与该加药罐连接的计量泵9加入到脱硝罐6，化学试剂A通过化学试剂A到脱硝罐的流路18的流向脱硝罐6。化学试剂D(酸)加药罐16内的试剂通过与该加药罐连接的计量泵9加入到脱硝罐6，其中化学试剂D的流向如图中17)所示。脱硝罐反应后的产物通过收集管29导入到脱硝罐收集罐15内。罐内的液体通过脱硝罐排水管28被排到外面。由于脱硝罐位置比较高所以有方便攀爬的楼梯23。

关于脱硫系统的工作过程：

脱硫罐的工作：在脱硫罐中加入含有芬顿试剂且使用α-羟基酸调节pH值至小于等于3的溶液,所述芬顿试剂包含能发生光助芬顿反应的金属系统和过氧化氢；所述溶液配置过氧化氢与水的质量百分比为3％～5％；过氧化氢与金属系统摩尔比大于等于10：1；根据金属系统的光吸收峰，在脱硫仓中设置光照系统；

烟气通过增压风机进入脱硫罐，与罐内的芬顿试剂充分接触反应，使烟气中的直径大于10微米的固体颗溶于溶液，碳颗粒氧化为二氧化碳和水，二氧化硫氧化成HSO₃·再进一步氧化成硫酸；使烟气中的碳氢化合物分解为二氧化碳和水，一氧化碳氧化为二氧化碳，三氧化硫溶于溶液生成硫酸；含有硫酸的溶液由脱硫罐流入收集罐，净化后的气体排出脱硫罐；

将反应后含硫酸溶液导出，并定时监测导出溶液中芬顿试剂的浓度，根据监测的情况，添加新的含有芬顿试剂的溶液使溶液成分保持稳定；

上述所述步骤中的金属系统为Fe(II)/Fe(III)系统，当金属系统为Fe(II)/Fe(III)系统时，则光照为波长为200nm～400nm的紫外光；

上述所述Fe(II)/Fe(III)系统由直径小于20纳米的Fe₂O₃和Fe₃O₄颗粒构成。

上述所述步骤中的烟气从脱硫罐上部进入，管道口深入液面以下，有一个主管道，四个旁路管道，用以增加与液体接触的面积和时间。

上述所述过氧化氢的消耗量通过定期收集样品被密切的监测，并且使用碘/高锰酸钾(I/KMnO4)滴定法观察过氧化物的消耗率。

上述所述α-羟基酸为乙醇酸、丙酮酸或乳酸。

上述所述步骤中充分接触的方式为将气体直接通入液体或将液体通过喷淋装置向气体喷淋中的至少一种。

上述脱硫系统也可作为独立的系统应用于其他需要脱硫的条件下。

关于脱硝系统的工作过程：

关于脱硝工作的装置包括光解催化仓和脱硝罐。

脱硝罐中加入含有氧化剂且pH值2～4的溶液，其中用硝酸来调节pH，仓内的双氧水浓度需保持在150～250mM；

根据金属系统的光吸收峰，在光解催化仓中设置光照系统；

消除烟气中氮氧化物的工作过程，包括以下步骤：

光解催化仓的工作：利用压缩空气生产臭氧，并将臭氧传送到光解催化仓；催化仓中的光照将臭氧光解催化成激发态氧原子O(¹D)，与水蒸气反应形成活性氧自由基(ROS)；生成的ROS在0.1秒内与气相中的氮氧化物接触，被转化成更高价态的氮氧化物；生成的高价态氮氧化物进入脱硝罐；

脱硝罐的工作：与活性氧自由基反应后的氮氧化物气体进入脱硝罐中，与脱硝罐中的吸收液反应生成硝酸，含有硝酸的溶液流入收集罐，净化后的气体排出脱硝罐；

所述脱硝容器中气体直接通入液体以增加烟气与液体接触的面积和时间，或者液体通过喷淋装置喷出以增加烟气与液体接触的面积和时间；或者两种方式同时使用。

所述由脱硫系统出来的烟气与光解催化仓产生的气体混合后，从脱硝罐上部进入，管道口深入液面以下，有一个主管道，四个旁路管道，用以增加与液体接触的面积和时间。

所述步骤中当选用过氧化氢为氧化剂时，则通过出液口定时监测氧化剂的浓度，并根据需要补充氧化剂使溶液中氧化剂浓度稳定；所述过氧化氢的消耗量通过定期收集样品被密切的监测，并且使用碘/高锰酸钾(I/KMnO4)滴定法观察过氧化氢的消耗率。

上述脱硝系统也可作为独立的系统应用于其他需要脱硝的条件下。

治理锅炉烟气的系统与工艺水系统、电气系统及自动化控制系统连接。

工艺水系统：通过自动化系统控制自来水开关，来控制脱硫罐和脱硝罐液位，利用计量泵控制加药等。

电气系统：包括自动化系统装置的配电系统，及整个系统的电器设备电路(如增压风机，除尘装置，计量泵，传感器，紫外灯等)。

自动化系统：通过自动化系统控制增压风机频率，及其他电器开关，控制循环泵喷淋，控制自来水开关调节脱硫罐和脱硝罐液位等。液位传感器，温度计，压力传感器，气体检测传感器等通过自动化系统，显示在显示屏，根据显示示数，通过系统操作，控制计量泵的加药量，控制脱硫罐和脱硝罐的进液和出液。

技术的实际应用示范例证

某化工厂注10蒸吨锅炉,额定烟气量为20000立方米/小时。当该锅炉燃烧低硫煤(0.3％)时，脱硫设备入口的二氧化硫含量约为300毫克/立方米，出口二氧化硫排放量未检出，每小时流出的硫酸量约为9.2千克。当该锅炉燃烧高硫煤(2.21％)时，设备入口二氧化硫含量约为2400毫克/立方米，出口二氧化硫排放量仅为5.87毫克/立方米，每小时产出硫酸量约为73.5千克。

脱硝设备入口的折算NO₂、NO排放浓度分别为297.48毫克/立方米、294.84毫克/立方米，脱硝塔后折算NO₂排放浓度为8.91毫克/立方米，NO排放浓度为0毫克/立方米，每小时产出硝酸量约为12.6千克/小时。

设备生产稳定可靠，各项指标都达到国家甚至国际环保排放标准。

(具体参数请见以下表格)。

序号	项目	单位	低硫煤测试	高硫煤测试
					1	脱硫塔前SO2排放浓度	mg/Nm3	322.62	2789.61
2	脱硫塔后SO2排放浓度	mg/Nm3	未检出	5.87
					3	脱硫设备脱硫效率	％	100	99.79
4	脱硫塔前烟尘浓度	mg/Nm3	48.3	‐
					5	脱硫塔后烟尘浓度	mg/Nm3	4.48	‐
6	脱硫设备除尘效率	％	93.86	‐
					7	脱硫设备阻力	Pa	4680	4807
8	脱硫设备漏风率	％	1.55	1.65
					9	脱硫塔排水PH值	‐	2	2

Claims

1.一种治理锅炉烟气的系统，其特征在于它包括脱硫系统、脱硝系统；所述脱硫系统的烟气输入端连接烟气排放装置的输出端，脱硫系统的烟气输出端连接脱硝系统的烟气输入端；所述脱硝系统包括处理臭氧逃逸系统、光解催化系统及脱硝罐；所述烟气通过脱硫系统后，在进入脱硝罐之前与光解催化系统产生的物质混合后，共同进入脱硝罐；所述脱硝系统的烟气输出端设置处理臭氧逃逸系统；净化后的气体经过处理臭氧逃逸系统后由净化后烟气出口排出。

2.根据权利要求1所述一种治理锅炉烟气的系统，其特征在于所述脱硫系统的烟气输入端安装增压风机，烟气通过增压风机进入脱硫系统中。

3.根据权利要求2所述一种治理锅炉烟气的系统，其特征在于所述增压风机的输入端安装布袋除尘器，烟气由引风机进入布袋除尘器，经过布袋除尘器后再通过增压风机进入脱硫系统中。

4.根据权利要求1所述一种治理锅炉烟气的系统，其特征在于所述脱硫系统包括脱硫罐罐体、脱硫罐进气口、脱硫罐出气口、脱硫罐进液口、气液混合通道、脱硫罐出液口和光照设备，所述脱硫罐进气口和脱硫罐出气口设置在脱硫罐体的上部，所述脱硫罐进液口设置在脱硫罐体的中部；所述脱硫罐出液口设置在脱硫罐体的底部，所述气液混合通道和光照设备位于脱硫罐体内，气液混合通道的输入端连接脱硫罐进气口，气液混合通道的输出端位于脱硫罐体内的液面以下。

5.根据权利要求4所述一种治理锅炉烟气的系统，其特征在于所述脱硫罐进液口通过计量泵连接加药装置；所述脱硫罐出液口连接排水管和收集罐。

6.根据权利要求4所述一种治理锅炉烟气的系统，其特征在于所述气液混合通道的输出端位于脱硫罐体内下部接近罐底的位置。

7.根据权利要求1所述一种治理锅炉烟气的系统，其特征在于所述光解催化系统包括光解催化仓仓体、臭氧进气口、催化仓排出口、光照设备；所述臭氧进气口连接臭氧发生器；所述光照设备位于催化仓仓体内部；所述催化仓排出口位于催化仓仓体侧面，并与脱硫系统与脱硝系统之间的管路连接，催化仓排出口排出的物质与脱硫系统排出的烟气在进入脱硝罐之前混合，然后进入脱硝罐。

8.根据权利要求1所述一种治理锅炉烟气的系统，其特征在于所述脱硝罐包括脱硝罐罐体、脱硝罐出气口、脱硝罐进气口、脱硝罐进液口、气液混合通道、脱硝罐出液口；所述脱硝罐进气口和脱硝罐出气口设置在脱硝罐罐体的上部；所述脱硝罐进液口设置在脱硝罐罐体的中部；所述脱硝罐出液口设置在脱硝罐罐体的底部；所述气液混合通道位于脱硝罐罐体内；气液混合通道的输入端连接脱硝罐进气口，输出端置于脱硝罐罐体内的液体内。

9.根据权利要求8所述一种治理锅炉烟气的系统，其特征在于所述脱硝罐进液口通过计量泵连接加药装置；所述脱硝罐出液口连接排水管和收集罐。

10.根据权利要求1所述一种治理锅炉烟气的系统，其特征在于所述处理臭氧逃逸系统包括罐体、固体催化剂、装置进气口、装置出气口、固体催化剂进料口、支撑结构；所述装置进气口位于罐体的底部；所述装置出气口位于罐体上部；固体催化剂进料口位于罐体侧方；固体催化剂位于罐体内部；支撑结构位于罐体下方。

11.根据权利要求10所述一种治理锅炉烟气的系统，其特征在于所述装置出气口排出的净化后的气体经由烟囱排放到大气中。

12.根据权利要求4或7中所述一种治理锅炉烟气的系统，其特征在于所述光照设备采用紫外灯组合系统。

13.根据权利要求12所述一种治理锅炉烟气的系统，其特征在于所述紫外灯组合系统包括带法兰石英管、放置在该石英管内的紫外灯以及为整个紫外灯组合系统提供机械支撑和稳定性的不锈钢支撑管。

14.一种治理锅炉烟气的系统的工作方法，其特征在于包括以下步骤：

根据金属系统的光吸收峰，在脱硫罐罐体中设置光照设备；

(7)由除臭氧逃逸装置排出的净化后气体经烟囱排出系统外。

15.根据权利要求14所述一种治理锅炉烟气的系统的工作方法，其特征在于所述臭氧由臭氧发生装置利用压缩空气生产。