CN110496518B - 一种逐级氧化多段流化的烟气净化装置及方法 - Google Patents

一种逐级氧化多段流化的烟气净化装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种逐级氧化多段流化的烟气净化装置及方法，包括逐级氧化模块和多段流化床装置，所述逐级氧化模块与多段流化床装置之间通过输送管连接，所述输送管上均安装有节流阀，本发明采用逐级氧化和多段流化装置串联的方法，不但解决了氧化剂与烟气的混合问题，而且可以解决氧化剂注入后，气体前段氧化剂过量而后段氧化剂不足的问题，装置的逐级氧化部分可以随着污染物负荷的逐步降低，氧化剂的注入量也随之减少，能够避免氧化剂因与烟气混合不均匀造成的浪费现象，在多段流化床装置中吸附剂的流化状态可根据污染物负荷逐步降低的特性而改变每一级风量以及吸附剂的用量和粒径等参数，以达到最佳的处理效率。

Description

一种逐级氧化多段流化的烟气净化装置及方法
技术领域
本发明属于烟气净化技术领域，具体涉及一种逐级氧化多段流化的烟气净化装置及方法。
背景技术
煤炭在我国能源消费结构中占比超过70％，燃煤电厂的烟气中含有二氧化硫(SO2)、一氧化氮(NO)和汞(Hg)等污染物，燃煤产生的SO2和NOx等污染物进入大气，进而引发酸雨和光化学烟雾等环境问题。
通常燃煤电厂锅炉烟气净化的方法包括：吸收法，如氯酸/氯酸钠氧化法或络合物吸收；吸附法，采用活性炭、活性焦等碳基材料吸附或采用金属氧化物催化吸附；高级氧化法，如电子束辐照技术和等离子放电技术等。其中低温等离子体技术具有反应迅速、无二次污染物产生等优势，在实验室试验中发现对烟气采用等离子体氧化-活性炭吸附的方法可以达到较好的处理效果，但是实验扩大到小试或中试后发现，烟气和臭氧的混合程度以及吸附塔内吸附剂的流化程度对混合烟气的处理效果起到至关重要的影响。若氧化剂无法与烟气中的污染物充分混合反应，则达不到理想的氧化效果，影响后续的吸附，造成烟气中污染物去除率降低，在吸附塔内，吸附剂的流化状态不佳，会导致无法充分实现吸附剂的吸附效果，同时系统流化状态不稳定也会导致吸附剂随烟气逃逸现象的发生，有待我们解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种逐级氧化多段流化的烟气净化装置及方法，以解决上述背景技术中提出的现今氧化剂无法与烟气中的污染物充分混合反应，达不到理想的氧化效果，影响后续的吸附，造成烟气中污染物去除率降低，吸附塔内吸附剂的流化状态不佳，导致无法充分实现吸附剂的吸附效果，同时系统流化状态不稳定也会导致吸附剂随烟气逃逸现象发生的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种逐级氧化多段流化的烟气净化装置及方法，包括逐级氧化模块和多段流化床装置，所述逐级氧化模块与多段流化床装置之间通过输送管连接，所述输送管上均安装有节流阀。
所述逐级氧化模块包括等离子体，所述等离子体的侧壁上开设有氧气注入口，且等离子体的正负极接线柱分别通过电源线与外界电源电性连接，所述等离子体远离氧气注入口的另一端开设有氧化剂排放口，所述氧化剂排放口远离等离子体的一端与输送管气密性连接。
所述多段流化床装置包括烟道，所述烟道的内部由上到下依次安装有第三承托盘、第二承托盘和第一承托盘，所述第三承托盘、第二承托盘和第一承托盘上均开设有密集的气孔，且第三承托盘、第二承托盘和第一承托盘的下表面依次对应安装有第三风机安装管、第二风机安装管和第一风机安装管，所述第三风机安装管、第二风机安装管和第一风机安装管的内部依次对应安装有第三风机、第二风机和第一风机，所述第三风机、第二风机和第一风机均通过电源线与外界的开关电性连接，所述开关通过电源线电性连接至供电电源。
优选的，所述氧化剂注入孔开设有至少两个。
优选的，所述第三风机安装管、第二风机安装管和第一风机安装管的底部均为封闭式结构，且第三风机安装管、第二风机安装管和第一风机安装管的顶部开设有出气孔。
优选的，所述第三风机、第二风机和第一风机由上到下的转动风力依次增强。
优选的，所述烟道的底部开口为烟气进入口，且烟道的顶部开口为烟气排放口。
优选的，所述第三承托盘、第二承托盘和第一承托盘的上表面放置有活性炭烟气吸附剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该烟气净化装置结构科学合理，使用安全方便，整体采用逐级氧化和多段流化装置串联的方法，不但解决了氧化剂与烟气的混合问题，而且可以解决氧化剂注入后，气体前段氧化剂过量而后段氧化剂不足的问题，装置的逐级氧化部分可以随着污染物负荷的逐步降低，氧化剂的注入量也随之减少，能够避免氧化剂因与烟气混合不均匀造成的浪费现象；在本装置多段流化床吸附部分中，吸附剂的流化状态可根据污染物负荷逐步降低的特性而改变每一级风量以及吸附剂的用量和粒径等参数，以达到最佳的处理效率；装置的多段流化部分可有效延长气体的停留时间，增加吸附剂与污染物的接触时间和空间，同时减少吸附剂随烟气逃逸的现象，解决了工程中烟气与氧化剂混合以及吸附剂与烟气的接触问题。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明烟道的结构示意图。
图中：1-气孔、2-第一风机、3-烟道、4-第一承托盘、5-第一风机安装管、6-第二承托盘、7-第三承托盘、8-第二风机、9-第三风机、10-第二风机安装管、11-第三风机安装管、12-等离子体、13-氧气注入口、14-氧化剂排放口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种逐级氧化多段流化的烟气净化装置及方法，包括逐级氧化模块和多段流化床装置，逐级氧化模块与多段流化床装置之间通过输送管连接，输送管上均安装有节流阀。
逐级氧化模块包括等离子体12，等离子体12的侧壁上开设有氧气注入口13，且等离子体12的正负极接线柱分别通过电源线与外界电源电性连接，等离子体12远离氧气注入口13的另一端开设有氧化剂排放口14，氧化剂排放口14远离等离子体12的一端与输送管气密性连接。
多段流化床装置包括烟道3，烟道3的内部由上到下依次安装有第三承托盘7、第二承托盘6和第一承托盘4，第三承托盘7、第二承托盘6和第一承托盘4上均开设有密集的气孔1，且第三承托盘7、第二承托盘6和第一承托盘4的下表面依次对应安装有第三风机安装管11、第二风机安装管10和第一风机安装管5，第三风机安装管11、第二风机安装管10和第一风机安装管5的内部依次对应安装有第三风机9、第二风机8和第一风机2，第三风机9、第二风机8和第一风机2均通过电源线与外界的开关电性连接，开关通过电源线电性连接至供电电源。
本实施例中，优选的，氧化剂注入孔开设有至少两个，多点逐级的氧化剂注入较单点注入能提高氧化效率，避免使用过量氧化剂，使氧化剂与烟气的接触更加充分，逐级氧化的每一个氧化剂注入点的注入量均可以通过节流阀进行调节，随着烟气中污染物浓度的降低，氧化剂的注入量可以逐渐减少，有效的避免氧化剂的浪费，氧化剂可以为不同种类，如臭氧、氧气、双氧水、经空气/氧气等气体放电产生的高能活性粒子等均可；氧化剂注入孔可在同一断面或不同高度的不同断面内开设。
本实施例中，优选的，第三风机安装管11、第二风机安装管10和第一风机安装管5的底部均为封闭式结构，且第三风机安装管11、第二风机安装管10和第一风机安装管5的顶部开设有出气孔，确保烟气由第三风机安装管11、第二风机安装管10和第一风机安装管5的外管壁与烟道3的内管壁之间流通，减小了装置气体流通的横截面积，有效提高流化高度、流化密度。
本实施例中，优选的，第三风机9、第二风机8和第一风机2由上到下的转动风力依次增强，第一风机2控制大风量实现烟气与吸附剂的初次充分混合接触，较大的流化高度使飞溅的小颗粒吸附剂进入流化床第二级，避免吸附剂的损失；第二风机8用于烟气更长时间地与吸附剂充分接触，增加吸附效果，使用风量较第一级小，减少流化高度；在第三风机9通过调节风机风力大小，使用更小的风量实现吸附剂的回收，避免吸附剂的外溢损失。
本实施例中，优选的，烟道3的底部开口为烟气进入口，且烟道3的顶部开口为烟气排放口，确保烟气排放过程中依次通过第一承托盘4、第二承托盘6和第三承托盘7。
本实施例中，优选的，第三承托盘7、第二承托盘6和第一承托盘4的上表面放置有活性炭烟气吸附剂，分层吸附，吸附剂接触时间长，烟气净化效果更好。
本实施例中，优选的，吸附剂可以为活性炭、活性铝、分子筛等多孔大比表面积的材质。
本实施例中，优选的，各级氧化剂注入点的注入流量和注入氧化剂的种类可以相同或不同。
本实施例中，优选的，多级流化装置包含不少于一种流化状态的存在，不同流化状态可以顺序出现也可以同时存在，可在同高度同时存在也可以在不同高度存在。
本实施例中，优选的，不同级别的流化状态可以相同或不同。
本实施例的烟气净化方法为：
a、通过烟气进入口正确接入烟道3(烟道3的内部第三承托盘7、第二承托盘6和第一承托盘4上分别放置吸附剂)；
b、对照烟道3外壁上的氧化剂注入孔气密性接入输送管；
c、调节第三风机9、第二风机8和第一风机2的风力大小，使得吸附剂处于需要的流化状态，第一风机2控制大风量实现烟气与吸附剂的初次充分混合接触，较大的流化高度使飞溅的小颗粒吸附剂进入流化床第二级，避免吸附剂的损失；第二风机8用于烟气更长时间地与吸附剂充分接触，增加吸附效果，使用风量较第一级小，减少流化高度；在第三风机9通过调节风机风力大小，使用更小的风量实现吸附剂的回收，避免吸附剂的外溢损失；
d、调试并气密性接入多级氧化模块；
e、氧气经过等离子体放电12产生的臭氧或其他氧化剂由氧化剂注入孔注入烟道3内，与所需排放的烟气进行预先混合反应；
f、混合反应后的烟气，从烟道3的内壁与第三风机安装管11、第二风机安装管10和第一风机安装管5的外管壁之间以一定流速快速通过；
g、烟气通过处于不同流化状态的吸附材料，其中污染物质被吸附剂所吸附达到去除目的，且可以最大程度避免可以损失，增大烟气与填料接触时间，增加吸附效果。
综上所述，完整的净化过程中，不但解决了氧化剂与烟气的混合问题，而且可以解决氧化剂注入后，气体前段氧化剂过量而后段氧化剂不足的问题，此装置可以实现随着污染物负荷的逐步降低，氧化剂的注入量也随之减少，能够避免氧化剂因与烟气混合不均匀造成的浪费现象，在多段流化床装置中，吸附剂的流化状态可根据污染物负荷逐步降低的特性而改变每一级风量以及吸附剂的用量和粒径等参数，以达到最佳的处理效率，多段流化床装置可有效延长气体的停留时间，增加吸附剂与污染物的接触时间和空间，同时减少吸附剂随烟气逃逸的现象。
本多段流化床装置，可以解决不同吸附剂在流化床中的流化问题，以提高吸附剂对烟气中污染物的吸附能力，并可以通过控制风机风力的大小来改变流化床的流化状态，如流化高度和密度等条件，多段流化床装置的每一段流化床的吸附剂粒径、用量和流化状态均可更换调节，以适应前段污染物浓度高后段污染物浓度低的差异。
本逐级氧化模块，其目的在于将氧化剂经多点分级导入管路，以使烟气中的污染物充分氧化实现良好的氧化效果，实验结果表明经多点逐级注入，烟气中污染物的去除率相比于单一等离子体氧化-活性炭吸附装置对多种污染物的去除率有较大的提升，氧化剂经单次注入时，部分氧化剂未能与烟气中的污染物反应而导致浪费，而烟气也可能因未能与氧化剂有效接触而导致系统整体氧化率偏低，处理效率不理想。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种逐级氧化多段流化的烟气净化装置，包括逐级氧化模块和多段流化床装置，其特征在于：所述逐级氧化模块与多段流化床装置之间通过输送管连接，所述输送管上均安装有节流阀；
所述逐级氧化模块包括等离子体(12)，所述等离子体(12)的侧壁上开设有氧气注入口(13)，且等离子体(12)的正负极接线柱分别通过电源线与外界电源电性连接，所述等离子体(12)远离氧气注入口(13)的另一端开设有氧化剂排放口(14)，所述氧化剂排放口(14)远离等离子体(12)的一端与输送管气密性连接；
所述多段流化床装置包括烟道(3)，所述烟道(3)的内部由上到下依次安装有第三承托盘(7)、第二承托盘(6)和第一承托盘(4)，所述第三承托盘(7)、第二承托盘(6)和第一承托盘(4)上均开设有密集的气孔(1)，且第三承托盘(7)、第二承托盘(6)和第一承托盘(4)的下表面依次对应安装有第三风机安装管(11)、第二风机安装管(10)和第一风机安装管(5)，所述第三风机安装管(11)、第二风机安装管(10)和第一风机安装管(5)的内部依次对应安装有第三风机(9)、第二风机(8)和第一风机(2)，所述第三风机(9)、第二风机(8)和第一风机(2)均通过电源线与外界的开关电性连接，所述开关通过电源线电性连接至供电电源；
所述氧化剂注入孔开设有至少两个；
所述第三风机安装管(11)、第二风机安装管(10)和第一风机安装管(5)的底部均为封闭式结构，且第三风机安装管(11)、第二风机安装管(10)和第一风机安装管(5)的顶部开设有出气孔；
所述第三风机(9)、第二风机(8)和第一风机(2)由上到下的转动风力依次增强；
所述烟道(3)的底部开口为烟气进入口，且烟道(3)的顶部开口为烟气排放口；
所述第三承托盘(7)、第二承托盘(6)和第一承托盘(4)的上表面放置有活性炭烟气吸附剂；
吸附剂可以为活性炭、活性铝、分子筛多孔大比表面积的材质；
各级氧化剂注入点的注入流量和注入氧化剂的种类可以相同或不同；
多级流化装置包含不少于一种流化状态的存在，不同流化状态可以顺序出现也可以同时存在，可在同高度同时存在也可以在不同高度存在；
一种逐级氧化多段流化的烟气净化方法，其烟气净化方法为：
a、通过烟气进入口正确接入烟道(3)，烟道(3)的内部第三承托盘(7)、第二承托盘(6)和第一承托盘(4)上分别放置吸附剂；
b、对照烟道(3)外壁上的氧化剂注入孔气密性接入输送管；
c、调节第三风机(9)、第二风机(8)和第一风机(2)的风力大小，使得吸附剂处于需要的流化状态，第一风机(2)控制大风量实现烟气与吸附剂的初次充分混合接触，较大的流化高度使飞溅的小颗粒吸附剂进入流化床第二级，避免吸附剂的损失；第二风机(8)用于烟气更长时间地与吸附剂充分接触，增加吸附效果，使用风量较第一级小，减少流化高度；在第三风机(9)通过调节风机风力大小，使用更小的风量实现吸附剂的回收，避免吸附剂的外溢损失；
d、调试并气密性接入多级氧化模块；
e、氧气经过等离子体(12)放电产生的臭氧或其他氧化剂由氧化剂注入孔注入烟道(3)内，与所需排放的烟气进行预先混合反应；
f、混合反应后的烟气，从烟道(3)的内壁与第三风机安装管(11)、第二风机安装管(10)和第一风机安装管(5)的外管壁之间以一定流速快速通过；
g、烟气通过处于不同流化状态的吸附材料，其中污染物质被吸附剂所吸附达到去除目的，且可以最大程度避免损失，增大烟气与填料接触时间，增加吸附效果。
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