CN112121616A - 一种微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染物净化装置 - Google Patents

一种微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染物净化装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于烟气净化相关技术领域，其公开了一种微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染物净化装置，装置包括外壳体、净化反应器机构、多个微波发生器、多个紫外灯光源及雾化喷嘴；净化反应器机构设置在外壳体内，其形成有波浪形通道；微波发生器及紫外灯光源分别间隔设置在外壳体上；雾化喷嘴设置在净化反应器机构的一端，其用于将双氧水喷射进入净化反应器机构，以形成汽态双氧水雾滴，汽态双氧水雾滴与进入净化反应器机构的燃煤烟气混合成烟气混合物，烟气混合物沿波浪形通道流动，并微波及紫外光的协同催化下将烟气混合物中的SO2、NO、Hg0、VOCs和PAHs进行氧化脱除。本发明提高了效率，且能实现污染物的深化脱除。

Description

一种微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染物净化装置
技术领域
本发明属于烟气净化相关技术领域，更具体地，涉及一种微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染物净化装置。
背景技术
现代社会十分依赖传统化石能源，据统计全球的总能耗约有74％是来自煤炭、石油、天然气等一次能源。近年来，中国对煤炭、石油、天然气以及一次电力和其他能源的消费总量突破40亿吨标准煤；其中，煤炭占能源消费重量的60％以上。由于煤炭的化学组成极其复杂，不仅包括C、H、O、N和S等主要元素，还包含很多其它的次量和痕量元素。因此，煤炭在燃烧过程中会产生大量的污染物，例如二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、重金属(如Hg0等)、有机污染物(如VOCs，PAHs等)和可吸入颗粒物(PM10)等，不仅严重危害人类身体健康，而且会对生态环境造成巨大的破坏。在未来相当长的一段时间内，煤炭在电力生产、化工工业等能源消耗领域仍然会占据着十分重要的主导地位，因而严格控制燃煤电站、工业锅炉、窑炉以及垃圾焚烧炉、工业园区生产车间等设施设备的污染物排放意义重大，并且减排需求十分迫切。
当前，在工业上处理SO2和NOx最为成熟的方法分别是湿式石灰石石膏法(WFGD)和选择性催化还原法(SCR)。其中，WFGD技术是用含石灰石颗粒的浆液洗涤烟气，以脱除烟气中的SO2；而SCR技术是指在催化剂存在的情况下，还原剂NH3和烟气中的NOx反应，以生成对环境无害的N2。对于颗粒物，通常采用静电除尘器(ESP)、湿式电除尘器(WESP)和布袋除尘器等技术手段进行控制。对于重金属汞，其可以在脱硝、除尘、脱硫等设备的联合作用下进行部分脱除，或借助活性炭吸附(ACI)等技术进行深度控制。对于燃煤有机污染物，例如典型的VOCs和PAHs，目前虽然还未制定详细的排放清单及标准，但未来随着环保要求的进一步提高，必然需要对燃煤有机污染物进行有效地严格控制。在工业有机废气的控制方面，目前通常采用催化氧化、吸附、焚烧等技术进行处理。
伴随着节能环保和运行成本的压力，在现有常规烟气污染物处理设备的基础上，开发多种污染物的联合净化脱除技术是未来烟气治理发展的重要方向。相应地，在烟气净化技术领域，存在着需要研发同时深度净化脱除多种污染物的装置及技术的迫切需求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染净化装置，所述装置可以在微波及紫外光的协同催化下将烟气混合物中的SO2、NO、Hg0、VOCs和PAHs等污染物进行高效氧化，以利于后续的湿法脱硫装置对氧化后的烟气多污染物一体化脱除。
为实现上述目的，本发明提供了一种微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染物净化装置，所述装置包括外壳体、净化反应器机构、多个微波发生器、多个紫外灯光源及雾化喷嘴；所述外壳体呈圆柱状，所述净化反应器机构设置在所述外壳体内，其内部形成有波浪形通道；多个所述微波发生器及多个所述紫外灯光源分别间隔设置在所述外壳体上；
所述雾化喷嘴设置在所述净化反应器机构的一端，其用于将双氧水喷射进入所述净化反应器机构，所述双氧水在所述雾化喷嘴的喷射作用下形成汽态双氧水雾滴，所述汽态双氧水雾滴与进入所述净化反应器机构的燃煤烟气混合成烟气混合物，所述烟气混合物沿所述波浪形通道流动，并在所述微波发生器发射的微波及所述紫外灯光源发射的紫外光的协同催化下将所述烟气混合物中的SO2、NO、Hg0、VOCs和PAHs进行氧化脱除。
进一步地，所述净化反应器机构包括净化反应器、多个上挡板、多个下挡板及固定轴，所述净化反应器呈圆柱状，所述固定轴的两端分别连接于所述净化反应器的两端，多个所述上挡板及多个所述下挡板分别间隔设置在所述固定轴上。
进一步地，所述上挡板、所述下挡板及所述净化反应器之间形成所述波浪形通道。
进一步地，所述上挡板的结构与所述下挡板的结构相同，且所述下挡板及所述上挡板均是采用石英材质制备而成的；所述固定轴是采用石英材质或者耐腐蚀的不锈钢材质制备而成的。
进一步地，所述上挡板、所述下挡板及所述固定轴形成可拆卸的组合式整体结构。
进一步地，所述净化反应器的一端开设有烟气进口，另一端开设有烟气出口及排污口；所述下挡板开设有通孔，所述通孔与所述排污口相连通。
进一步地，多个所述上挡板与多个所述下挡板分别相对于所述固定轴对称设置。
进一步地，所述固定轴的横截面为三角形、矩形、五边形、五角星或者椭圆形。
进一步地，所述装置包括依次相连接的双氧水储箱、计量泵及加压泵，所述加压泵连接于所述雾化喷嘴；所述雾化喷嘴位于所述净化反应器外部的一端上设置有加热器。
进一步地，所述装置还包括底座，所述净化反应器机构设置在所述底座上；使用时，所述装置设置在静电除尘器与湿法脱硫装置之间。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染物净化装置主要具有以下有益效果：
1.所述烟气混合物沿所述波浪形通道流动，并在所述微波发生器发射的微波及所述紫外灯光源发射的紫外光的协同催化下将所述烟气混合物中的SO2、NO、Hg0、VOCs和PAHs进行氧化脱除，波浪形的通道可以大幅延长烟气停留时间，以有利于烟气污染物的充分预氧化反应。
2.通过微波紫外光协同加强双氧水对烟气中的SO2、NO、Hg0、VOCs和PAHs等污染物进行氧化，氧化效率高，有利于后续湿法脱硫装置对氧化后的多污染物进行一体化高效脱除，并且完全反应后生成的其他产物为CO2、N2和H2O，不会造成二次污染。
3.净化反应器中进行氧化反应，净化反应器、上挡板和下挡板均采用石英材质，净化反应器主体被不锈钢材质的外壳体整体完全包裹住，在微波紫外光的持续作用下，维持净化反应器中的温度不会下降，从而保证了氧化反应所需要的环境条件。
4.所述上挡板、所述下挡板及所述固定轴形成可拆卸的组合式整体结构，如此“上挡板+固定轴+下挡板”可以作为整体放入或取出，方便对装置内部进行检修。
附图说明
图1是本发明提供的微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染物净化装置的结构示意图；
图2是图1中的微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染物净化装置的另一个角度的示意图；
图3是图1中的微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染净化装置的净化反应器机构的示意图；
图4是图3中的净化反应器机构的侧视图；
图5是图1中的微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染净化装置的上挡板的示意图；
图6是图1中的微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染净化装置的下挡板的示意图；
图7是上挡板或/及下挡板的尺寸结构示意图；
图8是烟气在净化反应器中的流动状态示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-双氧水储箱，2-烟气入口，3-微波发生器，4-外壳体，5-紫外灯光源，6-固定轴，7-烟气出口，8-排污口，9-底座，10-下挡板，11-雾化喷嘴，12-加热器，13-加压泵，14-计量泵，15-净化反应器，16-上挡板，17-通孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1、图2及图3，本发明提供的微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染物净化装置，所述装置包括双氧水储箱1、多个微波发生器3、外壳体4、多个紫外灯光源5、底座9、雾化喷嘴11、加热器12、加压泵13、计量泵14以及净化反应器机构，多个所述微波发生器3分别间隔设置在所述外壳体4的上下两侧，且分别位于两侧的多个所述微波发生器3对称设置。所述双氧水储箱1、所述计量泵14、所述加压泵13及所述雾化喷嘴11依次相连接，所述雾化喷嘴11设置在所述净化反应器机构的一端，所述加热器12设置在所述雾化喷嘴11的一端。多个所述紫外灯光源5设置在所述外壳体4的一侧。所述净化反应器机构设置在所述外壳体4中。所述外壳体4设置在所述底座9上，所述底座9用于支撑所述装置的其他部件。
本实施方式中，将双氧水、微波和紫外光进行了耦合，烟气进入所述净化反应器机构，双氧水溶液在所述计量泵14的控制下定量地自所述双氧水储箱1出来并通过所述加压泵13及所述加热器12，继而在所述雾化喷嘴11的喷射下形成雾化良好的汽态双氧水雾滴，随后与燃煤烟气混合形成烟气混合物，最后在微波和紫外光的协同催化下将烟气混合物中的SO2、NO、Hg0、VOCs和PAHs等污染物进行高效氧化，以利于后续的湿法脱硫装置对氧化后的烟气多污染物一体化脱除。
所述外壳体4呈圆柱状，其是采用不锈钢材质制备而成的，且其内部进行了抛光处理。所述外壳体4与所述紫外光光源5对应的位置设置有缺口，以用于让紫外光能够照射进所述外壳体4内部，缺口处所述紫外灯光源5与所述外壳体4密封良好，不漏光。
所述双氧水储箱1连接于所述计量泵14，所述计量泵14通过所述加压泵13连接于所述雾化喷嘴11，所述雾化喷嘴11位于所述净化反应器机构外部的部分设置有所述加热器12。
所述净化反应器机构包括圆柱状的净化反应器15、多个上挡板16、多个下挡板10及固定轴6。所述净化反应器15设置在所述外壳体4内，其中心轴与所述外壳体4的中心轴重合，且所述外壳体4的长度与所述净化反应器15的长度一致。本实施方式中，所述净化反应器15、所述上挡板16及所述下挡板10均是采用石英材质制备而成的，所述固定轴6是采用石英材质或者耐腐蚀的不锈钢材质制备而成的；所述净化反应器15、多个所述上挡板16及多个所述下挡板10之间形成波浪形通道，所述波浪形通道用于供烟气混合物通过。
所述净化反应器15邻近所述双氧水储箱1的一端设置有烟气入口2，另一端设置有烟气出口7及排污口8，所述烟气出口7与所述排污口8间隔设置。
所述固定轴6的两端分别连接于所述净化反应器15的两端，多个所述上挡板16与多个所述下挡板10可拆卸地间隔设置在所述固定轴6上，以形成可拆卸地组合式整体结构，该整体结构能够从所述净化反应器15整体取出或者放入，与所述净化反应器15配合良好，所述上挡板16与所述下挡板10等间隔设置。
请参阅图4、图5、图6及图7，所述下挡板10设置有通孔17，所述通孔17用于排泄污水。所述上挡板16与所述下挡板10的外形轮廓形状、尺寸、材质等参数均一致，以所述固定轴6对称设置，且所述上挡板16与所述下挡板10的尺寸关系有
Figure BDA0002673986070000071
本实施方式中，所述上挡板16与所述下挡板10均为设置有开口的圆盘形，所述开口呈弧形；所述上挡板16的圆心到所述开口的底面的距离为L，所述上挡板16的圆心到所述开口与所述上挡板16的外圆周交点的距离为R；所述固定轴6的横截面可以为三角形、矩形、五边形、五角形或者椭圆形，但不可以为圆形。
使用时，所述装置设置在静电除尘器(ESP)和湿法脱硫装置(WFGD)之间，在微波及紫外光的协同催化下将烟气混合物中的SO2、NO、Hg0、VOCs和PAHs等污染物进行高效氧化，以利于后续的湿法脱硫装置对氧化后的烟气多污染物一体化脱除。
请参阅图8，烟气自所述烟气入口2进入所述净化反应器15后与所述雾化喷嘴11喷射出的汽态双氧水雾滴均匀混合以形成烟气混合物，随后所述烟气混合物在所述上挡板16及所述下挡板10的引导作用下，在所述净化反应器15内弯曲流动，大大地延长了烟气混合物在所述净化反应器15中的停留时间，有利于氧化反应的彻底进行，最终反应完全后再从所述烟气出口7排出所述净化反应器15后进入到所述湿法脱硫装置中。
本实施方式在净化烟气多污染物的过程中，涉及到的主要化学反应过程如下所示，其中，微波和紫外光分别用MC和UV表示。
MC+UV+H2O2→2·OH (1)
H2O2+SO2→SO4 2-+2H+ (2)
H2O2+NO→NO2+H2O (3)
2·OH+Hg0+2H+→Hg2++2H2O (4)
CxHyOmNn(VOCs,PAHs)+·OH→CO2+N2+H2O (5)
此外，所述装置属于烟气处理中的一部分，其通过与后续的湿法脱硫装置协同作用，可以实现脱硫效率＞95％，脱硝效率＞95％，脱汞效率＞90％，脱VOCs效率＞90％，脱PAHs效率＞90％。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染物净化装置，其特征在于：
所述装置包括外壳体、净化反应器机构、多个微波发生器、多个紫外灯光源及雾化喷嘴；所述外壳体呈圆柱状，所述净化反应器机构设置在所述外壳体内，其内部形成有波浪形通道；多个所述微波发生器及多个所述紫外灯光源分别间隔设置在所述外壳体上；
所述雾化喷嘴设置在所述净化反应器机构的一端，其用于将双氧水喷射进入所述净化反应器机构，所述双氧水在所述雾化喷嘴的喷射作用下形成汽态双氧水雾滴，所述汽态双氧水雾滴与进入所述净化反应器机构的燃煤烟气混合成烟气混合物，所述烟气混合物沿所述波浪形通道流动，并在所述微波发生器发射的微波及所述紫外灯光源发射的紫外光的协同催化下将所述烟气混合物中的SO2、NO、Hg0、VOCs和PAHs进行氧化脱除。
2.如权利要求1所述的微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染物净化装置，其特征在于：所述净化反应器机构包括净化反应器、多个上挡板、多个下挡板及固定轴，所述净化反应器呈圆柱状，所述固定轴的两端分别连接于所述净化反应器的两端，多个所述上挡板及多个所述下挡板分别间隔设置在所述固定轴上。
3.如权利要求2所述的微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染物净化装置，其特征在于：所述上挡板、所述下挡板及所述净化反应器之间形成所述波浪形通道。
4.如权利要求2所述的微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染物净化装置，其特征在于：所述上挡板的结构与所述下挡板的结构相同，且所述下挡板及所述上挡板均是采用石英材质制备而成的；所述固定轴是采用石英材质或者耐腐蚀的不锈钢材质制备而成的。
5.如权利要求2所述的微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染物净化装置，其特征在于：所述上挡板、所述下挡板及所述固定轴形成可拆卸的组合式整体结构。
6.如权利要求2所述的微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染物净化装置，其特征在于：所述净化反应器的一端开设有烟气进口，另一端开设有烟气出口及排污口；所述下挡板开设有通孔，所述通孔与所述排污口相连通。
7.如权利要求2所述的微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染物净化装置，其特征在于：多个所述上挡板与多个所述下挡板分别相对于所述固定轴对称设置。
8.如权利要求2所述的微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染物净化装置，其特征在于：所述固定轴的横截面为三角形、矩形、五边形、五角星或者椭圆形。
9.如权利要求1-8任一项所述的微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染物净化装置，其特征在于：所述装置包括依次相连接的双氧水储箱、计量泵及加压泵，所述加压泵连接于所述雾化喷嘴；所述雾化喷嘴位于所述净化反应器外部的一端上设置有加热器。
10.如权利要求1-8任一项所述的微波紫外光耦合双氧水的烟气多污染物净化装置，其特征在于：所述装置还包括底座，所述净化反应器机构设置在所述底座上；使用时，所述装置设置在静电除尘器与湿法脱硫装置之间。
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