CN112191084A - 一种光化学高级氧化处理脱硝脱汞的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用光化学高级氧化处理脱硝脱汞的装置，单独利用臭氧、紫外线或臭氧加紫外线氧化脱硝脱汞，待处理气体先经过滤滤除气体中颗粒等物质,使烟气得以初步净化后进入紫外‑臭氧反应区,在紫外线照射区域中存在臭氧气体，烟气在紫外‑臭氧反应区接受紫外照射并与臭氧反应，再经溶剂型吸收装置从而得以彻底净化后经出气气流调节后由排气口排出，实现对氮氧化物、金属汞的烟气高效、完全、无害化降解，为污染气体提供一条经济高效、无污染的处理途径。可应用于工业燃煤企业所排放低温烟气的处理，也可用于燃煤电厂的提标改造，使其达到超净排放。
Description
技术领域：
本发明属于利用光化学高级氧化技术降解脱硝脱汞的技术领域，特别涉及一种利用紫外线和臭氧的光化学高级氧化处理脱硝脱汞的装置。
背景技术：
我国煤炭资源丰富，由燃煤烟气排放的NOx和Hg对人类健康和生态环境危害显著。电力、工业生产作为煤炭消费的最大主体，其燃煤量占到了煤炭消耗的51％。因此对燃煤电厂污染物的控制，已成为我国大气污染控制领域最为紧迫的任务。目前控制这两种污染物最为成熟的方法分别是：选择性催化还原脱硝(SCR)和活性炭注入脱汞(ACI)，但分级治理方式存在占地面积较大，基建及运行费用高的缺陷。因此需要一种能有效处理脱硝脱汞烟气、不产生二次污染并且投资和运行费用低的装置来处理脱硝脱汞的烟气，可达到超净排放的效果。
发明内容：
本发明技术方案的目的在于提供一个适于脱硝脱汞处理的光化学高级氧化降解装置，实现对脱硝脱汞的高效、完全、无害化降解，为污染气体提供一条经济高效、无污染的处理途径。
本发明的光化学高级氧化处理脱硝脱汞的装置包含过滤区、紫外-臭氧作用区和水吸收区三个部分，所述过滤区直接与紫外-臭氧反应区相通。过滤区内填充用于过滤气体的海绵或其他过滤材料；过滤区材料可以是单层也可以是多层填充，而紫外-臭氧反应区内存在臭氧气体和紫外线，所述紫外线由装设在紫外-臭氧反应区内的紫外线灯管产生，所述的臭氧既可以经由紫外灯管照射产生，也可以由外加的臭氧发生器产生后充入也可以在紫外-臭氧反应区增设一个臭氧发生装置，或使反应区内存在空气然后经由紫外线照射自然产生臭氧。所述紫外-臭氧反应区内无填充物或其他有碍光线照射的物质；
为了更好的技术效果，上述本发明方案其技术特征还可以具体为以下特点：
1、还包含碱液喷淋装置。
2、进一步地，所述碱液喷淋装置设在紫外-臭氧反应区中。
3、所述溶剂型吸收装置设在紫外-臭氧反应区和出气调节区之间。
4、所述溶剂型吸收装置设在出气调节区之后。
5、所述腔体是个圆柱形容器。
6、所述的臭氧经由紫外灯照射产生。
7、所述过滤区和紫外-臭氧反应区的外壁一个整体，其内部通过隔板相隔，所述隔板为穿孔板。
8、所述隔板上的孔的孔径为6～10mm。
9、所述的紫外灯为平行或交叉排列的紫外灯组。
10、所述的紫外灯为中压汞灯。
11、所述的紫外灯是主发射波长为100nm～400nm的相同波长的紫外灯组。
12、所述的紫外灯管的发射波长为100nm～400nm的紫外灯管；
采用本发明技术方案的光化学高级氧化处理脱硝脱汞的装置具有如下优点：
1、本发明利用紫外光与臭氧(UV/O3)的协同作用氧化能力非常强，脱硝脱汞去除率达95％以上，实现对污染气体的完全降解；
2、可以设置水吸收装置对尾气中的有机物用水进行净化，达到无害排放；
3、光化学高级氧化处理脱硝脱汞的装置实现了过滤过程与紫外、臭氧反应过程集成化的设计，系统结构紧凑，构造简洁，易于制造、操作与维护；
4、降低设备投资和维护及运行成本；
5、反应条件温和(常温、常压)，节能效果显著，并且设备可以长时间稳定运行，安全性高；
6、光化学高级氧化处理脱硝脱汞的装置既可以单独利用紫外或臭氧对污染气体的净化作用，也可以利用紫外-臭氧的协同作用，设备使用的灵活性强；
7、烟气经过过滤区过滤处理后，直接进入紫外-臭氧反应区，不再需要管路连接，结构简单；制造安装方便，降低成本；
8、尾气经过吸收装置进一步净化可消除尾气中的水溶性物质，提高净化效果；
9、本发明技术方案的处理设备全封闭式设计，有效避免了紫外、臭氧可能对工作人员等的危害，无二次污染。
10、本技术方案中的吸收用的废水送污水处理厂统一处理，降低企业治污成本。
附图说明：
下面结合附图及实施例对本发明的光化学高级氧化处理脱硝脱汞的装置作进一步的说明。
附图1：为本发明的光化学高级氧化处理脱硝脱汞装置的一个实施例示意图；
图1中，1为进气调节区，2为过滤区，3为紫外-臭氧反应区，4为出气调节区，5为隔板，6为碱液喷淋装置，7为气泵，8为烟气入口，9为尾气出口，10为紫外灯管，11为过滤材料，12为进气调节隔栅。13为水吸收装置
具体实施方式：
如图1所示的光化学高级氧化处理脱硝脱汞装置的主腔体是一个圆柱形的容器，由隔板将容器分成过滤区和紫外-臭氧反应区3，尾气经溶剂型吸收装置13净化后调节后经尾气出口9排出，吸收尾气后的废水送污水处理厂统一处理。
容器分为进气调节区1、过滤区2、紫外-臭氧反应区3、溶剂型吸收装置13、出气调节区4五个功能区，所述的紫外灯10固定于紫外-臭氧反应区2。
过滤区2前部设有进气调节隔栅12将进气调节区1与过滤区2隔开，所述的进气调节隔栅12与容器内壁焊接固定相连；
过滤区2外壁与紫外-臭氧反应区3外壁为一整体，内部由隔板5相隔，所述隔板5为穿孔板供气流通过并调节均匀；
紫外-臭氧反应器3内壁设有碱液喷淋装置6用于喷洒碱液，对烟气进行洗涤，同时吸收高价态的氮氧化物和硫氧化物及含汞氧化物；
在本发明的光化学高级氧化处理脱硝脱汞的装置运行过程中，待处理烟气经气泵7由烟气入口8进入进气调节区1经进气调节隔栅12调节速度和流量后进入过滤区2，经过滤区2内的过滤材料11过滤后，烟气得以初步净化。烟气从过滤区2出来后直接进入紫外-臭氧反应区3，在运行时紫外-臭氧反应区3内存在臭氧气体。
存在紫外线辐射和臭氧气体，初步净化后的烟气在紫外辐射的作用下，或在臭氧的氧化的作用下，或在紫外-臭氧二者的协同作用下得以彻底净化。净化后气体通过溶剂型吸收装置13和气体调节区4后由尾气出口9排出。
本实施例中所述的紫外灯10为平行的紫外灯组，也可以是交叉排列的灯组；
所述的紫外灯10为中压汞灯。
所述的紫外灯10的波长介于100～400nm。所述的紫外灯10是主发射波长为100nm～400nm的相同波长的紫外灯组。
所述的紫外灯10是主发射波长为100nm～400nm的不同发射波长的紫外灯的组合。
所述的臭氧既可以经由上述紫外灯10照射产生，也可以由外加的臭氧发生器产生。
所述过滤材料11可以是单层或多层的，材料可以是海绵或其他具有过滤效果的材料，例如无纺布、纤维棉。
本实施例中的碱液喷淋装置6设在紫外-臭氧反应区3中，使用的碱液是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氧化钙、氧化钙、碳酸钙或氨水的一种或多种的组合溶液。
本实施例中的溶剂型吸收装置13设在紫外-臭氧反应区3和出气调节区4之间，它也可以设置在出气调节区4之后,本实施例中使用的溶剂是水,还可以是酒精、丙酮等其他溶剂。
工作原理说明
1.臭氧脱硝原理
臭氧具有仅次于氟的强氧化性，完全有能力将烟气恶劣环境中的NO氧化成高价态，提高烟气中氮氧化物的水溶性及反应活性，从而通过湿法洗脱。其中主要包括以下反应：
NO+O3→NO2+O2 (1)
NO2+O3→NO3+O2 (2)
NO2+NO2→N2O4 (3)
N2O4+O3→N2O5 (4)
NO3+NO2→N2O5 (5)
3NO2+H2O→2HNO3+NO (6)
N2O5+H2O→2HNO3 (7)
HNO3+NaOH→NaNO3+H2O (8)
利用臭氧将NO氧化为高价态的氮氧化物后，需要进一步地吸收。常见的吸收液有Ca(OH)2、NaOH等碱液。不同的吸收剂产生的脱除效果会有一定的差异。例如有人在利用水吸收尾气时，NOx的脱除效率可达到86.27％，这是利用气体在水中的溶解度进行吸收，也有试验利用吸收液将高价氮氧化物还原成为N2后直接排入大气中。较为常用的方法是以碱性喷淋液喷淋，在碱性条件下NOx将发生如下反应：
NO+NO2+2NaOH→2NaNO2+H2O (9)
在这一喷淋条件下，可大大降低臭氧投加量，从而降低能耗，减少运行费用。采用臭氧脱硝技术可得到较高的NOX脱除率，典型的脱除范围为70％～90％，甚至可达到95％，并且可在不同的NOX浓度和NO、NO2的比例下保持高效率；因为未与NOX反应的O3会在洗涤器内被除去，所以不存在类似SCR中氨的泄漏问题；除以上优点外，该技术应用中SO2和CO的存在不影响NOX的去除，而臭氧脱硝也不影响其他污染物控制技术。
2.臭氧脱汞原理
烟气中汞主要有气态汞Hg0、氧化态汞Hg2+和颗粒汞HgP三种形态，其中不溶于水不易被去除的Hg0占30％～80％。在现有的传统的烟气处理工艺中，湿法脱硫系统对总汞的去除率为10％～80％，脱除的效果取决于烟气中汞的形态。氧化态汞易溶于水,在单独的湿法烟气脱硫系统中，无论是用石灰或石灰石作为吸收剂,都可将烟气中80％～95％的氧化态汞除去。但对于不溶于水的Hg0,捕捉效果不显著。除尘工艺段对烟气中的汞也有一定的脱除效果，主要是烟气中以颗粒形式存在的固相汞，脱汞效率也受到烟气中汞形态的影响。因此，提高烟气中氧化态汞的含量，可以有效提高现有烟气净化处理工艺的脱汞效率。Hg2+/Hg电对的氧化还原电位是0.85V,考虑烟气中需被氧化的汞浓度极低，氧化剂的标准电位应大于1.2V，臭氧的氧化还原电位为2.07V，完全能满足在烟气中氧化元素汞的需求。
本发明的利用光化学高级氧化处理脱硝脱汞的装置，既可应用于燃煤烟气锅炉污染气体的处理，也可用于垃圾焚烧、工业生产烟气、生活烟气等含有大硝和汞的废气的处理净化。
Claims (12)
1.一种光化学高级氧化处理脱硝脱汞的装置，包含一个作为容器的腔体，其特征在于：所述腔体分为进气调节区(1)、过滤区(2)、紫外-臭氧反应区(3)、溶剂型吸收装置(13)和出气调节区(4)过滤区内填装单层或多层过滤材料，紫外-臭氧反应区设置至少1支紫外灯管(10)，并且在运行时设备的紫外-臭氧反应区域存在臭氧气体。
2.如权利要求1所述的光化学高级氧化处理脱硝脱汞的装置，其特征在于：还包含碱液喷淋装置(6)。
3.如权利要求2所述的光化学高级氧化处理脱硝脱汞的装置，其特征在于：所述碱液喷淋装置(6)设在紫外-臭氧反应区(3)中。
4.如权利要求1所述的光化学高级氧化处理脱硝脱汞的装置，其特征在于：溶剂型吸收装置(13)设在紫外-臭氧反应区(3)和出气调节区(4)之间。
5.如权利要求1所述的光化学高级氧化处理脱硝脱汞的装置，其特征在于：溶剂型吸收装置(13)设在出气调节区(4)之后。
6.如权利要求1所述的利用光化学高级氧化处理脱硝脱汞的装置，其特征在于：所述腔体是个圆柱形容器。
7.如权利要求1所述的光化学高级氧化处理脱硝脱汞的装置，其特征在于：所述的臭氧经由紫外灯(10)照射产生。
8.如权利要求1所述的光化学高级氧化处理脱硝脱汞的装置，其特征在于：所述过滤区(2)和紫外-臭氧反应区(3)的外壁一个整体，其内部通过隔板(5)相隔，所述隔板(5)为穿孔板。
9.如权利要求8所述的反应器，其特征在于所述隔板(5)上的孔的孔径为6～10mm。
10.如权利要求1所述的光化学高级氧化处理脱硝脱汞的装置，其特征在于：所述的紫外灯(10)为平行或交叉排列的紫外灯组。
11.如权利要求1所述的光化学高级氧化处理脱硝脱汞的装置，其特征在于：所述的紫外灯(10)为中压汞灯。
12.如权利要求1所述的光化学高级氧化处理脱硝脱汞的装置，其特征在于：所述的紫外灯(10)是发射波长为100～400nm的同波长紫外灯组。
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