CN204365118U

CN204365118U - 一种基于光激发臭氧联合湿法洗涤的同时脱硫脱硝系统

Info

Publication number: CN204365118U
Application number: CN201420817518.XU
Authority: CN
Inventors: 孙益明; 刘杨先
Original assignee: Yancheng Mding Environmental Protection Equipment Co Ltd
Current assignee: Yancheng Mding Environmental Protection Equipment Co Ltd
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2024-12-22

Abstract

本实用新型公开了一种基于光激发臭氧联合湿法洗涤的同时脱硫脱硝系统，包括锅炉（1），所述锅炉（1）的烟气出口通过管道与除尘器（3）相连，除尘器（3）的出口经管道输送至烟气冷却器（4），烟气冷却器（4）的出口经带有臭氧发生器（5）的管道与光化学反应器（6）相连，光化学反应器（6）处理后产生的产物经管道输送至尾部洗涤器（8），经尾部洗涤器（8）洗涤后的烟气经管道输送至烟囱（9）排放。本实用新型的系统中O₃在紫外光激发下产生的原子氧（·O）与烟气中的SO₂和NO_x氧化为溶解性高的气态产物，这些气态产物进入尾部洗涤塔内由纯水吸收并产生工业原料硫酸和硝酸，整个脱除过程洁净环保，具有广阔的应用前景。

Description

一种基于光激发臭氧联合湿法洗涤的同时脱硫脱硝系统

技术领域

本实用新型涉及燃烧过程中烟气排放污染物的控制，尤其涉及一种基于光激发臭氧联合湿法洗涤的同时脱硫脱硝系统。

背景技术

燃烧过程中产生的二氧化硫和氮氧化物能够引起酸雨和光化学烟雾等严重危害。因此，研发有效的烟气脱硫脱硝方法是各国环保科技人员的面临的重要任务之一。近些年来，尽管人们开发了大量的脱硫脱硝技术，但由于人类认识过程的局限性和科学技术发展的渐进性，现有的各种脱硫脱硝技术在研发当初仅针对单一污染物为脱除目标，一般无法实现多污染物的同时脱除。例如，目前应用较多的脱硫脱硝技术主要为石灰石-石膏法烟气湿法脱硫技术（Ca-WFGD）和氨选择性催化还原脱硝法(NH3-SCR)。这两种工艺虽然可以分别单独脱硫脱硝，但均无法在一个催化反应器内实现同时脱除。两种工艺的联合叠加使用虽然可以实现同时脱硫脱硝，但同时也造成整个系统复杂，占地面积大，投资和运行成本高等不足。如果能够在一个反应器内将二氧化硫和氮氧化物实现同时脱除，则可以大大降低系统的复杂性和占地面积，进而减少系统的初投资与运行费用。湿法烟气净化技术是一种传统的烟气处理技术，具有初投资小﹑工艺流程简单和易于实现多污染物同时脱除等特点，是一种十分有开发和应用前景的烟气净化技术。但传统的湿法烟气净化技术的研究进展却一直相对缓慢，其主要原因就在于氮氧化物中含有90%以上难溶的NO。由双膜理论可知，气相分子必须首先由气态经传质和扩散溶入液相，然后才能发生化学反应固定到吸收液中，而NO难溶的特性使得其在液相的吸收传质阻力大大增加，仅通过调控吸收液pH和温度的方法难以显著提高NO在液相的溶解度，这一特性造成了传统的湿法脱硫脱硝技术普遍存在脱硫效率高，但脱硝效率低等不足，实际上无法实现真正的同时脱硫脱硝。因此，寻找能够将NO快速转化为易溶形态的有效方法是解决该问题的关键之一。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于光激发臭氧联合湿法洗涤的同时脱硫脱硝系统，利用紫外光激发分解臭氧引发链式反应产生氧原子 (·O)将烟气中的SO₂和NO_x氧化为高溶解性的气态产物，然后经过尾部的湿法洗涤系统脱除，进而实现同时脱硫脱硝的目的。

本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的：

一种基于光激发臭氧联合湿法洗涤的同时脱硫脱硝系统，包括锅炉，其特征在于：所述锅炉的烟气出口通过管道与除尘器相连对烟气进行除尘，除尘后的烟气通过除尘器的出口经管道输送至烟气冷却器进行降温处理，降温后的烟气通过烟气冷却器的出口经带有臭氧发生器的管道输送至光化学反应器，降温后的烟气和臭氧发生器产生的O₃在光化学反应器内采用搅拌桨充分混合，光化学反应器处理后产生的气态产物经管道输送至尾部洗涤器，经尾部洗涤器洗涤后的烟气经管道输送至烟囱排放。

所述的光化学反应器包括外壳、紫外灯和石英玻璃隔板，外壳为一长方体容器，在外壳的对称内壁上设有沿着光化学反应器长度方向设置的紫外灯，外壳对称内壁上的紫外灯的内侧皆设有石英玻璃隔板，两块石英玻璃隔板和外壳构成降温烟气和O₃发生反应的反应腔及流通通道。

所述的紫外灯采用位于光化学反应器外的光源控制器控制。

所述的紫外灯之间的间距为20～60cm，紫外灯发出的紫外光有效波长为170nm～300nm且光化学反应器内的单位体积紫外光的辐射功率为50W/m³～300W/m³。

所述光化学反应器的截面积按照空塔气速为0.2m/s～5m/s的范围来计算确定；所述光化学反应器的长度按照烟气停留时间为1s～10s的范围来计算确定。

所述的搅拌桨沿着光化学反应器的长度方向均匀设置。

所述臭氧发生器在管道上的位置距离光化学反应器的烟气进口之间的距离为60cm～200cm且臭氧发生器产生的O₃的投加量为20ppm～2000ppm。

所述光化学反应器的烟气入口输入的SO₂和NO_x的有效入口浓度分别是20ppm～8000ppm和20ppm～4000ppm；且经过烟气冷却器降温处理后输入光化学反应器的烟气入口温度为25～65℃。

所述的除尘器与锅炉烟气出口之间的管道上设有风机以便于锅炉燃烧产生的含有SO₂和NO_x的烟气进入除尘器内。

所述的尾部洗涤塔为喷淋塔﹑鼓泡塔﹑搅拌釜和填料塔中的一种或两种以上的组合。

上述同时脱硫脱硝系统实现同时脱硫脱硝的化学反应过程如下：

1）臭氧在紫外光照射下引发链式反应产生强氧化性氧原子(·O)的反应机理：

(1)

2） SO₂和NO被氧化为易溶的气态产物SO₃和NO₂：

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

3）溶液中硫酸与硝酸混合溶液可作为工业原料回收利用（例如添加氨气反应产生硫酸铵和硝酸铵，然后再利用锅炉的烟气余热蒸发结晶产生固态的农业肥料硫酸铵和硝酸铵，即最终可获得有附加值的工业产品。）。

本实用新型相比现有技术有如下优点：

1、与目前已经获得广泛应用的湿法石灰石-石膏法烟气脱硫技术（Ca-WFGD）和氨选择性催化还原脱硝法(NH₃-SCR)相比，本实用新型的同时脱硫脱硝系统能同时脱硫脱硝，易于在一个反应器内实现烟气中多种污染物的同时脱除，因而能够显著降低系统的复杂性，减少系统的初始投资和运行费用，具有很高的开发与应用价值。

2、与高锰酸钾﹑亚氯酸钠与过硫酸钾等传统湿法氧化工艺相比，本实用新型产生的氧原子（·O）是一种环保型强氧化剂，产生的硫酸与硝酸溶液可以实现回收再利用，整个反应过程无二次污染，而高锰酸钾和亚氯酸钠等传统氧化工艺会产生较复杂的副产物，给后处理带来很大困难。

3、与一种基于光化学高级氧化的同时脱硫脱硝系统，专利号为201010296492.5的实用新型专利相比，本实用新型还具有以下诸多明显的优势和技术特点：

1）本实用新型的污染物脱除过程属于干法的均相反应过程，因而化学反应过程可以不受扩散或传质环节的控制，而201010296492.5是一个湿法的非均相反应过程，由于NO的溶解度很低，吸收过程的控制环节集中在气液传质或扩散过程，从而导致吸收过程的传质阻力大大增加，而本实用新型属于均相反应过程，无需考虑气液传质阻力，反应过程将更加的高效有利；

2）实用新型专利ZL201010296492.5所述的脱硫脱硝程均属于湿法脱除过程，因而紫外灯需要完全浸没在溶液中，但由于紫外灯在溶液中的穿透能力很弱，故光能有效利用率很低；此外，由于紫外光在液相的穿透距离较短，在满足相同处理量的前提下，反应器内需要布置更多的紫外灯设备，这将导致反应器体积大大增加，最终也增加了初投资和运行费用，而本实用新型是一个干法的均相反应过程，紫外光是在空气中传播，光穿透距离将大大增加，光能的有效利用率也将得到显著提高。因此，本实用新型将具有较大的技术与经济优势；

3）实用新型专利ZL201010296492.5所述的脱硫脱硝过程是一个湿法的脱除过程，由于反应物与反应产物处于同一个反应器内，随着污染物脱除过程的进行，溶液中的硫酸根和硝酸根浓度将逐渐增加。此时溶液的离子盐析效应将会显著增加，最终会导致NO溶解度明显下降，因而在满足污染物脱除指标的前提下，实际上系统将很难无限制地制取能满足市场需求的高浓度硫酸和硝酸溶液，而反应过程产生的大量的硝酸和硫酸稀溶液将会大大增加二次处理的成本；本实用新型提出的新型反应过程是一个干法脱除过程，氧化产物皆为高溶解度的气相产物，尾部独立的湿法洗涤塔可以充分吸收气相产物而不影响光化学氧化过程本身的运行效果，从而可以充分地制取高浓度的硫酸与硝酸溶液，降低了二次处理成本；这一技术改进在将来的大规模工业应用中无疑具有重要的技术与经济价值。

综上所述，本实用新型描述的同时脱硫脱硝系统相对于现有的主要烟气净化技术均表现出了较大的技术与经济优势，整个脱硫脱硝过程无二次污染、洁净环保，具有很高的实际应用价值。

附图说明

附图1为本实用新型的同时脱硫脱硝系统结构示意图；

附图2为本实用新型的光化学反应器立体结构示意图；

附图3为附图2的俯视结构示意图；

附图4为附图2的正视结构示意图；

附图5为附图4的局部剖视结构示意图。

其中：1—锅炉；2—风机；3—除尘器；4—烟气冷却器；5—臭氧发生器；6—光化学反应器；7—光源控制器；8—尾部洗涤器；9—烟囱；10—搅拌桨；11—外壳；12—紫外灯；13—石英玻璃隔板。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示：一种基于光激发臭氧联合湿法洗涤的同时脱硫脱硝系统，包括锅炉1，锅炉1的烟气出口通过管道与除尘器3相连对烟气进行除尘，且除尘器3与锅炉4的烟气出口之间的管道上设有风机2以便于锅炉1燃烧产生的含有SO₂和NO_x的烟气进入除尘器3内，除尘后的烟气通过除尘器3的出口经管道输送至烟气冷却器4进行降温处理，降温后的烟气通过烟气冷却器4的出口经带有臭氧发生器5的管道输送至光化学反应器6，降温后的烟气和臭氧发生器5产生的O₃在光化学反应器6内采用搅拌桨10充分混合后发生反应，O₃在紫外光激发下产生的原子氧（·O）能够与SO₂和NO_x氧化为溶解性高的气态产物，光化学反应器6处理后产生的气态产物经管道输送至尾部洗涤器8，尾部洗涤塔8为喷淋塔﹑鼓泡塔﹑搅拌釜和填料塔中的一种或两种以上的组合，经尾部洗涤器8洗涤后的烟气经管道输送至烟囱9排放。采用上述结构的同时脱硫脱硝系统既可以用于同时脱除SO₂和NO_x，也可以用于单独脱除其中的一种污染物。

上述同时脱硫脱硝系统中的核心要件是光化学反应器6，如图2-5所示，光化学反应器6包括外壳11、紫外灯12和石英玻璃隔板13，外壳11为一长方体容器，光化学反应器6的截面积（或者说外壳11的截面积）按照空塔气速为0.2m/s～5m/s的范围来计算确定；所述光化学反应器6的长度（或者说外壳11的长度）按照烟气停留时间为1s～10s的范围来计算确定；在外壳11的对称内壁上设有沿着光化学反应器6长度方向设置的紫外灯12，紫外灯12采用位于光化学反应器6外的光源控制器7控制，紫外灯12发出的紫外光有效波长为170nm～300nm，紫外灯12之间的间距为20～60cm，布置的紫外灯12具体数量应有由光化学反应器6的体积和每盏紫外灯12的辐射功率确定，但必须要保证光化学反应器内单位体积紫外光辐射功率为50W/m³～300W/m³；外壳11对称内壁上的紫外灯12的内侧皆设有高透光率的石英玻璃隔板13，而不能设置普通玻璃作为隔板，两块石英玻璃隔板13和外壳1构成降温烟气和O₃发生反应的反应腔及流通通道。且用于混合降温后烟气和O₃的搅拌桨10沿着光化学反应器6的长度方向均匀设置；同时紫外灯12能够采用两种方式设置，一种是将紫外灯12设置在外壳11的前后侧壁上（如图2-5所示的情况），另外还能将紫外灯12设置在外壳11的上壁和底面上，此时搅拌桨10的位置亦会更改在外壳11的前侧壁和/或后侧壁上。

该上述同时脱硫脱硝系统中另外一个重要的要件就是臭氧发生器5在管道上的位置距离光化学反应器6的烟气进口之间的注入距离L，即臭氧发生器5在管道上的注入口至光化学反应器6的烟气进口之间的注入距离L，如果注入距离L太短会导致O₃与烟气之间的混合时间不够，距离太长会导致O₃在高温烟气中自分解，从而造成浪费，故将注入距离L限定为60cm～200cm。另外需要对烟气中的SO₂和NO_x的有效入口浓度、烟气入口温度以及O₃的投加量进行限制，以获得最好的脱硫脱硝效果，在本系统中，将光化学反应器6的烟气入口输入的SO₂和NO_x的有效入口浓度分别限定为20ppm～8000ppm和20ppm～4000ppm，臭氧发生器5产生的O₃的投加量限定为20ppm～2000ppm；经过烟气冷却器4降温处理后输入光化学反应器6的烟气温度为25～65℃，因为烟气入口温度太低会增加烟气降温的额外能量消耗，但烟气入口如果太高则会降低紫外灯12的能量利用效率，故最佳烟气入口温度位于25-65℃之间。

下面通过实施例之间的比较说明本实用新型的技术效果。

实施例1

实施例2

通过比对实施例1和实施例2，发现在体积相同的光化学反应器6内，在紫外光波长、烟气中的NO浓度和SO₂浓度、单位体积内的紫外光辐射功率、停留时间和空塔气速相同的情况下，SO₂的脱除率没有变化，而NO的脱除率则明显受到臭氧浓度的减小而降低。

实施例3

通过比对实施例1和实施例3，发现在其它参数不变的情况下，SO₂的脱除率没有变化，NO的脱除率则明显受到单位体积内的紫外光辐射功率的减小而降低。

实施例4

通过比对实施例1和实施例4，发现在其它参数不变的情况下，SO₂的脱除率、NO的脱除率则明显由于烟气在光化学反应器6内的停留时间大幅缩短而降低。

实施例5

通过比对实施例1和实施例5，发现在其它参数不变的情况下，SO₂的脱除率、NO的脱除率则明显由于光化学反应器6内的空塔气速大幅增加而降低。

实施例6

通过比对实施例1和实施例6，发现在其它参数不变的情况下，SO₂的脱除率、NO的脱除率则明显由于臭氧浓度的降低、烟气在光化学反应器6内的停留时间缩短而降低。

综上，由实施例表1-6 可以看出，实施例1所采用的参数获得了最高的同时脱硫脱硝效率，因而可作为本实用新型的最佳实施例操作参数。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内；本实用新型未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims

1.一种基于光激发臭氧联合湿法洗涤的同时脱硫脱硝系统，包括锅炉（1），其特征在于：所述锅炉（1）的烟气出口通过管道与除尘器（3）相连对烟气进行除尘，除尘后的烟气通过除尘器（3）的出口经管道输送至烟气冷却器（4）进行降温处理，降温后的烟气通过烟气冷却器（4）的出口经带有臭氧发生器（5）的管道输送至光化学反应器（6），降温后的烟气和臭氧发生器（5）产生的O₃在光化学反应器（6）内采用搅拌桨（10）充分混合，光化学反应器（6）处理后产生的气态产物经管道输送至尾部洗涤器（8），经尾部洗涤器（8）洗涤后的烟气经管道输送至烟囱（9）排放。

2.根据权利要求1所述的基于光激发臭氧联合湿法洗涤的同时脱硫脱硝系统，其特征在于：所述的光化学反应器（6）包括外壳（11）、紫外灯（12）和石英玻璃隔板（13），外壳（11）为一长方体容器，在外壳（11）的对称内壁上设有沿着光化学反应器（6）长度方向设置的紫外灯（12），外壳（11）对称内壁上的紫外灯（12）的内侧皆设有石英玻璃隔板（13），两块石英玻璃隔板（13）和外壳（1）构成降温烟气和O₃发生反应的反应腔及流通通道。

3.根据权利要求2所述的基于光激发臭氧联合湿法洗涤的同时脱硫脱硝系统，其特征在于：所述的紫外灯（12）采用位于光化学反应器（6）外的光源控制器（7）控制。

4.根据权利要求2或3所述的基于光激发臭氧联合湿法洗涤的同时脱硫脱硝系统，其特征在于：所述的紫外灯（12）之间的间距为20～60cm，紫外灯（12）发出的紫外光有效波长为170nm～300nm且光化学反应器（6）内的单位体积紫外光的辐射功率为50W/m³～300W/m³。

5.根据权利要求1或2所述的基于光激发臭氧联合湿法洗涤的同时脱硫脱硝系统，其特征在于：所述光化学反应器（6）的截面积按照空塔气速为0.2m/s～5m/s的范围来计算确定；所述光化学反应器（6）的长度按照烟气停留时间为1s～10s的范围来计算确定。

6.根据权利要求1或2所述的基于光激发臭氧联合湿法洗涤的同时脱硫脱硝系统，其特征在于：所述的搅拌桨（10）沿着光化学反应器（6）的长度方向均匀设置。

7.根据权利要求1所述的基于光激发臭氧联合湿法洗涤的同时脱硫脱硝系统，其特征在于：所述臭氧发生器（5）在管道上的位置距离光化学反应器（6）的烟气进口之间的距离为60cm～200cm且臭氧发生器（5）产生的O₃的投加量为20ppm～2000ppm。

8.根据权利要求1或7所述的基于光激发臭氧联合湿法洗涤的同时脱硫脱硝系统，其特征在于：所述光化学反应器（6）的烟气入口输入的SO₂和NO_x的有效入口浓度分别是20ppm～8000ppm和20ppm～4000ppm；且经过烟气冷却器（4）降温处理后输入光化学反应器（6）的烟气入口温度为25～65℃。

9.根据权利要求1所述的基于光激发臭氧联合湿法洗涤的同时脱硫脱硝系统，其特征在于：所述的除尘器（3）与锅炉（1）烟气出口之间的管道上设有风机（2）以便于锅炉（1）燃烧产生的含有SO₂和NO_x的烟气进入除尘器（3）内。

10.根据权利要求1所述的基于光激发臭氧联合湿法洗涤的同时脱硫脱硝系统，其特征在于：所述的尾部洗涤塔（8）为喷淋塔﹑鼓泡塔﹑搅拌釜和填料塔中的一种或两种以上的组合。