CN207012787U - 一种烟气脱硝用臭氧反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及烟气净化技术领域，提供了一种烟气脱硝用臭氧反应装置，包括第一反应腔、第二反应腔、第一臭氧喷射装置、第二臭氧喷射装置。第一反应腔设有第一进气口，第二反应腔设有与第一反应腔连通用的第二进气口以及与外部洗涤塔连通用的出气口。第一臭氧喷射装置、第二臭氧喷射装置分别用于将臭氧喷射至第一反应腔、第二反应腔。本实用新型臭氧反应装置通过结构设计有效实现分时、分区氧化氮氧化物(NO_X)，通过臭氧的分步喷射有利于控制N₂O₅的生成时间和生成量，进而有利于提高臭氧的利用率、防止过量损耗臭氧。

Description

一种烟气脱硝用臭氧反应装置

技术领域

本实用新型涉及烟气净化技术领域，具体地说，是涉及一种用于烟气脱硝的臭氧反应装置。

背景技术

氮氧化物(NO_X)通常是由固定污染源，如工业锅炉、燃气涡轮、燃煤电厂等产生，是当今最重要的大气污染物之一。其不仅导致温室，还促使臭氧（O₃）大量转化为氧气（O₂），从而破坏臭氧层。基于臭氧的氧化法脱硝主要是利用臭氧的强氧化性进行氧化脱硝，将不可溶的低价态氮氧化物氧化为可溶的高价态氮氧化物，然后在洗涤塔内将氮氧化物吸收，达到脱除的目的。

但是，被氧化后的氮氧化物主要的以NO₂和N₂O₅两种价态存在。臭氧氧化NO反应生成NO₂所需的活化能远低于氧化NO₂形成N₂O₅所需要的活化能，所以采用单点投加的方式，在臭氧投加量不足的情况下，投加的臭氧与烟气中NO_X混合效果不好，不易生产N₂O₅，或者生成的时间较早导致进入洗涤塔前生成的N₂O₅又分解的状况，而过量投加臭氧又造成了臭氧的浪费使用，导致臭氧利用率低、消耗量大。且在洗涤塔中被吸收的过程中，NO₂与水反应属于中速反应，N₂O₅与水的反应属于快速反应并比NO₂提高百倍，因此，作为氧化脱硝工艺核心部件的臭氧反应装置，能否有效控制N₂O₅的生成时间和生成量，是影响脱硝效果好坏的关键。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种烟气脱硝用臭氧反应装置，通过结构设计有效实现分时、分区氧化氮氧化物(NO_X)，有利于控制N₂O₅的生成时间和生成量，进而有利于提高臭氧的利用率、降低了NO_X处理成本。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种烟气脱硝用臭氧反应装置，包括第一反应腔、第二反应腔、第一臭氧喷射装置、第二臭氧喷射装置。所述第一反应腔设有第一进气口，所述第二反应腔设有与所述第一反应腔连通用的第二进气口以及与外部洗涤塔连通用的出气口。所述第一臭氧喷射装置、第二臭氧喷射装置分别用于将臭氧喷射至第一反应腔、第二反应腔。

进一步的，所述臭氧反应装置包括外筒以及位于所述外筒内部的内筒，所述外筒、内筒之间形成有一端封闭的第一反应腔，所述内筒形成有第二反应腔。

进一步的，所述第二进气口为所述内筒上环绕均布的多排布气格栅。

进一步的，所述内筒包括依次设置的第一圆台段、圆柱段、第二圆台段，第二臭氧喷射装置设于所述第一圆台段，所述布气格栅位于所述圆柱段，所述第二圆台段的底端形成所述出气口。

进一步的，所述第二圆台段的母线与轴线的夹角为50°-60°。

进一步的，所述第一臭氧喷射装置包括第一母管以及连通于所述第一母管的多个第一喷射管，所述第一喷射管上设有第一喷嘴。

进一步的，多个所述第一喷嘴环形均布并垂直于所述第一进气口。

进一步的，所述第二臭氧喷射装置包括第二母管以及连通于所述第二母管的多个第二喷射管。

进一步的，多个所述第二喷射管环形均布并垂直于所述第二进气口。

进一步的，所述臭氧反应装置还包括设于所述第一进气口与所述第一臭氧喷射装置之间的旋流板。

与现有技术相比，本实用新型的优点及有益效果是：

本实用新型烟气脱硝用臭氧反应装置在实现分段喷射臭氧的同时实现了分时、分区氧化NO_X。当通过第一进气口的烟气流量一定时，可根据第一臭氧喷射装置的臭氧喷射流量以及第一反应腔的大小、第二进气口（即第一反应腔内烟气的排气口）的大小来控制第一反应腔内的烟气流速以及氧化反应时间，利用臭氧氧化NO反应生成NO₂所需的活化能远远低于氧化NO₂生成N₂O₅所需要的活化能的特性，达到第一反应腔内主要发生NO+O₃=NO₂+O₂的一级氧化反应，不仅避免了N₂O₅过早的过量生成还能避免臭氧的无效消耗。当第二臭氧喷射装置在向第二反应腔喷射臭氧形成高速射流时，造成第二反应腔内负压，第一反应腔内的烟气通过第二进气口被不断地粘连和裹挟至第二反应腔内，并形成漩涡不断卷吸周围烟气，卷吸与掺混的结果使得射流截面不断扩大，流速不断降低，流量沿程增加，以达到第二反应腔内烟气与新喷射的臭氧较好地混合的目的，利用第一反应腔内生成的NO₂从而发生主要反应为2NO₂+O₃=N₂O₅+O₂的二级氧化反应。而生成的N₂O₅也因第二臭氧喷射装置形成的高速射流被及时的输送至外部的洗涤塔内，及时有效的输送也较好地避免了生成的N₂O₅又分解的状况产生，最终，被过氧化的氮氧化物被快速的喷淋吸收去除。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型具体实施例烟气脱硝用臭氧反应装置的侧视图；

图2是本实用新型具体实施例烟气脱硝用臭氧反应装置的主视图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例提出了一种烟气脱硝用臭氧反应装置，其包括有两个反应腔：第一反应腔、第二反应腔；以及两个臭氧喷射装置：第一臭氧喷射装置10、第二臭氧喷射装置20，如图1、图2所示。第一臭氧喷射装置10用于将臭氧喷射至第一反应腔，第二臭氧喷射装置20用于将臭氧喷射至第二反应腔。其中，第一反应腔、第二反应腔的结构形状、尺寸大小并不唯一，二者的排布方式也可以根据场地具体加工制造，例如呈直线或曲线依次排布、呈设定夹角排布或者套装排布。特别的，本实施例在第一反应腔上设置了用于外部烟气通过的第一进气口31，在第二反应腔设置了与第一反应腔连通用的第二进气口（即用于作为第一反应腔内烟气的排气口）以及与外部洗涤塔连通用的出气口。

当将外部需要净化的烟气由第一进气口31输送至第一反应腔内后，第一臭氧喷射装置10通过向第一反应腔内喷射臭氧发生一级氧化反应，在一级氧化反应中以下几种情况：

NO+O₃=NO₂+O₂ (a)

NO₂+O₃=NO₃+O₂ (b)

NO₂+NO=NO₃+O₂ (c)

NO₂+NO₃=N₂O₅ (d)

在喷射过程中臭氧形成的高速射流以及第一反应腔内空间的限制使得臭氧自身与烟气充分混合，当通过第一进气口31的烟气流量一定时，可根据第一反应腔的大小、第二进气口的大小以及第一臭氧喷射装置10的臭氧喷射流量来控制第一反应腔内的烟气流速以及反应时间，以确保第一反应腔内臭氧量适量，并利用臭氧氧化NO反应生成NO₂所需的活化能较低的特性，发生主要反应为NO+O₃=NO₂+O₂（a）的一级氧化反应，不仅臭氧得到有效利用而且充分消耗掉了烟气中不稳定的NO，生成大量相对稳定的NO₂，防止过量生成的N₂O₅在通过第二反应腔的出气口前已发生分解，从而导致脱硝效果差的问题。

第二臭氧喷射装置20在向第二反应腔喷射臭氧时，形成的高速射流造成第二反应腔内负压，因而可以不断地将第一反应腔内反应后的烟气（含有大量NO₂）,粘连和裹挟至高速射流中，卷吸与掺混的结果使得射流截面不断扩大，流速不断降低，流量沿程增加，从而较好地将新喷射的臭氧与烟气充分地混合，在充分混合的情况下实现烟气和臭氧的二级氧化反应，由于在第一反应腔内已经充分消耗掉了烟气中的NO，因此，在二级氧化反应中反应有以下几种情况：

NO₂+O₃=NO₃+O₂ (b)

NO₂+NO₃=N₂O₅ (d)

2NO₂+O₃=N₂O₅+O₂ (e)

由于第一反应腔内生成了大量的NO₂.其与第二臭氧喷射装置20喷射的臭氧充分混合，因而使得二级氧化反应中的主要反应为2NO₂+O₃=N₂O₅+O₂ (e)，新喷射的臭氧不仅消耗掉了大量NO₂,而且还生成了大量易与水发生反应、易被喷淋去除的N₂O₅，具体的生成的N₂O₅在射流的带动下通过出气口被及时的输送至外部洗涤塔内，从而被快速的喷淋吸收去除。

具体的，为了简化臭氧反应装置的结构，方便其与不同场地之间的适配，本实施例臭氧反应装置包括外筒30以及位于外筒30内部的内筒40，并利用外筒30、内筒40之间的间隙形成第一反应腔，第一反应腔的一端封闭，其另一端敞口形成第一进气口31，利用内筒40的内部空间形成第二反应腔。为了烟气与臭氧之间更好地混合，防止第一反应腔内出现堆积的烟气，进一步设计外筒30、内筒40均为回转形结构，且二者同轴设置。为了第一反应腔内的烟气能够均匀进入第二反应腔，特别将第二进气口设计为内筒40上环绕均布的多排布气格栅421，本实施例中单个布气格栅421的宽度为20mm，并具体设计布气格栅421的压损为100pa左右。

此外，为了方便对第二臭氧喷射装置20的固定安装，如图1所示，内筒40包括依次设置的第一圆台段41、圆柱段42、第二圆台段43，具体设计圆柱段42直径为1500mm,圆柱段42与外筒30之间的距离为750mm。其中，第二臭氧喷射装置20安装于第一圆台段41，布气格栅421设置在圆柱段42并邻近第一圆台段41，为了对烟气起到导流的效果，还可在圆柱段42中的布气格栅421上设置导流板，当导流板与内筒40的径向截面呈60°-70°范围内的夹角时均具有较好地导流效果。为了提高反应后烟气的输出率，扩大出气口的截面，特别设计第二圆台段43的底端形成所述出气口，第二圆台段43的母线与轴线的夹角优选在50°-60°范围内设计，呈喇叭口扩张式的第二圆台段43便于最终生成的N₂O₅被及时的输送至洗涤塔内。

此外，为了使得外部烟气与第一臭氧喷射装置10喷射的臭氧更好地混合，本实施例中在第一进气口31与第一臭氧喷射装置10之间还设置了旋流板50，其中，旋流板中旋流片与第一进气口31的进气方向之间的夹角优选在40°-50°范围内，压损设定为260pa左右，旋流板的设置使得使烟气在同样大小的第一反应腔内旋转次数增加、通过的路径增长、气相紊动剧烈，烟气与臭氧在时间和空间上得到充分的混合，有利于一级氧化反应的发生。

同样为了第一反应腔内烟气与臭氧更好地混合，在第一臭氧喷射装置10的结构设计上，如图2所示，其具体包括第一母管11以及连通于第一母管11的多个第一喷射管12，并在每个第一喷射管12上设有第一喷嘴13，多个第一喷嘴13的同时喷射明显利于臭氧与烟气的混合，更为具体的，第一母管11呈环形并环绕在外筒30的侧壁上，多个第一喷嘴13环形均布并垂直于第一进气口31，第一喷嘴13与第一进气口31垂直的设定，更进一步增加了喷射的臭氧与烟气的接触面积，提高混合效率，当然在其他实施例中还可在每个第一喷嘴13上装配小型的扰流片。

而为了第二反应腔内烟气与臭氧更好地混合，在第二臭氧喷射装置20的结构设计上，其包括第二母管21以及连通于第二母管21的多个第二喷射管22，第二母管21呈环形并环绕在内筒40上的第一圆台段41的侧壁上，多个第二喷射管22环形均布并垂直于第二进气口（在本实用新型的其他实施例中若第二喷射管22上设有第二喷嘴时则第二喷嘴垂直于第二进气口），由于第二进气口具体为环绕均布的多排布气格栅421，因此，多个第二喷射管22沿内筒40的轴向由第一圆台段41向圆柱段42延伸。

基于氧化反应生成NO₂和N₂O₅的活化能不同,参考上述的一级氧化反应、二级氧化反应可见，本实施例臭氧反应装置有效实现了分时、分区进行氧化氮氧化物(NO_X)，既可以合理利用臭氧、防止过量消耗臭氧，还能控制N₂O₅的生成时间，防止其过早生成而又出现分解现象，由于NO₂与吸收液（例如，水）的反应相比N₂O₅较为缓慢，因此N₂O₅的适时生成可以有效提高NO_X的去除率，进而降低了NO_X处理成本。

以上，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种烟气脱硝用臭氧反应装置，其特征在于，包括：

第一反应腔，设有第一进气口，

第二反应腔，设有与所述第一反应腔连通用的第二进气口以及与外部洗涤塔连通用的出气口，

第一臭氧喷射装置、第二臭氧喷射装置，分别用于将臭氧喷射至第一反应腔、第二反应腔。

2.根据权利要求1所述的烟气脱硝用臭氧反应装置，其特征在于，包括外筒以及位于所述外筒内部的内筒，所述外筒、内筒之间形成有一端封闭的第一反应腔，所述内筒形成有第二反应腔。

3.根据权利要求2所述的烟气脱硝用臭氧反应装置，其特征在于，所述第二进气口为所述内筒上环绕均布的多排布气格栅。

4.根据权利要求3所述的烟气脱硝用臭氧反应装置，其特征在于，所述内筒包括依次设置的第一圆台段、圆柱段、第二圆台段，第二臭氧喷射装置设于所述第一圆台段，所述布气格栅位于所述圆柱段，所述第二圆台段的底端形成所述出气口。

5.根据权利要求4所述的烟气脱硝用臭氧反应装置，其特征在于，所述第二圆台段的母线与轴线的夹角为50°-60°。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的烟气脱硝用臭氧反应装置，其特征在于，所述第一臭氧喷射装置包括第一母管以及连通于所述第一母管的多个第一喷射管，所述第一喷射管上设有第一喷嘴。

7.根据权利要求6所述的烟气脱硝用臭氧反应装置，其特征在于，多个所述第一喷嘴环形均布并垂直于所述第一进气口。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的烟气脱硝用臭氧反应装置，其特征在于，所述第二臭氧喷射装置包括第二母管以及连通于所述第二母管的多个第二喷射管。

9.根据权利要求8所述的烟气脱硝用臭氧反应装置，其特征在于，多个所述第二喷射管环形均布并垂直于所述第二进气口。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的烟气脱硝用臭氧反应装置，其特征在于，还包括设于所述第一进气口与所述第一臭氧喷射装置之间的旋流板。