CN214345505U - 一种基于先进纳米催化材料的脱硫脱硝集成净化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于先进纳米催化材料的脱硫脱硝集成净化装置，包括净化塔，净化塔下部设有烟气进口，净化塔内从下至上依次设有均气塔板、脱硫液循环喷淋模块、锥形分离增效组件、碳基吸附还原催化模块、折流板式除雾模块、光净气旋除雾模块、双氧水氧化模块、UV辅助光源模块和碳基吸附氧化催化模块，净化塔顶部设有第二测温测压模块；能够同时起到了除水、除雾、除尘、脱硝、脱二噁英、脱VOCS和脱重金属的效果，该装置从下至上依次分为氨法脱硫段、锥形分离增效段、碳基还原段、除尘除雾段和高级氧化段，对烟气进行多重净化，烟气的净化效果好，同时装置占地面积较小，能耗较低。

Description

一种基于先进纳米催化材料的脱硫脱硝集成净化装置

技术领域

本实用新型涉及烟气处理技术领域，具体为一种基于先进纳米催化材料的脱硫脱硝集成净化装置。

背景技术

烟气是气体和烟尘的混合物，是污染大气的主要原因。烟气的成分很复杂，气体中包括水蒸汽、SO₂、N₂、O₂、CO、CO₂碳氢化合物以及氮氧化合物等，烟尘包括燃料的灰分、煤粒、油滴以及高温裂解产物等。因此烟气对环境的污染是多种毒物的复合污染。烟尘对人体的危害性与颗粒的大小有关，对人体产生危害的多是直径小于10微米的飘尘，尤其以1-2.5微米的飘尘危害性最大。

对人体的危害一方面取决于污染物质的组成、浓度、持续时间及作用部位，另一方面取决于人体的敏感性。烟气浓度高是可引起急性中毒，表现为咳嗽、咽痛、胸闷气喘、头痛、眼睛刺痛等，严重者可死亡。最常见的是慢性中毒，引起刺激呼吸道粘膜导致慢性支气管炎等。

在烟气处理的过程需要对烟气进行脱硫脱硝处理，传统的处理方法中，脱硫和脱硝一般都采用不同的设备进行分开处理，设备占地大，脱硫脱硝过程中一般都需要采用大量的喷淋，导致产生的废水多，串联设备多，耗能高，脱硫脱硝成本较高。

基于此，本实用新型设计了一种基于先进纳米催化材料的脱硫脱硝集成净化装置，以解决上述提到的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于先进纳米催化材料的脱硫脱硝集成净化装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于先进纳米催化材料的脱硫脱硝集成净化装置，包括净化塔，所述净化塔下部设有烟气进口，所述净化塔内下部设有均气塔板，所述均气塔板上方设有脱硫液循环喷淋模块，所述脱硫液循环喷淋模块上方设有锥形分离增效组件，所述锥形分离增效组件上方设有碳基吸附还原催化模块，碳基吸附还原催化模块将烟气中氨和氮氧化物进行吸附，在催化模块表面进行还原反应生成N₂和H₂O。反应见下式

还原反应：

所述净化塔中部设有第一测温测压模块，所述第一测温测压模块位于锥形分离增效组件和碳基吸附还原催化模块之间，所述碳基吸附还原催化模块上方设有折流板式除雾模块，所述折流板式除雾模块上方设有光净气旋除雾模块，所述光净气旋除雾模块上方设有双氧水氧化模块，采用双流体喷枪喷射双氧水，使双氧水充分雾化，提高了净化效率，所述双氧水氧化模块上方设有UV辅助光源模块，所述UV辅助光源模块上方设有碳基吸附氧化催化模块，在光净气旋除雾模块和和UV辅助光源模块和双氧水氧化模块和碳基吸附氧化催化模块组成的高级氧化段，将烟气中的氮氧化物氧化成硝酸盐后，通过水洗去除，高级氧化段以H₂O₂、O₂和空气为原料，通过UV光源激活和光催化纳米材料催化性能促进OH和O₂ ^-的产生。OH和O₂ ^-将烟气中的NO向硝酸根转化，再经过水流冲刷去除，具体反应方程如下式

1、

2、

3、NO+2·OH＝NO₂+H₂O

4、NO₂+·OH+OH-＝NO_3-+H₂O

5、O₂ ^-+NO→NO₃ ^-

所述净化塔顶部设有第二测温测压模块。

优选的，所述脱硫液循环喷淋模块包括3～5层喷淋层，烟气从塔体烟气进口斜向下进入塔内，向上经过均气塔板后均匀上升，与喷淋层喷洒的脱硫液逆向接触，烟气中SO₂被脱硫液吸收，达到脱硫的目的。该段塔体空塔流速一般为3.5～4m/s，待处理的烟气进入氨法脱硫段与氨水进行逆向接触，去除烟气中的SO₂，其反应见下式1～3，其根据反应pH的不同，反应比例不同。塔内浆液浓度达到限值时，排出塔外，进行充氧曝气主要发生下式中4的反应，反应生成的硫酸铵盐经过干燥作为氮肥外售；高级氧化段也有一定的脱硫效果，见反应5

1、SO₂+2NH₃+H₂O→(NH₄)₂SO₃

2、SO₂+(NH₄)₂SO₃+H₂O→2NH₄HSO₃

3、NH₃+NH₄HSO₃→(NH₄)₂SO₃

4、2(NH₄)₂SO₃+O₂→2(NH₄)₂SO₄

5、

优选的，所述锥形分离增效组件包括锥形塔板、集水管路、集水沉淀箱、循环泵及回水管路，所述锥形塔板由孔板、集水槽和排水口组成。

该组件主要功能有：汽液分离：和脱硫液逆向接触的烟气中含有大量水汽，烟气和孔板撞击后水汽凝结为液滴流回浆液池，降低了烟气含水量，有利于烟气消白。

节水：除雾器冲洗水和光源冲洗水若全部流向底部浆液池会影响浆液密度，降低脱硫效果。锥形结构可将大部分冲洗水收集到集水槽内，通过排水口汇集到集水箱，沉淀去除杂质，作为除雾器冲洗、塔内补水使用。

增效：除雾器冲洗水和光源冲洗水中含有部分双氧水和溶解的臭氧，锥形分离增效塔板将水收集后循环使用提高了氧化剂的使用率，增强了脱硝效果。

优选的，所述孔板和集水槽均采用耐腐蚀材料制成，所述孔板开孔率大于30％，所述孔板孔径为3mm。孔板也可用30×30的不锈钢格栅上下固定2mm 316L丝网的方式代替。

优选的，所述碳基吸附还原催化模块由可装填料的格栅板上下安装钢丝网固定制成，所述格栅板内部装填直径为5mm的柱状活性炭，该模块可促使NOx和NH₃反应生成N₂，进行烟气脱硝，对烟气中的氨进行截留，减少氨逃逸，截留烟气中的尘。

优选的，所述光净气旋除雾模块由套筒、不对称小球、八卦网和上旋流板和下旋流板组成的单体拼接而成，所述不对称小球和八卦网设于套筒内，烟气夹带的水汽和颗粒物在上升过程中和除雾器表面撞击，水汽凝结为液滴流回集水槽和浆液池；颗粒物附着在除雾器表面，随着冲洗水回到集水槽和浆液池。

优选的，所述UV辅助光源模块下方设有光源冲洗管路，避免颗粒物和铵盐附着导致光照强度下降，确保较高的净化效率，所述净化塔顶部设有碳基冲洗管路，对下部的碳基吸附氧化催化模块间歇性冲洗，避免颗粒物在催化剂表面大量附着造成净化效率下降和系统阻力上升。

优选的，所述UV辅助光源模块采用等面积或等流量原则进行排布。

等面积原则：用单一的波长为185nm～280nm的短波UVC净化效率高、辐照距离短紫外线灯管。

等流量原则：根据各型光源净化效率、辐照距离，结合塔内烟气流量分布特点按照等流量原则将UVA、UVB、UVC光源组合安装：将净化效率高、辐照距离最短的UVC光源安装在烟气较为集中的塔体中心部位；净化效率较低、辐照距离最长的UVA光源安装在塔体烟气较为分散最外侧；UVB光源安装在UVC和UVA之间；或者可以采用单一光源，在气流集中部位加大光源安装密度。

优选的，所述UV辅助光源模块至少包括两层灯管，两层灯管之间设有催化塔板。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型能够同时起到了除水、除雾、除尘、脱硝、脱二噁英、脱VOCs和脱重金属的效果，该装置从下至上依次分为氨法脱硫段、锥形分离增效段、碳基还原段、除尘除雾段和高级氧化段，对烟气进行多重净化，烟气的净化效果好，同时装置占地面积较小，能耗较低，使用起来十分的方便。

2、本实用新型中，脱硝包括还原脱硝和氧化脱硝两部分，脱硝先还原、后氧化，防止了氨被氧化，造成氮氧化物的升高，碳基吸附氧化催化模块与前部光氧结合，形成吸附催化氧化体系，提升了单纯光氧的效果，并可对烟气进行脱除二噁英、VOCS、重金属等物质。

3、本实用新型中，通过增设锥形分离增效塔板，可将部分灯管冲洗水、除雾器冲洗水收集进入集水箱循环利用，节水的同时亦可提高氧化剂的利用率，通过催化塔板能够提高脱硝效率。

4、本实用新型中，通过光源冲洗管路对光源进行冲洗，避免颗粒物和铵盐附着导致光照强度下降，确保较高的净化效率，采用双流体喷枪喷射双氧水，使双氧水充分雾化，提高了净化效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型锥形分离增效组件结构示意图；

图3为本实用新型碳基吸附还原催化模块结构示意图；

图4为本实用新型光净气旋除雾模块结构示意图；

图5为本实用新型等面积光源布置方式结构示意图；

图6为本实用新型等流量光源布置方式结构示意图。

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，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-6，本实用新型提供一种基于先进纳米催化材料的脱硫脱硝集成净化装置技术方案：包括净化塔16，所述净化塔16下部设有烟气进口15，所述净化塔16内下部设有均气塔板14，所述均气塔板14上方设有脱硫液循环喷淋模块13，所述脱硫液循环喷淋模块13上方设有锥形分离增效组件12，所述锥形分离增效组件12上方设有碳基吸附还原催化模块10，碳基吸附还原催化模块10将氮氧化物还原为氮气去除；碳基吸附还原催化模块10将烟气中氨和氮氧化物进行吸附，在催化模块表面进行还原反应生成N₂和H₂O。反应见下式

碳基吸附还原催化模块10将烟气中氨和氮氧化物进行吸附，在催化模块表面进行还原反应生成N₂和H₂O。反应下下式

还原反应：

所述净化塔16中部设有第一测温测压模块11，所述第一测温测压模块11位于锥形分离增效组件12和碳基吸附还原催化模块10之间，所述碳基吸附还原催化模块10上方设有折流板式除雾模块9，所述折流板式除雾模块9上方设有光净气旋除雾模块8，所述光净气旋除雾模块8上方设有双氧水氧化模块7，采用双流体喷枪喷射双氧水，使双氧水充分雾化，提高了净化效率，所述双氧水氧化模块7上方设有UV辅助光源模块4，所述UV辅助光源模块4上方设有碳基吸附氧化催化模块3，在光净气旋除雾模块8和和UV辅助光源模块4和双氧水氧化模块7和碳基吸附氧化催化模块3组成的高级氧化段，将烟气中的氮氧化物氧化成硝酸盐后，通过水洗去除，高级氧化段以H₂O₂、O₂和空气为原料，通过UV光源激活和光催化纳米材料催化性能促进OH和O₂-的产生。OH和O₂-将烟气中的NO向硝酸根转化，再经过水流冲刷去除，具体反应方程如下式

1、

2、

3、NO+2·OH＝NO₂+H₂O

4、NO₂+·OH+OH-＝NO_3-+H₂O

5、O₂ ^-+NO→NO₃ ^-

所述净化塔16顶部设有第二测温测压模块1。

其中，所述脱硫液循环喷淋模块13包括3～5层喷淋层，烟气从塔体烟气进口15斜向下进入塔内，向上经过均气塔板14后均匀上升，与喷淋层喷洒的脱硫液逆向接触，烟气中SO2被脱硫液吸收，达到脱硫的目的。该段塔体空塔流速一般为3.5～4m/s，待处理的烟气进入氨法脱硫段与氨水进行逆向接触，去除烟气中的SO2，其反应见下式1～3，其根据反应pH的不同，反应比例不同。塔内浆液浓度达到限值时，排出塔外，进行充氧曝气主要发生下式中4的反应，反应生成的硫酸铵盐经过干燥作为氮肥外售；高级氧化段也有一定的脱硫效果，见反应5

1、SO₂+2NH₃+H₂O→(NH₄)₂SO₃

2、SO₂+(NH₄)₂SO₃+H₂O→2NH₄HSO₃

3、NH₃+NH₄HSO₃→(NH₄)₂SO₃

4、2(NH₄)₂SO₃+O₂→2(NH₄)₂SO₄

5、

其中，所述锥形分离增效组件12包括锥形塔板、集水管路、集水沉淀箱121、循环泵122及回水管路123，所述锥形塔板由孔板124、集水槽125和排水口126组成。

该组件主要功能有：汽液分离：和脱硫液逆向接触的烟气中含有大量水汽，烟气和孔板124撞击后水汽凝结为液滴流回浆液池，降低了烟气含水量，有利于烟气消白。

节水：除雾器冲洗水和光源冲洗水若全部流向底部浆液池会影响浆液密度，降低脱硫效果。锥形结构可将大部分冲洗水收集到集水槽125内，通过排水口126汇集到集水箱，沉淀去除杂质，作为除雾器冲洗、塔内补水使用。

增效：除雾器冲洗水和光源冲洗水中含有部分双氧水和溶解的臭氧，锥形分离增效塔板将水收集后循环使用提高了氧化剂的使用率，增强了脱硝效果。

其中，所述孔板124和集水槽125均采用耐腐蚀材料制成，所述孔板124开孔率大于30％，所述孔板124孔径为3mm。孔板124也可用30×30的不锈钢格栅上下固定2mm 316L丝网的方式代替。

其中，所述碳基吸附还原催化模块10由可装填料的格栅板上下安装钢丝网固定制成，所述格栅板内部装填直径为5mm的柱状活性炭，该模块可促使NOx和NH₃反应生成N₂，进行烟气脱硝，对烟气中的氨进行截留，减少氨逃逸，截留烟气中的尘。

其中，所述光净气旋除雾模块8由套筒81、不对称小球82、八卦网83和上旋流板84和下旋流板85组成的单体拼接而成，所述不对称小球82和八卦网83设于套筒81内，烟气夹带的水汽和颗粒物在上升过程中和除雾器表面撞击，水汽凝结为液滴流回集水槽125和浆液池；颗粒物附着在除雾器表面，随着冲洗水回到集水槽125和浆液池。

其中，所述UV辅助光源模块4下方设有光源冲洗管路5，避免颗粒物和铵盐附着导致光照强度下降，确保较高的净化效率，所述净化塔16顶部设有碳基冲洗管路2，对下部的碳基吸附氧化催化模块3间歇性冲洗，避免颗粒物在催化剂表面大量附着造成净化效率下降和系统阻力上升。

其中，所述UV辅助光源模块4采用等面积或等流量原则进行排布。

等面积原则：用单一的波长为185nm～280nm的短波UVC净化效率高，辐照距离短紫外线灯管。

等流量原则：根据各型光源净化效率、辐照距离，结合塔内烟气流量分布特点按照等流量原则将UVA、UVB、UVC光源组合安装：将净化效率高、辐照距离最短等UVC光源安装在烟气较为集中的塔体中心部位；净化效率较低、辐照距离最长的UVA光源安装在塔体烟气较为分散最外侧；UVB光源安装在UVC和UVA之间。

其中，所述UV辅助光源模块4包括两层灯管，两层灯管之间设有催化塔板6。

具体工作原理如下所述：

烟气从进气口15斜向下进入氨法脱硫段，向上流过均气模块14使烟气在塔体内均匀上升；上升的烟气和3～5层脱硫液循环喷淋模块13喷洒的脱硫液逆向接触，烟气中的二氧化硫与脱硫液反应吸收去除；烟气依次上升经过锥形分离增效组件12将烟气中的水和部分颗粒物进行拦截，碳基吸附还原催化模块10将部分氮氧化物还原为氮气，2～4层折流板式除雾模块9去除烟气中的水和灰尘，烟气继续通过由光净气旋除雾模块8和催化塔板6和UV辅助光源模块4和双氧水氧化模块7和碳基吸附氧化催化模块3组成的高级氧化段，将烟气中的氮氧化物、VOCs进行光氧净化从而去除。净化后的烟气由塔顶达标排放。脱硫产物为亚硫酸氨，其送至塔外进行曝气氧化为硫酸氨，结晶后作为氮肥外售。

系统在运行过程中，为避免烟尘、盐类附着在灯管外壁影响净化效果，光源冲洗管路5保持持续清洗状态。折流板式除雾模块9、光净气旋除雾模块8、碳基吸附氧化催化模块3、碳基吸附还原催化模块10会附着大量烟尘、盐类结晶体，造成系统阻力增大，系统动力不足，通过第一测温测压模块11和第二测温测压模块1读数差值进行反映，若阻力上升500Pa以上，将开启碳基冲洗管路2进行逐层逐区的反洗操作。

除雾器冲洗水、灯管冲洗水经锥形分离增效组件12收集后流到集水沉淀箱121，箱内安装沉淀斜板和集泥斗，集水沉淀箱121出水清液通过循环泵122增压后作为除雾器冲洗、塔内补水使用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种基于先进纳米催化材料的脱硫脱硝集成净化装置，包括净化塔(16)，其特征在于：所述净化塔(16)下部设有烟气进口(15)，所述净化塔(16)内下部设有均气塔板(14)，所述均气塔板(14)上方设有脱硫液循环喷淋模块(13)，所述脱硫液循环喷淋模块(13)上方设有锥形分离增效组件(12)，所述锥形分离增效组件(12)上方设有碳基吸附还原催化模块(10)，所述净化塔(16)中部设有第一测温测压模块(11)，所述第一测温测压模块(11)位于锥形分离增效塔板和碳基吸附还原催化模块(10)之间，所述碳基吸附还原催化模块(10)上方设有折流板式除雾模块(9)，所述折流板式除雾模块(9)上方设有光净气旋除雾模块(8)，所述光净气旋除雾模块(8)上方设有双氧水氧化模块(7)，所述双氧水氧化模块(7)上方设有UV辅助光源模块(4)，所述UV辅助光源模块(4)上方设有碳基吸附氧化催化模块(3)，所述净化塔(16)顶部设有第二测温测压模块(1)。

2.根据权利要求1所述的一种基于先进纳米催化材料的脱硫脱硝集成净化装置，其特征在于：所述脱硫液循环喷淋模块(13)包括3～5层喷淋层。

3.根据权利要求1所述的一种基于先进纳米催化材料的脱硫脱硝集成净化装置，其特征在于：所述锥形分离增效组件(12)包括锥形塔板、集水管路、集水沉淀箱(121)、循环泵(122)及回水管路(123)，所述锥形塔板由孔板(124)、集水槽(125)和排水口(126)组成。

4.根据权利要求3所述的一种基于先进纳米催化材料的脱硫脱硝集成净化装置，其特征在于：所述孔板(124)和集水槽(125)均采用耐腐蚀材料制成，所述孔板(124)开孔率大于30％，所述孔板(124)孔径为3mm。

5.根据权利要求1所述的一种基于先进纳米催化材料的脱硫脱硝集成净化装置，其特征在于：所述碳基吸附还原催化模块(10)由可装填料的格栅板上下安装钢丝网固定制成，所述格栅板内部装填直径为5mm的柱状活性炭。

6.根据权利要求1所述的一种基于先进纳米催化材料的脱硫脱硝集成净化装置，其特征在于：所述光净气旋除雾模块(8)由套筒(81)、不对称小球(82)、八卦网(83)和上旋流板(84)和下旋流板(85)组成的单体拼接而成，所述不对称小球(82)和八卦网(83)设于套筒(81)内。

7.根据权利要求1所述的一种基于先进纳米催化材料的脱硫脱硝集成净化装置，其特征在于：所述UV辅助光源模块(4)下方设有光源冲洗管路(5)，所述净化塔(16)顶部设有碳基冲洗管路(2)。

8.根据权利要求1所述的一种基于先进纳米催化材料的脱硫脱硝集成净化装置，其特征在于：所述UV辅助光源模块(4)采用等面积或等流量原则进行排布。

9.根据权利要求1所述的一种基于先进纳米催化材料的脱硫脱硝集成净化装置，其特征在于：所述UV辅助光源模块(4)包括两层灯管，两层灯管之间设有催化塔板(6)。

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