自由基預氧化結合濕法吸收的同時脫硫脫硝脫汞系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及燃燒煙氣污染物控制領域，具體涉及一種基于自由基預氧化結合 濕法吸收的同時脫硫脫硝脫汞系統。
【背景技術】
[0002] 燃燒過程中產生的S02、NOx以及Hg能夠引起酸雨、光化學煙霧和致癌等嚴重 的大氣污染問題，危害人類健康和生態平衡。在過去的幾十年，盡管人們開發了大量的煙氣 脫硫脫硝脫汞技術，但現有的各種脫硫脫硝脫汞技術在研發當初僅針對單一污染物為脫除 目標，無法實現多污染物的同時脫除。例如，目前應用較多的煙氣脫硫脫硝技術主要為石灰 石-石膏濕法煙氣脫硫技術和氨選擇性催化還原法。這兩種方法雖可以單獨脫硫脫硝，但 無法在一個反應器內實現同時脫除。兩種工藝疊加使用雖然可以實現同時脫硫脫硝，但造 成整個系統復雜，占地面積大，投資和運行成本高等不足。另外，隨著人類對環保要求的不 斷提高，針對煙氣中汞排放控制的法律法規也逐漸出臺，但目前還沒有一種經濟有效的煙 氣脫汞技術獲得大規模商業應用。如果在現有的脫硫和脫硝系統尾部再次增加單獨的煙氣 脫汞系統，則勢必將造成整個系統的初投資和運行費用進一步增加，最終很難以在發展中 國家獲得大規模商業應用。綜上所述，如果能夠在一個反應器內將S0 2、NO x、Hg同時脫 除，則有望大大降低系統的復雜性和占地面積，進而減少系統的投資與運行費用。因此，開 發經濟有效的硫/氮/汞同時脫除技術是該領域當前的熱點問題。

【發明內容】

[0003] 本實用新型涉及一種基于自由基預氧化結合濕法吸收的同時脫硫脫硝脫汞系統， 所述的系統是采用紫外光聯合催化劑分解過氧化物產生強氧化性的羥基或硫酸根自由基 在撞擊床中氧化脫除S0 2、NO，和Hg °。
[0004] 本實用新型的脫除系統的原理及反應過程：
[0005] 1、由圖1所示，采用電子自旋共振（ESR)光普儀可測定到反應系統中產生了羥基 和硫酸根自由基。因此，該系統首先是釋放了具有強氧化性的羥基和硫酸根自由基，具體過 程可用如下的化學反應（1)_(3)表示：
[0006] H202+UV+ 催化劑 2 X 0H
[0007] (1)
[0011] (3)
[0012] 2、產生的強氧化性的硫酸根和羥基自由基可將煙氣中的S02、NOx和HgO預氧化 生成氣態二價汞、二氧化氮、三氧化硫、硫酸和硝酸。具體過程可用如下反應（4)_(13) 表不：
[0013] aX0H+bS02 cH2S04+other products
[0014] (4)
[0015] aX0H+bS02 cS0 3++other products
[0016] (5)
[0017] aXOH+bNO cN0 2++other products
[0018] (6)
[0019] aXOH+bNO cHN0 3+other products
[0020] (7)
[0021] aXOH+bHg0 cHgO+other products
[0022] (8)
[0032] (13)
[0033] 3、預氧化產生的氣態二價汞、二氧化氮、三氧化硫、硫酸和硝酸在尾部的石灰 石濕法脫硫系統中被吸收脫除。該系統能夠用于改造現有的燃煤鍋爐實現硫、氮、汞一體 化脫除，具有廣闊的市場應用前景。
[0034] 為實現以上目的，本實用新型采用的實施方案如下：
[0035] 一種基于自由基預氧化結合濕法吸收的同時脫硫脫硝脫汞系統，所述的系統設有 排放源、風機、降溫器、混合器、閥門、催化劑儲存塔、撞擊床、噴霧泵、儲液箱、循 環泵、石灰石濕法脫硫系統和煙囡；排放源通過煙道連接降溫器入口，降溫器出口連接混 合器的煙氣入口，催化劑儲存塔的出口連接混合器的催化劑入口，混合器的出口設有兩個， 分別與撞擊床上的同軸對向布置的高速噴嘴連接；所述撞擊床由上向下依次設有煙氣出 口、除霧器、除塵器、高速噴嘴、噴霧器、紫外燈及石英套管、催化劑出口；所述高速噴嘴 、噴霧器、紫外燈及石英套管在撞擊床內多級交錯相間設置；所述儲液箱通過管道與撞擊 床的噴霧器連接；所述撞擊床的煙氣出口與石灰石濕法脫硫塔的入口連接，石灰石濕法脫 硫塔的出口連接煙囪。
[0036] 所述排放源與降溫器的煙道上設有將排放源的煙氣引入降溫器的風機；所述儲液 箱與撞擊床連接的管道上設有為過氧化物溶液提供動力的噴霧泵。
[0037] 撞擊床內的高速噴嘴、噴霧器和紫外燈管采用多級交叉布置；高速噴嘴、噴霧器 和紫外燈管相間布置，且相鄰的高速噴嘴、噴霧器與紫外燈管采用同向布置。
[0038] 高速噴嘴相鄰兩層之間的垂直間距H位于20cm-12〇Cm之間，且相鄰兩級高速噴嘴 采用90度錯開的交叉布置；紫外燈管布置在相鄰兩級高速噴嘴之間的中心點處，且相鄰兩 級的紫外燈管采用90度錯開的交叉布置；噴霧器布置在相鄰兩級高速噴嘴和紫外燈管之 間的中心點處，且相鄰兩級的噴霧器采用90度錯開的交叉布置。
[0039] 來自排放源的部分煙氣與部分催化劑顆粒混合后由高速噴嘴噴入撞擊床，另一部 分煙氣與另一部分催化劑顆粒混合后由同軸對向布置的高速噴嘴噴入撞擊床。與此同時， 過氧化物溶液通過噴霧器噴入撞擊床內，三股氣流在撞擊床內發生撞擊混合。紫外光聯合 催化劑分解過氧化物產生強氧化性的羥基或硫酸根自由基氧化S0 2、NO，和Hg °生成氣態 二價汞、二氧化氮、三氧化硫、硫酸和硝酸，然后在尾部的濕法脫硫系統中被吸收脫除。
[0040] 催化劑顆粒從催化劑儲存塔的出口 a進入混合器，煙氣從排放源的出口 b經降溫 器降溫后也進入混合器，煙氣和催化劑顆粒在混合器內混合后分為兩股均等氣流。一半氣 流由設置在一邊的高速噴嘴經入口 c噴入撞擊床，另一半氣流則由設置在另一邊的同軸對 向布置的高速噴嘴經入口 d噴入撞擊床。與此同時，來自儲液箱的過氧化物溶液由噴霧泵 提供動力，由噴霧器從入口 e噴入撞擊床內。三股氣流在撞擊床內發生撞擊混合。紫外光 聯合催化劑分解過氧化物產生強氧化性的羥基或硫酸根自由基氧化S0 2、NO，和Hg °生成 氣態二價汞、二氧化氮、三氧化硫、硫酸和硝酸，生成的這些氣態產物從撞擊床出口 g經 石灰石濕法脫硫系統的入口 h進入塔內吸收脫除，經過洗滌的潔凈煙氣從煙囡排入大氣。
[0041] 撞擊床的最佳煙氣入口溫度為60-160°C，有效液氣比為0. 2-3. OL/m3,過氧化物 的最佳濃度為〇? 2mol/L-2. Omol/L之間，溶液的pH位于1. 0-6. 5之間，最佳的溶液溫度為 70-95°C，紫外光有效輻射強度為30 y W/cm2-400 y W/cm2,紫外線有效波長為180nm-365nm。 噴霧器噴出的過氧化物溶液的霧化液滴粒徑不大于10微米。高速噴嘴最佳的出口流速為 5-25m/s。催化劑的最佳投加量可按撞擊床反應器體積的每立方米投加0. l-4kg。煙氣中 S02、N0X、Hg。的含量分別不高于 8000ppm、2000ppm、300 yg/m3。
[0042] 所述的催化劑是二氧化鈦、氧化鐵、二氧化錳、氧化銅中的一種或兩種以上混 合物，也可以是所述催化劑的負載型，所用載體可以是活性炭、三氧化二鋁、分子篩、硅 膠和生物質焦中的一種或多種的復合體。
[0043] 所述的排放源可以是燃煤鍋爐、垃圾焚燒爐、石油化工設備和醫療廢棄物焚燒 爐中的任一種。所述的過氧化物是雙氧水、過硫酸銨、過硫酸鈉和過硫酸鉀中的一種或兩 種以上的混合。
[0044] 本實用新型的優點及顯著效果：
[0045] (1)中國專利201310683135. 8提出了一種基于噴淋塔的光活化過硫酸鹽同時脫 硫脫硝脫汞系統，但由于噴淋塔的傳質速率低，無法滿足自由基引發的快速反應，導致污染 物脫除效率不高，而本實用新型提出的光化學撞擊床具有極強的傳質速率，能夠明顯提高 傳質速率，從而大幅度提高污染物的脫除率。本實用新型所述系統能實現S0 2、NO x、Hg 三種污染物的100 %脫除率即證明了該系統出色的脫除性能。
[0046] (2)中國專利201010296492. 5提出了一種利用光輻射過氧化氫產生自由基的同 時脫硫脫硝系統，但該系統只能同時脫硫脫硝，無法實現脫汞，而本實用新型可以在一個反 應器內實現S02、NO x、Hg三種污染物的同時脫除，因而能夠降低系統的初投資和運行費 用。隨著人類對環保要求的不斷提高，本實用新型的這一優勢將得到逐漸凸顯。另外，該專 利所述的脫除工藝采用的是傳質速率很低和市場應用潛力小的鼓泡塔反應器，而本實用新 型提出的光化學撞擊床具有極強的傳質速率，能夠明顯提高傳質速率，從而大幅度提高污 染物的脫除效率。
[0047] (3)在過去的二十年，中國有大量的燃煤鍋爐僅僅裝有濕法脫硫系統，但隨著環保 要求的不斷提高，國家最近出臺了多項措施要求對氮氧化物和汞進行脫除，本實用新型可 以利用現有的石灰石濕脫硫系統結合預氧化同時脫硫脫硝脫汞。該技術有可能被用于改造 現有的老舊鍋爐，具備巨大的市場潛力和經濟價值。
【附圖說明】
[0048] 圖1基于自由基預氧化結合濕法吸收同時脫硫脫硝脫汞中捕獲的ESR光普圖
[0049] 圖2是本實用新型系統的工藝流程和結構圖
[0050] 圖3是本實用新型撞擊床內高速噴嘴、噴霧器和紫外燈管相鄰兩組布置的結構 示意圖。
[0051] 圖4是混合器的結構示意圖。
[0052] 圖5是噴霧器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0053] 下面結合附圖，對本實用新型的【具體實施方式】作進一步的說明。
[0054] 如圖2所示，一種基于自由基預氧化結合濕法吸收的同時脫硫脫硝脫汞方法，所 述方法基于的系統設有排放源1、風機2、降溫器3、混合器4、閥門一 9-1、閥門二 9-2、催化劑儲存塔6、撞擊床5、高速噴嘴11、噴霧器12、紫外燈13及石英套管、除 霧器17、除灰器16、噴霧泵8、儲液箱7、循環泵10、石灰石濕法脫硫系統14和煙囪 15。
[0055] 排放源1通過煙道連接降溫器3入口，降溫器3出口連接混合器4的煙氣入口 m， 催化劑儲存塔6的出口連接混合器4的催