一種光催化氧化結(jié)合雙循環(huán)吸收的煙氣凈化裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于煙氣凈化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光催化氧化結(jié)合雙循環(huán)吸收的煙氣 凈化裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，由于電站鍋爐、工業(yè)鍋爐和民用鍋爐的數(shù)量大幅提高，燃煤煙氣污染物排 放量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，導(dǎo)致我國霧霾頻發(fā)，嚴(yán)重危害了人民健康和生態(tài)環(huán)境。燃煤煙氣污染 物主要包括顆粒物、S0 2、N0x和痕量重金屬(Hg、As等）等，并且還有大量的溫室氣體如⑶2和 VOCs0
[0003] 與工業(yè)鍋爐和民用鍋爐相比，電站鍋爐對上述大部分污染物均采取了有效的控制 措施，其中，主流脫硫技術(shù)為濕式石灰石-石膏工藝(WFGD)，該工藝具有技術(shù)成熟、脫硫效率 較高、煤種適應(yīng)范圍寬、處理煙氣量大等優(yōu)點(diǎn)，但存在系統(tǒng)復(fù)雜、能耗高等不足，并且95%的 脫硫效率無法滿足特別地區(qū)50mg/m 3的排放濃度限值。主要的脫硝技術(shù)為選擇性催化還原 脫硝（SCR)技術(shù)，但傳統(tǒng)SCR催化劑存在成本高、壽命短的問題，并且氨逃逸、催化劑中毒和 廢棄催化劑難處理等也成為SCR脫硝技術(shù)發(fā)展的瓶頸?；钚蕴课矫摴椒槟壳巴ㄓ玫?脫汞方法，但其存在成本高、廢棄活性炭難以回收利用等問題。上述技術(shù)對各自污染物均有 相當(dāng)?shù)拿摮剩谝欢ǔ潭壬蠞M足了當(dāng)下排放標(biāo)準(zhǔn)，但這種串聯(lián)式分級處理方式存在占 地面積大、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性較差、設(shè)備能耗偏高和二次污染等諸多問題。因此，研發(fā)新興的 燃煤煙氣多污染物協(xié)同脫除技術(shù)是我國能源行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要。
[0004] 需要指出的是，傳統(tǒng)脫硝過程是一種較為消極的處理方式，這是因?yàn)镹Ox是一種潛 在資源，而SCR脫硝的原理是利用NH3還原NOx轉(zhuǎn)化為他和出0。從氨氣利用角度來說，SCR脫硝 也僅是權(quán)宜之計(jì):氨氣是工業(yè)生產(chǎn)中重要的基礎(chǔ)原料，合成氨反應(yīng)(N 2+3H2 = 2NH3)是極其重 要的化工反應(yīng)，其能耗較高，而在氨氣的利用途徑中，用于SCR脫硝的氨氣每年要數(shù)以萬噸 計(jì)，最終NH 3又轉(zhuǎn)化為N2,這相當(dāng)于是能源的二次消耗，也是一種巨大的資源浪費(fèi)。
[0005] 近年來，以優(yōu)化雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)為代表的超低排放技術(shù)已在部分電廠得到了應(yīng) 用，其在高效脫除SO2方面實(shí)現(xiàn)了突破，然而該系統(tǒng)對燃煤煙氣中其他污染物的控制較少。 本發(fā)明擬對傳統(tǒng)雙循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)來實(shí)現(xiàn)多污染物協(xié)同脫除的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種光催化氧化結(jié)合雙循環(huán)吸收的煙氣凈化裝 置及方法。
[0007] -種光催化氧化結(jié)合雙循環(huán)吸收的煙氣凈化裝置，第一煙道10連通至靜電除塵器 4的煙氣入口，靜電除塵器4的煙氣出口通過第二煙道11連通至第一級噴淋塔5的煙氣入口， 第一級噴淋塔5的煙氣出口依次通過第三煙道12和增壓風(fēng)機(jī)6連通至第二級噴淋塔7的煙氣 入口，第二級噴淋塔7的煙氣出口經(jīng)高效除霧器連接至煙囪；
[0008] 第一煙道10內(nèi)設(shè)置第一煙氣換熱器2,所述第一煙氣換熱器2采用大管21內(nèi)套小管 22的結(jié)構(gòu)，所述小管22的管壁上間隔設(shè)有缺口 23,缺口 23處設(shè)有圓形孔板24,所述孔板24固 定在小管22的內(nèi)壁上，其外徑等于小管22的內(nèi)徑;第二煙道11內(nèi)設(shè)置第二煙氣換熱器2'，所 述第二煙氣換熱器2'為單管程結(jié)構(gòu)；
[0009] 第一煙氣換熱器2的小管22入口與空壓機(jī)系統(tǒng)8相連，大管21入口與氧化劑儲罐1 相連，大管21出口與光助催化活化反應(yīng)器3的入口相連，光助催化活化反應(yīng)器3的出口連接 至第一級噴淋塔5的煙氣出口；所述光助催化活化反應(yīng)器3為圓筒結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部陣列排布有 石英管33,石英管33內(nèi)套有UV燈管32;
[0010] 第一級噴淋塔5的廢液出口連接至第二液固分離器9'，第二液固分離器9'的液相 出口連通至第二級噴淋塔7的吸收液入口，第二液固分離器9'的固相出口和第二級噴淋塔7 的廢液出口分別連通至第一液固分離器9,第一液固分離器9的液相出口連通至第二煙氣換 熱器2'的入口。
[0011] 所述光助催化活化反應(yīng)器3的入口處設(shè)有錐形氣流分布裝置31。
[0012] 所述光助催化活化反應(yīng)器3的圓筒結(jié)構(gòu)，由外至內(nèi)依次包括鋼質(zhì)外殼、保溫層、隔 離層和防腐層。
[0013] 所述第一煙氣換熱器2包括左右兩端的盤管段和中部的直管段;所述第二煙氣換 熱器W包括左右兩端的盤管段和中部的直管段。
[0014] 所述缺口 23的間距為10-15cm;所述孔板24上含有多個孔，孔隙率為80%。
[0015] -種光催化氧化結(jié)合雙循環(huán)吸收的煙氣凈化裝置凈化煙氣的方法，空壓機(jī)系統(tǒng)8 向第一煙氣換熱器2的小管22內(nèi)輸送壓縮空氣，氧化劑儲罐1向大管21內(nèi)注入復(fù)合氧化劑， 壓縮空氣由缺口 23不斷流出和進(jìn)入小管22而進(jìn)入或流出復(fù)合氧化劑溶液中，壓縮空氣通過 缺口 23和孔板24流動過程中形成劇烈紊流效應(yīng)，不斷撓動復(fù)合氧化劑溶液，使復(fù)合氧化劑 溶液在大管23中形成沸騰狀態(tài)；同時，熱煙氣在流經(jīng)第一煙道10時，與第一煙氣換熱器2發(fā) 生換熱，使大管23中的液相復(fù)合氧化劑在沸騰的同時被霧化而變成霧狀液滴，進(jìn)而增大氣 液接觸面積;霧化復(fù)合氧化劑進(jìn)入光助催化活化反應(yīng)器3，陣列UV燈管32產(chǎn)生的輻射穿過內(nèi) 嵌石英管33對復(fù)合氧化劑進(jìn)行催化活化，產(chǎn)生多種自由基，自由基從光助催化活化反應(yīng)器3 的出口噴出，進(jìn)入第一級噴淋塔5的煙氣出口；同時，煙氣依次經(jīng)第一煙氣換熱器2換熱、靜 電除塵器4除塵、第二煙氣換熱器2'換熱后，進(jìn)入第一級噴淋塔5內(nèi)，由第一級吸收液對煙氣 脫硫脫碳后，煙氣與自由基在第一級噴淋塔5的煙氣出口接觸，進(jìn)行多污染物原位氧化反 應(yīng)，將煙氣中的NO轉(zhuǎn)變?yōu)楦邇r態(tài)的NOx，將Hg 0氧化為Hg2+，NOx、Hg2+隨煙氣經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)6加壓 后進(jìn)入第二級噴淋塔7內(nèi)；
[0016] 同時，第一級噴淋塔5的廢液進(jìn)入第二液固分離器9'進(jìn)行液固分離，液相進(jìn)入第二 級噴淋塔7，與第二級吸收液混合形成復(fù)合吸收液，復(fù)合吸收液吸收脫除N0x、Hg 2+，同時SO2、 CO2進(jìn)一步被吸收脫除，煙氣經(jīng)過高效除霧器除霧后，由煙囪排入大氣；
[0017] 第二液固分離器V的固相和第二級噴淋塔7的廢液進(jìn)入液固分離器9進(jìn)行液固分 離，固相干燥、結(jié)晶得到腐植酸晶體，液相進(jìn)入到第二煙氣換熱器2'中，由第二煙道11內(nèi)的 煙氣加熱干燥析出反應(yīng)產(chǎn)物，包括硫酸鉀、碳酸鉀、硝酸鉀和亞硝酸鉀，其均為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)常 用化肥；
[0018] 所述復(fù)合催化劑為含有H2O2和添加劑的混合溶液，以質(zhì)量濃度計(jì)，H2O 2為20-30wt %，添加劑為5-10wt % 的K2S2Os和/或0 · 5-2wt % 的KBr，溶液pH為4 · 5-6 · 5;
[0019] 所述第一級吸收液為質(zhì)量濃度為15-20wt%的腐植酸鉀溶液，pH為12-13;
[0020] 所述第二級吸收液為質(zhì)量濃度為l_3wt%的KOH溶液，pH為9-10。
[0021]所述光助催化活化反應(yīng)器3的入口處設(shè)有錐形氣流分布裝置31，霧化復(fù)合氧化劑 由所述錐形氣流分布裝置31導(dǎo)流，使霧化復(fù)合氧化劑產(chǎn)生湍流，使得復(fù)合氧化劑在光助催 化活化反應(yīng)器3中均勻分布。
[0022] 所述霧狀液滴的粒徑為50_60μπι。
[0023] 工況條件如下：
[0024] (1)復(fù)合氧化劑溶液加入量與煙氣流量的液氣比為15-20L/萬m3;
[0025] (2)壓縮空氣進(jìn)口壓力為2_4kg，壓縮空氣與復(fù)合氧化劑溶液的流量比為（50- 150):1;
[0026] (3)光催化活化反應(yīng)器3內(nèi)的能量密度為0.9-1.4KW/m3;
[0027] (4)第一級噴淋塔5入口煙氣溫度為80_100°C;第一級吸收液加入量與煙氣流量的 液氣比為l〇-15L/m 3;反應(yīng)溫度為60-70°C;煙氣停留時間為3-4s;
[0028] (5)第三煙道12為煙氣多污染物氧化反應(yīng)段，其中煙氣停留時間為l_2s;
[0029] (6)第二級噴淋塔7入口煙氣溫度為70_80°C;復(fù)合吸收液加入量與煙氣流量的液 氣比為l〇-15L/m 3;反應(yīng)溫度為50-60°C;煙氣停留時間為4-5s;
[0030] (7)液相進(jìn)入第二煙氣換熱器W的入口溫度為110-130°c。
[0031] 本發(fā)明反應(yīng)機(jī)理
[0032]第一級吸收液為高濃度腐植酸鉀溶液，主要同煙氣中SOdPCO2發(fā)生酸堿中和吸收 反應(yīng)，其反應(yīng)機(jī)理如下：
[0033] 2HA-K+H2〇+S〇2-S〇3-+2H.+2K.+2A--K2S〇3+2HA|
[0034] 2HA-K+H2〇+C〇2-C〇3-+2H.+2K.+2A--K2C〇3+2HA|
[0035] 第二級吸收液由第一級噴淋塔吸收廢液過濾液和氫氧化鉀溶液組成，該復(fù)合吸收 液在弱堿性環(huán)境下對Hg2+和N〇2、N〇3、N2〇5進(jìn)行吸收，反應(yīng)機(jī)理如下：
[0036] HA-K+N(V)+N(III)+N(V)^KN〇2+KN〇3+HA|
[0037] Hg2++S〇42--HgS〇4|
[0038] Hg2++2N03--Hg(N03)2|
[0039] Hg0+HgBr2+2M^Hg0 · · · M|+HgBr2 · · · M|
[0040] 同時，S02、亞硫酸鹽、氮氧化物與腐植酸鉀發(fā)生共吸收反應(yīng)