CN103657363B - 一种基于紫外灯耦合烟道脱汞的方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于紫外灯耦合烟道脱汞的方法及***。主要设有锅炉、引风机、除尘器、光化学反应器、紫外灯控制***、紫外灯冷却***、湿法烟气脱硫***以及烟囱。来自锅炉排放的烟气经过除尘后进入光化学反应器。紫外灯发射紫外光激发烟气中的氧气和水蒸气产生活性物质将难溶的单质汞氧化为易溶的二价汞。含有二价汞的烟气进入光化学反应器尾部的湿法烟气脱硫***，二价汞在湿法烟气脱硫***内被洗涤脱除。洁净的烟气由引风机牵引进入烟囱排入大气。该装置及***能够高效脱除烟气中的汞，可以在现有湿法烟气脱硫基础上对烟道直接进行改造，具有工艺简单和投资成本低等优点，具有良好的开发前景。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧烟气污染物控制领域，具体涉及一种基于紫外灯耦合烟道脱汞的方法及***。
背景技术
汞是一种剧毒性和在生物体内易于沉积的重金属痕量元素，对人体健康和生态环境具有极大的危害。***环境规划署在发表的一份调查报告中指出，燃煤锅炉是汞排放的最大人为污染源。我国是世界第一大煤炭消费国，能源结构中煤炭的比例高达75％，并且这种格局在今后相当长的一段时间内仍不会有大的改变。随着燃煤污染物大气环保标准的日益严格，预计在不久的将来，燃煤烟气汞污染控制标准的出台将是必然趋势。因此，研究和开发有效的燃煤烟气汞污染控制方法是我国环保科技人员面临的重要任务之一。
近年来，国内外学者在研究脱汞新理论和新技术领域做了大量卓有成效的工作。目前，在众多脱汞方法中，吸附剂吸附和湿法洗涤被认为是燃煤烟气脱汞领域的两个最有发展潜力的主流脱汞技术。湿法洗涤脱汞技术中研究最多的是应用现有的湿法烟气脱硫***联合洗涤脱汞。该技术可以实现较高的Hg2+(g)脱除率，但是对难溶的Hg0(g)没有明显的脱除效果，部分氧化态汞还可能被还原为单质汞。不少学者尝试用一些氧化技术在脱硫塔前将烟气中的Hg0(g)先氧化为Hg2+(g)，然后再用湿法烟气脱硫***洗涤脱除Hg2+(g)。目前研究较多的选择性催化还原(SCR)催化氧化脱汞可实现部分Hg0(g)转化为Hg2+(g)，但脱汞效果受到燃煤组分﹑催化剂类型﹑燃烧方式以及燃烧器结构的明显影响，相关催化氧化机理仍不十分清楚。其它氧化技术，例如等离子体氧化﹑光催化氧化和臭氧氧化等尚处于实验室探索阶段。利用高锰酸钾﹑过硫酸钾和亚氯酸钠等传统氧化剂在吸收塔中氧化吸收Hg0(g)也取得了良好效果，但也存在吸收剂昂贵或产物成分复杂难处理等不足，相关技术还有待于进一步完善。吸附法主要是通过活性炭或者其它吸附剂吸附烟气中的Hg2+(g)和Hg0(g)，先将其转化为颗粒汞，然后利用现有的除尘设备将其捕获而达到脱汞目的。目前研究较多且技术最成熟的活性炭吸附法具有较高的脱汞效率，但应用成本极高，企业难以承受。其它吸附剂，例如贵金属﹑金属氧化物﹑飞灰﹑活性焦﹑钙基材料﹑分子筛以及天然矿物材料等虽然具有潜在的发展前景，但由于在应用成本，脱汞效率，吸附剂稳定性以及吸附机理研究等方面的欠缺与不足，目前还无法获得大规模工业应用。综上所述，目前还没有一种适合于大规模商业化的燃煤烟气脱汞技术。因此，在完善现有脱汞技术的同时，积极开发经济高效的新型燃煤烟气脱汞技术具有重要理论和现实意义。
发明内容
本发明公开了一种基于紫外灯耦合烟道脱汞的方法及***，主要设有锅炉、引风机、除尘器、光化学反应器、紫外灯控制***、紫外灯冷却***、湿法烟气脱硫***以及烟囱。来自锅炉排放的烟气经过除尘后进入光化学反应器。紫外灯发射紫外光激发烟气中的氧气和水蒸气产生活性物质将难溶的单质汞氧化为易溶的二价汞。含有二价汞的烟气进入光化学反应器尾部的湿法烟气脱硫***，二价汞在湿法烟气脱硫***内被洗涤脱除。洁净的烟气由引风机牵引进入烟囱排入大气。该装置及***能够高效脱除烟气中的汞，可以在现有湿法烟气脱硫基础上对烟道直接进行改造，具有工艺简单和投资成本低等优点，具有良好的开发前景。
为实现以上目的，本发明采用的实施方案如下：
一种基于紫外灯耦合烟道脱汞的方法，来自锅炉排放的烟气经过除尘后进入光化学反应器；光化学反应器中的紫外灯发射紫外光激发烟气中的氧气和水蒸气，产生活性物质将难溶的单质汞氧化为易溶的二价汞；羟基自由基﹑氧原子和臭氧等强氧化剂。含有二价汞的烟气进入光化学反应器尾部的湿法烟气脱硫***，二价汞在湿法烟气脱硫***内被洗涤脱除；洁净的烟气由引风机牵引进入烟囱排入大气。
光化学反应器入口的烟气温度不高于400℃；紫外灯辐射功率和波长由紫外灯控制***控制，光化学反应器内的紫外灯有效波长为120nm-320nm，有效辐射强度为10μW/cm2-200μW/cm2。
来自锅炉烟气中汞的有效入口浓度为0-500μg/m3；紫外灯产生的热量由紫外灯冷却***进行冷却降温。
所述***包括锅炉、引风机、除尘器、光化学反应器、紫外灯控制***、紫外灯冷却***、湿法烟气脱硫***以及烟囱；锅炉通过管道与除尘器的入口连接，除尘器的出口连接光化学反应器的入口，光化学反应器的出口连接湿法烟气脱硫***的入口，湿法烟气脱硫***的出口与烟囱连接；所述的紫外灯控制***与光化学反应器内的紫外灯管连接；紫外灯冷却***与光化学反应器内的石英套管连接。
除尘器由布袋除尘器和静电除尘器共同构成，除尘后烟气中颗粒的粒径不大于0.2微米；湿法烟气脱硫***是喷淋塔或鼓泡塔中的一种，采用的吸收剂是碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠、碳酸钠、氧化镁、高锰酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、亚氯酸钠、次氯酸钠、双氧水、次氯酸钙、过氧乙酸中的一种或两种以上的混合物。
光化学反应器截面为矩形或正方形，所述的光化学反应器的两个垂直侧面上均设有紫外灯，且紫外灯照射方向与光化学反应器两侧面垂直。
当每个侧面设置多盏紫外灯时，多盏紫外灯在光化学反应器侧面上呈顺排布置，紫外灯在光化学反应器侧面上呈顺排布置，且横向和纵向间距均相等，相邻紫外灯中心线之间的间隔位于20cm-100cm，多个紫外灯发射的紫外光波长和辐射强度保持相同。
光化学反应器中心区与紫外灯之间由两层透光率很高的石英玻璃板相隔，两层石英玻璃板之间抽成真空状态，紫外灯安装在由双层石英玻璃板和反应器壁隔成的通道中，通道两端与紫外灯冷却***串联，紫外灯冷却***向通道中输入循环冷却空气来冷却紫外灯散发的热量，降低紫外灯工作区的温度，以保证紫外灯的高效运行。
光化学反应器的长度位于40cm-400cm之间，宽度20cm-200cm之间，高度位于40cm-500cm之间。
所述的光化学反应器可由两个或两个以上的光化学反应器并联构成大型光化学反应器。
本发明***的反应过程原理：
1.紫外灯发射紫外光激发烟气中的氧气和水蒸气产生活性物质将难溶的单质汞氧化为易溶的二价汞。具体过程可用如下的化学反应(1)-(5)表示：
·O+O2→O3(3)
Hg0+O3→HgO+O2(4)
Hg0+·O→HgO(5)
2.含有二价汞的烟气进入光化学反应器尾部的湿法烟气脱硫***，二价汞在湿法烟气脱硫***内被洗涤脱除,进而达到脱汞目的。
本发明的优点及显著效果：
本发明所述的一种基于紫外灯耦合烟道脱汞的光化学反应器及***，具有设备简单、初投资小、脱除效率高以及可以在现有老旧机组上直接改造等诸多优点。另外，通过在烟道上增设光化学反应器氧化脱除单质汞，然后利用现有广泛应用的湿法烟气脱硫***洗涤脱除二价汞，整个脱除过程无需消耗任何化学试剂，也没有难处理的二次产物产生。因此，相对于现有的燃煤烟气脱汞技术，本发明所述的一种基于紫外灯耦合烟道脱汞的光化学反应器及***具有广阔的开发和应用前景。
附图说明
图1是本发明***的工艺流程图
图2是本发明中光化学反应器的主视图。
图3是本发明中光化学反应器的俯视图。
图4是本发明中光化学反应器多级并联布置的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步地说明。
如图1所示，来自锅炉1中含有单质汞的烟气由引风机2牵引进入除尘器3进行除尘。除尘后的烟气进入光化学反应器4。布置在光化学反应器两侧的紫外灯10由紫外灯控制***5控制运行，紫外灯10发射紫外光激发烟气中的氧气和水蒸气产生羟基自由基﹑氧原子和臭氧等强氧化剂，将难溶的单质汞氧化为易溶的二价汞。含有二价汞的烟气进入光化学反应器4尾部的湿法烟气脱硫***7，二价汞在湿法烟气脱硫***7内被洗涤脱除。洁净的烟气由引风机8牵引进入烟囱9排入大气。紫外灯10辐射功率和波长由紫外灯控制***5控制，紫外灯产10生的热量由紫外灯冷却***6进行冷却降温。
如图2所示，光化学反应器4的主视图，多根紫外灯10顺序排列在光化学反应器4内，相邻紫外灯10的中心线的横向间距和纵向间距相等，都为a，a为50cm。
如图3所示，光化学反应器4的俯视图，紫外灯10的与光化学反应器4的相对侧设有双层石英玻璃11，双层石英玻璃11之间为真空夹层12，双层石英玻璃11与光化学反应器4的侧壁形成通道，通道的两端与紫外灯冷却***6连通。
如图4所示，光化学反应器4可由两个或两个以上的光化学反应器并联构成大型光化学反应器，以适应不同条件下的需求。其中a-紫外灯布置的间距；b-光化学反应器的宽度；c-光化学反应器的长度。
实施例1.烟气中汞的浓度为50μg/m3，烟气温度为200℃，光化学反应器内的紫外灯波长为254nm，辐射强度为150μW/cm2，尾部采用以石灰石为吸收剂的鼓泡塔湿法烟气脱硫***。在小型实验***上的试验结果为：烟气中汞的脱除效率达到98.8%。
实施例2.烟气中汞的浓度为100μg/m3，烟气温度为200℃，光化学反应器内的紫外灯波长为254nm，辐射强度为150μW/cm2，尾部采用以石灰石为吸收剂的鼓泡塔湿法烟气脱硫***。在小型实验***上的试验结果为：烟气中汞的脱除效率达到92.7%。
实施例3.烟气中汞的浓度为60μg/m3，烟气温度为300℃，光化学反应器内的紫外灯波长为254nm，辐射强度为150μW/cm2，尾部采用以石灰石为吸收剂的鼓泡塔湿法烟气脱硫***。在小型实验***上的试验结果为：烟气中汞的脱除效率达到90.6%。
实施例4.烟气中汞的浓度为150μg/m3，烟气温度为300℃，光化学反应器内的紫外灯波长为254nm，辐射强度为80μW/cm2，尾部采用以石灰石为吸收剂的鼓泡塔湿法烟气脱硫***。在小型实验***上的试验结果为：烟气中汞的脱除效率达到84.3%。
实施例5.烟气中汞的浓度为50μg/m3，烟气温度为200℃，光化学反应器内的紫外灯波长为254nm，辐射强度为20μW/cm2，尾部采用以石灰石为吸收剂的鼓泡塔湿法烟气脱硫***。在小型实验***上的试验结果为：烟气中汞的脱除效率达到72.5%。
实施例6.烟气中汞的浓度为40μg/m3，烟气温度为150℃，光化学反应器内的紫外灯波长为254nm，辐射强度为200μW/cm2，尾部采用以石灰石为吸收剂的鼓泡塔湿法烟气脱硫***。在小型实验***上的试验结果为：烟气中汞的脱除效率达到100%。
实施例7.烟气中汞的浓度为60μg/m3，烟气温度为250℃，光化学反应器内的紫外灯波长为254nm，辐射强度为100μW/cm2，尾部采用以石灰石为吸收剂的鼓泡塔湿法烟气脱硫***。在小型实验***上的试验结果为：烟气中汞的脱除效率达到93.7%。
实施例8.烟气中汞的浓度为100μg/m3，烟气温度为200℃，光化学反应器内的紫外灯波长为254nm，辐射强度为150μW/cm2，尾部采用以石灰石为吸收剂的鼓泡塔湿法烟气脱硫***。在小型实验***上的试验结果为：烟气中汞的脱除效率达到95.3%。
经过以上实施例的综合对比可知，实施例6具有最佳的脱汞效果，脱除效率高达100%，可作为最佳实施例参照使用。
Claims (4)
1.一种基于紫外灯耦合烟道脱汞的方法，其特征在于：来自锅炉排放的烟气经过除尘后进入光化学反应器；光化学反应器中的紫外灯发射紫外光激发烟气中的氧气和水蒸气，产生羟基自由基﹑氧原子和臭氧强氧化剂将难溶的单质汞氧化为易溶的二价汞；含有二价汞的烟气进入光化学反应器尾部的湿法烟气脱硫***，二价汞在湿法烟气脱硫***内被洗涤脱除；洁净的烟气由引风机牵引进入烟囱排入大气；光化学反应器入口的烟气温度不高于400℃；紫外灯辐射功率和波长由紫外灯控制***控制，光化学反应器内的紫外灯有效波长为120nm-320nm，有效辐射强度为10μW/cm2-200μW/cm2；来自锅炉烟气中汞的有效入口浓度为0-500μg/m3；紫外灯产生的热量由紫外灯冷却***进行冷却降温。
2.一种基于紫外灯耦合烟道脱汞的***，其特征在于：所述***包括锅炉、引风机、除尘器、光化学反应器、紫外灯控制***、紫外灯冷却***、湿法烟气脱硫***以及烟囱；锅炉通过管道与除尘器的入口连接，除尘器的出口连接光化学反应器的入口，光化学反应器的出口连接湿法烟气脱硫***的入口，湿法烟气脱硫***的出口与烟囱连接；所述的紫外灯控制***与光化学反应器内的紫外灯管连接；紫外灯冷却***与光化学反应器内的石英套管连接；除尘器由布袋除尘器和静电除尘器共同构成；湿法烟气脱硫***是喷淋塔或鼓泡塔中的一种，采用的吸收剂是碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠、碳酸钠、氧化镁、高锰酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、亚氯酸钠、次氯酸钠、双氧水、次氯酸钙、过氧乙酸中的一种或两种以上的混合物；光化学反应器截面为矩形或正方形，所述的光化学反应器的两个垂直侧面上均设有紫外灯，且紫外灯照射方向与光化学反应器两侧面垂直；
紫外灯在光化学反应器侧面上呈顺排布置，且横向和纵向间距均相等，相邻紫外灯中心线之间的间隔位于20cm-100cm，多个紫外灯发射的紫外光波长和辐射强度保持相同；光化学反应器中心区与紫外灯之间由两层石英玻璃板相隔，两层石英玻璃板之间抽成真空状态，紫外灯安装在由双层石英玻璃板和反应器壁隔成的通道中，通道两端与紫外灯冷却***串联，紫外灯冷却***向通道中输入循环冷却空气。
3.根据权利要求2所述的一种基于紫外灯耦合烟道脱汞的***，其特征在于：光化学反应器的长度位于40cm-400cm之间，宽度20cm-200cm之间，高度位于40cm-500cm之间。
4.根据权利要求3所述的一种基于紫外灯耦合烟道脱汞的***，其特征在于：所述的光化学反应器可由两个或两个以上的光化学反应器并联构成大型光化学反应器。
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