CN113262617A - 一种脱硫脱硝*** - Google Patents
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Abstract
本发明属于烟气净化相关技术领域，其公开了一种脱硫脱硝***，该***包括H2O2供给装置、H2O2输运管道、H2O2气化混合装置、微波发生装置以及催化氧化装置，其中：H2O2输运管道位于烟气管道中，其一端连接H2O2供给装置另一端连接H2O2气化混合装置；H2O2气化混合装置的出口端设有喷淋格栅，喷淋格栅位于所述烟气管道内，载气和H2O2的混合气通过所述喷淋格栅雾化，而后与烟气混合；微波发生装置和催化氧化装置与烟气管道连接并位于喷淋格栅的下游，用于将雾化后的H2O2催化氧化为OH自由基。本申请通过加热雾化以及微波催化联合使得H2O2快速激发出大量OH自由基满足烟气脱硫脱硝的需求，效率高，体积小。
Description
技术领域
本发明属于烟气净化相关技术领域，更具体地，涉及一种脱硫脱硝***。
背景技术
目前我国能源消费中煤炭消费仍占据着主导地位。燃煤发电过程中产生了大量的二氧化硫和氮氧化物等污染物，会造成雾霾、酸雨、光化学污染等严重问题，对环境影响十分恶劣。NOx排放标准随着NOx治理技术和环境保护要求的不断提升而愈加严格，现行标准规定氮氧化物的排放浓度分别不得超50mg/m3。火电厂现有的选择性催化还原法和湿法脱硫***(SCR-WFGD)的简单串联布置具有占地面积大、***复杂和投资运行成本高等不足。
中国专利CN105032142A提供了一种倒U型预氧化器，烟气在倒U型预氧化器的文丘里管加速，气相复合氧化剂在文丘立管缩口处喷人，加速后的原烟气冲击并携带类气相复合氧化剂进入氧化器主体部分，文丘里管出口处布置有多孔挡板以增强烟气的湍流效果，该装置中烟气需通过文丘里管和多孔挡板，压力波动和压降较大，不利于处理烟气量较大的工况。因此，需要开发一种高效经济的烟气一体化脱除技术。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种脱硫脱硝装置，通过加热雾化以及微波催化联合使得H2O2快速激发出大量OH自由基满足烟气脱硫脱硝的需求，效率高，体积小。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种脱硫脱硝***，所述***包括H2O2供给装置、H2O2输运管道、H2O2气化混合装置、微波发生装置以及催化氧化装置，其中：所述H2O2输运管道位于烟气管道中，其一端连接所述H2O2供给装置另一端连接所述H2O2气化混合装置，烟气管道中的烟气通过所述H2O2输运管道对其中的H2O2进行加热，加热后的H2O2在载气的作用下进入所述H2O2气化混合装置；所述H2O2气化混合装置的出口端设有喷淋格栅，所述喷淋格栅位于所述烟气管道内，所述载气和H2O2的混合气通过所述喷淋格栅雾化，而后与烟气混合；微波发生装置和催化氧化装置与所述烟气管道连接并位于所述喷淋格栅的下游，用于将所述H2O2加热和催化，用于将雾化后的H2O2催化氧化为OH自由基。
优选地，所述H2O2输运管道的输出口为旋流喷嘴，所述H2O2气化混合装置的进口为渐缩和渐扩喷管，所述旋流喷嘴设于所述喷管的中间段。
优选地，所述H2O2输运管道位于烟气管道的部分的材料为导热材料，形状为螺旋状。
优选地，所述催化氧化装置中的催化剂为钙钛矿型复合催化剂。
优选地，所述催化剂为La(FexTi1-x)O3、Ce(FexTi1-x)O3和Sr(FexTi1-x)O3中的一种或几种组合。
优选地，所述***还包括连接于所述催化氧化装置出口的吸收塔，用于吸收催化氧化后的烟气。
优选地，所述吸收塔包括位于上部的喷嘴以及位于喷嘴下部的吸收液，吸收塔的底端连接有分离器，分离器将吸收液中的杂质去除并通过循环泵将处理后的吸收液送入喷嘴中循环使用。
优选地，所述微波发生装置通过微波导管与所述烟气管道连接，并在连接处设有石英或陶瓷挡板。
优选地，所述微波发生装置微波辐射功率密度为500W/m3-3000W/m3。
优选地，所述载气为空气，其温度为140～180℃。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的一种脱硫脱***具有如下有益效果：
1.本申请的H2O2输运管道位于烟气管道中使得H2O2在输运过程中被加热然后被喷淋格栅雾化，使得H2O2与烟气混合的更加均匀，进一步可以在微波和催化剂作用下被高效激发产生OH等活性物质，显著提高了烟气污染物的催化氧化效率，可以满足大规模烟气处理的需求；
2.H2O2输运管道的输出口为旋流喷嘴，所述H2O2气化混合装置的进口为渐缩和渐扩喷管可以使得加热后的H2O2被快速雾化，显著提高了雾化效率；
3.微波和催化剂耦合加热过程中对H2O2进行催化比起单一的微波催化或催化剂催化具有更高的EPR(电子顺磁共振)信号强度，表明这种耦合方式可以更加高效地激发H2O2产生OH等活性物质，微波加热下可以使得催化剂工作在最佳工作温度下，具有最强的催化效率，可以让污染物的脱除效率保持在较高的水平。
4.本发明提供的催化剂成本低廉，且具有较高的气时空速比，满足实际应用中大烟气流量、高流速的烟气处理要求，反应过程中使用的催化剂体积小，效率高可以将其设计成小型固定床，降低建设成本，节约占地空间。
附图说明
图1是本实施例的脱硫脱硝***的示意图；
图2是本实施例H2O2气化混合装置入口处的结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-H2O2储液罐、2-电动泵、3-H2O2气化混合装置、4-喷淋格栅、5-微波发生装置、6-挡板、7-催化氧化装置、8-催化剂、10-喷嘴、9-吸收塔、11-分离器、12-循环泵。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1，本发明提供了一种脱硫脱硝***，该***包括H2O2供给装置、H2O2输运管道、H2O2气化混合装置、微波发生装置以及催化氧化装置。
H2O2供给装置包括H2O2储液罐1和电动泵2，H2O2储液罐1中的H2O2通过所述电动泵2送入H2O2输运管道。
所述H2O2输运管道位于烟气管道中，其一端连接所述H2O2供给装置另一端连接所述H2O2气化混合装置3，烟气管道中的烟气通过所述H2O2输运管道对其中的H2O2进行加热，加热后的H2O2在载气的作用下进入所述H2O2气化混合装置。
具体的，所述H2O2输运管道位于烟气管道的部分的材料为导热材料，形状为螺旋状。使得H2O2在输运管道中被烟气充分的加热。
如图2所示，所述H2O2输运管道的输出口为旋流喷嘴，所述H2O2气化混合装置的进口为渐缩和渐扩喷管，所述旋流喷嘴设于所述喷管的中间段，旋流喷嘴射出的溶液液滴直径不大于0.5mm，从空气预热器抽离的部分新鲜预热空气进入H2O2气化混合装置，携带并冲击氧化剂液滴，使其均匀雾化。
本实施例中，载气优选为从空气预热器抽离的预热后的空气，其温度为140～180℃。H2O2输运管道出口的气体与预热空气均匀混合。
所述H2O2气化混合装置的出口端设有喷淋格栅4，所述喷淋格栅4位于所述烟气管道内，所述载气和H2O2的混合气通过所述喷淋格栅4雾化，而后与烟气混合。
微波发生装置5和催化氧化装置与所述烟气管道连接并位于所述喷淋格栅的下游，用于将所述H2O2加热和催化，用于将雾化后的H2O2催化氧化为OH自由基。所述微波发生装置通过微波导管与所述烟气管道连接，并在连接处设有石英或陶瓷挡板6，用于防止烟气流入微波发生装置。所述微波发生装置微波辐射功率密度为500W/m3-3000W/m3。催化氧化装置中的催化剂8优选为钙钛矿型复合催化剂，例如，可以为La(FexTi1-x)O3、Ce(FexTi1-x)O3和Sr(FexTi1-x)O3中的一种或几种组合，催化剂的主要活性成分为表面的氧化还原配位Fe2+/Fe3+和Ti3+/Ti4+，可以加快表面H2O2分子中的电子转移，催化H2O2分解产生·OH等活性物质。催化剂的形状优选为蜂窝状催化剂，用于催化H2O2蒸汽生成的OH自由基，将烟气中的NO、SO2、Hg0氧化。
催化氧化装置出口连接吸收塔9，用于吸收催化氧化后的烟气。吸收塔9包括位于上部的喷嘴10以及位于喷嘴10下部的吸收液，吸收塔的底端连接有分离器11，分离器11将吸收液中的杂质去除并通过循环泵12将处理后的吸收液送入喷嘴中循环使用。本公开实施例中，吸收液为氨水，用于吸收催化氧化后的烟气，吸收塔9的底部设有溶液进口和溶液出口，溶液出口连接分离器11，通过添加Na2S脱除溶液中的Hg2+，之后通过干燥结晶分离出的铵盐可作为肥料，剩余的母液经循环泵12通过喷淋管和喷嘴10循环使用，可吸收烟气中的NO2、HNO2、HNO3和Hg2+以及SO2和H2SO4等产物。
本实施例中，所述H2O2溶液浓度为10-25wt％，液气比为10-20L/m3。所述H2O2气化混合装置空气进口温度为140-180℃。催化剂气时空速比400000h-1-700000h-1；氨水吸收液浓度为5wt％。微波发生器温度为120-180℃，微波辐射功率密度为500W/m3-3000W/m3。
工作过程中，H2O2溶液通过电动泵2经烟气管道预加热进入H2O2气化混合装置3与空气预热器抽离的部分新鲜预热空气均匀混合，随后通过喷淋格栅4喷入烟气管道，随后流经挡板6处受到来自微波发生装置5产生的微波的加热和催化作用；
烟气混合气进入催化氧化装置7，H2O2经催化剂的催化分解产生·OH等活性分子，将烟气中的NO、SO2、Hg0氧化成可溶性价态；
经催化剂催化氧化后的烟气进入吸收塔9，烟气中的NO、SO2、Hg2+等溶解度较高的组分被喷淋管和喷嘴10喷射的吸收液所吸收，分离器11中通过添加Na2S脱除溶液中的Hg2+，之后经干燥结晶分离出的铵盐可作为肥料，剩余母液经过循环泵12重复进入吸收塔使用。
催化剂表面H2O2蒸气分解包括以下反应：
Fe2++H2O2→Fe3++OH-+·OH
Fe3++H2O2→Fe2++H++·OOH
Ti3++H2O2→Ti4++OH-+·OH
Ti4++H2O2→Ti3++H++·OOH
H2O2分解产生的·OH与SO2、NO和Hg0发生的反应分别为：
NO+H2O2→NO2+H2O
2NO+3H2O2→2HNO3+2H2O
2NO2+H2O2→2HNO3
NO+·OH→NO2+·H
NO+·OH→HNO2
HNO2+·OH→HNO3+·H
2·OH+Hg+2H+→Hg2++2H2O
NO氧化产物和SO2的吸收过程发生的反应为：
NO2+NO+H2O→2NO2-+2H+
3NO2+H2O→2NO3-+NO+2H+
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
实施例6
实施例7
实施例8
实施例9
由以上实施例可以看出，本申请采用微波和催化剂耦合催化，相比于单一微波催化和催化剂催化，能够实现更好的脱硫脱硝效果。在最佳条件下SO2的脱除效率可以达到100％，NO的脱除效率可以达到98.6％，Hg0脱除效率可以达到98.4％。
综上所述，本发明使用的充分预热雾化，并结合非均相催化剂和微波耦合作用的方法来催化氧化烟气污染物，可以使H2O2分解产生大量的·OH，可以既高效又快速的攻击流过催化剂表面的各种污染物分子，使其失去电子形成高价氧化物。理想操作条件下，SO2的脱除效率可以达到100％，NO的脱除效率可以达到98.6％，Hg0脱除效率可以达到98.4％。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种脱硫脱硝***，其特征在于，所述***包括H2O2供给装置、H2O2输运管道、H2O2气化混合装置、微波发生装置以及催化氧化装置，其中：
所述H2O2输运管道位于烟气管道中，其一端连接所述H2O2供给装置另一端连接所述H2O2气化混合装置，烟气管道中的烟气通过所述H2O2输运管道对其中的H2O2进行加热，加热后的H2O2在载气的作用下进入所述H2O2气化混合装置；
所述H2O2气化混合装置的出口端设有喷淋格栅，所述喷淋格栅位于所述烟气管道内，所述载气，和H2O2的混合气通过所述喷淋格栅雾化，而后与烟气混合；
微波发生装置和催化氧化装置与所述烟气管道连接并位于所述喷淋格栅的下游，用于将雾化后的H2O2加热催化氧化为OH自由基。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述H2O2输运管道的输出口为旋流喷嘴，所述H2O2气化混合装置的进口为渐缩和渐扩喷管，所述旋流喷嘴设于所述喷管的中间段。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述H2O2输运管道位于烟气管道的部分的材料为导热材料，形状为螺旋状。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述催化氧化装置中的催化剂为钙钛矿型复合催化剂。
5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述催化剂为La(FexTi1-x)O3、Ce(FexTi1-x)O3和Sr(FexTi1-x)O3中的一种或几种组合。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括连接于所述催化氧化装置出口的吸收塔，用于吸收催化氧化后的烟气。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述吸收塔包括位于上部的喷嘴以及位于喷嘴下部的吸收液，吸收塔的底端连接有分离器，分离器将吸收液中的杂质去除并通过循环泵将处理后的吸收液送入喷嘴中循环使用。
8.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述微波发生装置通过微波导管与所述烟气管道连接，并在连接处设有石英或陶瓷挡板。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述微波发生装置微波辐射功率密度为500W/m3-3000W/m3。
10.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述载气为空气预热器后引出的空气，其温度为140～180℃。
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