一种烟气脱硫脱硝的方法、装置及其用途
【专利摘要】本发明公开了一种烟气脱硫脱硝的方法，包括下列步骤：将锅炉或燃机产生的烟气与第一次脱硫脱硝的烟气进行热交换，使所述锅炉产生的烟气降温；将降温后的烟气混合氨气，再用水喷淋处理；再将第一次脱离脱硝的烟气与锅炉产生的烟气进行热交换，使所述第一次脱硫脱硝的烟气升温；将升温后的第一次脱硫脱硝的烟气同时进行紫外线照射和电子束辐照。本发明的方法和装置可以有效地利用烟气热量，进行烟气-烟气充分换热，并在上述的两步处理过程中分别达到SOx和NOx的最佳脱除温度，可以显著提高脱硫和脱硝的效率。本发明还公开了应用上述方法的装置及其用途。
【专利说明】一种烟气脱硫脱硝的方法、装置及其用途
【技术领域】
[0001]本发明涉及烟气净化领域，特别涉及一种利用电子束和紫外线处理烟气脱硫脱硝的方法、装置及其用途。
【背景技术】
[0002]大气污染带来的环境污染严重威胁着人类健康。其中，包括火电厂、水泥厂、垃圾焚烧厂等大型工业设施排放的二氧化硫和氮氧化物是造成大气污染的主要来源之一。因此，工厂的烟气脱硫脱硝问题是目前治理环境污染物的重要工作。各种大型柴油机、船舶发动机、燃气轮机等尾气中的NOx含量较高，降低这些燃机尾气中的NO x浓度一直以来也是人们关注的焦点。除此之外，火电厂、水泥厂、垃圾焚烧厂等还排放出大量的二恶英，尤其城市生活垃圾焚烧产生的二恶英受到的关注程度最高。二恶英非常稳定，在环境中很难自然降解消除，极难溶于水，可以溶于大部分有机溶剂，是无色无味的脂溶性物质，所以非常容易在生物体内积累，对人体危害严重。二恶英除了具有致癌毒性以外，还具有生殖毒性和遗传毒性，直接危害子孙后代的健康和生活。因此二恶英污染是关系到人类存亡的重大问题，必须严格加以控制。
[0003]电子束辐照脱硫脱硝的技术是近年来发展起来的燃煤烟气净化技术，目前该技术已进入工业应用阶段。该技术利用高能电子束辐照含有二氧化硫(S02)和氮氧化物(N0X)等污染物的烟气，通过电子束的电离和激发作用，产生具有强氧化性的自由基。同时在通入氨气和水蒸气的条件下，这些自由基以极快的速度与烟气中的S0#p NO x反应，生成主要成分为硫酸铵和硝酸铵的副产物。通过副产物收集器及除尘装置除去副产物，得到净化的烟气。
[0004]图1为现有电子束辐照烟气脱硫脱硝的装置结构示意图。该电子束辐照烟气脱硫脱硝工艺流程为:先将燃煤锅炉1产生的烟气经过第一烟道2送入烟气预处理塔3，该烟气预处理塔3上安装有喷嘴系统4，可喷出冷却水使烟气降温增湿到脱除反应的适宜条件，再将烟气经过第二烟道5送入辐照反应系统的辐照反应器7中，该辐照反应系统由辐照反应器7和电子加速系统8组成，而在第二烟道5上通过流量控制阀6喷入一定化学计量的氨，然后混合烟气一并进入辐照反应器7中，在电子加速系统8产生的电子束辐照作用下，经过一系列的化学反应后，烟气中的硫氧化物(S02)和氮氧化物(N0X)生成硫酸铵和硝酸铵，同处理后的烟气一起经过烟道进入副产物收集器9通过排放管10收集这些产物，并作为化肥使用，经过副产物收集器9处理后的烟气通过烟囱11排入大气中。
[0005]上述的现有技术存在以下缺陷:
[0006]1)电子束辐照脱硫脱硝处理的时候，为了达到预定的脱除率，需要电子束的束流强度超过一定阈值。而电子束在穿透烟气的过程中会损失能量和束流强度。因此，在辐照方向上，烟气处理的效率急剧降低；
[0007]2)燃煤锅炉产生的烟气须先经过喷水降温，热量未得到有效利用；并且，脱硫和脱硝在同一反应器中进行同步处理，无法实现脱硫和脱硝均处于最佳的反应和工艺条件；
[0008]3)采用传统电子束辐照脱硫脱硝处理的过程中，锅炉烟气中产生的二恶英并未能得到有效脱除。
[0009]有鉴于此，本发明提供一种能够克服上述缺陷的脱硫脱硝方法和装置。
【发明内容】
[0010]为了解决现有技术的上述问题和缺陷，本发明提供了一种烟气脱硫脱硝的方法及装置，该方法和装置能显著提高脱硫脱硝过程中电子束的利用效率，降低脱硫脱硝系统的运行成本，同时锅炉烟气中产生的二恶英并也能得到有效脱除。
[0011]为了实现上述目的，本发明提供了一种电子束烟气脱硫脱硝的方法，包括下列步骤:
[0012]1)将锅炉或燃机产生的烟气与第一次脱硫脱硝的烟气进行热交换，使烟气降温；
[0013]2)将降温后的烟气混合氨气，再用水喷淋处理，完成第一次脱硫脱硝；
[0014]3)将第一次脱离脱硝的烟气与锅炉产生的烟气进行热交换，使所述第一次脱硫脱硝的烟气升温；
[0015]4)将升温后的第一次脱硫脱硝的烟气同时进行紫外线照射和电子束辐照，完成第二次脱硫脱硝。
[0016]在一较佳实施例中:所述紫外线照射的方向与所述电子束辐照的方向为相对方向。
[0017]在一较佳实施例中:所述紫外线照射为两束紫外线相对照射；所述电子束辐照为两束电子束相对辐照。
[0018]在一较佳实施例中:在步骤2中，所述水喷淋处理的温度为50-80 °C。
[0019]在一较佳实施例中:在步骤3中，所述第一次脱硫脱硝的烟气升温后的温度为70-120°C。
[0020]在一较佳实施例中:在步骤4中，所述电子束辐照反应的温度为70_120°C。
[0021]在一较佳实施例中:在步骤4中，所述紫外线波长为100-400nm。
[0022]在一较佳实施例中:所述水喷淋处理的方式为雾化喷淋。
[0023]在一较佳实施例中:所述水喷淋为喷淋双氧水的水溶液。
[0024]本发明还提供一种电子束烟气脱硫脱硝的装置，包括:
[0025]烟气-烟气换热器，所述烟气-烟气换热器的烟气入口与锅炉或燃机通过第一烟道相连；
[0026]烟气处理塔，所述烟气处理塔上安装有喷淋系统；所述烟气-烟气换热器的锅炉烟气出口与所述烟气处理塔的烟气入口通过第二烟道连接，所述第二烟道上设有喷氨控制阀；所述烟气处理塔的烟气出口通过第三烟道连接所述烟气-烟气换热器的预处理烟气入P ；
[0027]反应器，该反应器设置有电子加速器和紫外线发生器；所述烟气-烟气换热器的预处理烟气出口通过第四烟道连接所述辐照反应器。
[0028]在一较佳实施例中:所述电子加速器和所述紫外线发生器分别设置在所述反应器相对的侧壁位置。
[0029]在一较佳实施例中:所述电子加速器为一对，分别设置在所述反应器相对的侧壁上。
[0030]在一较佳实施例中:所述紫外线发生器为一对，分别设置在所述反应器相对的侧壁位置。
[0031]在一较佳实施例中:所述辐照反应器的底部倾斜，在反应器底部的最低处设置副产物出口。
[0032]在一较佳实施例中:所述烟气处理塔底部设置有副产物出口。
[0033]在一较佳实施例中:所述烟气处理塔的烟气出口与所述烟气-烟气换热器的预处理烟气入口之间设有第一副产物收集器。
[0034]在一较佳实施例中:所述辐照反应器的出口端连接第二副产物收集器。
[0035]在一较佳实施例中:所述喷淋系统为雾化喷淋系统。
[0036]在一较佳实施例中:所述喷淋系统为喷水系统或喷双氧水的系统。
[0037]本发明还提供所述的烟气脱硫脱硝的装置用于处理锅炉或燃机烟气的用途。该用途可以用于较为彻底地脱除锅炉烟气中的SOx、NOx和二恶英。
[0038]本发明将锅炉或燃机产生的烟气分别通过烟气处理塔和辐照反应器进行两步脱硫脱硝处理。烟气从锅炉或燃机排出后首先通过烟气-烟气换热器降低温度，再与氨气混合后进入烟气处理塔。氨气的用量可根据化学计算量得出。水从烟气处理塔的顶部喷淋而下，与烟气和氨气的混合气进行充分接触，发生化学反应，进行第一次脱硫脱硝处理。
[0039]采用雾化喷淋的方法喷出的水雾与烟气和氨气的混合气接触的效率更高，因为喷雾产生的液滴粒径更小，反应表面积更大，更利于化学反应的发生。在上述喷淋过程中将喷出的水改为双氧水溶液则能显著提升第一次脱硫脱硝处理的脱除效率，这是因为双氧水能分别将SOx和NOx氧化为H2S0# HN0 3，再与氨气结合即生成硫酸铵和硝酸铵，实现脱硫脱硝。
[0040]烟气经过水喷淋后的温度达到50_80°C。根据相关脱硫反应的研宄机理表明，脱硫反应主要是依靠热化学反应，而采用电子束辐照反应对脱硫反应的作用效果较不明显。脱硫反应原理为:烟气中的SOx，02，H20与氨气发生反应生成硫酸铵。实验表明，在温度处于50-80°C时，SOx脱除的效率最佳(最高可达90% )，该步主要是为了脱除烟气中的SOx。当温度高于80°C时，SOx脱除的效率随着温度的升高反而会大幅度下降。在烟气处理塔中，NOx也同时与氧气、氨气、水发生化学反应生成硝酸铵，因此NOx也会被一定程度地脱除。副产物硫酸铵和硝酸铵从烟气处理塔的底部排出，可作为肥料使用。烟气的组分中还含有一定量的粉尘，在经过水喷淋的作用后沉降到烟气处理塔底部再排出。由于粉尘会显著影响后续电子束脱硝反应中NOx的脱除，因此在烟气处理塔中去除粉尘可以起到对电子束脱硝进行预处理的作用，进而显著提升电子束脱硝反应的效率。
[0041]尚未被脱除的NOx与氨气、水汽、以及其它烟气成分组成的混合气体一起排出烟气处理塔，并通过第三烟道进入烟气-烟气换热器。混合气体通过换热器升高温度后再进入辐照反应器，进行第二步处理，在电子束的照射下剩余的NOx和SOx被进一步脱除。在第二步处理中，烟气中所含有的N2、02、H20和C02等气体分子经电子束辐照后，转化为大量的.0Η，.0，Η02 ?等氧化自由基，这些自由基与烟气中的SOx和NOx以极快的速度发生氧化反应生成H2S04和ΗΝ03(参见文献:Electron-beam flue-gas treatment for multicomponentair-pollut1n control, Applied Energy 75(2003) 145154)。所产生的雾状 H2S04和 HNO 3与nh3反应生成白色粉末状的硫酸氨和硝酸铵。相关脱硝反应的研宄机理表明，在第二步处理中，电子束辐照反应对脱硝反应的作用因素较大。实验表明，辐照反应器中的混合气体温度为70-120°C，在该温度下NOx达到最佳的脱除效率，被比较彻底地转化为硝酸铵。
[0042]本发明在第二步处理中紫外线的主要作用是:紫外线能将0jPH20裂解生成.0H自由基及03，从而可以减少电子束的使用量，提高经济性。紫外线作用的反应机理如下:
[0043]H20+h v — H+.0H
[0044]02+h v — 0 CD) +0 (3P)
[0045]0CD)+M — 0(3P)+M(M = 02或1)
[0046]0 (3P) +02+M — 03+M
[0047]03+h v — 0 (?) +02
[0048]0 (?) +H20 — 2.0H
[0049]本发明中的技术方案利用紫外线与电子束同时对混合烟气进行辐照并非简单组合。电子束和紫外辐照都能产生许多种类的自由基，包括H、.0H、H202、H30、H03、03等。这些自由基在氮氧化物氧化过程中的效果是不同的，氧化性越强的自由基对二氧化硫和氮氧化物的氧化效果越好，对脱硫脱硝的作用效果越显著。利用紫外线与电子束同时对混合烟气进行辐照，其协同效果在于:紫外线能够将电子束产生的H202等自由基进一步转化为对脱硫脱硝有益的.0H。而紫外辐照装置的成本远远低于电子加速器，从而在保证脱硫脱硝效果的同时，有效降低设备成本和运行成本。
[0050]Η202、.0H等氧化性最强的自由基使NOx、S02在气相中被氧化，转化成固态硝酸铵和硫酸铵物质。辐照反应器中脱硫脱硝的反应温度控制在60-110°C，该温度范围可以达到较佳的SOx和NOx脱除率。
[0051 ] 在上述作用过程中，烟气中的二恶英也在电子束和紫外线的双重作用下被氧化分解，从而达到烟气中同时脱除二恶英的技术效果。除了上述氢氧自由基、氧原子、臭氧等对二恶英产生氧化作用外，电子束还可与二恶英分子直接相互作用，将二恶英分子转化成为激发态分子，当激发态分子能量大于化学键能时，就会导致化学键的断裂，发生二恶英分子结构的重排或错位而被分解除去。紫外线的照射则可以对二恶英分子转化为激发状态产生显著的促进作用。
[0052]本发明的有益效果在于:
[0053]本发明的方法和装置可以有效地利用烟气热量，进行烟气-烟气充分换热，并在上述的两步处理过程中分别达到SOx和NOx的最佳脱除温度，可以显著提高脱硫和脱硝的效率。在第一步烟气处理塔的处理中，大量的SOx和NOx已经被脱除，进入第二步辐照反应器中的NOx和SOx处理量较少，因此所需的电子束发生装置的功率要求降低，从而可以显著降低电子束发生装置的投资和运行成本。紫外线发生器较为廉价易得。所以在第二步辐照反应器中增加紫外线发生器可进一步降低电子束发生装置的功率要求，节约成本。
[0054]此外，在辐照反应器中电子束和紫外线的双重作用下烟气中的二恶英也容易被分解脱除。本发明的方法和装置可广泛应用于各种锅炉(如:燃煤锅炉、垃圾焚烧锅炉、化工废物焚烧锅炉等)或燃机(如:柴油机、燃气轮机等)烟气的处理。
【专利附图】
【附图说明】
[0055]图1是现有技术的电子束烟气脱硫脱硝装置的结构示意图；
[0056]图2是本发明实施例1的烟气脱硫脱硝装置的结构示意图；
[0057]图3是本发明实施例1的辐照反应器中的电子加速器和紫外线发生器的俯视视角的相对位置示意图；
[0058]图4是本发明实施例2的烟气脱硫脱硝装置的结构不意图；
[0059]图5是本发明实施例3的烟气脱硫脱硝装置的结构示意图；
[0060]图6是本发明实施例3中辐照反应器纵向截面视角的电子加速器和紫外线发生器的相对位置示意图；
[0061]图7是本发明实施例4的烟气脱硫脱硝装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0062]实施例1
[0063]参见图2，本发明将烟气分别通过烟气处理塔和辐照反应器进行两步处理。锅炉1产生的烟气温度为130°C，烟气中SOx含量为300ppm，NOx含量为200ppm。
[0064]图2所示的电子束烟气脱硫脱硝装置各组件及连接关系如下:
[0065]烟气-烟气换热器3的锅炉烟气入口 31与锅炉1通过第一烟道21相连；
[0066]烟气处理塔5，所述烟气处理塔5上安装有喷淋系统6 ;所述烟气-烟气换热器3的锅炉烟气出口 32与所述烟气处理塔5的烟气入口 51用第二烟道22连接，所述第二烟道22上设有喷氨控制阀4 ;烟气处理塔5的烟气出口 52通过第三烟道23连接烟气-烟气换热器3的预处理烟气入口 33 ;烟气-烟气换热器3的预处理烟气出口 34通过第四烟道24连接辐照反应器7 ;所述辐照反应器7上安装电子加速器8。
[0067]烟气从锅炉1排出后首先通过第一烟道21进入烟气-烟气换热器3降低温度，再进入第二烟道22与经过喷氨控制阀4控制流量的氨气混合后进入烟气处理塔5。氨气的用量可根据化学计算量得出。通过控制喷淋系统6使烟气处理塔5内的温度在50°C ;通过控制喷淋系统6的喷嘴孔径控制喷淋水的雾化效果。喷淋水通过喷淋系统6从烟气处理塔5的顶部喷淋而下，与烟气和氨气的混合气进行充分接触，发生化学反应，进行第一步脱硫脱硝处理。
[0068]采用雾化喷淋的方法喷出的水雾与烟气和氨气的混合气接触的效率更高，更利于化学反应的发生。若在上述喷淋过程中将喷淋系统6喷出的水改为双氧水溶液则能显著提升第一步脱硫脱硝处理的效率，这是因为双氧水能分别将SOx和NOx氧化为H2S0jP HN0 3，再与氨气结合即生成硫酸铵和硝酸铵。
[0069]在以水为喷淋剂的条件下，第一步脱硫脱硝处理的主要目的是脱除烟气中的SOx。在烟气处理塔5中，NOx也同时与氨气、水发生化学反应生成硝酸铵，因此NOx也会被大量地脱除。副产物硫酸铵和硝酸铵从烟气处理塔的底部9排出，可作为肥料使用。尚未被脱除的NOx与氨气、水汽、以及其它烟气成分组成的混合气体一起排出烟气处理塔5，并通过第三烟道23进入烟气-烟气换热器3。
[0070]混合气体通过烟气-烟气换热器3升高温度至70°C后再进入辐照反应器7，进行第二步脱硫脱硝处理。在电子加速器8产生的电子束的照射下NOx和SOx发生化学反应被进一步脱除。在电子束照射的同时，紫外线发生器71 (紫外灯)产生紫外线照射烟气，显著促进NOx和SOx经电子束辐照反应转化为硝酸铵和硫酸铵。烟气中含有的二恶英在辐照反应器7中电子束和紫外线的双重辐照下也被分解脱除。
[0071 ] 副产物硝酸铵和少量硫酸铵从辐照反应器7的底部10排出，并作为化肥使用。经过辐照反应器7处理后的烟气通过烟囱11排入大气中。
[0072]电子加速器8和紫外线发生器71可以设置在贴近辐照反应器7的内壁位置上，有多种位置的排列组合方式(如:水平方向辐照和/或垂直方向辐照)，均能对烟气产生一定的辐照效果。在本实施例中，辐照反应器7中的电子加速器8和紫外线发生器71设置为水平方向上对向照射(如附图3所示)。这样可以增加电子束和紫外线的重叠区域，有利于更加充分地辐照烟气。设定电子束剂量为3kGy，紫外发射器产生的紫外线波长为300nm，功率为20W，二氧化硫和氮氧化物的脱除指标分别可达94%和79%。如果在第一步脱硫脱硝处理中改用双氧水为喷淋剂，则二氧化硫和氮氧化物的脱除指标可进一步分别提升至96%和83%。根据现有技术，在相同的条件下二氧化硫和氮氧化物的脱除指标仅为70%和42%。
[0073]实施例2
[0074]参见图4，本发明将烟气分别通过烟气处理塔和辐照反应器进行两步处理。锅炉1产生的烟气温度为150°C，烟气中SOx含量为280ppm，NOx含量为200ppm。
[0075]图4所示的烟气脱硫脱硝装置各组件及连接关系如下:
[0076]烟气-烟气换热器3，所述烟气-烟气换热器3的锅炉烟气入口 31与锅炉1通过第一烟道21相连；烟气处理塔5，所述烟气处理塔5上安装有喷淋系统6 ;所述烟气-烟气换热器3的锅炉烟气出口 32与所述烟气处理塔5的烟气入口 51通过第二烟道22连接，所述第二烟道22上设有喷氨控制阀4 ;所述烟气处理塔5的烟气出口 52通过第三烟道23连接第一副产物收集器12的入口端，第一副产物收集器的出口端连接烟气-烟气换热器3的预处理烟气入口 33 ;所述烟气-烟气换热器3的预处理烟气出口 34通过第四烟道24连接辐照反应器7的入口端71，所述辐照反应器7的出口端72连接第二副产物收集器13 ;所述辐照反应器7上安装电子加速器8。
[0077]烟气从锅炉1排出后首先通过第一烟道21进入烟气-烟气换热器3降低温度，再进入第二烟道22与经过喷氨控制阀4控制流量的氨气混合后进入烟气处理塔5。氨气的用量可根据化学计算量得出。通过控制喷淋系统6使烟气处理塔5内的温度在80°C ;通过控制喷淋系统6的喷嘴孔径控制喷淋水的雾化效果。喷淋水通过喷淋系统6从烟气处理塔5的顶部喷淋而下，与烟气和氨气的混合气进行充分接触，发生化学反应，进行第一步脱硫脱硝处理。
[0078]采用雾化喷淋的方法喷出的水雾与烟气和氨气的混合气接触的接触表面积更大，更有利于化学反应的发生。该步主要目的是脱除烟气中的SOx。在烟气处理塔5中，NOx也同时与氨气、水发生化学反应生成硝酸铵，因此NOx也会被大量地脱除。烟气处理塔5处理后的烟气一起经过第四烟道24进入第一副产物收集器12通过排放管9收集这些副产物，副产物可作为肥料使用。尚未被脱除的NOx与氨气、水汽、以及其它烟气成分组成的混合气体一起排出烟气处理塔5，并通过第三烟道23进入烟气-烟气换热器3。混合气体通过烟气-烟气换热器3升高温度至100°C后再进入辐照反应器7，进行第二步脱硫脱硝处理，在电子加速器8产生的电子束的照射下NOx和SOx发生化学反应被进一步脱除。在电子束照射的同时，紫外线发生器73 (紫外灯)产生紫外线照射烟气，显著促进NOx和SOx经电子束辐照反应转化为硝酸铵和硫酸铵。烟气中含有的二恶英在辐照反应器7中电子束和紫外线的双重辐照下也被分解脱除。
[0079]第二副产物收集器13收集剩余的反应副产物硝酸铵和硫酸铵，副产物可作为肥料使用。经过副产物收集器13处理后的烟气通过烟囱11排入大气中。
[0080]本实施例中，在设定电子束剂量为3kGy时，紫外发射器产生的紫外线波长为lOOnm，功率为50W，—■氧化硫和氣氧化物的脱除指标分别可达90%和91 %。根据现有技术，在相同的条件下二氧化硫和氮氧化物的脱除指标仅为67%和21%。
[0081]实施例3
[0082]参见图5，本发明将烟气分别通过烟气处理塔和辐照反应器进行两步处理。锅炉1产生的烟气温度为150°C，烟气中SOx含量为280ppm，NOx含量为200ppm。
[0083]图5所示的烟气脱硫脱硝装置各组件及连接关系与实施例2中近似，具体如下所示:
[0084]烟气-烟气换热器3，所述烟气-烟气换热器3的锅炉烟气入口 31与锅炉1通过第一烟道21相连；烟气处理塔5，所述烟气处理塔5上安装有喷淋系统6 ;所述烟气-烟气换热器3的锅炉烟气出口 32与所述烟气处理塔5的烟气入口 51通过第二烟道22连接，所述第二烟道22上设有喷氨控制阀4 ;所述烟气处理塔5的烟气出口 52通过第三烟道23连接第一副产物收集器12的入口端，第一副产物收集器的出口端连接烟气-烟气换热器3的预处理烟气入口 33 ;所述烟气-烟气换热器3的预处理烟气出口 34通过第四烟道24连接辐照反应器7的入口端71，所述辐照反应器7的出口端72连接第二副产物收集器13 ;所述辐照反应器7安装电子加速器8。
[0085]烟气从锅炉1排出后首先通过第一烟道21进入烟气-烟气换热器3降低温度，再进入第二烟道22与经过喷氨控制阀4控制流量的氨气混合后进入烟气处理塔5。氨气的用量可根据化学计算量得出。通过控制喷淋系统6使烟气处理塔5内的温度在80°C ;通过控制喷淋系统6的喷嘴孔径控制喷淋水的雾化效果。喷淋水通过喷淋系统6从烟气处理塔5的顶部喷淋而下，与烟气和氨气的混合气进行充分接触，发生化学反应，进行第一步脱硫脱硝处理。
[0086]本实施例采用雾化喷淋的方法喷出的水雾与烟气和氨气的混合气接触的接触表面积更大，更有利于化学反应的发生。该步主要目的是脱除烟气中的SOx。在烟气处理塔5中，NOx也同时与氨气、水发生化学反应生成硝酸铵，因此NOx也会被大量地脱除。烟气处理塔5处理后的烟气一起经过第四烟道24进入第一副产物收集器12通过排放管9收集这些副产物，副产物可作为肥料使用。尚未被脱除的NOx与氨气、水汽、以及其它烟气成分组成的混合气体一起排出烟气处理塔5，并通过第三烟道23进入烟气-烟气换热器3。混合气体通过烟气-烟气换热器3升高温度至120°C后再进入辐照反应器7，进行第二步脱硫脱硝处理。
[0087]本实施例中，辐照反应器7内实现电子束和紫外线同时辐照烟气。紫外线照射为两束紫外线相对照射，电子束辐照为两束电子束相对辐照。因此，紫外线发生器为一对，分别设置在辐照反应器7相对的侧壁位置(图5中仅标示一个紫外线发生器73)。电子加速器81和82为一对，分别设置在辐照反应器7相对的侧壁上。图6为辐照反应器7的纵向截面示意图，更进一步标示出紫外线发生器73和74，以及电子加速器81和82的相对位置。采用上述设计可以使辐照反应器中的电子束和紫外线分布更为均匀，实现电子束束流强度和电子束在烟气中的吸收能量在辐照区域的空间内实现均匀分布，可以有效地避免在辐照反应器中出现难以进行充分反应的区域。
[0088]在电子加速器81和82产生的电子束的照射下NOx和SOx发生化学反应被进一步脱除。在电子束照射的同时，紫外线发生器73和74产生紫外线照射烟气，显著促进NOx和SOx经电子束辐照反应转化为硝酸铵和硫酸铵。烟气中含有的二恶英在辐照反应器7中电子束和紫外线的双重辐照下也被分解脱除。由于消除了反应死角，NOx, SOx和二恶英的脱除效率均得以提升。
[0089]第二副产物收集器13收集剩余的反应副产物硝酸铵和硫酸铵，副产物可作为肥料使用。经过副产物收集器13处理后的烟气通过烟囱11排入大气中。
[0090]本实施例中，在设定电子束剂量为3kGy时，紫外发射器产生的紫外线波长为400nm，功率为40W，—■氧化硫和氣氧化物的脱除指标分别可达91 %和93%。根据现有技术，在相同的条件下二氧化硫和氮氧化物的脱除指标仅为67%和21%。
[0091]实施例4
[0092]参见图7，本发明将船用重型柴油机烟气分别通过烟气处理塔和辐照反应器进行两步处理。船用重型柴油机产生的烟气温度为350°C，烟气中S0X含量为100ppm，N0x含量为 200ppm。
[0093]图7所示的电子束烟气脱硫脱硝装置各组件及连接关系如下:
[0094]烟气-烟气换热器3的柴油机烟气入口 31与柴油机1通过第一烟道21相连；
[0095]烟气处理塔5，所述烟气处理塔5上安装有喷淋系统6 ;所述烟气-烟气换热器3的锅炉烟气出口 32与所述烟气处理塔5的烟气入口 51用第二烟道22连接，所述第二烟道22上设有喷氨控制阀4 ;烟气处理塔5的烟气出口 52通过第三烟道23连接烟气-烟气换热器3的预处理烟气入口 33 ;烟气-烟气换热器3的预处理烟气出口 34通过第四烟道24连接辐照反应器7 ;所述辐照反应器7上安装电子加速器8。
[0096]烟气从柴油机1排出后首先通过第一烟道21进入烟气-烟气换热器3降低温度，再进入第二烟道22与经过喷氨控制阀4控制流量的氨气混合后进入烟气处理塔5。氨气的用量可根据化学计算量得出。通过控制喷淋系统6使烟气处理塔5内的温度在50°C ;通过控制喷淋系统6的喷嘴孔径控制喷淋水的雾化效果。喷淋水通过喷淋系统6从烟气处理塔5的顶部喷淋而下，与烟气和氨气的混合气进行充分接触，发生化学反应，进行第一步脱硫脱硝处理。
[0097]采用雾化喷淋的方法喷出的水雾与烟气和氨气的混合气接触的效率更高，更利于化学反应的发生。若在上述喷淋过程中将喷淋系统6喷出的水改为双氧水溶液则能显著提升第一步脱硫脱硝处理的效率，这是因为双氧水能分别将SOx和NOx氧化为H2S0jP HN0 3，再与氨气结合即生成硫酸铵和硝酸铵。
[0098]在以水为喷淋剂的条件下，第一步脱硫脱硝处理的主要目的是脱除烟气中的SOx。在烟气处理塔5中，NOx也同时与氨气、水发生化学反应生成硝酸铵，因此NOx也会被大量地脱除。副产物硫酸铵和硝酸铵从烟气处理塔的底部9排出，可作为肥料使用。尚未被脱除的NOx与氨气、水汽、以及其它烟气成分组成的混合气体一起排出烟气处理塔5，并通过第三烟道23进入烟气-烟气换热器3。
[0099]混合气体通过烟气-烟气换热器3升高温度至100°C后再进入辐照反应器7，进行第二步脱硫脱硝处理。在电子加速器8产生的电子束的照射下NOx和SOx发生化学反应被进一步脱除。在电子束照射的同时，紫外线发生器71 (紫外灯)产生紫外线照射烟气，显著促进NOx和SOx经电子束辐照反应转化为硝酸铵和硫酸铵。烟气中含有的二恶英在辐照反应器7中电子束和紫外线的双重辐照下也被分解脱除。
[0100]副产物硝酸铵和少量硫酸铵从辐照反应器7的底部10排出，并作为化肥使用。经过辐照反应器7处理后的烟气通过烟囱11排入大气中。
[0101]电子加速器8和紫外线发生器71可以设置在贴近辐照反应器7的内壁位置上，有多种位置的排列组合方式(如:水平方向辐照和/或垂直方向辐照)，均能对烟气产生一定的辐照效果。在本实施例中，辐照反应器7中的电子加速器8和紫外线发生器71设置为水平方向上对向照射(如附图3所示)。这样可以增加电子束和紫外线的重叠区域，有利于更加充分地辐照烟气。设定电子束剂量为3kGy，紫外发射器产生的紫外线波长为300nm，功率为20W，二氧化硫和氮氧化物的脱除指标分别可达94%和87%。如果在第一步脱硫脱硝处理中改用双氧水为喷淋剂，则二氧化硫和氮氧化物的脱除指标可进一步分别提升至96%和93%。根据现有技术，在相同的条件下二氧化硫和氮氧化物的脱除指标仅为60%和32%。
[0102]出于说明的目的，已经参考具体实施例给出了上述描述。然而，上述示例性论述并不是要穷举将本发明限制到所公开的确切形式。鉴于上述教导，可以有许多修改和变化。选择和描述了这些实施例是为了更好地解释本发明的原理及其实际应用，由此使本领域的其他技术人员能够最好地利用本发明以及适合于所构想的具体用途的各个实施例和各种修改。
【权利要求】
1.一种烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于包括下列步骤: 1)将锅炉或燃机产生的烟气与第一次脱硫脱硝的烟气进行热交换，使所述锅炉产生的烟气降温； 2)将降温后的烟气混合氨气，再用水喷淋处理，完成第一次脱硫脱硝； 3)将第一次脱离脱硝的烟气与锅炉产生的烟气进行热交换，使所述第一次脱硫脱硝的烟气升温； 4)将升温后的第一次脱硫脱硝的烟气同时进行紫外线照射和电子束辐照，完成第二次脱硫脱硝。
2.根据权利要求1所述的一种烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于:所述紫外线照射的方向与所述电子束辐照的方向为相对方向。
3.根据权利要求1所述的一种烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于:所述紫外线照射为两束紫外线相对照射。
4.根据权利要求1所述的一种烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于:所述电子束辐照为两束电子束相对辐照。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于:在步骤2中，所述水喷淋处理的温度为50-80°C。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于:在步骤3中，所述第一次脱硫脱硝的烟气升温后的温度为70-120°C。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于:在步骤4中，所述第二次脱硫脱硝反应的温度为70-120°C。
8.根据权利要求1至4中任意一项所述的烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于:在步骤4中，所述紫外线波长为100-400nm。
9.根据权利要求5所述的一种烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于:所述水喷淋处理的方式为雾化喷淋。
10.根据权利要求9所述的一种烟气脱硫脱硝的方法，其特征在于:所述水喷淋为双氧水喷淋。
11.一种烟气脱硫脱硝的装置，其特征在于包括: 烟气-烟气换热器，所述烟气-烟气换热器的烟气入口与锅炉或燃机通过第一烟道相连； 烟气处理塔，所述烟气处理塔上安装有喷淋系统；所述烟气-烟气换热器的烟气出口与所述烟气处理塔的烟气入口通过第二烟道连接，所述第二烟道上设有喷氨控制阀；所述烟气处理塔的烟气出口通过第三烟道连接所述烟气-烟气换热器的预处理烟气入口； 辐照反应器，该辐照反应器设置有电子加速器和紫外线发生器；所述烟气-烟气换热器的预处理烟气出口通过第四烟道连接所述辐照反应器。
12.根据权利要求11所述的烟气脱硫脱硝的装置，其特征在于:所述电子加速器和所述紫外线发生器分别设置在所述辐照反应器相对的侧壁位置。
13.根据权利要求11所述的一种烟气脱硫脱硝的装置，其特征在于:所述电子加速器为一对，分别设置在所述辐照反应器相对的侧壁上。
14.根据权利要求11所述的一种烟气脱硫脱硝的装置，其特征在于:所述紫外线发生器为一对，分别设置在所述辐照反应器相对的侧壁位置。
15.根据权利要求11至14中任意一种所述的烟气脱硫脱硝的装置，其特征在于:所述烟气处理塔底部设置有副产物出口。
16.根据权利要求11至14中任意一种所述的烟气脱硫脱硝的装置，其特征在于:所述辐照反应器的底部倾斜，在反应器底部的最低处设置副产物出口。
17.根据权利要求11至14中任意一种所述的烟气脱硫脱硝的装置，其特征在于:所述烟气处理塔的烟气出口与所述烟气-烟气换热器的预处理烟气入口之间设有第一副产物收集器。
18.根据权利要求11至14中任意一种所述的烟气脱硫脱硝的装置，其特征在于:所述辐照反应器的出口端连接第二副产物收集器。
19.根据权利要求11至14中任意一种所述的烟气脱硫脱硝的装置，其特征在于:所述喷淋系统为雾化喷淋系统。
20.根据权利要求19所述的一种烟气脱硫脱硝的装置，其特征在于:所述喷淋系统为喷水系统或喷双氧水的系统。
21.一种将权利要求11至20中任意一项所述的烟气脱硫脱硝的装置用于处理锅炉或燃机烟气的用途。
【文档编号】F23J15/02GK104474858SQ201410743754
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月8日 优先权日:2014年12月8日
【发明者】张彬彬, 王夺, 曹留烜, 李宁, 刘运权, 张尧立, 赵英汝 申请人:厦门大学