一种脉冲荷电强化-过滤催化一体化烟气净化装置及方法与流程

本发明涉及环境保护
技术领域：
，具体涉及一种脉冲荷电强化-过滤催化一体化烟气净化装置及方法。技术背景随着煤电行业超低排放改造完成，非电行业将成为未来大气污染治理的关键领域。钢铁、玻璃、焦化等主要非电行业会排放大量粉尘及nox，由于其烟气工况和成分复杂，传统治理工艺在处理此类烟气时存在适应性差、能耗大、流程长，投资运行成本高等问题。因此，开发适应性强、经济可行的工业烟气超低排放一体化技术成为非电行业大气污染治理的主要发展方向。膜技术是一种新型的过滤技术，在除尘领域得到越来越多的应用，粉尘浓度可控制在5mg/m3以内。将膜过滤技术与催化技术相耦合，实现同时去除pm2.5和nox、vocs或二噁英等。通过与干法脱硫技术的结合还可以实现硫尘硝等多种污染物的一体化去除，已成为一种极具应用前景的工业烟气处理新工艺。发明专利cn112169591a公开了一种脉冲放电-膜过滤催化耦合烟气净化装置及方法，将脉冲放电和膜过滤催化技术耦合，在陶瓷滤管外周围设置放电极，将陶瓷滤管外层包覆导电膜，用作集尘极，以此方法来强化粉尘的脱除，同时通过脉冲放电产生活性自由基，实现协同脱除nox，vocs和hg0的作用。由于膜过滤依靠膜层的“表面过滤”实现高精度高效率，在陶瓷膜外表面形成电场，利用库仑力强化粉尘的去除可能会造成小颗粒在电场力的作用下进入膜层孔道内沉积并发生堵塞，或者在膜层外滤饼由于库仑力的作用难以被清除的现象。此外，nh3逃逸已经成为scr脱硝技术中必须关注的问题，nh3逃逸超过一定量将对下游烟气系统造成严重影响，如何保证较高scr脱硝效率的同时控制nh3的逃逸，目前已成为亟待解决的重要问题。技术实现要素：本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种脉冲荷电强化-过滤催化一体化烟气净化装置及方法，能够同时脱pm2.5、nox、vocs和重金属汞等多种污染物，减小过滤阻力，避免膜孔堵塞，有效控制nh3逃逸，达到非常高的环保排放要求。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种脉冲荷电强化-过滤催化一体化烟气净化装置，包括进气烟道（10），脉冲放电器（1）、催化过滤一体化反应器（5）、出口出气烟道（9），脉冲放电器（1）设置在进气烟道(10)的进口段；所述进气烟道(10)设置在催化过滤一体化反应器（5）的中下部，烟道脉冲放电器（1）设置在进气烟道（10）中，催化过滤一体化反应器（5）内自下而上分别为灰斗（6）、烟气紊流装置（3）、催化过滤管（4）、反吹空气管（7）和顶部催化反应层（8）；所述进气烟道（10）设置在催化过滤一体化反应器（5）的中下部，并位于灰斗（6）和烟气紊流装置（3）之间；出气烟道（9）设置在催化过滤一体化反应器（5）的顶部。所述的催化过滤催化管（4）为多孔陶瓷、陶瓷纤维或者多孔金属管，其孔道中负载有活性组分，催化过滤催化管（4）为一端封闭，一端开口，挂烛式安装，外径为90-180mm，壁厚为10-30mm，管长1-3m。所述的催化过滤催化管（4）负载有催化活性组分；所述的催化活性组分包括锰、铈、锆、钴、钒、铬、铜、钼、钨、铁中的一种或多种，催化活性组分在催化过滤催化管（4）内部孔道中的质量百分含量为1～10％。所述的过滤催化管（4）可在管催化过滤管（4）外表面进行覆膜或预喷涂一定量10-50μm大小的活性炭或者石墨粉，使其表面形成过滤膜层。所述的脉冲放电器（1）连接高压脉冲电源（2），电压范围为20～100kv；脉冲放电器中的电极分别与高压脉冲电源的正负极相连。所述的进气烟道（10）倾斜向下插入催化过滤反应器，的出口段与水平方向的倾斜角度为15-45℃，倾斜向下插入催化过滤一体化反应器（5）。所述的反吹空气管（7）设有若干个喷嘴，并且喷嘴与在各个每个催化过滤催化管（4）口设有喷嘴的中心线对应，采用脉冲反吹或低压反吹的方法将反吹风吹到催化过滤管（4）内，并自内向外将表面积累的滤饼吹落至灰斗（6）中。顶部催化反应层（8）层高100-200mm，用于去除nh3逃逸，氧化物载体上负载贵金属元素pt，pb，au中的一种或者多种；氧化物载体选自ceo2、tio2或者al2o3。；贵金属元素的负载量即质量百分含量为0.1-1wt％。本发明还公开了一种脉冲荷电强化-过滤催化一体化烟气净化方法，包括以下步骤，第一步：高温含尘烟气通过经过进气烟道（10）烟道内的不同电极的高压电晕区，使得颗粒物分别带有正电荷和负电荷，同时产生活性物质，包括臭氧、活性氧自由基等，并进入到催化过滤一体化反应器（5）；第二步：带有正负电荷的粉尘颗粒物在惯性力、库仑力和布朗作用下产生凝并效果，小颗粒变作大颗粒，通过烟气紊流装置（3）强化凝并效果，并使得颗粒物和nh3在烟气中的分布更加均匀；第三步：含尘烟气在催化过滤管（4）表面形成滤饼，由深层过滤转变为表面过滤，过滤后的烟气进入催化过滤管（4）催化层，放电产生的活性物质与催化过滤管（4）滤管上负载的催化剂活性组分发生协同作用，使得烟气中的气态污染物nox、vocs和hg0被脱除；催化过滤管（4）表面积累的滤饼通过反吹风吹落至底部灰斗（6）第四步：逃逸的nh3进入顶部催化反应层（8），nh3催化层分解，最终通过顶部出气烟道（9）排放至下游工序中。与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、本发明可以将pm2.5、nox、vocs和hg0等多种污染物进行同步脱除，通过与干法脱硫工艺结合还能实现硫硝尘一体化脱除，能够大大减少烟气净化系统的一次性投资和运行成本。2、本发明基于脉冲放电生成的活性物质可以与催化体系协同作用，显著提升了nox、vocs和hg0等污染物的去除效率。3、本发明在电晕放电过程中生成的不同电荷附着在颗粒物上，使颗粒物凝并长大，过滤催化管表面形成较为蓬松的滤饼层（孔隙率增大），提高了颗粒物的去除效率，显著降低了滤饼层阻力。4、通过在末端设置nh3催化剂，确保氨逃逸在可控范围内，避免了二次污染。附图说明图1为本发明的装置示意图。图中：1-脉冲放电器，2-高压脉冲电源，3-烟气紊流装置，4-催化过滤管，5-催化过滤一体化反应器，6-灰斗，7-反吹空气管，8-顶部催化反应层，9-出气烟道，10-进气烟道。具体实施方式下面将结合具体实施例进一步说明本发明的构思。一种脉冲荷电强化-过滤催化一体化烟气净化装置，包括进气烟道（10），脉冲放电器（1）、催化过滤一体化反应器（5）、出口出气烟道（9），脉冲放电器（1）设置在进气烟道（10）的进口段；所述进气烟道（10）设置在催化过滤一体化反应器（5）的中下部，烟道脉冲放电器（1）设置在进气烟道（10）中，催化过滤一体化反应器（5）内自下而上分别为灰斗（6）、烟气紊流装置（3）、催化过滤管（4）、反吹空气管（7）和顶部催化反应层（8）；所述进气烟道（10）设置在催化过滤一体化反应器（5）的中下部，并位于灰斗（6）和烟气紊流装置（3）之间；出气烟道（9）设置在催化过滤一体化反应器（5）的顶部。催化过滤催化管（4）为陶瓷纤维管，催化过滤催化管（4）为一端封闭，一端开口，挂烛式安装，外径为90mm，壁厚为10mm，管长1m，数量1根。催化过滤催化管（4）内部孔道中负载有催化活性组分，催化组分质量百分含量为1～10%。；在管催化过滤管（4）外表面进行覆膜或预喷涂一定量10-50μm大小的活性炭或者石墨粉，使其表面形成过滤膜层。脉冲放电器（1）连接高压脉冲电源（2），电压范围为20～100kv；脉冲放电器中的电极分别与高压脉冲电源的正负极相连。进气烟道（10）倾斜向下插入催化过滤反应器，的出口段与水平方向的倾斜角度为15℃，倾斜向下插入催化过滤一体化反应器（5）。反吹空气管（7）设有若干个喷嘴，并且喷嘴与在各个每个催化过滤催化管(4)口设有喷嘴的中心线对应，采用脉冲反吹或低压反吹的方法将反吹风吹到催化过滤管（4）内，并自内向外将表面积累的滤饼吹落至灰斗（6）中。顶部催化反应层（8）层高100mm，用于去除nh3逃逸，氧化物载体上负载贵金属元素pt；载体选自tio2；贵金属元素的负载量即质量百分含量为0.1-1wt％。利用实验室中试烟气净化系统进行试验研究，由回转窑燃烧煤粉提供模拟烟气，将烟气引入上述的脉冲荷电强化-过滤催化一体化烟气净化装置，经过以下步骤，第一步：高温含尘烟气通过经过进气烟道（10）烟道内的不同电极的高压电晕区，使得颗粒物分别带有正电荷和负电荷，同时产生活性物质，包括臭氧、活性氧自由基等，并进入到催化过滤一体化反应器（5）；第二步：带有正负电荷的粉尘颗粒物在惯性力、库仑力和布朗作用下产生凝并效果，小颗粒变作大颗粒，通过烟气紊流装置（3）强化凝并效果，并使得颗粒物和nh3在烟气中的分布更加均匀；第三步：含尘烟气在催化过滤管（4）表面形成滤饼，由深层过滤转变为表面过滤，过滤后的烟气进入催化过滤管（4）催化层，放电产生的活性物质与催化过滤管（4）滤管上负载的催化剂活性组分发生协同作用，使得烟气中的气态污染物nox、vocs和hg0被脱除；催化过滤管（4）表面积累的滤饼通过反吹风吹落至底部灰斗（6）；第四步：逃逸的nh3进入顶部催化反应层（8），nh3催化层分解，最终通过顶部出气烟道（9）排放至下游工序中。实施例1模拟烟气量为200m3/h，烟气温度350℃，过滤速率1.2m/min，烟气中颗粒物浓度500mg/m3，vocs浓度200mg/m3，hg0浓度200μg/m3，催化过滤管4的催化活性组分包括锰氧化物和钒氧化物，催化活性组分的质量百分含量为1%，当关闭脉冲电源时，测试尾气出口各污染物浓度，计算得到颗粒物去除效率93.1%，vocs去除效率60%，hg0去除效率50%。实施例2模拟烟气量为200m3/h，烟气温度350℃，过滤速率1.2m/min，烟气中颗粒物浓度500mg/m3，vocs浓度200mg/m3，hg0浓度200μg/m3，催化过滤管4催化活性组分包括锰氧化物和钒氧化物，催化活性组分的质量百分含量为1%，当脉冲电源电压设置为20kv时，测试尾气出口各污染物浓度，计算得到颗粒物去除效率99.5%，vocs去除效率65%，hg0去除效率51.6%。实施例3模拟烟气量为200m3/h，烟气温度350℃，过滤速率1.2m/min，烟气中颗粒物浓度500mg/m3，vocs浓度200mg/m3，hg0浓度200μg/m3，催化过滤管4催化活性组分包括锰氧化物和钒氧化物，催化活性组分的质量百分含量为1%，当脉冲电源电压设置为100kv时，测试尾气出口各污染物浓度，计算得到颗粒物去除效率99.5%，vocs去除效率75%，hg0去除效率70.3%。表1实施例1-3工艺控制参数及效果指标实施例1实施例2实施例3电源电压（kv）020100过滤速率（m/min）1.21.21.2催化过滤管的活性组分成分锰氧化物和钒氧化物锰氧化物和钒氧化物锰氧化物和钒氧化物活性组分含量（%）111颗粒物去除效率（%）93.199.599.6vocs去除效率（%）607585hg0去除效率（%）5051.680实施例4模拟烟气量为200m3/h，烟气温度350℃，脉冲电源电压设置为100kv，烟气中颗粒物浓度500mg/m3，vocs浓度200mg/m3，hg0浓度200μg/m3，催化过滤管4催化活性组分包括锰氧化物和钒氧化物，催化活性组分的质量百分含量为10%，过滤速率1.2m/min，测试尾气出口各污染物浓度，计算得到颗粒物去除效率99.5%，vocs去除效率90.2%，hg0去除效率95.9%。实施例5模拟烟气量为200m3/h，烟气温度350℃，脉冲电源电压设置为100kv，烟气中颗粒物浓度500mg/m3，vocs浓度200mg/m3，hg0浓度200μg/m3，催化过滤管4催化活性组分包括钴氧化物和钒氧化物，催化活性组分的质量百分含量为10%，过滤速率1.2m/min，测试尾气出口各污染物浓度，计算得到颗粒物去除效率99.5%，vocs去除效率95%，hg0去除效率90.4%。实施例6模拟烟气量为200m3/h，烟气温度350℃，脉冲电源电压设置为100kv，烟气中颗粒物浓度500mg/m3，vocs浓度200mg/m3，hg0浓度200μg/m3，催化过滤管4催化活性组分包括铁氧化物和钒氧化物，催化活性组分的质量百分含量为10%，过滤速率1.2m/min，测试尾气出口各污染物浓度，计算得到颗粒物去除效率99.5%，vocs去除效率80%，hg0去除效率87.5%。表2实施例4-6工艺控制参数及效果指标实施例4实施例5实施例6电源电压（kv）100100100过滤速率（m/min）1.21.21.2催化过滤管的活性组分成分锰氧化物和钒氧化物钴氧化物和钒氧化物铁氧化物和钒氧化物活性组分含量（%）101010颗粒物去除效率（%）99.599.599.5vocs去除效率（%）90.29580hg0去除效率（%）95.990.487.5实施例7模拟烟气量为200m3/h，烟气温度350℃，脉冲电源电压设置为100kv，烟气中颗粒物浓度500mg/m3，no浓度800mg/m3，vocs浓度200mg/m3，hg0浓度200μg/m3，氨氮摩尔比为0.9，催化过滤管4催化活性组分包括锰氧化物和钒氧化物，催化活性组分的质量百分含量为10%，过滤速率1.2m/min，未安装顶部催化剂，测试尾气出口各污染物浓度，计算得到颗粒物去除效率99.6%，vocs去除效率80%，hg0去除效率80%，脱硝效率90%，出口nh3浓度为5ppm。实施例8模拟烟气量为200m3/h，烟气温度350℃，脉冲电源电压设置为100kv，烟气中颗粒物浓度500mg/m3，no浓度800mg/m3，vocs浓度200mg/m3，hg0浓度200μg/m3，氨氮摩尔比为0.9，催化过滤管4催化活性组分包括锰氧化物和钒氧化物，催化活性组分的质量百分含量为10%，过滤速率1.2m/min，顶部催化剂中pt含量0.1%，测试尾气出口各污染物浓度，计算得到颗粒物去除效率99.6%，vocs去除效率85%，hg0去除效率85.9%，脱硝效率90%，出口nh3浓度为1ppm。实施例9模拟烟气量为200m3/h，烟气温度350℃，脉冲电源电压设置为100kv，烟气中颗粒物浓度500mg/m3，no浓度800mg/m3，vocs浓度200mg/m3，hg0浓度200μg/m3，氨氮摩尔比为0.9，催化过滤管4催化活性组分包括锰氧化物和钒氧化物，催化活性组分的质量百分含量为10%，过滤速率1.2m/min，顶部催化剂中pt含量1%，测试尾气出口各污染物浓度，计算得到颗粒物去除效率99.7%，vocs去除效率95%，hg0去除效率100%，脱硝效率90%，出口nh3浓度为0ppm。表3实施例7-9工艺控制参数及效果指标实施例7实施例8实施例9电源电压（kv）100100100过滤速率（m/min）1.21.21.2氨氮摩尔比0.90.90.9顶部催化反应层活性组分/ptpt活性组分含量（%）00.11nh3逃逸浓度（ppm）510nox去除效率（%）909090颗粒物去除效率（%）99.699.699.7vocs去除效率（%）808595hg0去除效率（%）8085.9100当前第1页12