基于臭氧的烟气治理系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种烟气治理系统及方法，尤其是一种同时脱除烟气中的二氧化硫、 氮氧化物、汞和粉尘，并利用其废液生产盐副产品的系统及方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，我国SOjP 排放日益增加，其带来的污染也越来越严重，并产生了一 系列的问题：由它们形成的酸雨和光化学烟雾等严重威胁人类健康，破坏生态环境，这些污 染物已经严重影响了人民群众的生活和国民经济的发展。钢铁行业粉尘排放量占我国工业 粉尘排放总量的25%，烧结工业烟尘排放约占钢铁生产过程总排放量的40%之多，这些随 烟气排出的粉尘同样是霾的重要来源，S02、NOx和粉尘对人体健康的伤害、对大自然的伤害 比我们预计的要严重的多。汞是唯一一种在常温常压下呈气态的有毒重金属，拥有长距离 扩散的能力，因此被认作是全球性的污染物而备受人们关注。而工业烟气排放的S02、N0x、 粉尘和汞是大气污染的主要来源。因此，控制工业烟气S02、NOx、粉尘和汞的排放已是迫在 眉睫。
[0003] 基于脱除SO2的角度，氧化镁法烟气脱硫技术逐步得到推广应用，市场份额从2005 年不到1%，至目前超过6%，湿式氧化镁法脱硫技术得到了越来越多人的认可。采用氧化 镁法脱硫工艺并将脱硫废液制备生成硫酸镁副产品，不仅解决了传统钙法脱硫产生的脱硫 石膏处理问题，而且还可以通过硫酸镁副产品的销售冲抵部分脱硫系统的运行维护费用， 从技术及经济角度都比传统钙法具有较大的市场应用优势。基于脱除NOx的角度，常规的 脱硝方法为选择性非催化还原（SNCR)和选择性催化还原（SCR)。这两种烟气脱硝的方法反 应都需要较高的温度，对现有的脱硫设备改造较大。SCR法脱硝效率高，二次污染小，但设备 投资费用大，需要用到催化剂，运行维护费用高；而SNCR法投资和运行费用较少，但脱硝效 率比较低，达不到日益严格的排放标准。
[0004] 基于脱除NOx的角度，利用强制氧化的原理将烟气中NOx中占95 %的不溶于水的 NO转化为腸2或\05等高价态的氮氧化物，再被水或碱性物质吸收，从而达到烟气脱硝的方 法，现有脱硫设备不用进行大规模改造即可满足脱硝要求，具有改造成本低、周期短、占地 小、工艺简单、适应性强等优点。例如，CN1768902A公开了一种烟气脱硝方法，首先将作为 氧化剂的臭氧（O3)喷入到烟道中，将锅炉烟气中的NO氧化成为易溶于水的腸2或N2O5，然 后用水或碱液洗涤烟气，脱除烟气中的氮氧化物。该氧化脱硝方法虽然能达到脱除氮氧化 物的目的，但锅炉烟气先与臭氧（O3)反应后再进行碱液处理工序，即氧化区与吸收区分离， 臭氧（O3)在超过130°C的烟温环境中以及在含尘量50~200mg/Nm3的烟气条件下，极易发 生分解、或吸附粉尘失去活性，造成脱硝效率降低、臭氧（O3)耗量过大，增加脱硝系统的运 行成本。
[0005] 基于副产品的角度上，由于传统的氧化镁法脱硫废液生产硫酸镁技术使用蒸汽作 为蒸发、结晶、干燥的介质，所以造成采用脱硫废液生产硫酸镁的方法需要消耗较多的蒸 汽，直接增加了脱硫运行费用。如CN1733656A提供了一种"利用锅炉烟气制取七水硫酸 镁肥料的方法"，其中硫酸镁溶液采用浓缩结晶的方式，这种方式是利用硫酸镁在温度超过 60°C溶解度降低的特性进行结晶的，这种高温结晶方式需要消耗更多的高品质蒸汽而且会 造成晶浆输送管路频繁堵塞，很难实现副产品的连续稳定生产。又如CN102745726A提供了 一种"利用脱硫废液生产七水硫酸镁的方法"，所采用的结晶方法为"将所得液体送入蒸发 器，浓缩后将浆料排出，蒸发温度为100~130°C，排出的浆料进行冷却结晶，温度为30~ 45°C，获得七水硫酸镁"。这种蒸发、结晶方法需要蒸汽品质较高，如果使用低品位蒸汽则 消耗量增加。综上所述，不论采用上述二种方法的任何一种，生产一吨硫酸镁都需要耗费 1. 2~2吨左右的蒸汽，蒸汽价格以80元/吨计算，一吨硫酸镁的蒸汽消耗成本在160元左 右。因此，尽管镁法脱硫综合成本比钙法要低，但目前镁法脱硫塔外利用三效蒸发等工艺生 产硫酸镁的方式仍然存在浪费蒸汽资源，脱硫运行费用仍然较高。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种基于臭氧的烟气治理系统及方法，其可以对烟气进行同 时脱硫脱硝除尘脱汞，并可以利用废液生产硫酸盐，从而实现综合治理及资源化利用。
[0007] 本发明提供一种烟气治理系统，包括：
[0008] 烟气处理设备，其内部设有：
[0009] (1)至少一层的臭氧喷雾反应和吸收层，用于将烟气中的低价氮氧化物和单质汞 分别氧化成高价氮氧化物和氧化汞；
[0010] (2)至少两层的喷淋吸收层，用于采用吸收剂吸收烟气中的二氧化硫、氮氧化物和 粉尘，并捕集烟气中的氧化汞，从而形成吸收产物；
[0011] 除尘除雾设备，用于对烟气进行除尘除雾，所述除尘除雾设备位于全部喷淋吸收 层的上方；
[0012] 臭氧供给设备，用于向所述的臭氧喷雾反应和吸收层供给臭氧；
[0013] 蒸发浓缩设备，用于利用烟气将吸收产物蒸发浓缩，以形成浓缩产物；
[0014] 循环沉降设备，用于接收来自蒸发浓缩设备的浓缩产物，并形成沉降产物。
[0015] 根据本发明所述的系统，优选地，所述的至少两层的喷淋吸收层中的至少一层喷 淋吸收层设置在所述的臭氧喷雾反应和吸收层的下方，用于预处理烟气以吸收烟气中的二 氧化硫和粉尘；和
[0016] 所述的至少两层的喷淋吸收层中的至少一层喷淋吸收层设置在所述的臭氧喷雾 反应和吸收层的上方，用于吸收烟气中的二氧化硫和氮氧化物，并捕集烟气中的氧化汞。
[0017] 根据本发明所述的系统，优选地，在烟气处理设备内部从下到上设置有第一层喷 淋吸收层和第二层喷淋吸收层，所述的臭氧喷雾反应和吸收层设置在第一层喷淋吸收层与 第二层喷淋吸收层之间。
[0018] 根据本发明所述的系统，优选地，所述的臭氧喷雾反应和吸收层距离第一层喷淋 吸收层0. 8~2. 8米，并且距离第二层喷淋吸收层I. 0~2. 3米。
[0019] 根据本发明所述的系统，优选地，所述的蒸发浓缩设备包括蒸发浓缩喷淋层，该蒸 发浓缩喷淋层设置在烟气处理设备内部，并且设置在烟气处理设备的烟气进口的上方和全 部喷淋吸收层的下方。
[0020] 根据本发明所述的系统，优选地，所述系统还包括积液器，用于接收喷淋吸收层产 生的浆液，以将所述喷淋吸收层产生的浆液与所述蒸发浓缩设备的浆液隔开。
[0021] 根据本发明所述的系统，优选地，所述系统还包括：
[0022] 结晶设备，用于将来自循环沉降设备的沉降产物结晶，形成结晶产物；
[0023] 离心设备，用于将来自结晶设备的结晶产物离心分离，以形成母液和含硫酸盐的 产物；
[0024] 干燥设备，用于将来自离心设备的含硫酸盐的产物干燥。
[0025] 本发明还提供一种利用上述系统进行烟气治理的方法，包括如下步骤：
[0026] 烟气氧化步骤：在臭氧喷雾反应和吸收层中，利用臭氧氧化烟气中的低价氮氧化 物和单质汞，分别形成高价氮氧化物和氧化汞；
[0027] 湿法吸收步骤：利用喷淋吸收层喷出的吸收剂吸收烟气中的二氧化硫、氮氧化物 和粉尘，并捕集烟气中的氧化汞，以形成吸收产物；
[0028] 臭氧供给步骤：由臭氧供给设备向臭氧喷雾氧化反应层供给臭氧；
[0029] 除尘除雾步骤：利用除尘除雾设备对经过湿法吸收步骤处理的烟气进行除尘除 雾；
[0030] 蒸发浓缩步骤：在蒸发浓缩设备中将输送至其中的浆液蒸发浓缩，并形成浓缩产 物；
[0031] 循环沉降步骤：在循环沉降设备中接收来自蒸发浓缩设备的浓缩产物，并将浓缩 产物沉降以形成沉降产物。
[0032] 根据本发明所述的方法，优选地，在烟气氧化步骤中，臭氧喷雾反应和吸收层的工 艺条件为：烟气温度为40~70°C，尘含量为30~50mg/Nm3,相对湿度大于30%、烟气含湿 量10%~15%之间。
[0033] 根据本发明所述的方法，优选地，所述方法还包括：
[0034] 结晶步骤：在结晶设备中将来自循环沉降设备的沉降产物结晶，形结晶产物；
[0035] 离心步骤：在离心设备中将来自结晶设备的结晶产物离心分离，形成母液和含硫 酸盐的产物；和
[0036]干燥步骤：在干燥设备中将来自离心设备的含硫酸盐的产物干燥。
[0037] 采用本发明的系统及方法，可以实现对烟气进行同时脱硫脱硝除尘脱汞，并可以 利用废液生产硫酸盐，从而实现综合治理及资源化利用。此外，本发明的系统及方法能使烟 气同时进行氧化反应和吸收反应，喷入的臭氧作为氧化剂，在含有氢氧根离子的环境下，弓丨 发链式反应，臭氧引发链式反应使烟气中占N0xi要成分的难溶于水的NO转化为NO2或N2O5 等高价态的氮氧化物，使烟气中的单质汞转化化为氧化汞，再被水或碱性物质吸收，完成脱 硝脱汞过程。与此同时，喷淋吸收层的吸收剂将烟气中的二氧化硫脱除。根据本发明优选 的技术方案，可以保证氧化反应和吸收反应能反应完全，提高了脱硝脱汞效率，降低了臭氧 和吸收剂等物料的消耗量。此外，采用本发明的系统及方法，可以在最大限度上利用原有的 脱硫吸收塔，节约成本与占地面积。根据本