一种基于光激发臭氧联合湿法洗涤的同时脱硫脱硝系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及燃烧过程中烟气排放污染物的控制，尤其涉及一种基于光激发 臭氧联合湿法洗涤的同时脱硫脱硝系统。
【背景技术】
[0002] 燃烧过程中产生的二氧化硫和氮氧化物能够引起酸雨和光化学烟雾等严重危害。 因此，研发有效的烟气脱硫脱硝方法是各国环保科技人员的面临的重要任务之一。近些年 来，尽管人们开发了大量的脱硫脱硝技术，但由于人类认识过程的局限性和科学技术发展 的渐进性，现有的各种脱硫脱硝技术在研发当初仅针对单一污染物为脱除目标，一般无法 实现多污染物的同时脱除。例如，目前应用较多的脱硫脱硝技术主要为石灰石-石膏法烟 气湿法脱硫技术（Ca-WFGD)和氨选择性催化还原脱硝法（NH3-SCR)。这两种工艺虽然可以 分别单独脱硫脱硝，但均无法在一个催化反应器内实现同时脱除。两种工艺的联合叠加使 用虽然可以实现同时脱硫脱硝，但同时也造成整个系统复杂，占地面积大，投资和运行成本 高等不足。如果能够在一个反应器内将二氧化硫和氮氧化物实现同时脱除，则可以大大降 低系统的复杂性和占地面积，进而减少系统的初投资与运行费用。湿法烟气净化技术是一 种传统的烟气处理技术，具有初投资小、工艺流程简单和易于实现多污染物同时脱除等特 点，是一种十分有开发和应用前景的烟气净化技术。但传统的湿法烟气净化技术的研宄进 展却一直相对缓慢，其主要原因就在于氮氧化物中含有90%以上难溶的NO。由双膜理论可 知，气相分子必须首先由气态经传质和扩散溶入液相，然后才能发生化学反应固定到吸收 液中，而NO难溶的特性使得其在液相的吸收传质阻力大大增加，仅通过调控吸收液pH和温 度的方法难以显著提高NO在液相的溶解度，这一特性造成了传统的湿法脱硫脱硝技术普 遍存在脱硫效率高，但脱硝效率低等不足，实际上无法实现真正的同时脱硫脱硝。因此，寻 找能够将NO快速转化为易溶形态的有效方法是解决该问题的关键之一。
【发明内容】
[0003] 本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于光激发臭氧联合湿 法洗涤的同时脱硫脱硝系统，利用紫外光激发分解臭氧引发链式反应产生氧原子（·〇)将 烟气中的SOdP NO x氧化为高溶解性的气态产物，然后经过尾部的湿法洗涤系统脱除，进而 实现同时脱硫脱硝的目的。
[0004] 本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的：
[0005] 一种基于光激发臭氧联合湿法洗涤的同时脱硫脱硝系统，包括锅炉，其特征在于： 所述锅炉的烟气出口通过管道与除尘器相连对烟气进行除尘，除尘后的烟气通过除尘器的 出口经管道输送至烟气冷却器进行降温处理，降温后的烟气通过烟气冷却器的出口经带有 臭氧发生器的管道输送至光化学反应器，降温后的烟气和臭氧发生器产生的O 3在光化学反 应器内采用搅拌桨充分混合，光化学反应器处理后产生的气态产物经管道输送至尾部洗涤 器，经尾部洗涤器洗涤后的烟气经管道输送至烟囡排放。
[0006] 所述的光化学反应器包括外壳、紫外灯和石英玻璃隔板，外壳为一长方体容器，在 外壳的对称内壁上设有沿着光化学反应器长度方向设置的紫外灯，外壳对称内壁上的紫外 灯的内侧皆设有石英玻璃隔板，两块石英玻璃隔板和外壳构成降温烟气和O 3发生反应的反 应腔及流通通道。
[0007] 所述的紫外灯采用位于光化学反应器外的光源控制器控制。
[0008] 所述的紫外灯之间的间距为20~60cm，紫外灯发出的紫外光有效波长为170nm~ 300nm且光化学反应器内的单位体积紫外光的辐射功率为50W/m 3~300W/m 3。
[0009] 所述光化学反应器的截面积按照空塔气速为0. 2m/s~5m/s的范围来计算确定； 所述光化学反应器的长度按照烟气停留时间为Is~IOs的范围来计算确定。
[0010] 所述的搅拌桨沿着光化学反应器的长度方向均匀设置。
[0011] 所述臭氧发生器在管道上的位置距离光化学反应器的烟气进口之间的距离为 60cm~200cm且臭氧发生器产生的O 3的投加量为20ppm~2000ppm。
[0012] 所述光化学反应器的烟气入口输入的SOjP NO ,的有效入口浓度分别是20ppm~ 8000ppm和20ppm~4000ppm ;且经过烟气冷却器降温处理后输入光化学反应器的烟气入口 温度为25~65 °C。
[0013] 所述的除尘器与锅炉烟气出口之间的管道上设有风机以便于锅炉燃烧产生的含 有SOjP NO亦烟气进入除尘器内。
[0014] 所述的尾部洗涤塔为喷淋塔、鼓泡塔、搅拌釜和填料塔中的一种或两种以上的 组合。
[0015] 上述同时脱硫脱硝系统实现同时脱硫脱硝的化学反应过程如下：
[0016] 1)臭氧在紫外光照射下引发链式反应产生强氧化性氧原子（· 0)的反应机理：
[0017] O3 + hv -?· O + O2 (1)
[0018] 2) SOjPNO被氧化为易溶的气态产物SO 3和NO2:
[0019] N0 + -0 ^NO2 (2)
[0020] NO + Oj -^ NOj + 〇2 (3)
[0021 ] SO2 + -O -> SU3 (4)
[0022] SO2 + O3 -> SO3 + O2 (5)
[0023] SNO2 +H2O -> 2HNOj + NO (6)
[0024] SO3+ H2O ^ H2SO4 (7)
[0025] 3)溶液中硫酸与硝酸混合溶液可作为工业原料回收利用(例如添加氨气反应产生 硫酸铵和硝酸铵，然后再利用锅炉的烟气余热蒸发结晶产生固态的农业肥料硫酸铵和硝酸 铵，即最终可获得有附加值的工业产品。）。
[0026] 本实用新型相比现有技术有如下优点：
[0027] 1、与目前已经获得广泛应用的湿法石灰石-石膏法烟气脱硫技术（Ca-WFGD)和 氨选择性催化还原脱硝法（NH 3-SCR)相比，本实用新型的同时脱硫脱硝系统能同时脱硫脱 硝，易于在一个反应器内实现烟气中多种污染物的同时脱除，因而能够显著降低系统的复 杂性，减少系统的初始投资和运行费用，具有很高的开发与应用价值。
[0028] 2、与高锰酸钾、亚氯酸钠与过硫酸钾等传统湿法氧化工艺相比，本实用新型产生 的氧原子（· 〇)是一种环保型强氧化剂，产生的硫酸与硝酸溶液可以实现回收再利用，整个 反应过程无二次污染，而高锰酸钾和亚氯酸钠等传统氧化工艺会产生较复杂的副产物，给 后处理带来很大困难。
[0029] 3、与一种基于光化学高级氧化的同时脱硫脱硝系统，专利号为201010296492. 5 的实用新型专利相比，本实用新型还具有以下诸多明显的优势和技术特点：
[0030] 1)本实用新型的污染物脱除过程属于干法的均相反应过程，因而化学反应过程可 以不受扩散或传质环节的控制，而201010296492. 5是一个湿法的非均相反应过程，由于NO 的溶解度很低，吸收过程的控制环节集中在气液传质或扩散过程，从而导致吸收过程的传 质阻力大大增加，而本实用新型属于均相反应过程，无需考虑气液传质阻力，反应过程将更 加的尚效有利；
[0031] 2)实用新型专利ZL201010296492. 5所述的脱硫脱硝程均属于湿法脱除过程，因 而紫外灯需要完全浸没在溶液中，但由于紫外灯在溶液中的穿透能力很弱，故光能有效利 用率很低；此外，由于紫外光在液相的穿透距离较短，在满足相同处理量的前提下，反应器 内需要布置更多的紫外灯设备，这将导致反应器体积大大增加，最终也增加了初投资和运 行费用，而本实用新型是一个干法的均相反应过程，紫外光是在空气中传播，光穿透距离将 大大增加，光能的有效利用率也将得到显著提高。因此，本实用新型将具有较大的技术与经 济优势；
[0032] 3)实用新型专利ZL201010296492. 5所述的脱硫脱硝过程是一个湿法的脱除过 程，由于反应物与反应产物处于同一个反应器内，随着污染物脱除过程的进行，溶液中的硫 酸根和硝酸根浓度将逐渐增加。此时溶液的离子盐析效应将会显著增加，最终会导致NO溶 解度明显下降，因而在满足污染物脱除指标的前提下，实际上系统将很难无限制地制取能 满足市场需求的高浓度硫酸和硝酸溶液，而反应过程产生的大量的硝酸和硫酸稀溶液将会 大大增加二次处理的成本；本实用新型提出的新型反应过程是一个干法脱除过程，氧化产 物皆为高溶解度的气相产物，尾部独立的湿法洗涤塔可以充分吸收气相产物而不影响光化 学氧化过程本身的运行效果，从而可以充分地制取高浓度的硫酸与硝酸溶液，降低了二次 处理成本；这一技术改进在将来的大规模工业应用中无疑具有重要的技术与经济价值。
[0033] 综上所述，本实用新型描述的同时脱硫脱硝系统相对于现有的主要烟气净化技术 均表现出了较大的技术与经济优势，整个脱硫脱硝过程无二次污染、洁净环保，具有很高的 实际应用价值。
【附图说明】
[0034] 附图1为