一种微波过硫酸铵激发飞灰诱导自由基的烟气脱汞方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种微波过硫酸铵激发飞灰诱导自由基的烟气脱汞方法及系统；所述系统包括微波喷淋反应器，来自燃烧器的含Hg

A method and system for removing mercury from fly ash induced free radicals by ammonium persulfate

The invention relates to a flue gas dehg method and system which is induced by microwave ammonium persulfate stimulation of fly ash to induce free radicals, and the system comprises a microwave spray reactor, which contains Hg from the burner.

【技术实现步骤摘要】
一种微波过硫酸铵激发飞灰诱导自由基的烟气脱汞方法及系统
本专利技术涉及烟气净化领域，具体涉及一种微波过硫酸铵激发飞灰诱导自由基的烟气脱汞系统。
技术介绍
汞是一种剧毒性的重金属痕量元素，对人体健康和生态环境具有极大的危害。燃煤锅炉是汞排放的最大人为污染源。我国是世界第一大煤炭消费国，能源结构中煤炭的比例高达75％，并且这种格局在今后相当长的一段时间内仍不会有大的改变。随着燃煤污染物大气环保标准的日益严格，预计在不久的将来，燃煤烟气汞污染控制标准的出台将是必然趋势。因此，研究和开发有效的燃煤烟气汞污染控制方法是我国环保科技人员面临的重要任务之一。近年来，国内外学者在研究脱汞新理论和新
做了大量卓有成效的工作。目前，在众多脱汞方法中，吸附剂吸附和湿法洗涤被认为是燃煤烟气脱汞领域的两个最有发展潜力的主流脱汞技术。湿法洗涤脱汞技术中研究最多的是应用现有的湿法烟气脱硫系统联合洗涤脱汞，该技术可以实现较高的Hg2+(g)脱除率，但是对难溶的Hg0(g)没有明显的脱除效果，部分氧化态汞还可能被还原为单质汞。不少学者尝试用一些氧化技术在脱硫塔前将烟气中的Hg0(g)先氧化为Hg2+(g)，然后再用湿法烟气脱硫系统洗涤脱除Hg2+(g)。目前研究较多的选择性催化还原(SCR)催化氧化脱汞可实现部分Hg0(g)转化为Hg2+(g)，但脱汞效果受到燃煤组分、催化剂类型、燃烧方式以及燃烧器结构的明显影响，相关催化氧化机理仍不十分清楚。其它氧化技术，例如等离子体氧化﹑光催化氧化和臭氧氧化等尚处于实验室探索阶段。利用高锰酸钾﹑过硫酸钾和亚氯酸钠等传统氧化剂在吸收塔中氧化吸收Hg0(g)也取得了良好效果，但也存在吸收剂昂贵或产物成分复杂难处理等不足，相关技术还有待于进一步完善。吸附法主要是通过活性炭或者其它吸附剂吸附烟气中的Hg2+(g)和Hg0(g)，先将其转化为颗粒汞，然后利用现有的除尘设备将其捕获而达到脱汞目的。目前研究较多且技术最成熟的活性炭吸附法具有较高的脱汞效率，但应用成本极高，企业难以承受。其它吸附剂，例如贵金属﹑金属氧化物﹑飞灰﹑活性焦﹑钙基材料﹑分子筛以及天然矿物材料等虽然具有潜在的发展前景，但由于在应用成本，脱汞效率，吸附剂稳定性以及吸附机理研究等方面的欠缺与不足，目前还无法获得大规模工业应用。综上所述，目前还没有一种适合于大规模商业化的燃煤烟气脱汞技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的技术问题，提供一种微波过硫酸铵激发飞灰诱导自由基的烟气脱汞系统；使来自燃烧器的含Hg0的烟气经除尘冷却后进入微波喷淋反应器，微波激发飞灰在微波喷淋反应器中活化过硫酸铵产生羟基和硫酸根自由基将烟气中的Hg0氧化为二价汞溶液，二价汞溶液进入汞分离塔后通过添加二价硫离子反应产生硫化汞沉淀后分离回收；该系统能够实现Hg0的100％脱除，且脱除过程无二次污染，具有广阔的市场应用前景。本专利技术系统的反应过程和基本原理如下：(1)微波(MW)激发飞灰(Flyash)催化分解过硫酸铵产生高活性的硫酸根自由基和羟基自由基。具体反应过程可通过如下方程(1)-(2)表示。如图1所示，我们采用电子自旋共振光普仪成功测定到了脱除系统中产生了硫酸根自由基和羟基自由基，从而证实了以上所述的基本原理。(2)以上反应(1)-(2)产生的硫酸根自由基和羟基自由基具有超强的氧化性，能够将烟气中的Hg0将为为二价汞。具体过程可用如下的化学反应(3)-(6)所示。·OH+Hg0→Hg++OH-(3)·OH+Hg+→Hg2++OH-(4)(3)以上氧化产生的二价汞溶液进入汞分离塔后通过添加二价硫离子反应产生硫化汞沉淀后分离回收。该系统能够实现Hg0的100％脱除，且脱除过程无二次污染，具有广阔的市场应用前景。为实现以上目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种微波过硫酸铵激发飞灰诱导自由基的烟气脱汞系统，所述系统包括除尘器、冷却器、风机、烟道和烟囱，所述除尘器、冷却器、风机、烟囱通过烟道依次串联；所述系统包括微波喷淋反应器；所述的微波喷淋反应器通过烟道与冷却器和风机串联，所述微波喷淋反应器包括溶液喷淋反应区﹑冷却空气入口﹑冷却空气出口﹑烟气入口﹑烟气出口﹑总烟气入口﹑总烟气出口﹑冷却空气总入口﹑微波磁控管安装区﹑石英玻璃隔板、氧化剂补充塔、溶液泵；所述的微波喷淋反应器由多个溶液喷淋反应区并联构成，所述溶液喷淋反应区与微波磁控管安装区依次间隔布置，2个区域中间由石英玻璃隔板隔开；所述烟气入口和烟气出口分别位于溶液喷淋反应区的两侧；所述溶液喷淋反应区中间并列设置有多个喷嘴；所述喷嘴通过溶液泵连接氧化剂补充塔，所述氧化剂为过硫酸铵溶液；所述总烟气入口连通各个烟气入口，总烟气出口连通各个烟气出口，总烟气入口和总烟气出口分别与烟道连通。所述冷却空气入口和冷却空气出口分别位于微波磁控管安装区的两侧；所述微波磁控管安装区安装有多个微波磁控管；所述冷却空气入口分别连通冷却空气总入口和冷却空气出口。所述微波喷淋反应器底部设置有倾斜槽，所述倾斜槽底部设置有产物出口和循环液出口；所述产物出口与汞分离塔连接；循环液出口与氧化剂补充塔连接。所述微波喷淋反应器的总宽度W位于0.2m-8m之间；微波喷淋反应器的总长度L位于0.2m-8m之间；微波喷淋反应器的总高度H位于0.2m-10m之间。所述溶液喷淋反应区的宽度b位于0.1m-0.6m之间。所述微波磁控管之间的横向间距a在0.1m-0.8m之间；所述喷嘴的横向布置间距为2a，纵向布置间距为1.5a。所述喷嘴喷出的雾化液滴粒径不大于80微米，微波喷淋反应器内的微波辐射功率密度为20W/m3-1600W/m3。本专利技术还提供一种微波过硫酸铵激发飞灰诱导自由基的烟气脱汞方法，所述方法基于所述的微波喷淋反应器完成，首先，使来自燃烧器的含Hg0的烟气经除尘冷却后进入微波喷淋反应器，经过微波激发飞灰在微波喷淋反应器中活化过硫酸铵溶液产生羟基和硫酸根自由基将烟气中的Hg0氧化为二价汞溶液，二价汞溶液进入汞分离塔后通过添加二价硫离子反应产生硫化汞沉淀后分离回收。所述的烟气中飞灰的最佳浓度为0.2g/m3-200g/m3；所述微波喷淋反应器内的温度应控制在25-160℃。所述过硫酸铵溶液与烟气的有效液气比为1-12L/m3，过硫酸铵溶液的有效浓度为0.05mol/L-2.5mol/L之间，溶液的pH位于0.1-9.9之间；所述烟气中Hg0的含量不高于1000；所述的燃烧器是燃煤锅炉﹑工业窑路或垃圾焚烧炉中的任何一种。所述的微波喷淋反应器中的微波激发飞灰在微波喷淋反应器中活化氧化剂过硫酸铵产生羟基和硫酸根自由基将烟气中的Hg0氧化为二价汞溶液，二价汞溶液进入汞分离塔后通过添加二价硫离子反应产生硫化汞沉淀后分离回收；该系统能够实现Hg0的100％脱除，且脱除过程无二次污染，具有广阔的市场应用前景。本专利技术的优点及显著效果：中国专利(ZL201310683054.8)提出了一种基于紫外灯耦合烟道脱汞的方法及系统，而中国专利(ZL201010296592.8)则提出了一种基于光化学高级氧化作用的烟气脱汞系统。以上两个专利均由专利技术人团队提出，与本专利技术最大的区别在于这两个专利均均采用了紫外光作为激发源。但众所周知，紫外光在水中的穿透距离极短。有相关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波过硫酸铵激发飞灰诱导自由基的烟气脱汞系统，所述系统包括除尘器（3）、冷却器（4）、风机（9）、烟道（2）和烟囱（10），所述除尘器（3）、冷却器（4）、风机（9）、烟囱（10）通过烟道（2）依次串联；其特征在于，所述系统还包括微波喷淋反应器（5）；所述的微波喷淋反应器（5）通过烟道（2）与冷却器（4）和风机（9）串联，所述微波喷淋反应器（5）包括溶液喷淋反应区（515）﹑冷却空气入口（510）﹑冷却空气出口（511）﹑烟气入口（512）﹑烟气出口（513）﹑总烟气入口（501）﹑总烟气出口（502）﹑冷却空气总入口（509）﹑微波磁控管安装区（516）﹑石英玻璃隔板（517）、氧化剂补充塔（8）、溶液泵（7）；所述的微波喷淋反应器（5）由多个溶液喷淋反应区（515）并联构成，所述溶液喷淋反应区（515）与微波磁控管安装区（516）依次间隔布置，2个区域中间由石英玻璃隔板（517）隔开；所述烟气入口（515）和烟气出口（515）分别位于溶液喷淋反应区的两侧； 所述溶液喷淋反应区（515）中间并列设置有多个喷嘴（503）；所述喷嘴（503）通过溶液泵（7）连接氧化剂补充塔（8），所述氧化剂为过硫酸铵溶液；所述总烟气入口（501）连通各个烟气入口（512），总烟气出口（502）连通各个烟气出口（513），总烟气入口（501）和总烟气出口（502）分别与烟道（2）连通。...

【技术特征摘要】
1.一种微波过硫酸铵激发飞灰诱导自由基的烟气脱汞系统，所述系统包括除尘器（3）、冷却器（4）、风机（9）、烟道（2）和烟囱（10），所述除尘器（3）、冷却器（4）、风机（9）、烟囱（10）通过烟道（2）依次串联；其特征在于，所述系统还包括微波喷淋反应器（5）；所述的微波喷淋反应器（5）通过烟道（2）与冷却器（4）和风机（9）串联，所述微波喷淋反应器（5）包括溶液喷淋反应区（515）﹑冷却空气入口（510）﹑冷却空气出口（511）﹑烟气入口（512）﹑烟气出口（513）﹑总烟气入口（501）﹑总烟气出口（502）﹑冷却空气总入口（509）﹑微波磁控管安装区（516）﹑石英玻璃隔板（517）、氧化剂补充塔（8）、溶液泵（7）；所述的微波喷淋反应器（5）由多个溶液喷淋反应区（515）并联构成，所述溶液喷淋反应区（515）与微波磁控管安装区（516）依次间隔布置，2个区域中间由石英玻璃隔板（517）隔开；所述烟气入口（515）和烟气出口（515）分别位于溶液喷淋反应区的两侧；所述溶液喷淋反应区（515）中间并列设置有多个喷嘴（503）；所述喷嘴（503）通过溶液泵（7）连接氧化剂补充塔（8），所述氧化剂为过硫酸铵溶液；所述总烟气入口（501）连通各个烟气入口（512），总烟气出口（502）连通各个烟气出口（513），总烟气入口（501）和总烟气出口（502）分别与烟道（2）连通。2.所述冷却空气入口（510）和冷却空气出口（511）分别位于微波磁控管安装区（516）的两侧；所述微波磁控管安装区（516）安装有多个微波磁控管（504）；所述冷却空气入口（510）分别连通冷却空气总入口（509）和冷却空气出口（511）。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微波喷淋反应器（5）底部设置有倾斜槽（505），所述倾斜槽（505）底部设置有产物出口（508）和循...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杨先，徐文，王燕，张永春，王智化，张军，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32