一种利用臭氧和湍球塔进行烟气脱硝的脱硝系统技术方案

本发明专利技术公开了一种利用臭氧和湍球塔进行烟气脱硝的脱硝系统，包括湍球塔、臭氧供给系统、可溶性碱液供给系统，可溶性碱液供给系统通过进液管将可溶性碱液输送进湍球塔的湍球区，湍球区内安置若干湍球，湍球塔内设有臭氧分布器，臭氧分布器的位置高度在湍球区高度以下，臭氧供给系统通过进气管将臭氧输送至臭氧分布器，烟气从下方进入湍球区，在湍球区内烟气与可溶性碱液、臭氧相互混合、反应及传质。本发明专利技术将湍球塔用于臭氧脱销，具有较大经济效益和社会效益。

A denitration system for flue gas denitrification using ozone and turbulent sphere tower

【技术实现步骤摘要】
一种利用臭氧和湍球塔进行烟气脱硝的脱硝系统
本专利技术涉及烟气脱硝
，尤其涉及一种利用臭氧和湍球塔进行烟气脱硝的脱销系统。
技术介绍
燃煤发电、钢厂炼钢以及其他以煤、石油为热源的工艺是环境中氮氧化物增高的主要来源之一。为减少对环境的影响，各厂家采取了诸多方法来降低燃烧尾气（本专利技术所述“烟气”）中氮氧化物的排放，即对烟气进行脱硝处理。现有烟气脱硝技术主要有两大类，一是催化还原法，第二类是氧化法。相对于催化还原法，氧化法理论上具有工艺简单、成本低等优点，因而成为目前烟气脱硝领域探究与研发的方向。臭氧作为一种强氧化剂，生产简单、又是一种清洁氧化剂，自然成为氧化法中选择的对象。现有技术披露了诸多用臭氧进行烟气脱硝的技术方案。如CN109210955A、CN109224820A、CN109173662A、CN108404616A、CN109675421A、CN109621662A等均披露了使用臭氧来进行烟气脱硝。但是，现有技术也同时指出了用臭氧进行脱硝还存在诸多技术难题，如CN109621662A中披露，O3虽然是一种常见的强氧化剂，但是O3的直接性氧化反应具有较高的选择性且反应速率较慢，其利用率也不高。CN108905555A披露，O3很不稳定，在常温下慢慢分解，且在200℃时迅速分解。更为关键的是，烟气的实际状况，如较高的温度（约为为100--300℃）、较低的压力（约为千帕级，甚至为负压）、一氧化氮的低浓度（约为几十--500mg/m3）、较快的流速（约为1--10m/s）等会大大影响臭氧的存在状态及其对NO的氧化效果。实际生产中，臭氧氧化法之所以未能大范围的推广应用，就是因为其效果不佳。为提高氧化效果，现有技术中又采用加大臭氧的投放量，而这会导致成本增高，无法推广应用。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种利用臭氧和湍球塔进行烟气脱硝的脱硝系统，其内容为：一种利用臭氧和湍球塔进行烟气脱硝的脱硝系统，包括湍球塔、臭氧供给系统、可溶性碱液供给系统，可溶性碱液供给系统通过进液管将可溶性碱液输送进湍球塔的湍球区，湍球区内安置若干湍球，其特征在于，湍球塔内设有臭氧分布器，臭氧分布器的位置高度在湍球区高度以下，臭氧分布器与臭氧进气管连接，臭氧供给系统通过进气管将臭氧输送至臭氧分布器，臭氧分布器将臭氧输送进湍球区，烟气从下方进入湍球区，在湍球区内烟气与可溶性碱液、臭氧相互混合、反应及传质。优选地，其中臭氧分布器设置于湍球区内。优选地，其中臭氧分布器设置在湍球区的底部。优选地，其中臭氧分布器设置于湍球支撑板以下。优选地，其中臭氧分布器设置于湍球支撑板以下且靠近支撑板位置。优选地，其中臭氧分布器的臭氧出口朝向湍球区。优选地，其中可溶性碱液的进液管出口的位置高度在湍球区高度以下。优选地，其中脱硝系统还设置混合器，可溶性碱液供给系统通过进液管先将可溶性碱液输送进混合器，臭氧供给系统通过进气管也将臭氧输送进混合器，可溶性碱液和臭氧在混合器中混合，然后再输送进湍球区。优选地，其中臭氧在可溶性碱液的包裹下输送进湍球区。结合现有技术，对上述
技术实现思路
阐述如下：（一）本专利技术理论基础1、与现有技术不同，臭氧不是在烟气中氧化NO，而是先进入湍球塔的湍球区，与湍球区内可溶性碱液进行接触，并在可溶性碱液的催化作用下分解。现有技术中，涉及臭氧脱硝的方法通常是：先将臭氧通入至烟气，臭氧在烟气中氧化NO，形成高价态氮氧化物；然后烟气再进入吸收系统中，由碱液中来吸收氧化产物。如CN109210955A、CN109224820A、CN109173662A、CN108404616A、CN109675421A、CN109621662A等均是采取了这样的技术手段。但是本专利技术中，臭氧是通过臭氧分布器直接分布到湍球区，并与湍球区中的可溶性碱液接触。臭氧分布器将臭氧输送至湍球区；可溶性碱液通过进液管将可溶性碱液输送至湍球区的技术手段，保证了臭氧与可溶性碱液在湍球区中接触。在一个优选方案中，要求臭氧分布器设置于湍球区内，这样臭氧可直接排放于湍球区的碱液中；在另一个优选方案中，要求臭氧分布器设置于湍球区的底部，其目的也在于此；在一个优选方案中，臭氧分布器虽然设置在了湍球支撑板以下，但是由于烟气流速极快（通常大于1m/s），湍球塔的尺寸有限，这样，臭氧几乎没有时间在烟气中直接氧化NO，而是直接进入到湍球区中；在一个优选方案中，要求臭氧分布器设置于湍球支撑板以下且靠近支撑板位置，目的也在于臭氧能够更较快地进入到湍球区中；在一个方案中，要求臭氧的流向与烟气方向一致，目的既在于降低烟气阻力，又在于臭氧能够快速进入到湍球区。本专利技术采取这样技术手段的原因是：（1）申请人认为，NO在向NO2转化时存在一平衡关系。在较高温度、较低压力以及较低NO的浓度下，NO不容易转化为NO2，或者转化后的NO2又立即转变成为了NO。这样，即使烟气中的NO能够被O3氧化，在最终烟气中，NO被氧化的比例很小。O3+NO→NO2+O2①NO2→O+NO②O+O→O2③根据平衡关系，如果烟气中的NO的浓度较低（一般不超过300mg/m3），烟气中的NO即使被氧化成为高价态的NO2，依据上述公式①和②，最终也会转化回到NO。这也是现有臭氧脱硝技术中臭氧高投入量、并且氧化效果也不高的原因。既然臭氧在烟气中直接氧化NO存在困难，本专利技术则采取了先让臭氧进入湍球区与可溶性碱液接触并分解，而不是在烟气中直接氧化NO的技术手段。（2）臭氧遇到可溶性碱液会发生分解：《臭氧水稳定性研究》与《不同缓冲液对臭氧分解影响》等资料均指出，碱性溶液会导致臭氧快速发生分解；有实验指出，溶液的pH越大，臭氧分解越快。当pH值达到9时，臭氧在水中的半衰期不到1分钟，pH值超过12时，臭氧的分解几乎是瞬时的。在碱性环境下，臭氧会快速发生催化分解，分解历程为：O3+OH-→O2+HO2-④HO2-→OH-+O⑤O+O→O2⑥对于本专利技术来说，臭氧直接进入湍球区，湍球区又充满了可溶性碱液，臭氧可以直接与可溶性碱液接触并被可溶性碱液催化分解。申请人认为，臭氧的分解不但不会降低O3对NO的氧化作用，反而还会强化其氧化效果，这是因为：臭氧的分解物中有氧化性更强的游离单原子O产生（参见公式⑤），单原子O的氧化性强于O3，更易于、更有能力将NO氧化。O+NO→NO2⑦并且，因为湍球区充满可溶性碱液，存在液体的隔离作用，臭氧分解产生的单原子O和O之间很难结合为O2，公式⑥发生的概率降低，这样释放的大量单原子O就会按照公式⑦对此时进入到湍球区的烟气里面的NO进行氧化，烟气中的氮氧化物就会从低价态NO向高价态的NO2转化。臭氧在湍球区内遇到可溶性碱液分解，并用来氧化同时进入湍球区的烟气中的NO，这与现有技术中的技术思路完全不同。当然，在湍球区内，也可能有部分未经分解的臭氧。该部分臭氧可在湍球区内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用臭氧和湍球塔进行烟气脱硝的脱硝系统，包括湍球塔、臭氧供给系统、可溶性碱液供给系统，可溶性碱液供给系统通过进液管将可溶性碱液输送进湍球塔的湍球区，湍球区内安置若干湍球，其特征在于，湍球塔内设有臭氧分布器，臭氧分布器的位置高度在湍球区高度以下，臭氧分布器与臭氧进气管连接，臭氧供给系统通过进气管将臭氧输送至臭氧分布器，烟气从下方进入湍球区，在湍球区内烟气与可溶性碱液、臭氧相互混合、反应及传质。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用臭氧和湍球塔进行烟气脱硝的脱硝系统，包括湍球塔、臭氧供给系统、可溶性碱液供给系统，可溶性碱液供给系统通过进液管将可溶性碱液输送进湍球塔的湍球区，湍球区内安置若干湍球，其特征在于，湍球塔内设有臭氧分布器，臭氧分布器的位置高度在湍球区高度以下，臭氧分布器与臭氧进气管连接，臭氧供给系统通过进气管将臭氧输送至臭氧分布器，烟气从下方进入湍球区，在湍球区内烟气与可溶性碱液、臭氧相互混合、反应及传质。


2.根据权利要求1所述的利用臭氧和湍球塔进行烟气脱硝的脱硝系统，其中臭氧分布器设置于湍球区内。


3.根据权利要求2所述的利用臭氧和湍球塔进行烟气脱硝的脱硝系统，其中臭氧分布器为微泡曝气器。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明，张菡英，赵莉，钤小平，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：山东;37