一种基于光化学高级氧化作用的烟气脱汞系统技术方案

一种基于光化学高级氧化作用的烟气脱汞系统，设有燃烧器、静电除尘器、换热器、喷淋塔、添液塔、烟囱以及分离塔构成的燃烧及排放系统，燃烧器产生的烟气通入静电除尘器脱除颗粒物后通入换热器进行冷却降温后通入喷淋塔，喷淋塔内设有紫外灯管，来自添液塔内的过氧化氢溶液由循环泵抽取并通过雾化喷嘴喷入喷淋塔内经紫外光激发分解过氧化氢，产生强氧化性的羟基自由基（.ＯＨ）与烟气在喷淋塔内发生气液吸收反应，氧化脱除烟气中的Ｈｇ０，经吸收洗涤后的烟气从喷淋塔顶部通入烟囱排放，喷淋塔内生成的Ｈｇ０被氧化为可溶的Ｈｇ２＋固定于溶液中，由循环泵抽入分离塔并与添加Ｎａ２Ｓ的溶液生成ＨｇＳ对Ｈｇ２＋进行捕捉回收，实现烟气脱汞。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种基于光化学高级氧化作用的烟气脱汞系统
本技术涉及包括电厂锅炉、工业窑炉和垃圾焚烧炉等烟道气中的汞排放污 染控制技术，尤其涉及一种基于光化学高级氧化作用的烟气脱汞系统。
技术介绍
汞是一种剧毒、高挥发性、在生物体内易于沉积且迟滞性长的重金属痕量元 素，对人体健康和生态环境均具有极大的危害。研究表明，火力发电、垃圾焚烧和以化 石燃料为动力的水泥、冶金等工业过程是人为汞污染的重要排放源源，其中又有70%左 右来源于火力发电厂的煤燃烧过程。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比较长的一段时间内还不会有大的改变。因此，如 何有效控制燃煤烟气中汞排放已成为我国政府面临的一项重要任务之一。目前，国内外最常见的烟气脱汞技术主要包括活性炭吸附法，湿法脱硫 (WFGD)联合洗涤法以及选择性催化还原6CR)催化氧化法等。活性炭吸附法是目前最 为成熟的脱汞技术，但具有活性炭消耗量大，再生能耗高等不足，目前还难以获得大规 模应用。湿法脱硫(WFGD)联合脱汞法能够脱除80-95%左右的二价汞(Hg2+)，但对零 价汞(Hg°)的脱除效率很低。选择性催化还原6CR)催化氧化法能够将Hgtl催化氧化为 Hg2+，然后结合湿法洗涤进行脱除，但目前还处于实验研究阶段。因此，积极开发有效 的烟气脱汞技术仍然是该领域科技人员的重要任务之一。湿法烟气脱汞具有工艺流程简单和投资成本低等优点，但是传统的湿法脱汞工 艺研究一直进展缓慢，其主要原因就在于烟气中的汞主要以两种形式存在Hgc^PHg2+ 的化合物。Hgtl具有熔点低、平衡蒸气压高、不易溶于水等特点，根据煤质的不同，一股 占烟气总共含量的40-80%左右。由双膜理论可知，Hgtl必须首先由气态经传质和扩散过 程转入液相，然后才能发生化学反应固定到吸收液中，Hgtl难溶的特性使得其液相吸收的 阻力大大增加，仅通过调控pH和温度的方法难以显著提高Hgtl在液相的溶解度，这一特 性造成了传统的湿法脱汞技术普遍存在脱除效率低，能耗高等问题，阻碍了其工业化应 用。因此，开发一种能够将Hgtl快速转化为易溶形态的新技术是湿法烟气脱汞技术的关 键问题之一。
技术实现思路
本技术公开了一种基于光化学高级氧化作用的烟气脱汞系统，利用紫外光 激发分解过氧化氢，并产生具有强氧化性的羟基自由基(· OH)氧化脱除烟气中的零价 汞(Hg°)，Hg°首先被氧化为可溶的二价汞(Hg2+)固定于溶液中，通过向分离塔投加Na2S 溶液生成难溶的HgS对Hg2+进行捕捉回收，最终达到烟气脱汞目的。为实现以上目的，本技术采用的实施方案是一种基于光化学高级氧化作 用的烟气脱汞系统，其特征在于设有燃烧器、静电除尘器、换热器、喷淋塔、添液 塔、烟囱以及分离塔构成的燃烧及排放系统，燃烧器产生的烟气通入静电除尘器脱除烟气颗粒物后通入换热器进行冷却降温后通入喷淋塔，喷淋塔内设有紫外灯管，来自添液 塔内的过氧化氢溶液由循环泵抽取并通过雾化喷嘴喷入喷淋塔内经紫外光激发分解过氧 化氢，产生强氧化性的羟基自由基(· OH)与烟气在喷淋塔内接触后发生气液吸收反 应，氧化脱除烟气中的Hg°，经吸收洗涤后的烟气从喷淋塔顶部通入烟@排放，喷淋塔内 生成的Hg°被氧化为可溶的Hg2+固定于溶液中，由第二循环泵抽入分离塔并与添加Na2S 的溶液生成难溶的HgS对Hg2+进行捕捉回收实现烟气脱汞。所述喷淋塔内生成的部分Hg2+溶液还经过第三循环泵重新抽入添液塔循环利 用以提高喷淋塔内Hg2+溶液的浓度，抽取的循环溶液的体积占总溶液体积的比例在 20-60%。所述紫外光波长范围为120nm-360nm，紫外光强度需要保持在5W/L-65W/L， 此处单位W/L是指喷淋塔内未安装紫外灯前以及未通入烟气和溶液前，整个喷淋塔空塔 的单位体积的紫外光辐射功率，紫外灯管与喷淋塔底面垂直设置。设置多根紫外灯管时，多根紫外灯管在喷淋塔底面上呈同心圆设置，相邻同心 圆之间距离相同，取值为2cm-15cm，多根紫外灯管均布在不同直径的圆周上，沿同一 直径线设置，各相邻两直径线之间的中心角相同，取值为15-50度，圆心处设有紫外灯 管；雾化喷嘴设置在喷淋塔顶部且位于紫外灯管同心圆之间的同心圆上，设置在紫外灯 管中心角内的直径线上。烟气脱汞的反应参数的取值范围如下静电除尘器脱除粒径大于2.5 μ m的烟 气颗粒物；烟气经换热器进行冷却降温后至5-60°C通入喷淋塔；喷入喷淋塔内的过氧化 氢溶液的pH值0.5-6.5 ；过氧化氢溶液投加量为0.1mol/L-1.5mol/L ；过氧化氢溶液的 浓度为0.1mol/L-1.5mol/L ；雾化喷嘴对过氧化氢溶液的雾化后粒径0.05mm-0.8mm，喷 淋塔内液气比5L/m3_35L/m3 ；添加Na2S的流量控制在进入分离塔内Hg2+溶液总流量的 10-40%,添加的硫化钠摩尔浓度按下式计算m O VHgQ-Cm(Hga)-Qf-t (Να2Λ) = ---MHg0式中，Ii(Na2S)为添加硫化钠的摩尔浓度，mol/L; η _为Hg°的脱除效 率，％ ； Cm(Hg0)为烟气中Hg°的入口初始浓度，ppm ； Qf为烟气总流量，m3/h ； Mllgtl 为Hgtl的摩尔质量，g/mol; t-系统的运行时间，h。本技术的优点及显著效果与单纯的过氧化氢、臭氧、高锰酸钾和次氯酸 钠等传统的湿法氧化脱汞技术相比(1)由于· OH具有高达2.80eV的氧化还原电势(仅次于氟的2.87eV)，具有极 强的氧化能力，能够快速将Hgtl氧化为易溶于吸收液的Hg2+，从而大大增加了 Hgtl由气 相到液相的传质推动力，提高了 Hgtl的吸收速率，有效地克服了传统湿法脱汞工艺的瓶颈。(2)由于· OH和过氧化氢均为洁净环保氧化剂，固定于液相中的Hg2+经过Na2S 固定后可资源化利用，整个脱除过程无二次污染，而高锰酸钾和次氯酸钠等传统氧化法 会产生复杂的副产物，给后处理带来很大困难；(3)鉴于· OH的强氧化性和无选择性，该技术具有同时脱除多种常见气相污染 物，比如硫氧化物，氮氧化物以及挥发性有机污染物的潜力，随着人们对环保要求的不断提高，这一潜力和优势将逐渐得到凸显，而传统的湿法脱汞工艺则没有进一步综合处 理多污染的潜力。附图说明图1是本技术系统结构图；图2.是本技术系统中紫外灯的安装布置横截面图；图3.是本技术系统中雾化喷嘴的安装布置横截面图。具体实施方式参看图1，燃烧器1产生的烟气通入静电除尘器2脱除烟气颗粒物后通入换热器 3进行冷却降温后通入喷淋塔4，喷淋塔4内设有紫外灯管6，来自添液塔10内的过氧化 氢溶液由循环泵7抽取并通过雾化喷嘴5喷入喷淋塔4内经紫外光激发分解过氧化氢，产 生强氧化性的羟基自由基(· OH)与烟气在喷淋塔4内接触后发生气液吸收反应，氧化 脱除烟气中的零价汞Hg°，Hg°首先被氧化为可溶的二价汞Hg2+固定于溶液中，通过向分 离塔11投加Na2S溶液生成难溶的HgS对Hg2+进行捕捉回收，经沉淀分离后可实现汞的 资源化利用，最终达到烟气脱汞目的。过氧化氢在紫外光照射下的反应机理(1)过氧化氢在紫外光照射下能够分解释放羟基自由基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光化学高级氧化作用的烟气脱汞系统，其特征在于：设有燃烧器、静电除尘器、换热器、喷淋塔、添液塔、烟囱以及分离塔构成的燃烧及排放系统，燃烧器产生的烟气经管道通入静电除尘器后经管道通入换热器后经管道通入喷淋塔，喷淋塔内设有紫外灯管，来自添液塔内的过氧化氢溶液由循环泵抽取并通过雾化喷嘴喷入喷淋塔内，烟气从喷淋塔顶部经管道通入烟囱排放，喷淋塔内生成物由第二循环泵抽入分离塔并与添加的Ｎａ２Ｓ溶液反应实现烟气脱汞。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杨先，张军，盛昌栋，张永春，赵亮，丁启忠，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]