基于聲光耦合作用強化過硫酸銨的脫硫脫硝的系統及方法
【專利摘要】本發明公開了基于聲光耦合作用強化過硫酸銨的脫硫脫硝的系統及方法，來自鍋爐排放的煙氣經過除塵器除塵后進入煙氣溫度調節器，經過調溫后的煙氣進入聲光耦合反應器；來自新液系統的過硫酸銨溶液由循環泵通入聲光耦合反應器，過硫酸銨溶液在紫外光和超聲波的耦合作用下釋放強氧化性的過硫酸根自由基，過硫酸根自由基氧化脫除煙氣中的二氧化硫和氮氧化物。該方法能夠高效脫除煙氣中的二氧化硫和氮氧化物，且脫除過程無二次污染，是一種具有廣闊應用前景的新型煙氣凈化系統。
【專利說明】基于聲光耦合作用強化過硫酸銨的脫硫脫硝的系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及燃燒過程中煙氣排放污染物的控制，尤其涉及一種基于聲光耦合作用強化過硫酸銨的同時脫硫脫硝系統及方法。
【背景技術】
[0002]工業化生產的燃燒過程中產生的硫氧化物和氮氧化物能夠引起酸雨和光化學煙霧等環境污染問題。因此，研發有效的煙氣脫硫脫硝方法是各國環保科技人員的重要任務之一。近些年來，盡管人們開發了大量的煙氣脫硫脫硝技術，但由于人類認識過程的局限性和科學技術發展的漸進性，現有的各種脫硫脫硝技術在研發當初僅針對單一污染物為脫除目標，一般無法實現煙氣多污染物的同時脫除。例如，目前應用較多的煙氣脫硫脫硝技術主要為濕法石灰石-石膏法煙氣脫硫技術和氨選擇性催化還原法。這兩種方法雖然可以分別單獨脫硫脫硝，但均無法在一個反應器內實現同時脫除。兩種工藝的聯合疊加使用雖然可以實現同時脫硫脫硝，但同時也造成整個系統復雜，占地面積大，投資和運行成本高等不足。
[0003]綜上所述，如果能夠在一個反應器內將硫氧化物和氮氧化物實現同時脫除，則有望大大降低系統的復雜性和占地面積，減少系統的投資與運行費用。濕法煙氣凈化技術是一種傳統的煙氣處理技術，具有初投資小、工藝流程簡單和易于實現多污染物同時脫除等特點，是一種具有良好開發和應用前景的煙氣凈化技術，但傳統的濕法煙氣凈化技術的研究卻一直相對緩慢，其主要原因就在于煙氣氮氧化物中含有90%以上難溶的NO。由雙膜理論可知，氣相分子必須首先由氣態經傳質和擴散過程溶入液相，然后才能發生化學反應固定到吸收液中，而NO難溶的特性使得其在液相的吸收傳質阻力大大增加，僅通過調控吸收液PH和溫度的方法難以顯著提高NO在液相的溶解度，這一特性造成了傳統的濕法脫硫脫硝技術普遍存在脫硫效率高，但脫硝效率低等不足，實際上無法實現真正的同時脫硫脫硝。因此，尋找能夠將NO快速轉化為易溶形態的有效方法是解決該問題的關鍵之一。
【發明內容】
[0004]本發明公開了一種基于聲光耦合作用強化過硫酸銨的同時脫硫脫硝的系統及方法，利用超聲波和紫外光耦合作用活化過硫酸銨，并釋放具有強氧化性的硫酸根自由基(S04、)同時氧化脫除煙氣中的S02和N0x。氧化產物經過產物后處理系統處理后實現資源化利用。該方法能夠同時脫除燃煤煙氣多種污染物，且脫除產物可資源化利用，是一種具有廣闊應用前景的新型煙氣凈化系統。
[0005]為實現以上目的，本發明采用的實施方案如下:
[0006]基于聲光耦合作用強化過硫酸銨的脫硫脫硝的方法，來自鍋爐排放的煙氣經過除塵器除塵后進入煙氣溫度調節器，經過調溫后的煙氣進入聲光耦合反應器；來自新液系統的過硫酸銨溶液由循環泵通入聲光耦合反應器，過硫酸銨溶液在紫外光和超聲波的耦合作用下釋放強氧化性的過硫酸根自由基，過硫酸根自由基氧化脫除煙氣中的二氧化硫和氮氧化物。
[0007]聲光耦合反應器入口的煙氣溫度不高于70°C，通入聲光耦合反應器的溶液溫度也不高于70°C，
[0008]聲光耦合反應器內的紫外光輻射強度為15-100，紫外線有效波長為120nm-280nm ；超聲波的有效頻率范圍為15KHz-100KHz，有效輻射強度為25-200。
[0009]聲光耦合反應器的液氣比為5L/m3-30L/m3，過硫酸銨的物質的量濃度在0.5mol/L-2.5mol/L之間，溶液的pH位于2.0-9.0之間，溶液溫度為10°C -700C0
[0010]來自鍋爐煙氣中的二氧化硫和氮氧化物的有效入口濃度范圍分別為0ppm-8000ppm 和 0ppm-2500ppm。
[0011]所述系統包括鍋爐、除塵器、煙氣溫度調節器、聲光耦合反應器、紫外燈和超聲波控制系統、新液系統以及產物后處理系統；鍋爐通過管道與除塵器入口連接，除塵器出口與聲光耦合反應器的煙氣入口連接；聲光耦合反應器的液體入口與新液系統連通，聲光耦合反應器上部設有反應后的煙氣出口，煙氣出口通過管道與煙囪連通，聲光耦合反應器的底端側部設有液體出口，液體出口與產物后處理系統連接。
[0012]聲光耦合反應器內設有紫外燈管和超聲波發射器，且紫外燈管和超聲波發射器均與聲光耦合反應器底面呈垂直布置；紫外燈管由紫外光控制系統控制，超聲波發射器由超聲波控制系統控制；設置多根紫外燈管和超聲波發射器時，多根紫外燈管和超聲波發射器在聲光耦合反應器底面上呈同心圓布置，紫外燈管和超聲波發射器相間布置在同一個圓周上；相鄰同心圓之間距離相等，且最小間距應當不小于15cm，多根紫外燈管或超聲波發射器分別均勻布置在不同直徑的同心圓上，沿同一直徑線布置，各相鄰兩直徑線之間的中心角相同，取值為10-30度。
[0013]聲光耦合反應器噴嘴布置在紫外燈管和超聲波發射器兩個相鄰同心圓之間的等距同心圓上，多個噴 嘴均勻布置在不同直徑的同心圓上，沿同一直徑線布置，各相鄰兩直徑線之間的中心角相同，且中心角大小均是紫外燈管或超聲波發射器布置中心角的2倍；噴嘴分布氣泡的直徑位于0.2毫米-3毫米之間，氣泡太大則脫除效率低，太小則流體流動阻力大，能耗高。
[0014]紫外燈管外應當套有石英套管；超聲波發射器可采用變幅桿式超聲波發射器，所述的變幅桿式超聲波發射器由耐腐蝕和耐高溫的不銹鋼或鈦合金制成。
[0015]所述鍋爐與除塵器之間的管道上設有第一引風機；聲光耦合反應器的煙氣出口與煙囪之間的管道上設有第二引風機。
[0016]本發明系統的反應過程原理:
[0017]1、聲光耦合作用活化過硫酸銨首先是釋放了具有強氧化性的硫酸根自由基，具體過程可用如下的化學反應(I)和(2)表示:
[0018]
【權利要求】
1.基于聲光耦合作用強化過硫酸銨的脫硫脫硝的方法，其特征在于:來自鍋爐排放的煙氣經過除塵器除塵后進入煙氣溫度調節器，經過調溫后的煙氣進入聲光耦合反應器；來自新液系統的過硫酸銨溶液由循環泵通入聲光耦合反應器，過硫酸銨溶液在紫外光和超聲波的耦合作用下釋放強氧化性的過硫酸根自由基，過硫酸根自由基氧化脫除煙氣中的二氧化硫和氮氧化物。
2.根據權利要求1所述的基于聲光耦合作用強化過硫酸銨的脫硫脫硝的方法，其特征在于:聲光耦合反應器入口的煙氣溫度不高于70°C，通入聲光耦合反應器的溶液溫度也不高于70°C。
3.根據權利要求2所述的基于聲光耦合作用強化過硫酸銨的脫硫脫硝的方法，其特征在于:聲光稱合反應器內的紫外光福射強度為15 V- ff/cm2-100 V- ff/cm2,紫外線有效波長為120nm-280nm ;超聲波的有效頻率范圍為15KHz_100KHz，有效輻射強度為25W/cm2_200W/
4.根據權利要求1所述的基于聲光耦合作用強化過硫酸銨的脫硫脫硝的方法，其特征在于:聲光耦合反應器的液氣比為5L/m3-30L/m3，過硫酸銨的物質的量濃度在0.5mol/L-2.5mol/L之間，溶液的pH位于2.0-9.0之間，溶液溫度為10°C -700C0
5.根據權利要求1至4任一項所述的基于聲光耦合作用強化過硫酸銨的脫硫脫硝的方法，其特征在于:來自鍋爐煙氣中的二氧化硫和氮氧化物的有效入口濃度范圍分別為0ppm-8000ppm 和 0ppm-2500ppm。
6.基于聲光耦合作用強化過硫酸銨的脫硫脫硝的系統，其特征在于:所述系統包括鍋爐、除塵器、煙氣溫度調節器、聲光耦合反應器、紫外燈和超聲波控制系統、新液系統以及產物后處理系統；鍋爐通過管道與除塵器入口連接，除塵器出口與聲光耦合反應器的煙氣入口連接；聲光耦合反應器的液體入口與新液系統連通，聲光耦合反應器上部設有反應后的煙氣出口，煙氣出口通過管道與煙?連通，聲光耦合反應器的底端側部設有液體出口，液體出口與產物后處理系統連接。
7.根據權利要求6所述的基于聲光耦合作用強化過硫酸銨的脫硫脫硝的系統，其特征在于:聲光耦合反應器內設有紫外燈管和超聲波發射器，紫外燈管由紫外光控制系統控制，超聲波發射器由超聲波控制系統控制；紫外燈管和超聲波發射器均與聲光耦合反應器底面呈垂直布置；多根紫外燈管和超聲波發射器在聲光耦合反應器底面上呈同心圓布置，紫外燈管和超聲波發射器相間布置在同一個圓周上；相鄰同心圓之間距離相等，且最小間距應當不小于15cm，多根紫外燈管或超聲波發射器分別均勻布置在不同直徑的同心圓上，沿同一直徑線布置，各相鄰兩直徑線之間的中心角相同，取值為10-30度。
8.根據權利要求6所述的基于聲光耦合作用強化過硫酸銨的脫硫脫硝的系統，其特征在于:聲光耦合反應器噴嘴布置在紫外燈管和超聲波發射器兩個相鄰同心圓之間的等距同心圓上，多個噴嘴均勻布置在不同直徑的同心圓上，沿同一直徑線布置，各相鄰兩直徑線之間的中心角相同，且中心角大小均是紫外燈管或超聲波發射器布置中心角的2倍；噴嘴分布氣泡的直徑位于0.2毫米-3毫米之間。
9.根據權利要求6所述的基于聲光耦合作用強化過硫酸銨的脫硫脫硝的系統，其特征在于:紫外燈管外套有石英套管，；超聲波發射器可采用變幅桿式超聲波發射器，所述的變幅桿式超聲波發射器由耐腐蝕和耐高溫的不銹鋼或鈦合金制成。
10.根據權利要求6至9任一項所述的基于聲光耦合作用強化過硫酸銨的脫硫脫硝的系統，其特征在于:所述鍋爐與除塵器之間的管道上設有第一引風機；聲光耦合反應器的煙氣出口與煙囪之間的管道上設有第二`引風機。
【文檔編號】F23J15/02GK103691278SQ201310683117
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月13日 優先權日:2013年12月13日
【發明者】劉楊先, 潘劍鋒, 唐愛坤 申請人:江蘇大學