氣相氧化系統、應用該系統的煙氣凈化設備及其凈化方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種煙氣凈化設備以及凈化方法。
【背景技術】
[0002] 氮氧化物（NOx)的排放嚴重影響著自然環境。電廠、水泥、冶金、鋼鐵等工業廢氣均 需經過凈化工序處理，降低污染物的排放濃度。隨著工業化進程逐步加深，廢氣排放量及污 染物總量逐步上升。由于總量上漲，污染物的排放濃度控制逐漸嚴格。
[0003] NOx的脫除多采用選擇性還原的方式，在有/無催化劑條件下，利用NH 3的還原性， 將NOx還原為N2排放至環境。這種方式存在局限性：首先催化劑具有壽命，需要定期更換， 而不使用催化劑的NOx還原需要在極高溫溫度下進行；再者，將NOx還原為N2僅僅是消除污 染物，不能把污染物轉化利用。利用臭氧氧化脫硝的方式可以避免上述局限性：首先：臭氧 氧化^^^至N 205在較低的溫度下即可進行，且不需要任何催化條件；再者，NO x污染物轉化成 為的高價含氮化合物可以再次利用。
[0004] 由于臭氧和^^^在一般水溶液中的溶解度有限，相同溫度下臭氧在氣相氧化NO ：(具 有更快的反應速率。杜邦一 Belco公司的濕法技術在廢氣進入吸收塔前氣體管道中噴射臭 氧，在臭氧噴射裝置前，使用急冷裝置將廢氣溫度冷卻至較低溫度，以保證噴射的臭氧不因 高溫環境而減少壽命。該技術中存在一定問題：急冷裝置在臭氧氧化前噴入冷卻水，廢氣中 攜帶的冷卻水液滴在一定程度上會促進臭氧的分解；同時，臭氧噴入管道沒有額外的氣體 混合促進裝置，臭氧氧化NOx的效率有限。
[0005] 在臭氧氣相氧化技術中，氣相顆粒物/液滴含量的控制、反應物混合的條件及方 式等因素對氧化反應的效率是十分重要的。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種氣相氧化系統、應用該系統的煙氣凈化設備及其凈化方 法，可以實現高效地氧化煙氣中的NOx，不需要折流板、急冷裝置等附件，煙氣阻力小。
[0007] 為實現上述目的，本發明采用如下技術方案： 一種氣相氧化系統，包括氧化系統和分隔系統： 所述氧化系統包括臭氧輸送管路、連接在每根臭氧輸送管路端部的一級噴射器和二級 噴射器以及在一級噴射器下方的臭氧擋板，所述一級噴射器和二級噴射器相對設置，其中 一級噴射器位于下方、其噴射臭氧氣體的端口向下，其中二級噴射器位于上方、其噴射臭氧 氣體的端口向上。
[0008] 所述分隔系統包括穿過氧化系統位于殼體中軸線上的自流管、連接在自流管上端 的倒錐筒形的收集盤以及位于收集盤上方的環形的導流錐，所述收集盤的下表面位于二級 噴射器噴射臭氧氣體的端口的上方。
[0009] 所述導流錐為環形，其上表面是由外周上邊緣向內周邊緣向下傾斜的坡面、其下 表面是由外周的下邊緣向內周邊緣向上傾斜的坡面，所述導流錐的內周邊緣超出收集盤的 邊緣、位于收集盤的盤口上方。
[0010] 所述臭氧輸送管路以及連接在每根臭氧輸送管路端部的一級噴射器和二級噴射 器有1~8組，環向均勻間隔連接在殼體的內側，每個一級噴射器的下方對應一塊臭氧擋 板，其中一級噴射器和二級噴射器噴射臭氧氣體的端口與豎直方向的夾角均不超過45°。 [0011] 所述自流管由多組臭氧輸送管路的中心處穿過氧化系統，所述臭氧擋板的形狀為 扇形、圓形、橢圓形、三邊形、四邊形、凸面形、或凹面形中的一種或幾種。
[0012] -種應用所述的氣相氧化系統的煙氣凈化設備，包括筒狀的吸收塔塔體、位于吸 收塔塔體下部的進氣筒、位于吸收塔塔體上部的排氣筒、設置在吸收塔塔體內的吸收劑池 和吸收系統以及與吸收塔塔體連接的塔外緩沖箱，還包括氣相氧化系統，所述煙氣凈化設 備沿著煙氣流向由下向上依次為吸收劑池、氣相氧化系統以及上部吸收系統，所述氣相氧 化系統內的自流管通過管道與塔外緩沖箱連通。 所述吸收劑池與空氣或氧氣進氣管路以及硫資源回收管路連通，吸收劑池與空氣或氧 氣進氣管路連通、且吸收劑池內有攪拌器。 所述上部吸收系統包括上部噴淋層和位于上部噴淋層上方的上部除霧器，所述上部噴 淋層通過循環供液旁路與吸收劑池連通、通過管道與塔外緩沖箱連通。
[0013] 在所述氣相氧化系統的下方還設置有下部吸收系統，所述下部吸收系統包括下部 噴淋層和位于下部噴淋層上方的下部除霧器，所述下部噴淋層通過循環供液旁路與吸收劑 池連通。
[0014] 所述塔外緩沖箱與氮資源回收管路連通，塔外緩沖箱的下部有攪拌器。
[0015] -種應用所述的煙氣凈化設備的凈化方法，煙氣經進氣筒進入吸收劑池中，經過 攪拌器、下部噴淋層和下部除霧器進入氣相氧化系統中，經過與臭氧氣體的充分氧化反應 后再經上部噴淋層和上部除霧器經過排放筒排放至大氣中。
[0016] 氧化系統中的一級噴射器噴射臭氧至臭氧擋板擴散，先與煙氣進行一次混合及氧 化反應，隨后由二級噴射器噴射臭氧至收集盤下表面擴散，再與煙氣進行二次混合及氧化 反應； 收集盤將上部噴淋層噴灑的吸收劑回收經自流管排放至不同位置：當上部吸收系統與 下部吸收系統使用同種吸收劑時，自流管將收集的液體排向吸收劑池或塔外緩沖箱，當上 部吸收系統與下部吸收系統使用不同吸收劑時，自流管將收集的液體排向塔外緩沖箱。
[0017] 與現有技術相比本發明具有以下特點和有益效果： 本發明克服了傳統凈化設備結構復雜、凈化效果差且氮資源不能有效分離再利用的缺 點，解決了實現NOx的氧化、有效回收氮資源的技術問題。
[0018] 本發明提供了一種氣相氧化系統，其中臭氧擋板和收集盤下表面起到了促進臭氧 與煙氣混合的效果，收集盤、導流錐起到降低氧化反應所在區域內顆粒物及液體的含量的 效果，應用該氣相氧化系統的凈化設備由下向上依次包括吸收劑池、下部吸收系統、氣相氧 化系統、上部吸收系統以及排放系統： (1)吸收劑池：包含攪拌器和煙氣進氣管路，攪拌器可在不同角度、不同高度安裝多臺， 進氣管路可沿塔橫截面環形不同角度分布安裝多個，吸收池內的吸收劑可通過供液栗經循 環供液旁路栗入上部噴淋層和下部噴淋層。
[0019] (2)下部吸收系統：包含下部噴淋層、下部除霧器，下部噴淋層噴灑吸收劑，下部 除霧器用于降低煙氣中的霧滴、液滴含量，目的是減少臭氧分解速率受霧滴、液滴的增速影 響；同時，當上部吸收區所用吸收劑與下部吸收區所用吸收劑不同時，可以有效減少兩者之 間的混合。
[0020] (3)氧化系統：包含一級噴射器、二級噴射器、臭氧擋板以及臭氧輸送管路，一級噴 射器由臭氧輸送管路向下噴射至臭氧擋板，二級噴射器由臭氧輸送管路向上噴射至分隔系 統收集盤下表面，臭氧分別自臭氧擋板與收集盤下表面擴散，與煙氣混合接觸，在氣相進行 氧化反應。
[0021] (4)分隔系統：包含收集盤、自流管以及導流錐，收集盤用于收集上部噴淋層噴灑 的吸收劑，收集盤底部連接自流管，收集盤下表面作為二級噴射器氣氣接觸表面；當上部吸 收區與下部吸收區使用同種吸收劑時，自流管可以將收集的液體排向吸收劑池或塔外緩沖 箱，當上部吸收區與下部吸收劑使用不同吸收劑時，自流管將收集液排向塔外緩沖箱；導流 錐上表面用于將收集的液體導向收集盤，下表面用于煙氣提速，促進二級噴射器噴射的臭 氧與煙氣的均勻混合。
[0022] (5)上部吸收系統：包含上部噴淋層，上方設置上部除霧器，上部噴淋層噴灑吸收 劑，上部除霧器用于降低煙氣中的霧滴、液滴含量，目的是減少霧滴中攜帶的固體顆粒物的 排放。
[0023] (6)尾氣排放：凈化后的煙氣經過排放筒排放至大氣。
[0024] 本發明中的氣相氧化反應主要包含以下反應：
其中，反應（1)、（2)、（3)為快反應，（4)、（5)、（6)為慢反應。在氧化區內煙氣溫度范 圍不高于100°c，前三個快反應的反應速率要比后三個慢反應的反應速率快7~10個數量 級。因此，一般情況下，可以忽略后三個慢反應，但是，慢反應在氧化區內也會產生。除了氧 化反應，在氧化區內，還同時發生著以下臭氧的分解反應：
臭氧分解反應包含：在氣相發生的分解反應（1)、（2)，在顆粒物表面發生的分解反應 (3)，在液相發生的分