气相氧化系统、应用该系统的烟气净化设备及其净化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种烟气净化设备以及净化方法。
【背景技术】
[0002] 氮氧化物（NOx)的排放严重影响着自然环境。电厂、水泥、冶金、钢铁等工业废气均 需经过净化工序处理，降低污染物的排放浓度。随着工业化进程逐步加深，废气排放量及污 染物总量逐步上升。由于总量上涨，污染物的排放浓度控制逐渐严格。
[0003] NOx的脱除多采用选择性还原的方式，在有/无催化剂条件下，利用NH 3的还原性， 将NOx还原为N2排放至环境。这种方式存在局限性：首先催化剂具有寿命，需要定期更换， 而不使用催化剂的NOx还原需要在极高温温度下进行；再者，将NOx还原为N2仅仅是消除污 染物，不能把污染物转化利用。利用臭氧氧化脱硝的方式可以避免上述局限性：首先：臭氧 氧化^^^至N 205在较低的温度下即可进行，且不需要任何催化条件；再者，NO x污染物转化成 为的高价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，相同温度下臭氧在气相氧化NO ：(具 有更快的反应速率。杜邦一 Belco公司的湿法技术在废气进入吸收塔前气体管道中喷射臭 氧，在臭氧喷射装置前，使用急冷装置将废气温度冷却至较低温度，以保证喷射的臭氧不因 高温环境而减少寿命。该技术中存在一定问题：急冷装置在臭氧氧化前喷入冷却水，废气中 携带的冷却水液滴在一定程度上会促进臭氧的分解；同时，臭氧喷入管道没有额外的气体 混合促进装置，臭氧氧化NOx的效率有限。
[0005] 在臭氧气相氧化技术中，气相颗粒物/液滴含量的控制、反应物混合的条件及方 式等因素对氧化反应的效率是十分重要的。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种气相氧化系统、应用该系统的烟气净化设备及其净化方 法，可以实现高效地氧化烟气中的NOx，不需要折流板、急冷装置等附件，烟气阻力小。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种气相氧化系统，包括氧化系统和分隔系统： 所述氧化系统包括臭氧输送管路、连接在每根臭氧输送管路端部的一级喷射器和二级 喷射器以及在一级喷射器下方的臭氧挡板，所述一级喷射器和二级喷射器相对设置，其中 一级喷射器位于下方、其喷射臭氧气体的端口向下，其中二级喷射器位于上方、其喷射臭氧 气体的端口向上。
[0008] 所述分隔系统包括穿过氧化系统位于壳体中轴线上的自流管、连接在自流管上端 的倒锥筒形的收集盘以及位于收集盘上方的环形的导流锥，所述收集盘的下表面位于二级 喷射器喷射臭氧气体的端口的上方。
[0009] 所述导流锥为环形，其上表面是由外周上边缘向内周边缘向下倾斜的坡面、其下 表面是由外周的下边缘向内周边缘向上倾斜的坡面，所述导流锥的内周边缘超出收集盘的 边缘、位于收集盘的盘口上方。
[0010] 所述臭氧输送管路以及连接在每根臭氧输送管路端部的一级喷射器和二级喷射 器有1~8组，环向均匀间隔连接在壳体的内侧，每个一级喷射器的下方对应一块臭氧挡 板，其中一级喷射器和二级喷射器喷射臭氧气体的端口与竖直方向的夹角均不超过45°。 [0011] 所述自流管由多组臭氧输送管路的中心处穿过氧化系统，所述臭氧挡板的形状为 扇形、圆形、椭圆形、三边形、四边形、凸面形、或凹面形中的一种或几种。
[0012] -种应用所述的气相氧化系统的烟气净化设备，包括筒状的吸收塔塔体、位于吸 收塔塔体下部的进气筒、位于吸收塔塔体上部的排气筒、设置在吸收塔塔体内的吸收剂池 和吸收系统以及与吸收塔塔体连接的塔外缓冲箱，还包括气相氧化系统，所述烟气净化设 备沿着烟气流向由下向上依次为吸收剂池、气相氧化系统以及上部吸收系统，所述气相氧 化系统内的自流管通过管道与塔外缓冲箱连通。 所述吸收剂池与空气或氧气进气管路以及硫资源回收管路连通，吸收剂池与空气或氧 气进气管路连通、且吸收剂池内有搅拌器。 所述上部吸收系统包括上部喷淋层和位于上部喷淋层上方的上部除雾器，所述上部喷 淋层通过循环供液旁路与吸收剂池连通、通过管道与塔外缓冲箱连通。
[0013] 在所述气相氧化系统的下方还设置有下部吸收系统，所述下部吸收系统包括下部 喷淋层和位于下部喷淋层上方的下部除雾器，所述下部喷淋层通过循环供液旁路与吸收剂 池连通。
[0014] 所述塔外缓冲箱与氮资源回收管路连通，塔外缓冲箱的下部有搅拌器。
[0015] -种应用所述的烟气净化设备的净化方法，烟气经进气筒进入吸收剂池中，经过 搅拌器、下部喷淋层和下部除雾器进入气相氧化系统中，经过与臭氧气体的充分氧化反应 后再经上部喷淋层和上部除雾器经过排放筒排放至大气中。
[0016] 氧化系统中的一级喷射器喷射臭氧至臭氧挡板扩散，先与烟气进行一次混合及氧 化反应，随后由二级喷射器喷射臭氧至收集盘下表面扩散，再与烟气进行二次混合及氧化 反应； 收集盘将上部喷淋层喷洒的吸收剂回收经自流管排放至不同位置：当上部吸收系统与 下部吸收系统使用同种吸收剂时，自流管将收集的液体排向吸收剂池或塔外缓冲箱，当上 部吸收系统与下部吸收系统使用不同吸收剂时，自流管将收集的液体排向塔外缓冲箱。
[0017] 与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果： 本发明克服了传统净化设备结构复杂、净化效果差且氮资源不能有效分离再利用的缺 点，解决了实现NOx的氧化、有效回收氮资源的技术问题。
[0018] 本发明提供了一种气相氧化系统，其中臭氧挡板和收集盘下表面起到了促进臭氧 与烟气混合的效果，收集盘、导流锥起到降低氧化反应所在区域内颗粒物及液体的含量的 效果，应用该气相氧化系统的净化设备由下向上依次包括吸收剂池、下部吸收系统、气相氧 化系统、上部吸收系统以及排放系统： (1)吸收剂池：包含搅拌器和烟气进气管路，搅拌器可在不同角度、不同高度安装多台， 进气管路可沿塔横截面环形不同角度分布安装多个，吸收池内的吸收剂可通过供液栗经循 环供液旁路栗入上部喷淋层和下部喷淋层。
[0019] (2)下部吸收系统：包含下部喷淋层、下部除雾器，下部喷淋层喷洒吸收剂，下部 除雾器用于降低烟气中的雾滴、液滴含量，目的是减少臭氧分解速率受雾滴、液滴的增速影 响；同时，当上部吸收区所用吸收剂与下部吸收区所用吸收剂不同时，可以有效减少两者之 间的混合。
[0020] (3)氧化系统：包含一级喷射器、二级喷射器、臭氧挡板以及臭氧输送管路，一级喷 射器由臭氧输送管路向下喷射至臭氧挡板，二级喷射器由臭氧输送管路向上喷射至分隔系 统收集盘下表面，臭氧分别自臭氧挡板与收集盘下表面扩散，与烟气混合接触，在气相进行 氧化反应。
[0021] (4)分隔系统：包含收集盘、自流管以及导流锥，收集盘用于收集上部喷淋层喷洒 的吸收剂，收集盘底部连接自流管，收集盘下表面作为二级喷射器气气接触表面；当上部吸 收区与下部吸收区使用同种吸收剂时，自流管可以将收集的液体排向吸收剂池或塔外缓冲 箱，当上部吸收区与下部吸收剂使用不同吸收剂时，自流管将收集液排向塔外缓冲箱；导流 锥上表面用于将收集的液体导向收集盘，下表面用于烟气提速，促进二级喷射器喷射的臭 氧与烟气的均匀混合。
[0022] (5)上部吸收系统：包含上部喷淋层，上方设置上部除雾器，上部喷淋层喷洒吸收 剂，上部除雾器用于降低烟气中的雾滴、液滴含量，目的是减少雾滴中携带的固体颗粒物的 排放。
[0023] (6)尾气排放：净化后的烟气经过排放筒排放至大气。
[0024] 本发明中的气相氧化反应主要包含以下反应：
其中，反应（1)、（2)、（3)为快反应，（4)、（5)、（6)为慢反应。在氧化区内烟气温度范 围不高于100°c，前三个快反应的反应速率要比后三个慢反应的反应速率快7~10个数量 级。因此，一般情况下，可以忽略后三个慢反应，但是，慢反应在氧化区内也会产生。除了氧 化反应，在氧化区内，还同时发生着以下臭氧的分解反应：
臭氧分解反应包含：在气相发生的分解反应（1)、（2)，在颗粒物表面发生的分解反应 (3)，在液相发生的分