本发明涉及烟气处理技术领域，具体而言，涉及一种烟气脱汞装置及方法。
背景技术：
汞是煤中的一种有毒的重金属痕量元素，汞污染对人类及生物环境造成的危害极大。全球每年排放到大气中的汞总量约为5000t，其中4000t是人为的结果，而造成汞环境污染的人为来源主要是煤炭的燃烧和煤化工生产过程中的排放、汞矿和其他金属的冶炼、氯碱工业和电器工业中的使用汞等，其中份额最大的来源于燃烧。汞作为煤中一种痕量元素，在燃煤和煤化工生产过程中，大部分会随烟气排入大气。进入生态环境的汞会对环境、人体产生长期危害。因此如何控制汞的排放是相关技术工作者的一项重要任务。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种烟气脱汞装置及方法，以解决现有技术中汞会随燃煤和煤化工生产过程中产生的烟气排放至大气的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种烟气脱汞装置，其包括：烟气通道，用以通入烟气；催化剂雾化器，设置在烟气通道的内部，用以向烟气通道内部提供雾化的脱汞催化剂；以及紫外线辐照装置，设置在烟气通道的内部，用以提供紫外线，使烟气在脱汞催化剂和紫外线的作用下进行催化脱汞反应。
进一步地，沿烟气在烟气通道中的流通方向，催化剂雾化器设置在紫外线辐照装置的上游。
进一步地，催化剂雾化器包括催化剂水溶液供应装置，催化剂水溶液供应装置设置有雾化口，雾化口用以排出雾化的脱汞催化剂。
进一步地，催化剂雾化器还包括氯气供应装置，氯气供应装置设置有氯气出口用以向烟气通道的内部提供氯气。
进一步地，氯气出口延伸至催化剂水溶液供应装置的内部，以使氯气通过雾化口排出。
进一步地，烟气通道为烟囱。
进一步地，紫外线辐照装置为沿烟气通道的周向设置的环形紫外灯，优选环形紫外灯的辐照功率为60～80w。
根据本发明的另一方面，还提供了一种烟气脱汞方法，其包括以下步骤：将烟气与雾化的脱汞催化剂混合，得到混合烟气；对混合烟气进行紫外线辐照，使混合烟气进行催化脱汞反应。
进一步地，脱汞催化剂为fe-tio2。
进一步地，对催化剂水溶液进行雾化，得到雾化后的脱汞催化剂；优选地，催化剂水溶液的浓度为0.005～0.05g/l。
进一步地，在对催化剂水溶液进行雾化的步骤中，同时向催化剂水溶液中通入氯气。
进一步地，紫外线的波长在320～400nm。
应用本发明的技术方案，提供了一种烟气脱汞装置，其包括烟气通道、催化剂雾化器以及紫外线辐照装置；烟气通道用以通入烟气；催化剂雾化器，设置在烟气通道的内部，用以向烟气通道内部提供雾化的脱汞催化剂；紫外线辐照装置设置在烟气通道的内部，用以提供紫外线，使烟气在脱汞催化剂和紫外线的作用下进行催化脱汞反应。
本发明提供的上述烟气脱汞装置，烟气进入烟气通道后，会和催化剂雾化器排出的雾化的脱汞催化剂混合，经紫外线辐照装置的紫外线辐照，发生催化脱汞反应，以脱除烟气中的气态汞，转变为固态汞化合物被截留在灰烬中，达到烟气脱汞目的。需要说明的是，本发明的烟气脱汞装置为紫外线辅助、催化剂雾化的脱汞装置，利用雾化的脱汞催化剂与烟气充分接触，辅以紫外线辐照，能够使装置具有非常高的脱汞效率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明一种实施例的烟气脱汞装置的示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、烟气通道；20、催化剂雾化器；30、紫外线辐照装置；a、烟气；b、雾化的脱汞催化剂。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
正如背景技术部分所描述的，现有技术中燃煤和煤化工生产过程中产生的烟气会携带金属汞，排放至大气会造成环境污染。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了解决这一问题，本发明提供了一种烟气脱汞装置，如图1所示，其包括烟气通道10，催化剂雾化器20，以及紫外线辐照装置30；烟气通道10用以通入烟气；催化剂雾化器20设置在烟气通道10的内部，用以向烟气通道10内部提供雾化的脱汞催化剂；紫外线辐照装置30设置在烟气通道10的内部，用以提供紫外线，使烟气在脱汞催化剂和紫外线的作用下进行催化脱汞反应。
本发明提供的上述烟气脱汞装置，烟气a进入烟气通道10后，会和催化剂雾化器20排出的雾化的脱汞催化剂b混合，经紫外线辐照装置30提供的紫外线辐照，发生催化脱汞反应，以脱除烟气a中的气态汞，转变为固态汞化合物被截留在灰烬中，达到烟气脱汞目的。需要说明的是，本发明的烟气脱汞装置为紫外线辅助、催化剂雾化的脱汞装置，利用雾化的脱汞催化剂b与烟气a充分接触，辅以紫外线辐照，能够使装置具有非常高的脱汞效率。
在一种优选的实施方式中，沿烟气在烟气通道10中的流通方向，催化剂雾化器20设置在紫外线辐照装置30的上游。将催化剂雾化器20设置在紫外线辐照装置30的上游，烟气和雾化的脱汞催化剂有更为充分的混合时间，然后经紫外线辐照，脱汞反应更为彻底，对于脱汞效果有进一步地提高。
在一种优选的实施方式中，催化剂雾化器20包括催化剂水溶液供应装置，催化剂水溶液供应装置设置有雾化口，雾化口用以排出雾化的脱汞催化剂。利用催化剂水溶液供应装置，将脱汞催化剂分散于水中形成水溶液后，通过雾化口以雾状形式排出。这样，脱汞催化剂能够更均匀地分散在作为载体的水雾中，以更为均匀快速的方式与烟气接触，因而能够进一步提高脱汞效果。更优选地，上述脱汞催化剂为fe-tio2。fe-tio2可以购买市售产品，也可以自制：三价铁离子的掺杂浓度(以每质量份钛离子上掺杂的三价铁离子质量份计)为0.001～0.020。将30ml无水乙醇、3ml冰乙酸和1ml去离子水混合，使用磁力搅拌器按照1000r/min搅拌，将17ml钛酸四正丁酯缓慢滴入混合溶液，然后加入对应比例的纳米α-fe2o3，搅拌至溶液完全澄清，将澄清溶液超声波振荡处理0.5h后，室温下静置72h，得到透明或半透明的块状tio2凝胶。将块状tio2凝胶置于80℃烘箱(dhg-9076a型，上海精宏试验设备有限公司)中干燥12h，然后再在马弗炉中在500℃下恒温煅烧2h。自然冷却到室温，采用瓷研钵研磨得到上述fe-tio2催化剂。
上述脱汞反应的原理是将伴随在烟气中的气态汞单质转化为氧化汞，氧化汞为固态形式，会被截留在烟气的灰烬中，达到脱汞目的。以fe-tio2为例，说明本发明的脱汞原理，在紫外线辐照条件下能够发生以下反应：
tio2+hv→e-+h+
oh-ad+h+→·ohad
h2oad+h+→·ohad+h+
o2ad+e-→o2-ad
o2-ad+h+→·ho2ad
·ho2ad+e-+h+→h2o2ad
·h2o2ad+hv→2·ohad
hg0ad+o2-ad→hgoad
hg0ad+·ohad→hgoad
具体地，tio2受到紫外光照射释放出电子(e-)和光生空穴(h+)；水蒸气分解为氢离子(h+)和氢氧根(oh-)；氢氧根(oh-)与光生空穴(h+)反应生成自由基(·oh)；水分子与光生空穴(h+)反应生成自由基(·oh)；氧气(o2)与电子(e-)反应生成超氧自由基(o2-)；超氧自由基(o2-)与氢离子(h+)反应生成自由基(·ho2)；自由基(·ho2)与电子(e-)和氢离子(h+)生成双氧水(h2o2)；双氧水(h2o2)受光照射生成两个氢氧根自由基(·oh-)；汞单质与超氧自由基(o2-)反应生成氧化汞；汞单质与自由基(·oh)反应生成氧化汞。
在一种优选的实施方式中，催化剂雾化器20还包括氯气供应装置，氯气供应装置设置有氯气出口用以向烟气通道10的内部提供氯气。设置氯气供应装置，能够向烟气中通入氯气，这样，汞单质除了能够形成氧化汞以外，还能够在紫外线的作用下与氯气反应生成氯化汞，并以固态形式同样被截留在烟气灰烬中：
hg0ad+cl2→hgcl2
基于以上原因，通入氯气能够进一步加快脱汞速率，提高脱汞效果。
在一种优选的实施方式中，氯气出口延伸至催化剂水溶液供应装置的内部，以使氯气通过雾化口排出。这样，氯气可以直接通入催化剂水溶液供应装置中，与催化剂水溶液一起经雾化后排出，这能够将氯气和雾化的脱汞催化剂以更为均态的形式与烟气混合，各种脱氯反应相辅相成，进一步改善脱汞效果。
在一种优选的实施方式中，烟气通道10为烟囱。这样，可以在燃煤和煤化工生产的烟气排放过程中进行在线脱汞，实际应用过程中只需要将生产厂家的烟气排放烟囱作为烟气通道，在其中安装催化剂雾化器20和紫外线辐照装置30即可。这样一方面不影响正常的生产进度和烟气排放，另一方面也有利于降低设备成本，无需额外准备烟气通道，节约占地。另，经脱汞反应后氧化汞和氯化汞可以直接被截留在烟气排放的灰烬中，也降低了处理难度。
在一种优选的实施方式中，如图1所示，紫外线辐照装置30为沿烟气通道10的周向设置的环形紫外灯。环形紫外灯作为紫外线辐照装置30，能够在不影响烟气流通的前提下具有更大的辐照面积。在实际应用时，可以采用多个环形紫外灯依次沿烟气流通方向设置，增加进一步增加辐照面积。优选地，环形紫外灯的辐照功率为60～80w。
优选地，催化剂雾化器20为多个，且多个催化剂雾化器20沿烟气通道的周向间隔设置，这样可以使雾化的脱汞催化剂更均匀地排放，在一定的径向区域充满烟气通道。
根据本发明的另一方面，还提供了一种烟气脱汞方法，其包括以下步骤：将烟气与雾化的脱汞催化剂混合，得到混合烟气；向混合烟气进行紫外线辐照，使混合烟气进行催化脱汞反应。
利用上述方法处理烟气，将烟气和雾化的脱汞催化剂混合，然后经紫外线辐照发生催化脱汞反应，以脱除烟气中的气态汞，转变为固态汞化合物被截留在灰烬中，达到烟气脱汞目的。需要说明的是，本发明的烟气脱汞方法为紫外线辅助、催化剂雾化的脱汞方法，利用雾化的脱汞催化剂与烟气充分接触，辅以紫外线辐照，能够使该法具有非常高的脱汞效率。
在一种优选的实施方式中，脱汞催化剂为fe-tio2。使用该脱汞催化剂，具有较高的催化活性，能够进一步提高脱汞反应效率。该催化剂实际上是以tio2视为载体，fe为活性组分。ti来源于钛酸正丁酯溶液(化学纯)，fe来源于纳米α-fe2o3，制成fe-tio2晶粒，尺寸约为30nm。
在一种优选的实施方式中，将催化剂水溶液进行雾化，得到雾化的脱汞催化剂；优选地，催化剂水溶液的浓度为0.005～0.05g/l。将催化剂水溶液的浓度控制在上述范围内，能够使烟气与雾化的脱汞催化剂更充分地接触，从而进一步提高脱汞反应效率。
在一种优选的实施方式中，在对催化剂水溶液进行雾化以提供雾化的脱汞催化剂的步骤中，同时向催化剂水溶液中通入氯气。如前文所述，通入氯气，烟气中的汞单质除了能够形成氧化汞以外，还能够在紫外线的作用下与氯气反应生成氯化汞，并以固态形式同样被截留在烟气灰烬中。且将通入催化剂水溶液，使二者一起经雾化后排出，能够将氯气和雾化的脱汞催化剂以更为均态的形式与烟气混合，各种脱氯反应相辅相成，进一步改善脱汞效果。
在一种优选的实施方式中，紫外线的波长在320～400nm。该波长范围内的紫外线对于脱汞反应具有更好的辅助作用。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
以下通过实施例进一步说明本发明的有益效果：
实施例1
以内蒙古鄂尔多斯市某煤制油企业生产排放的烟气为处理对象，在烟囱中安装催化剂雾化器和环形紫外灯，结构如图1所示，催化剂雾化器为四个，沿周向间隔设置在烟囱的中部，在其上方设置环形紫外灯。其中，
环形紫外灯的紫外线波长为320～400nm，功率为75w；
催化剂雾化器包括催化剂水溶液供应装置及氯气供应装置，且氯气出口延伸至催化剂水溶液供应装置内部，催化剂水溶液为浓度0.01g/l的fe-tio2水溶液。
运行稳定后，检测烟气的平均脱汞率为86.3％。
实施例2
以内蒙古鄂尔多斯市某煤制油企业生产排放的烟气为处理对象，在烟囱中安装催化剂雾化器和环形紫外灯，结构如图1所示，催化剂雾化器为四个，沿周向间隔设置在烟囱的中部，在其上方设置环形紫外灯。其中，
环形紫外灯的紫外线波长为280～320nm，功率为80w；
催化剂雾化器包括催化剂水溶液供应装置及氯气供应装置，且氯气出口延伸至催化剂水溶液供应装置内部，催化剂水溶液为浓度0.01g/l的fe-tio2水溶液。
运行稳定后，检测烟气的脱汞率为80.5％。
实施例3
以内蒙古鄂尔多斯市某煤制油企业生产排放的烟气为处理对象，在烟囱中安装催化剂雾化器和环形紫外灯，结构如图1所示，催化剂雾化器为四个，沿周向间隔设置在烟囱的中部，在其上方设置环形紫外灯。其中，
环形紫外灯的紫外线波长为320～400nm，功率为60w；
催化剂雾化器包括催化剂水溶液供应装置及氯气供应装置，且氯气出口延伸至催化剂水溶液供应装置内部，催化剂水溶液为浓度0.01g/l的fe-tio2水溶液。
运行稳定后，检测烟气的脱汞率为83.6％。
实施例4
以内蒙古鄂尔多斯市某煤制油企业生产排放的烟气为处理对象，在烟囱中安装催化剂雾化器和环形紫外灯，结构如图1所示，催化剂雾化器为四个，沿周向间隔设置在烟囱的中部，在其上方设置环形紫外灯。其中，
环形紫外灯的紫外线波长为320～400nm，功率为56w；
催化剂雾化器包括催化剂水溶液供应装置及氯气供应装置，且氯气出口延伸至催化剂水溶液供应装置内部，催化剂水溶液为浓度0.01g/l的fe-tio2水溶液。
运行稳定后，检测烟气的脱汞率为80.2％。
实施例5
以内蒙古鄂尔多斯市某煤制油企业生产排放的烟气为处理对象，在烟囱中安装催化剂雾化器和环形紫外灯，结构如图1所示，催化剂雾化器为四个，沿周向间隔设置在烟囱的中部，在其上方设置环形紫外灯。其中，
环形紫外灯的紫外线波长为320～400nm，功率为75w；
催化剂雾化器包括催化剂水溶液供应装置及氯气供应装置，且氯气出口延伸至催化剂水溶液供应装置内部，催化剂水溶液为浓度0.005g/l的fe-tio2水溶液。
运行稳定后，检测烟气的脱汞率为82.1％。
实施例6
以内蒙古鄂尔多斯市某煤制油企业生产排放的烟气为处理对象，在烟囱中安装催化剂雾化器和环形紫外灯，结构如图1所示，催化剂雾化器为四个，沿周向间隔设置在烟囱的中部，在其上方设置环形紫外灯。其中，
环形紫外灯的紫外线波长为320～400nm，功率为75w；
催化剂雾化器包括催化剂水溶液供应装置及氯气供应装置，且氯气出口延伸至催化剂水溶液供应装置内部，催化剂水溶液为浓度0.05g/l的fe-tio2水溶液。
运行稳定后，检测烟气的脱汞率为87.9％。
实施例7
以内蒙古鄂尔多斯市某煤制油企业生产排放的烟气为处理对象，在烟囱中安装催化剂雾化器和环形紫外灯，结构如图1所示，催化剂雾化器为四个，沿周向间隔设置在烟囱的中部，在其上方设置环形紫外灯。其中，
环形紫外灯的紫外线波长为320～400nm，功率为75w；
催化剂雾化器包括催化剂水溶液供应装置及氯气供应装置，且氯气出口延伸至催化剂水溶液供应装置内部，催化剂水溶液为浓度0.003g/l的fe-tio2水溶液。
运行稳定后，检测烟气的脱汞率为79.2％。
实施例8
以内蒙古鄂尔多斯市某煤制油企业生产排放的烟气为处理对象，在烟囱中安装催化剂雾化器和环形紫外灯，结构如图1所示，催化剂雾化器为四个，沿周向间隔设置在烟囱的中部，在其上方设置环形紫外灯。其中，
环形紫外灯的紫外线波长为320～400nm，功率为75w；
催化剂雾化器仅包括催化剂水溶液供应装置，催化剂水溶液为浓度0.01g/l的fe-tio2水溶液。
运行稳定后，检测烟气的平均脱汞率为80.1％。
对比例1
以内蒙古鄂尔多斯市某煤制油企业生产排放的烟气为处理对象，在烟囱中安装催化剂水溶液的喷淋管道和环形紫外灯，喷淋管道上设置有多个喷水孔，喷淋管道为环形，且沿周向设置在烟囱的中部，在其上方设置环形紫外灯。其中，
环形紫外灯的紫外线波长为320～400nm，功率为75w；
喷水枪所喷催化剂水溶液为浓度0.01g/l的fe-tio2水溶液，以水滴形式进入烟囱内部与烟气混合。
运行稳定后，检测烟气的平均脱汞率为40％。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
采用本发明提供的烟气脱汞装置及方法对烟气进行处理，以紫外线辐照和催化剂雾化为辅助措施，具有较高的脱汞率。尤其是，实施例1、3、5、6中，将紫外线波长、辐照功率、催化剂浓度等控制在优选范围，且同时通入氯气时，具有更高的脱汞率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。