一种电子束氨法烟气脱硫脱硝反应塔及装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种电子束氨法烟气脱硫脱硝反应塔及装置，属于烟气后处理技术领域。


背景技术：

2.国外对于电子束脱硫脱硝技术的研究源于20世纪80年代末期的日本。当时，日本原子能研究所和荏原制作所采用电子照射烟道气体发现可以同时脱硫脱硝，但由于电子源需要大容量的电子加速器(需要电子能量为800kev
‑
1mev的电子束)，电子源的高功率、高能耗、高价格极大程度限制了其发展和应用。后来，荏原公司进一步研究该技术，在气体进入照射室之前，向气体中添加适量的nh3，所添加的适量nh3能大幅提升脱硫脱硝效果，去除烟气中绝大部分so2和85％
‑
90％的nox；该技术所得的副产品为(nh4)2so4和nh4no3混合物，可广泛用于肥料和碱性土壤的改良剂。
3.根据tokunaga等人的研究，电子束吸收剂量对烟气脱硫脱硝效果有直接的影响，这是因为：在烟气受到电子束照射后产生大量自由基，自由基促使大量so2和nox 氧化为高价氧化物并与反应器中水分和注入的nh3反应，生成(nh4)2so4和nh4no3。电子束吸收剂量对脱硫过程和脱硝过程的影响程度不同，电子束照射产生的自由基对 so2只起氧化作用而有一部分自由基对nox具有还原作用，在so2脱除率达到90％时，电子束吸收剂量为9kgy，但nox具有相同脱除率时，电子束的吸收剂量需要达到27kgy。
4.温度同样对电子束法脱硫脱硝效果具有比较显著的影响。该法的实质为中和反应，此放热过程在高温环境下会受到抑制，此外烟气温度较高时，离子布朗运动加剧，使电子束的能量很大一部分损失在离子碰撞上。因此，高温环境不利于该工艺的脱硫脱硝。
5.烟气湿度对电子束法脱硫脱硝效果也有重要的影响。电子束法脱硫脱硝过程中，水中h3o

发生分子
‑
离子反应生成
·
oh自由基，该
·
oh自由基对nox和so2的氧化起着重要的作用，此外水分增加了液相反应的机率，有利于气溶胶的成核和生长。因此低温高湿烟气环境有利于电子束法脱硫脱硝的进行。
6.申请人总结目前已有的研究结果和工程实例后发现电子束氨法烟气脱硫脱硝技术仍存在如下问题：
7.1、电子束氨法烟气脱硫脱硝技术所产生的(nh4)2so4和nh4no3副产品具有吸湿性和微小粒径特征，极容易从除尘器逃逸。
8.2、电子束氨法烟气脱硫脱硝技术所用的喷氨系统压缩机会出现曲轴带液问题，同时系统存在一定氨逃逸。
9.3、为达到较高的氧化效率，往往需要较大的电子束辐射吸收剂量，使得能量消耗更大。
10.因此，提供一种新型的电子束氨法烟气脱硫脱硝反应塔及装置已经成为本领域亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

11.为了解决上述的缺点和不足，本实用新型的一个目的在于提供一种电子束氨法烟气脱硫脱硝反应塔。
12.本实用新型的另一个目的还在于提供一种电子束氨法烟气脱硫脱硝装置。
13.为达上述目的，本实用新型提供了一种电子束氨法烟气脱硫脱硝反应塔，其中，所述电子束氨法烟气脱硫脱硝反应塔包括内塔，套设于所述内塔外部的外塔，所述外塔与所述内塔之间形成反应区，所述外塔的顶部设置有塔顶，外塔的侧壁底部开设有烟气出口；
14.所述外塔外部设置有夹层，所述夹层内设置有若干个电子加速器，若干个所述电子加速器工作时能向所述反应区内发射电子束；
15.所述内塔的侧壁底部开设有烟气入口，内塔的顶部开设有气体出口；所述内塔的内部从下到上依次设置有喷淋格栅及喷氨格栅，所述喷淋格栅及喷氨格栅将内塔从下到上依次分为冷却喷淋腔、中间腔及喷氨腔。
16.作为本实用新型以上所述反应塔的一具体实施方式，其中，所述中间腔内倾斜地设置有隔板，所述隔板设有隔板开孔。于中间腔内倾斜地设置隔板可以进一步保证喷淋效果。
17.作为本实用新型以上所述反应塔的一具体实施方式，其中，所述隔板与水平方向所呈的倾角为10
‑
30
°
。
18.作为本实用新型以上所述反应塔的一具体实施方式，其中，所述隔板开孔开设在倾斜设置的隔板高度较高的一端。
19.作为本实用新型以上所述反应塔的一具体实施方式，其中，所述隔板开孔开设于隔板长度的1/6
‑
1/4处。
20.作为本实用新型以上所述反应塔的一具体实施方式，其中，所述隔板开孔的尺寸为内塔内径的15％
‑
35％。
21.作为本实用新型以上所述反应塔的一具体实施方式，其中，所述内塔、外塔均为圆筒形，所述外塔与所述内塔之间形成圆环形反应区。
22.本实用新型中，将所述反应塔中发生电子束辐射的反应区设计为圆环结构，能使电子能量在穿透烟气层的过程中不至于完全衰减，进而使反应区所用位置均有自由基生成。
23.作为本实用新型以上所述反应塔的一具体实施方式，其中，所述内塔外顶部设置有若干个支撑柱，用于支撑所述塔顶。
24.作为本实用新型以上所述反应塔的一具体实施方式，其中，所述塔顶采用圆弧形设计，避免局部压力过高。
25.在本实用新型所提供的反应塔中，内塔的内部构造类似于旋风除尘器，包括从下至上的冷却喷淋腔、中间腔及喷氨腔，工作时，烟气从冷却喷淋腔底部沿水平方向进入，在内塔的内部形成乱流程度较高的气流，冷却喷淋腔的顶部设有喷淋格栅，其可向所述冷却喷淋腔喷洒喷淋液以对烟气进行增湿和冷却；随后烟气从隔板开孔进入喷氨腔，其中，中间腔内倾斜地设置的具有隔板开孔的隔板可以使烟气趋于水平方向进入喷氨腔，使内塔中的气流走向更加趋近于旋风除尘器的内部气流走向；于喷氨腔内，氨气从喷氨腔底部所设置的喷氨格栅喷入喷氨腔内，使氨气与烟气充分混合。综上，在本实用新型所提供的反应塔
中，内塔采用旋风除尘式设计，增加了烟气的乱流程度，能使增湿冷却过程及烟气与nh3混合过程更加充分。
26.在本实用新型所提供的反应塔中，所述夹层内设置有若干个电子加速器，且若干个所述电子加速器工作时能向所述反应区内发射电子束，可以避免辐射对附近作业人员健康造成伤害。
27.另一方面，本实用新型提供了一种电子束氨法烟气脱硫脱硝装置，其中，所述电子束氨法烟气脱硫脱硝装置包括第一除尘器、以上所述的电子束氨法烟气脱硫脱硝反应塔、第二除尘器及空气预热机；
28.所述第一除尘器的气体出口通过管路与所述电子束氨法烟气脱硫脱硝反应塔的烟气入口相连，所述电子束氨法烟气脱硫脱硝反应塔的烟气出口通过管路依次经由第二除尘器、空气预热机与烟囱相连。
29.作为本实用新型以上所述装置的一具体实施方式，其中，所述第一除尘器包括袋式除尘器和/或电除尘器；所述第二除尘器为电除尘器或电袋结合式除尘器。
30.其中，作为第一除尘器、第二除尘器所用的电除尘器包括干电除尘器和/或湿电除尘器。
31.作为本实用新型以上所述装置的一具体实施方式，其中，所述第二除尘器内设有灰斗，用于收集副产物，所述灰斗需要定期卸灰。
32.本实用新型所述的装置可以适用于多种不同的工艺进行电子束氨法烟气脱硫脱硝处理，为了进一步对本实用新型的装置进行说明，本实用新型还提供了应用本实用新型的装置对烟气进行电子束氨法脱硫脱硝处理的工艺，所述工艺包括以下步骤：
33.(1)待处理的烟气进入第一除尘器进行除尘；
34.(2)除尘后的烟气进入电子束氨法烟气脱硫脱硝反应塔，并于冷却喷淋腔内喷洒喷淋液，以对烟气进行增湿和冷却；随后烟气进入喷氨腔内，并于喷氨腔内与氨气充分混合；
35.(3)步骤(2)所得混合气体进入反应区，于所述反应区内混合气体受到电子束辐射使其中的各组分充分反应；
36.(4)步骤(3)反应后的烟气经烟气出口进入第二除尘器进行除尘，以收集反应副产物；
37.(5)除尘后的烟气通过空气预热机预热后排放。
38.作为本实用新型以上所述工艺的一具体实施方式，步骤(2)中，所述喷淋液包括水或其他氧化性溶液。
39.其中，在本实用新型一具体实施方式中，所述氧化性溶液包括质量浓度为10％的h2o2溶液或稀过硫酸钠水溶液，稀过硫酸钠水溶液中，过硫酸钠与水的质量比为 1:100。当待处理的烟气中nox处理不理想时，则步骤(2)中可以采用10％的h2o2溶液进行喷淋，以预氧化烟气中的部分nox，进而提高脱硝效果；当待处理的烟气中so2处理不理想时，则步骤(2)中可以采用稀过硫酸钠水溶液预吸收更多的so2，以期进一步提高脱硫效果。
40.作为本实用新型以上所述工艺的一具体实施方式，步骤(2)中，所述对烟气进行增湿和冷却为使烟气的相对湿度(rh)达到80
‑
100％，烟温降低至47
‑
91℃。
41.作为本实用新型以上所述工艺的一具体实施方式，步骤(3)中，电子束辐射的吸收
剂量为3
‑
27kgy。
42.在本实用新型以上所述工艺的具体实施例中，可以通过调整电子加速器的电子束能量强度以及辐射时间来控制电子束辐射的合适吸收剂量，并且所述吸收剂量可以通过本领域现有常规仪器进行精确测量。
43.作为本实用新型以上所述工艺的一具体实施方式，其中，步骤(3)中，所述电子束能量强度为0.5
‑
1.0mev。
44.在本实用新型以上所述工艺的步骤(3)中，混合气体进入反应区，于所述反应区内混合气体受到电子束辐射，混合气体中的烟气受到电子束照射后产生大量自由基，所述自由基再将烟气中所含的so2和nox氧化为高价氧化物，所述高价氧化物再与nh3及烟气中水分反应，生成(nh4)2so4和nh4no3小颗粒。
45.另，因步骤(3)中反应生成的气溶胶粒径极小，所以步骤(4)中可以采用电除尘器或电袋结合式除尘器对烟气进行除尘，以收集反应副产物。
46.作为本实用新型以上所述工艺的一具体实施方式，其中，步骤(5)中，所述预热为将烟气烟温提升至65
‑
95℃。
47.本实用新型所提供的电子束氨法烟气脱硫脱硝装置及方法能实现烟气脱硫脱硝，同时还可以回收副产物，开停车极为方便，通过调节电子束剂量和温度可以随时调整烟气脱硫脱硝效率，对系统负荷变化具有很强的适应性；此外，该装置及方法可提高烟气中污染物去除效果(即可提高烟气脱硫脱硝效率)，且更加节省占地面积，具有一定的工业应用价值。
附图说明
48.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
49.图1为本实用新型实施例1提供的电子束氨法烟气脱硫脱硝反应塔的结构示意图。
50.图2为本实用新型实施例2提供的电子束氨法烟气脱硫脱硝装置的结构示意图。
51.图3为本实用新型实施例3及对比例1
‑
3中烟气经处理后，其中nox和so2的去除率结果示意图。
52.图4为对比例3中所用常规电子束氨法烟气脱硫脱硝装置的结构示意图。
53.主要附图标号说明：
54.图1中：1
‑
烟气入口，2
‑
冷却喷淋腔，3
‑
喷氨腔，4
‑
反应区，5
‑
夹层，6
‑
烟气出口，7
‑
喷氨格栅，8
‑
隔板，9
‑
支撑柱，10
‑
电子加速器，11
‑
隔板开孔，12
‑
塔顶，13
‑
喷淋格栅。
55.图2中：14
‑
第一除尘器，15
‑
电子束氨法烟气脱硫脱硝反应塔，16
‑
第二除尘器，17
‑
空气预热机，18
‑
烟囱。
56.图4中：10
‑
电子加速器，14
‑
第一除尘器，16
‑
第二除尘器，17
‑
空气预热机，18
‑ꢀ
烟囱，19
‑
冷却增湿装置，20
‑
直管。
具体实施方式
57.以下通过具体实施例及说明书附图详细说明本实用新型的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本实用新型的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
58.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
59.在本实用新型中，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“中间”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
60.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。
61.此外，本实用新型中的术语“设置”、“连接”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
62.实施例1
63.本实施例提供了一种电子束氨法烟气脱硫脱硝反应塔，其结构示意图如图1所示，从图1中可以看出，所述反应塔包括：
64.圆筒形内塔，套设于所述内塔外部的圆筒形外塔，所述外塔与所述内塔之间形成圆环形的反应区4，所述外塔的顶部密闭地设置有塔顶12，外塔的侧壁底部开设有烟气出口6；
65.所述外塔外部设置有夹层5，所述夹层5内设置有若干个电子加速器10，若干个所述电子加速器10工作时能向所述反应区4内发射电子束；
66.内塔外顶部设置有若干个支撑柱9，用于支撑所述塔顶12；
67.所述内塔的侧壁底部开设有烟气入口1，内塔的顶部开设有气体出口；所述内塔的内部从下到上依次设置有喷淋格栅13及喷氨格栅7，所述喷淋格栅13及喷氨格栅 7将内塔从下到上依次分为冷却喷淋腔2、中间腔及喷氨腔3；
68.所述中间腔内倾斜地设置有隔板8，所述隔板8设有隔板开孔11；具体地，所述隔板8与水平方向所呈的倾角为10
‑
30
°
；所述隔板开孔11开设在倾斜设置的隔板8 高度较高的一端，且所述隔板开孔11开设于隔板8长度的1/6
‑
1/4处；所述隔板开孔 11的尺寸为内塔内径的15％
‑
35％。
69.本实施例中，内塔的内直径为700mm，外塔的内直径为1000mm，夹层仅用于放置电子加速器，其厚度可变；塔顶为短半径(内径)长为300mm的椭圆形圆顶，烟气入口及烟气出口所连管道的直径(内径)为400mm。
70.实施例2
71.本实施例提供了一种电子束氨法烟气脱硫脱硝装置，其结构示意图如图2所示，从图2中可以看出，所述装置包括：
72.第一除尘器14、实施例1提供的电子束氨法烟气脱硫脱硝反应塔15、第二除尘器16、空气预热机17及烟囱18；
73.所述第一除尘器14的气体出口通过管路与所述电子束氨法烟气脱硫脱硝反应塔 15的烟气入口1相连，所述电子束氨法烟气脱硫脱硝反应塔15的烟气出口6通过管路依次经由第二除尘器16、空气预热机17与烟囱18相连。
74.本实施例中，第一除尘器14为袋式除尘器，其所用滤料是过滤面积为2m2的ptfe 滤料，第二除尘器16为干电除尘器，且所述干电除尘器中还设置有灰斗，用于收集副产物，所述空气预热机采用管式炉。
75.实施例3
76.本实施例提供了一种电子束氨法烟气脱硫脱硝工艺，所述工艺利用实施例2提供的电子束氨法烟气脱硫脱硝装置，其包括以下具体步骤：
77.(1)待处理烟气从第一除尘器底部进气口进入第一除尘器，去除较大颗粒灰尘；
78.(2)步骤(1)中除尘后的烟气沿水平方向进入电子束氨法烟气脱硫脱硝反应塔的冷却喷淋腔，喷淋格栅向冷却喷淋腔内喷射喷淋液(水)，使烟气在冷却喷淋腔内与喷淋液(水)充分接触，进而使烟气的烟温降低到70℃，相对湿度在95％以上；
79.增湿和冷却后的烟气进入喷氨腔，并于喷氨腔内与氨气充分混合；其中，喷氨格栅设置在喷氨腔底部，氨气源选用5vol％nh3/n2，即以氨气和用作载气的氮气的总体积为100％计，氨气的体积浓度为5％；
80.(3)步骤(2)所得混合气体进入反应区，于所述反应区内混合气体受到电子加速器所发射的电子束辐射，使混合气体中的各组分充分反应；
81.步骤(3)中依次控制电子束能量强度为0.5mev、0.7mev、1.0mev进行三次试验；
82.步骤(3)中，可通过调整电子加速器的以上电子束能量强度以及辐射时间来控制电子束辐射的吸收剂量，并确保所述电子束辐射的吸收剂量在3
‑
27kgy范围内；
83.(4)步骤(3)充分反应后的烟气经烟气出口进入第二除尘器进行除尘，去除并回收烟气中的(nh4)2so4和nh4no3细颗粒副产物；
84.(5)步骤(4)中除尘后的烟气通过空气预热机(管式炉)加热至90℃后通过烟囱排放至通风橱。
85.本实施例中，所述待处理烟气包括粒径为5
‑
1000μm，浓度为250mg/m3的沸石粉 (模拟粉尘)，浓度为1000mg/m3的so2，浓度为400mg/m3的no，浓度为8vol％的o2；烟温为200℃，气量为1m3/h，载气为n2，nh3喷量为450mg/m3，喷淋液(水) 用量以能将烟气降低至70℃为准。
86.检测本实施例处理后的烟气中nox和so2的浓度，并分别计算得到nox和so2的去除率，所得实验结果见图3。
87.对比例1
88.本对比例提供了一种电子束氨法烟气脱硫脱硝工艺，其与实施例3的区别仅在于：步骤(2)中喷淋水将烟气温度降低至40℃。
89.检测本对比例处理后的烟气中nox和so2的浓度，并分别计算得到nox和so2的去除
率，所得实验结果见图3。
90.对比例2
91.本对比例提供了一种电子束氨法烟气脱硫脱硝工艺，其与实施例3的区别仅在于：步骤(2)中喷淋水将烟气温度降低至100℃。
92.检测本对比例处理后的烟气中nox和so2的浓度，并分别计算得到nox和so2的去除率，所得实验结果见图3。
93.对比例3
94.本对比例提供了一种电子束氨法烟气脱硫脱硝工艺，其与实施例3的区别仅在于：本对比例中所用装置为本领域常规电子束氨法烟气脱硫脱硝装置，而非实施例2 提供的电子束氨法烟气脱硫脱硝装置；具体而言，本领域常规电子束氨法烟气脱硫脱硝装置与实施例2提供的电子束氨法烟气脱硫脱硝装置的主要区别在于电子束氨法烟气脱硫脱硝反应塔，本领域常规电子束氨法烟气脱硫脱硝装置的结构示意图如图4 所示，从图4中可以看出，所述装置中的第一除尘器14通过管路与冷却增湿装置19 的入口相连，冷却增湿装置19的出口通过管路与直管(直径为400mm)20的一端相连，直管20的另一端通过管路依次经由第二除尘器16、空气预热机17与烟囱18相连；若干个电子加速器10设置于直管20外，喷氨处设置在所述直管20的入口端。
95.检测本对比例处理后的烟气中nox和so2的浓度，并分别计算得到nox和so2的去除率，所得实验结果见图3。
96.从图3中可以看出，本实用新型实施例3中烟气的nox和so2去除率均对应高于对比例1
‑
3中烟气的nox和so2去除率。
97.综上所述，本实用新型实施例提供的电子束氨法烟气脱硫脱硝装置及方法能实现烟气脱硫脱硝，同时还可以回收副产物，开停车极为方便，通过调节电子束剂量和温度可以随时调整烟气脱硫脱硝效率，对系统负荷变化具有很强的适应性；此外，该装置及方法可提高烟气中污染物去除效果(即可提高烟气脱硫脱硝效率)，且更加节省占地面积，具有一定的工业应用价值。
98.以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。