[发明专利]微波诱导催化联合脱硫脱硝脱汞的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于燃煤发电厂烟气综合处理领域，具体涉及微波诱导催化联合脱硫脱硝脱汞的装置及其方法。

背景技术

与世界大多数国家相比，我国是一个“富煤、贫油、少气”的能源消费大国。目前煤炭占一次能源生产和消费的70%左右，在未来30～50年内，我国以煤为主的能源结构不会发生根本性改变。截止到2010年底，我国火力发电装机容量占总发电装机量的73.7%，发电能力装机容量大约为7亿千瓦。燃煤电厂在生产电力的同时也排放了大量的污染物，主要包括SO₂、NOx等气体污染物和汞(Hg)等重金属污染物。这些污染物对环境和生态的影响非常严重。长期以来，燃煤电厂SO₂、NOx和Hg的排放控制一直是世界能源利用和环境控制问题的焦点。随着我国日益严格的环保要求，国家出台新标准后，火电行业烟气污染物排放将受到更加严格的法律约束。因此，高效而且经济的脱硫脱硝脱汞的装置及其方法有很好的应用前景。另外，为了降低燃煤烟气净化设备的投资运行费用，简化设备进而缩小占地面积，开发烟气中主要污染物的联合脱除新技术、新装置已成为烟气净化的一种趋势。

现有技术中对联合脱硫脱硝脱汞的研究一般采用的是电催化反应器，如一种现有技术的燃煤烟气脱硫脱硝脱汞的联合装置及方法，采用电催化氧化器、氧化塔结构，采用催化剂和氧化还原反应脱除烟气中的SO₂、NOx和单质Hg。另一种现有技术超声波一体化脱硫脱硝脱汞方法及装置利用超声波在反应液中产生空化效应时释放出的具有强氧化性的羟基自由基OH^－与SO₂、NOx和Hg发生氧化脱除反应达到脱硫脱硝脱汞的目的。现有技术存在的缺点是脱除效率和能量利用率较低。

随着微波技术的发展，由于微波作为加热源对于催化剂/催化剂载体有选择性加热的功能，某些催化剂活性组分能够吸收微波迅速升温，某些催化剂载体则对微波透明而不吸收微波，匹配良好的催化活性组分及载体在微波作用下，在催化剂活性点位达到较佳反应转化率和选择性的温度条件下，主体反应温度较低，从而实现较高的能量利用率。近些年国内开始了将微波技术应用于脱硫脱硝的方法和装置中。如一种现有技术用微波辐射含硫、氮化合物的烟气通过的活性碳芯，活性很高的碳原子可以顺利将SO₂、NOx还原变成游离的硫磺和氮气。另一种现有技术在每立方米活性炭中加入10 kg～30 kg 的CuCl催化剂，利用微波选择性加热性能，降低了脱硫脱硝反应温度的同时也减少了活性炭的损失。还有一种现有技术发明了由微波装置提供反应所需的热源，采用金属和金属氧化物或纳米材料作为烟气脱硫脱硝的敏化剂，该烟气净化产物为硫磺和氮气。还有一种现有技术选用氧化锰、二氧化锰、氧化铁、氧化铜中的一种或二种作为催化剂的活性组分，选用活性炭、氧化铝、硅藻土、粉煤灰中的一种或多种作为催化剂的载体，将烟气用微波加热至150℃，其脱硫率可达95%，脱硝率可达87%。在这个发明的基础上，还有一种现有技术发明了一种含五氧化二钒、二氧化钛和活性碳作为吸微波催化剂应用在微波辐射净化烟气的方法。

现有技术的脱硫脱硝脱汞装置存在的缺点是：一类现有技术的脱硫脱硝脱汞装置氧化还原反应在一个反应腔中内完成，采用同样的催化剂，容易造成SO₂、NOx和Hg中的一种或多种脱除不充分，联合脱除效率较低；另一类现有技术的脱硫脱硝脱汞装置采用多个反应设备，分别针对SO₂、NOx和Hg设置催化剂单项脱除，导致成本高且设备占用空间大。 

现有脱硫脱硝脱汞的方法存在的缺点是：现有技术大都集中在脱硫脱硝的方法研究中，采用电能、超声波等作为热源，不仅选择加热性差、催化剂升温慢导致反应速度较慢和能量利用率低，且在一个反应腔内脱硫脱硝脱汞容易造成SO₂、NOx和Hg中的一种或多种脱除不充分，联合脱除效率较低。而在现有公开的专利、杂志和学术期刊上，利用微波脱硫脱硝的方法研究基本都采用多模微波作为热源，没有见到使用单模微波诱导催化联合脱硫脱硝脱汞的方法的研究，而多模微波相对单模微波来说功率较低、均匀性差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种电厂烟气污染物联合脱除效率较高、成本低且设备占用空间小的微波诱导催化联合脱硫脱硝脱汞的装置。