一种分区氧化的臭氧分布器及其布置方式和用途

摘要

本发明提供了一种分区氧化的臭氧分布器及其布置方式和用途，所述臭氧分布器包括臭氧分布器主体和臭氧输送管道，所述臭氧分布器主体被隔板纵向分隔为多个分布区域，每个分布区域对应一组臭氧输送管道，所述臭氧输送管道设置于臭氧分布器主体的一端。本发明提供的臭氧分布器分为多个氧化区域，在臭氧与NOx总体比例较低条件下，实现臭氧局部过量，定向提高氧化产物中极易被吸收的N2O5所占比例，提高烟气的脱硝效率；同时可通过各分布区域烟气的混合，消除局部未反应的臭氧；所述臭氧分布器设计简单、可操作性强，有效降低了脱硝技术的成本，工程优势明显，适合在氧化‑吸收脱硝技术中广泛应用。

权利要求

1.一种分区氧化的臭氧分布器，其特征在于，所述臭氧分布器包括臭氧分布器主体和臭氧输送管道，所述臭氧分布器主体被隔板纵向分隔为多个分布区域，每个分布区域对应一组臭氧输送管道，所述臭氧输送管道设置于臭氧分布器主体的一端；

所述臭氧分布器通入的臭氧与烟气中NOx的摩尔比为(0.5～1.3):1，单个分布区域中臭氧与NOx的摩尔比为(0～2):1。

2.根据权利要求1所述的臭氧分布器，其特征在于，所述分布区域的数量至少为2个。

3.根据权利要求2所述的臭氧分布器，其特征在于，所述分布区域的数量为2～5个。

4.根据权利要求1所述的臭氧分布器，其特征在于，一组臭氧输送管道包括一个输送主管和多个输送支管。

5.根据权利要求4所述的臭氧分布器，其特征在于，所述输送主管上设有流量调节装置。

6.根据权利要求4所述的臭氧分布器，其特征在于，同一组臭氧输送管道中相邻输送支管间的距离相等。

7.根据权利要求4所述的臭氧分布器，其特征在于，所述输送支管上设有喷嘴。

8.根据权利要求7所述的臭氧分布器，其特征在于，所述喷嘴开口朝向臭氧分布器的内侧。

9.根据权利要求7所述的臭氧分布器，其特征在于，所述喷嘴等间距设置在输送支管上。

10.根据权利要求1所述的臭氧分布器，其特征在于，单个分布区域中臭氧与NOx的摩尔比为(0.3～1.5):1。

11.根据权利要求1所述的臭氧分布器，其特征在于，所述臭氧分布器内臭氧与NOx的反应温度为60～120℃。

12.根据权利要求11所述的臭氧分布器，其特征在于，所述臭氧分布器内臭氧与NOx的反应温度为60～90℃。

13.根据权利要求1所述的臭氧分布器，其特征在于，所述臭氧分布器内烟气停留时间为1～4s。

14.根据权利要求13所述的臭氧分布器，其特征在于，所述臭氧分布器内烟气停留时间为2～3s。

15.一种如权利要求1-14任一项所述的臭氧分布器的布置方式，其特征在于，所述臭氧分布器布置在烟道中时，臭氧输送管道沿烟气流动方向设置在臭氧分布器主体的前端，臭氧输送管道与烟气流动方向垂直，臭氧喷出方向与烟气流动方向相同。

16.根据权利要求15所述的布置方式，其特征在于，所述臭氧分布器布置于吸收塔前。

17.根据权利要求16所述的布置方式，其特征在于，所述吸收塔内喷洒吸收剂。

18.根据权利要求17所述的布置方式，其特征在于，离开臭氧分布器各分布区域的气体至进入吸收塔与所述吸收剂接触前，混合接触时间不少于0.5s。

19.一种如权利要求1-14任一项所述的臭氧分布器的用途，其特征在于，所述臭氧分布器用于烟气的氧化-吸收脱硝。

20.根据权利要求19所述的用途，其特征在于，所述烟气的来源包括钢铁烧结焦化行业、燃煤锅炉行业或石油催化裂化行业。

说明书

一种分区氧化的臭氧分布器及其布置方式和用途

技术领域

[0001] 本发明属于气体净化技术领域，涉及一种分区氧化的臭氧分布器及其布置方式和用途。

背景技术

[0002] 氮氧化物(NOx)是一类主要的大气污染物，是形成酸雨、光化学烟雾以及PM2.5污染的主要因素之一。目前，我国工业源NOx排放占NOx排放总量的70％以上，工业烟气中NOx的控制排放技术主要包括选择性催化还原法(SCR)、活性炭吸附催化法和氧化-吸收法。其中，SCR广泛应用于燃煤电厂脱硝，需要300～400℃的温度窗口，NOx在催化剂和NH3的作用下还原为N2，脱硝效率可达90％以上；活性炭吸附催化法利用活性炭的吸附/催化作用，应用温度在200℃左右，喷NH3条件下脱硝效率约50～70％；然而，在低温脱硝领域，SCR需要对烟气升温，活性炭技术成本较高。

[0003] 氧化-吸收脱硝技术通过喷入臭氧，将难溶于水的NO氧化为高价态NOx后利用脱硫装置与SO2共同脱除。相比于SCR和活性炭吸附催化技术，氧化-吸收技术能够利用已有脱硫设施同时脱硫脱硝，成本较低，且不会存在脱硝效率随运行时间延长逐渐下降的问题。目前，以LoTOx-EDV技术为代表的氧化-吸收脱硝技术已广泛应用于石化行业催化裂化再生烟气，该技术是将低温氧化脱硝技术和湿法洗涤脱硫技术相结合而形成，该技术脱硝的关键是采用臭氧将NOx氧化为极易吸收的N2O5，然后通过EDV洗涤装置实现NOx的高效吸收。LoTOx-EDV技术实现较高的脱硝效率需要消耗大量臭氧，一般将臭氧与NOx比例控制在1.5以上。不同行业烟气NOx的排放特征有明显区别，许多行业即使达到最严格的NOx排放标准也并不需要实现90％以上的脱硝效率。而如果降低臭氧与NOx比例，氧化产物中N2O5所占比例会下降，但NO2相对于N2O5难以吸收，可能会出现脱硝效率大幅下降的结果。因此，目前需要寻找既可降低臭氧使用量，又可维持较高脱硝效率的技术手段。

[0004] CN 105854554 A公开了一种臭氧低温氧化脱硝系统，包括烟道、臭氧发生器、洗涤塔，，所述烟道中安装有臭氧分布器，通过臭氧分布器将臭氧喷射进烟道中，烟道中的臭氧和烟气混合气体进入洗涤塔中，其中，臭氧分布器由若干臭氧喷射单元构成，形成栅格状结构。CN 105854547 A公开了一种氨法氧化脱硝工艺，将臭氧氧化、双氧水氧化与氨法吸收进行有机有序结合，从而实现对烟道气的高效脱硝处理。CN 103816784 A公开了一种烟道臭氧分布器，所述烟道臭氧分布器包括分布主管、多个分布支管和多个文丘里分布器；多个分布支管从分布主管的不同纵截面并行分支引出，错开布置；多个文丘里分布器在分布支管两侧对称交错布置；烟道臭氧分布器设置于吸收塔前段烟道中。上述专利中臭氧分布器的设置主要是为了促进臭氧与烟气的混合，但对臭氧与烟气的比例并未涉及，一般臭氧的消耗量较大，造成多余臭氧的逸出与浪费，若能调节臭氧与NOx的比例，使得不同行业烟气具有合适的脱硝率，可有效降低氧化-吸收脱硝技术费效比。

[0005] 综上所述，臭氧分布器的设计还需作出改进，以调节NOx特定氧化产物的生成比例，优化臭氧氧化脱硝工艺。

发明内容

[0006] 针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种分区氧化的臭氧分布器及其布置方式和用途，本发明提供的臭氧分布器具有多个区域，为NOx氧化创造多个反应空间，便于调节不同区域中臭氧与NOx的比例，从而定向提高氧化产物中N2O5所占比例，提高烟气脱硝效率，有效降低氧化-吸收脱硝技术的费效比。

[0007] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：

[0008] 第一方面，本发明提供了一种分区氧化的臭氧分布器，所述臭氧分布器包括臭氧分布器主体和臭氧输送管道，所述臭氧分布器主体被隔板纵向分隔为多个分布区域，每个分布区域对应一组臭氧输送管道，所述臭氧输送管道设置于臭氧分布器主体的一端。

[0009] 本发明中，臭氧与NOx的反应原理如下：

[0010] NO+O3＝NO2+O2                                       (1)

[0011] NO2+O3＝NO3+O2                                      (2)

[0012] NO2+NO3＝N2O5                                        (3)

[0013] 其中，式(1)的反应速率远高于式(2)的反应速率，即在一定的反应空间内，臭氧和NO的反应十分迅速，当NO并未完全转化为NO2之前，臭氧不会继续与NO2发生反应，也不会得到进一步氧化产物N2O5；而当臭氧与NO摩尔比例超过1:1，过量的臭氧与NO2通过式(2)进一步反应生成NO3，同时式(3)的反应速率同样远高于式(2)，因此一旦NO3生成，即与已存在的NO2反应得到N2O5。由于N2O5较NO2容易吸收，定向提高N2O5的生成比例，有助于提高烟气脱硝效率，而要降低氧化-吸收脱硝技术费效比，还需使臭氧与NOx的摩尔比例较低。

[0014] 因此，本发明提出将臭氧分布器主体分为多个氧化区域，为NOx的氧化创造多个反应空间，不同区域臭氧加入量不同，在臭氧与NOx总体比例较低的条件下可实现臭氧局部过量，臭氧过量的区域可生成目标氧化产物N2O5，之后不同区域的烟气混合，臭氧也能够以极快的速率与其它区域未被氧化的NO反应生成NO2，既可在降低臭氧使用量的同时定向提高N2O5的生成比例，在保证一定脱硝效率的前提下节约成本，又可消除臭氧溢出，提高NOx的整体氧化程度。

[0015] 以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

[0016] 作为本发明优选的技术方案，所述分布区域的数量至少为2个，例如2个、3个、4个、5个或6个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为2～5个。

[0017] 本发明中，为实现分区氧化，臭氧分布器主体具有的氧化区域最少为2个，提高氧化区域的数量，可降低分区氧化后烟气混合的难度，但分区过多会导致建设成本提高，且对于氧化、混合过程基本无进一步的提升效果，因此根据烟气实际情况氧化区域优选为2～5个。

[0018] 作为本发明优选的技术方案，一组臭氧输送管道包括一个输送主管和多个输送支管。

[0019] 作为本发明优选的技术方案，所述输送主管上设有流量调节装置。

[0020] 作为本发明优选的技术方案，同一组臭氧输送管道中相邻输送支管间的距离相等。

[0021] 优选地，所述输送支管上设有喷嘴。

[0022] 优选地，所述喷嘴开口朝向臭氧分布器的内侧。

[0023] 优选地，所述喷嘴等间距设置在输送支管上。

[0024] 本发明中，不同的区域添加的臭氧量不同，因此其臭氧输送管道各自单独设置，且在输送主管上均设置流量调节装置，以便于调节臭氧的加入量；为了使臭氧均匀分布于烟气中，便于与NOx充分均匀接触，输送支管均匀排布，间距相同，输送支管上的喷嘴也等间距设置。

[0025] 作为本发明优选的技术方案，所述臭氧分布器通入的臭氧与烟气中NOx的摩尔比为(0.5～1.3):1，例如0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1、1.2:1或1.3:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

[0026] 优选地，单个分布区域中臭氧与NOx的摩尔比为(0～2):1，例如0:1、0.1:1、0.3:1、0.5:1、0.8:1、1:1、1.2:1、1.5:1、1.8:1或2:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为(0.3～1.5):1。

[0027] 本发明中，臭氧与NOx摩尔比例的选取与烟气所要求达到的脱硝程度、烟气的种类、烟气中NOx含量及不同NOx的组成等诸多因素有关，但必须保证某一区域臭氧过量，使之可生成目标氧化产物N2O5，同时不高于单一氧化区域时将NOx全部氧化为N2O5理论所需最少臭氧量。

[0028] 作为本发明优选的技术方案，所述臭氧分布器内臭氧与NOx的反应温度为60～120℃，例如60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃或120℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为60～90℃。

[0029] 在一般烟气温度范围内(60～200℃)，NO2十分稳定，N2O5则较为容易分解，分解过程如下所示：

[0030] N2O5＝NO2+NO3                                          (4)

[0031] 2NO3＝2NO2+O2                                           (5)

[0032] NO3＝NO+O2                                             (6)

[0033] 其中，N2O5通过式(4)分解，分解产物NO3分别通过式(5)或式(6)继续分解为NO2或NO，因此需要将NOx氧化反应控制在适宜的温度范围，如本发明的60～120℃，减少N2O5的分解，从而减少臭氧的消耗，如与臭氧混合前先将烟气适当降温。

[0034] 优选地，所述臭氧分布器内烟气停留时间为1～4s，例如1s、1.5s、2s、2.5s、3s、3.5s或4s等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为2～3s。

[0035] 本发明中，由于式(2)臭氧与NO2的反应相对缓慢，在本发明中烟气温度较低时，控制一定的反应时间有助于得到目标氧化产物N2O5。

[0036] 第二方面，本发明提供了一种上述臭氧分布器的布置方式，所述臭氧分布器布置在烟道中时，臭氧输送管道沿烟气流动方向设置在臭氧分布器主体的前端，臭氧输送管道与烟气流动方向垂直，臭氧喷出方向与烟气流动方向相同。

[0037] 作为本发明优选的技术方案，所述臭氧分布器布置于吸收塔前。

[0038] 优选地，所述吸收塔内喷洒吸收剂。

[0039] 优选地，离开臭氧分布器各分布区域的气体至进入吸收塔与吸收剂接触前，混合接触时间不少于0.5s，例如0.5s、0.8s、1s、1.2s或1.5s等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

[0040] 本发明中，臭氧与烟气在个分布区域反应离开后，各区域气体混合接触，剩余臭氧与NO快速反应，即可避免臭氧溢出，也可尽可能提高NOx的氧化程度。

[0041] 第三方面，本发明提供了一种上述臭氧分布器的用途，所述臭氧分布器用于烟气的氧化-吸收脱硝。

[0042] 优选地，所述烟气的来源包括钢铁烧结焦化行业、燃煤锅炉行业或石油催化裂化行业。

[0043] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0044] (1)本发明通过将臭氧分布器分为多个氧化区域，在臭氧与NOx总体比例较低条件下，实现臭氧局部过量，得到目标氧化产物N2O5，定向提高氧化产物中N2O5所占的比例；

[0045] (2)本发明利用臭氧氧化NO和NO2的反应速率差异，通过氧化区域烟气的混合，实现臭氧与NO的快速反应，消除局部未反应完全的臭氧，与传统采用单一反应区域的臭氧氧化脱硝技术相比，在相同臭氧消耗量下，可提高烟气脱硝效率10～20％，使烟气脱硝效率达到80％以上，有效降低氧化-吸收脱硝技术的费效比；

[0046] (3)本发明所述分区氧化的臭氧分布器设计简单、可操作性强，工程优势明显，结合现场实际，设计结构多样，适合在氧化-吸收脱硝技术中广泛应用。

附图说明

[0047] 图1是本发明实施例1提供的分区氧化的臭氧分布器的结构示意图；

[0048] 图2是本发明实施例1提供的分区氧化的臭氧分布器的主视图；

[0049] 图3是本发明实施例1提供的分区氧化的臭氧分布器的后视图；

[0050] 图4是本发明实施例1提供的分区氧化的臭氧分布器的侧视图；

[0051] 其中，1-臭氧分布器主体，2-臭氧输送管道，21-输送主管，22-输送支管，3-流量调节装置，4-喷嘴。

具体实施方式

[0052] 为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明以具体实施方式进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。

[0053] 本发明具体实施方式部分提供了一种分区氧化的臭氧分布器，所述臭氧分布器包括臭氧分布器主体1和臭氧输送管道2，所述臭氧分布器主体1被隔板纵向分隔为多个分布区域，每个分布区域对应一组臭氧输送管道2，所述臭氧输送管道2设置于臭氧分布器主体1的一端。

[0054] 所述臭氧分布器布置在烟道中时，臭氧输送管道2沿烟气流动方向设置在臭氧分布器主体1的前端，臭氧输送管道2与烟气流动方向垂直，臭氧喷出方向与烟气流动方向相同。

[0055] 以下为本发明典型但非限制性实施例：

[0056] 实施例1：

[0057] 本实施例提供了一种分区氧化的臭氧分布器，所述臭氧分布器的结构示意图如图1所示，其主视图、后视图和侧视图分别如图2、图3和图4所示，包括臭氧分布器主体1和臭氧输送管道2，所述臭氧分布器主体1被隔板纵向分隔为4个分布区域，每个分布区域对应一组臭氧输送管道2，所述臭氧输送管道2设置于臭氧分布器主体1的一端。

[0058] 其中，一组臭氧输送管道2包括一个输送主管21和多个输送支管22，所述输送主管21上设有流量调节装置3，所述输送支管22上设有喷嘴4；相邻输送支管22间的距离相等，喷嘴4等间距设置在输送支管22上。

[0059] 所述臭氧分布器通入的臭氧与烟气中NOx的摩尔比为1.3:1，其中2个分布区域中臭氧与NOx的摩尔比均为2:1，另外2个分布区域中臭氧与NOx的摩尔比均为0.6:1，反应温度为60℃，烟气停留时间为3s。

[0060] 所述臭氧分布器布置在烟道中时，臭氧输送管道2沿烟气流动方向设置在臭氧分布器主体1的前端，臭氧输送管道2与烟气流动方向垂直，臭氧喷出方向与烟气流动方向相同。

[0061] 所述臭氧分布器布置于吸收塔前，离开臭氧分布器各分布区域的气体至进入吸收塔前，混合接触时间为0.5s。

[0062] 实施例2：

[0063] 本实施例提供了一种分区氧化的臭氧分布器，所述臭氧分布器参照实施例1中臭氧分布器，区别在于：反应温度为90℃，烟气停留时间为2s，不同分布区域烟气混合接触时间为1s。

[0064] 实施例3：

[0065] 本实施例提供了一种分区氧化的臭氧分布器，所述臭氧分布器参照实施例1中臭氧分布器，区别在于：反应温度为120℃，烟气停留时间为1s，不同分布区域烟气混合接触时间为0.75s。

[0066] 实施例4：

[0067] 本实施例提供了一种分区氧化的臭氧分布器，所述臭氧分布器参照实施例1中臭氧分布器，区别在于：臭氧分布器的分布区域为2个，臭氧与烟气中NOx的总摩尔比为1.3:1，其中1个分布区域中臭氧与NOx的摩尔比为1.6:1，另外1个分布区域中臭氧与NOx的摩尔比为1:1。

[0068] 实施例5：

[0069] 本实施例提供了一种分区氧化的臭氧分布器，所述臭氧分布器参照实施例1中臭氧分布器，区别在于：臭氧分布器的分布区域为3个，臭氧与烟气中NOx的总摩尔比为1.3:1，3个分布区域中臭氧与NOx的摩尔比分别为1.6:1、1.6:1和0.7:1。

[0070] 实施例6：

[0071] 本实施例提供了一种分区氧化的臭氧分布器，所述臭氧分布器参照实施例1中臭氧分布器，区别在于：臭氧分布器的分布区域为5个，臭氧与烟气中NOx的总摩尔比为0.5:1，其中1个分布区域中臭氧与NOx的摩尔比为1.5:1，另外4个分布区域中臭氧与NOx的摩尔比均为0.25:1。

[0072] 实施例7：

[0073] 本实施例提供了一种分区氧化的臭氧分布器，所述臭氧分布器参照实施例1中臭氧分布器，区别在于：臭氧分布器的分布区域为5个，臭氧与烟气中NOx的总摩尔比为1.3:1，其中3个分布区域中臭氧与NOx的摩尔比均为1.6:1，另外2个分布区域中臭氧与NOx的摩尔比均为0.85:1。

[0074] 实施例8：

[0075] 本实施例提供了一种分区氧化的臭氧分布器，所述臭氧分布器参照实施例4中臭氧分布器，区别在于：臭氧与烟气中NOx的总摩尔比为0.5:1，其中1个分布区域中臭氧与NOx的摩尔比为1:1，另外1个分布区域中臭氧与NOx的摩尔比为0:1。

[0076] 对比例1：

[0077] 本对比例提供了一种臭氧分布器，所述臭氧分布器参照实施例4中臭氧分布器，区别在于：所述臭氧分布器不分区，臭氧与烟气中NOx的摩尔比为1.3:1。

[0078] 对比例2：

[0079] 本对比例提供了一种臭氧分布器，所述臭氧分布器参照实施例6中臭氧分布器，区别在于：所述臭氧分布器不分区，臭氧与烟气中NOx的摩尔比为0.5:1。

[0080] 对实施例1-8和对比例1-2中NO转化为N2O5、NO2的比例以及臭氧的溢出量进行检测，结果如表1所示，其中，所述臭氧溢出量是指臭氧与烟气反应并混合接触后，进入吸收塔前臭氧的剩余量。

[0081] 表1实施例和对比例中NO转化为N2O5、NO2的比例和臭氧溢出量

[0082]

[0083]

[0084] 由表1可知，实施例1-3所述4分区臭氧分布器，且臭氧与NOx的摩尔比大于1:1的条件下，除氧化温度为120℃的实施例3之外，NO的转化为N2O5比例总体达到40％以上，臭氧的溢出量极少；实施例4所述2分区臭氧分布器，NO转化为N2O5的比例可达到40％；实施例5所述3分区臭氧分布器，NO转化为N2O5的比例基本也可达到50％，几乎无臭氧溢出；实施例6中臭氧与NOx的总摩尔比远小于1:1，但其单个分布区域中臭氧与NOx的摩尔比大于1:1，因此仍有N2O5生成；实施例7的5分区臭氧分布器，臭氧与NOx的总摩尔比大于1:1，转化为N2O5的比例可达50％以上，最终无臭氧溢出；而实施例8中，虽然所述臭氧分布器也分为2个分布区域，但其单个分布区域中臭氧与NOx的摩尔比均不大于1:1，反应过程中无N2O5生成。

[0085] 对比例1和2中臭氧分布器均未分区，当对比例1与实施例1-4具有相同的臭氧与NOx的总摩尔比时，NO转化为N2O5比例明显低于实施例中的数据，且臭氧溢出量也较高；当对比例2与实施例6具有相同的臭氧与NOx的总摩尔比时，尽管摩尔比低于1:1，但实施例中有N2O5生成，而对比例2中无N2O5生成。

[0086] 综合上述实施例和对比例可以看出，本发明所述分区氧化的臭氧分布器能够在不增加臭氧消耗量的条件下，实现臭氧局部过量，得到目标氧化产物N2O5，定向提高氧化产物中N2O5所占比例，降低后续吸收的难度，使烟气脱硝效率达到80％以上，同时降低臭氧溢出量；所述臭氧分布器设计简单，可操作性强，工程优势明显，设计结构多样，适合在氧化-吸收脱硝技术中广泛应用。

[0087] 申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构及方法，但本发明并不局限于上述详细结构及方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构及方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明结构部件的等效替换及辅助部件的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。