CN105056723A - 双塔型等离子体耦合钠基吸收烟气深度净化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双塔型等离子体耦合钠基吸收烟气深度净化装置，其脱硫塔和脱硝脱汞塔相互分离。该脱硫塔自下而上依次设置脱硫浆液循环池、脱硫喷淋层、脱硫除雾器和脱硫烟气出口；等离子体除雾氧化装置包括除雾部分、氧化部分，除雾部分、氧化部分的下端设置除雾废水出口；脱硝脱汞塔依次自下而上设置的脱硝脱汞浆液循环池、填料层、脱硝脱汞喷淋装置、脱硝脱汞除雾器和脱硝脱汞烟气出口；脱硫浆液循环池、脱硫喷淋层之间设脱硫烟气进口；脱硝脱汞浆液循环池和氧化部分相连；除雾部分与脱硫烟气出口相连；脱硫浆液循环池和脱硫喷淋层相连；脱硝脱汞浆液循环池和脱硝脱汞喷淋装置相连；脱硫浆液循环池、除雾废水出口均与脱硝浆液循环池相连。

Description

双塔型等离子体耦合钠基吸收烟气深度净化装置及方法

技术领域

本发明涉及一种燃煤锅炉的烟气治理反应器，具体地说是一种双塔型等离子体耦合钠基吸收烟气深度净化装置及方法。

背景技术

我国作为产煤大国与燃煤大国，煤在我国一次能源中的比例高达65％以上。煤燃烧排放的烟气中含有大量的大气污染物，如:SO₂、NOx和Hg等，对大气环境和人体健康造成了严重危害。目前我国由燃煤产生的SO₂和NOx排放量分别高达2070万吨(2014年)和1643万吨(2007年)，占全国总排放量的90％和70％。

SO₂和NO_x的主要危害是引起酸雨和臭氧层的破坏，对生态环境和人体健康造成极大危害，每年造成经济损失达1000亿元以上。对此，国家方面出台了相应的污染防治政策，制定了较为详细的排放标准和准则，鼓励降低排放，划定了二氧化硫控制区和酸雨控制区(简称“两控区”)，实行总量控制和浓度控制，即在实行全厂排放总量控制的基础上，增加了烟囱SO₂排放浓度的限制，并与“两控区”和煤的含硫量挂钩。近年来，随着烟气治理技术的不断进步和对环境要求的日趋严格，我国大气污染物排放标准日趋严格，甚至超过了众多发达国家标准。现在，我国《火电厂大气污染物排放标准-2011》对火电厂烟气中的SO₂、NOx、Hg排放质量浓度最高限制分别为50mg/m³、100mg/m³、0.03mg/m³。因此必须对烟气中的SO₂、NOx和Hg的排放进行控制使之达到现行排放浓度标准的要求。

烟气脱硫技术主要使用湿法石灰石石膏法。湿法石灰石石膏法能到达95％左右的脱硫率，但对于日益提高的排放浓度，此方法越来越吃力，同时所使用的吸收剂容易产生堵塞问题；烟气同时脱硝主要使用SCR脱硝技术，但SCR法以NH₃为还原气，存在运输困难、投资及运行费用高、催化剂易失活且价格昂贵、钝化后的催化剂容易造成二次污染、操作温度范围窄、工艺复杂等缺陷。目前国内外对脱汞的研究较少，主要是利用改进燃烧方式来降低汞的排放，脱汞排放量虽然未有严格要求，但已经提上日程。

目前，湿法脱硫装置具有较高的脱硫效率，但是脱硝效率几乎可以忽略。这主要是因为烟气中95％以上为NO，难溶于水，很难被吸收剂所吸收。所以，发展经济可行的烟气同时脱硫脱硝一体化技术势在必行。另外虽然湿法脱硫能够脱除一部分的氧化汞，但是烟气中存在的较大比例的单质汞无法进行有效脱除，所以必须对现行的脱汞技术进行升级改在，使之适应越来越严格的烟气Hg的排放标准。所以，研发高效经济的脱硫脱硝脱汞一体化技术已成为国内外诸多研究机构的关注热点。

如果能将NO氧化成NO₂等容易被吸收的高价态NOx，同时将单质汞氧化成易于吸收的二价汞，那么就有可能实现湿法脱硫脱硝以及脱汞，达到工艺设备简单、降低能耗、处理费用低、节省空间等效果。

本实验装置采用钠碱法联合脱硫脱硝脱汞，可以利用NaOH脱硫后的产物就可以成为脱硝脱汞的反应剂，不仅解决的传统CaCO₃吸收剂容易引起堵塞的问题，而且吸收剂的利用率大大提高。同时配合脱汞技术可以达到脱硫脱销脱汞同时进行，均可达到国家排放标准。另外，可以利用原有的湿法脱硫装置，对于改造项目具有很好的应用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单的双塔型等离子体耦合钠基吸收烟气深度净化装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种双塔型等离子体耦合钠基吸收烟气深度净化装置，包括脱硫塔、等离子体除雾氧化装置和脱硝脱汞塔；所述脱硫塔、等离子体除雾氧化装置和脱硝脱汞塔依次连接，形成脱硫塔和脱硝脱汞塔相互分离的双塔结构。

作为对本发明所述的双塔型等离子体耦合钠基吸收烟气深度净化装置的改进：所述脱硫塔包括自下而上依次设置的脱硫浆液循环池、脱硫喷淋层、脱硫除雾器和脱硫烟气出口；所述等离子体除雾氧化装置包括相互连通的除雾部分、氧化部分，所述除雾部分、氧化部分的下端设置除雾废水出口；所述脱硝脱汞塔包括依次自下而上设置的脱硝脱汞浆液循环池、填料层、脱硝脱汞喷淋装置、脱硝脱汞除雾器和脱硝脱汞烟气出口；所述脱硫浆液循环池、脱硫喷淋层之间的侧壁上设置有脱硫烟气进口；所述脱硝脱汞浆液循环池和填料层之间的侧壁上设置有脱硝脱汞塔烟气进口；所述除雾部分上端设置等离子体除雾氧化装置烟气进口与脱硫烟气出口相连通；所述氧化部分上端设置等离子体除雾氧化装置烟气出口与脱硝脱汞塔烟气进口相连通；所述脱硫浆液循环池和脱硫喷淋层通过带泵的管道相连通；所述脱硝脱汞浆液循环池和脱硝脱汞喷淋装置通过带泵的管道相连通；所述脱硫浆液循环池的下端、除雾废水出口均通过管道与脱硝浆液循环池相连通。

作为对本发明所述的双塔型等离子体耦合钠基吸收烟气深度净化装置的进一步改进：所述脱硫浆液循环池外接浆液池；该浆液池内设置有新鲜的钠基吸收液；所述等离子体除雾氧化装置烟气出口上设置有H₂S等添加剂注入装置。

作为对本发明所述的双塔型等离子体耦合钠基吸收烟气深度净化装置的进一步改进：所述除雾部分由除雾电极和除雾极板组成通道；所述除雾电极为圆盘式电极；圆盘沿一根极线从上往下均匀分布；所述圆盘直径10mm，厚度1～2mm，任意相邻圆盘之间的间隔为10mm；圆盘电极与除雾极板的间距为300～400mm；所述氧化部分由氧化电极和氧化极板组成通道；所述氧化电极为针状电极，由4、6或8根针同一平面对称布置形成一组，沿一根极线从上往下均匀分布；所述每根针的长度5mm；针尖直径小于0.5mm，所述每组针状电极之间的间隔为10mm；所述相邻两组针均匀交叉布置，4、6或8根针时，上、下针之间的夹角分别为45°、30°和22.5°；针状电极和氧化极板之间的间距为150～200mm。

作为对本发明所述的双塔型等离子体耦合钠基吸收烟气深度净化装置的进一步改进：所述除雾部分与氧化部分下端设置水平的空气通道相互连通；所述氧化部分的下端连通口设置烟气导流构件。

一种双塔型等离子体耦合钠基吸收烟气深度净化方法，依次进行脱硫、等离子除雾氧化、Hg的硫化和脱硝脱汞过程。

作为对本发明所述的双塔型等离子体耦合钠基吸收烟气深度净化方法的改进：1)所述脱硫过程包括如下步骤：1.1)原始待处理烟气进行除尘处理后通过钠基吸收液从上到下喷淋，使得烟气中的SO₂和钠基吸收液逆向接触，发生中和反应，完成脱硫反应；1.2)将上述步骤中完成脱硫的烟气通过除雾器进行初步除雾，之后进入等离子体除雾氧化装置进行等离子除雾氧化步骤；2)所述的等离子体除雾氧化过程如下步骤：2.1)将脱硫后的烟气经过除雾电极高压放电，水雾荷上负电荷，随后移动至极板，继而使得液体自上而下流动；2.2)除雾后的烟气水平进入等离子体氧化段，接着自下而上流动，经过氧化电极的高压放电，产生大量氧化性自由基，将NO与Hg分别氧化为NO₂、HNO₂、HNO₃与HgO；2.3)氧化后的烟气从等离子体除雾氧化器出口排出，之后进入Hg的硫化过程；3)所述的汞的硫化过程包括如下步骤：3.1)通过H₂S喷入装置向氧化后的烟气喷入H₂S气体，将HgO转化成HgS；H₂S的加入量如下：H₂S:Hg＝1.5:1～2:1，加入后的H₂S与HgO反应生成HgS；4)所述的脱硝脱汞过程包括如下步骤：4.1)由以上步骤1.2)中产生的脱硫副产物以及步骤2.1)收集的液体溶液作为脱硝和脱汞的吸收液从上往下喷淋，而硫化后的烟气通过填料层时，与喷淋的溶液充分接触，发生氧化还原反应，最终完成高效脱硝；而通过步骤1.2)所带的未完全反应钠基吸收液硫化后的烟气接触，发生中和反应，完成部分脱硝；且该钠基吸收液与未完全反应的H₂S发生中和反应，生成Na₂S，完成H₂S的脱除；而Na₂S和NO₂发生氧化还原反应，促进NOx脱除。

所述脱硝的同时，烟气中的HgS在填料层中被洗涤，完成Hg的最终脱除；

4.2)脱硝脱汞后的副产物定期排到曝气装置进行氧化，完全转化为Na₂SO₄、NaHSO₄和NaNO₃后再进入废水处理装置；

4.3)脱硝脱汞过程后的烟气在简单除雾后直接排出。

一种烟气中SO₂、NOx和Hg深度脱除的方法，包括如下步骤：

(1)脱硫

将高效除尘后的烟气引入脱硫塔，以NaOH吸收液喷淋，烟气中的SO₂和NaOH发生快速中和反应，完成高效脱硫，同时控制新鲜NaOH吸收液的加入量，生成Na₂SO₃/NaHSO₃混合液，用于后续NOx的脱除；

(2)除雾、氧化

从脱硫塔出来的烟气首先进行高效除雾：烟气自上而下运动，液滴荷上负电荷，之后在静电力作用下迁移到极板，接着自上而下流至等离子体除雾氧化装置的底部，最后由废水出口排出，进入脱硝脱汞塔的脱硝浆液循环池；除雾后的烟气水平流动至氧化部分的底部，接着在氧化部分自下而上流动，实现NO和Hg的氧化：放电过程中产生了大量的氧化性自由基，所述自由基与烟气中的NO和Hg发生氧化反应，生成易于吸收的NO₂、HNO₂、HNO₃和HgO；烟气自下而上经过氧化部分，最后氧化后的烟气从其顶部排出；

(3)Hg的硫化

氧化后的烟气首先在烟道中进行硫化，在氧化部分(23)的烟气出口处喷入H₂S气体，使HgO转化为HgS；

(4)脱硝除汞

脱硫过程中产生的副产物Na₂SO₃/NaHSO₃混合吸收液引入脱硝脱汞塔的循环浆液池作为脱硝脱汞的吸收液，从上到下喷洒至填料层；硫化后的烟气通过填料层，逆向接触Na₂SO₃/NaHSO₃混合吸收液，一方面Na₂SO₃/NaHSO₃和NO₂通过氧化还原反应，另一方面HgS被吸收液洗涤下来，完成脱硝除汞；同时在脱硝除汞过程中，未完全反应的H₂S被NaOH吸收，以及吸收后的产物Na₂S也参与脱硝，最后烟气通过除雾器后接入烟囱排入大气。

作为对本发明所述的烟气中SO₂、NOx和Hg深度脱除的方法的进一步改进：所述步骤中Na₂SO₃/NaHSO₃混合液的生成步骤如下：

2NaOH+SO₂＝Na₂SO₃+H₂O

Na₂SO₃+SO₂+H₂O＝2NaHSO₃；

所述步骤(2)中自由基的生成步骤如下：

O₂+e＝O+O+e

H₂O+e＝OH+H+e

O+O₂＝O₃；

所述步骤(2)中NO和Hg的氧化步骤如下：

NO+O＝NO₂

NO+O₃＝NO₂+O₂

NO+OH＝HNO₂

NO₂+OH＝HNO₃

Hg+O＝HgO

Hg+O₃＝HgO+O₂；

所述步骤(3)中硫化反应步骤如下：

HgO+H₂S＝HgS+H₂O；

所述步骤(4)中脱硝步骤如下：

2NaOH+NO₂+NO＝2NaNO₂+H₂O

2NaOH+2NO₂＝NaNO₂+NaNO₃+H₂O

2NaOH+H₂S＝Na₂S+2H₂O

4Na₂SO₃+2NO₂＝4Na₂SO₄+N₂

Na₂SO₃+2NO₂+H₂O＝Na₂SO₄+2HNO₂

4NaHSO₃+2NO₂＝4NaHSO₄+N₂

NaHSO₃+2NO₂+H₂O＝NaHSO₄+2HNO₂

Na₂S+2NO₂＝Na₂SO₄+N₂。

作为对本发明所述的烟气中SO₂、NOx和Hg深度脱除的方法的进一步改进：定期从脱硝脱汞塔的脱硝浆液循环池底部排出废水，进行强制空气氧化后，将高浓度的Na₂SO₄、NaHSO₄、HgS排出到废水处理装置。

本发明的双塔型等离子体耦合钠基吸收烟气深度净化装置与现有技术比较，具有如下的有益效果：

(1)采用湿法脱硫脱硝脱汞，效率高，副产物容易处理。

(2)采用钠基吸收剂，吸收速率快，效果好且吸收剂和吸收产物均为可溶性。同时脱硫后的产物Na₂SO₃和NaHSO₃可作为脱硝脱汞的吸收剂，不仅解决的传统CaCO₃吸收剂容易引起堵塞的问题，而且吸收剂的利用率大大提高。

(3)采用等离子体强制氧化和二段吸收，高效脱除烟气中的SO₂、NOx和Hg，尾气中SO₂、NOx和Hg的浓度可分别控制在30mg/Nm³,50mg/Nm³和0.01mg/Nm³以下，SO₂、NOx排放浓度可达到燃气标准。

(4)等离子体反应器采用两段式设计，根据除雾和氧化功能的特殊要求，即除雾效果取决于更多的电子，而氧化效果取决于更高的电子能量。将除雾和氧化分开进行且对放电结构进行不同设计，避免湿法脱硫后的大量液滴吸收高能电子，能大大提高NO和Hg的氧化效率。

(5)由于HgO不稳定容易被还原，在等离子体反应器后喷入少量H₂S，使氧化后的HgO及时反应，生成稳定产物HgS,，避免Hg²⁺发生逆反应重新生成HgO，全汞的脱除效率可达80％以上。

(6)Na₂SO₃和NaHSO₃与NO₂有很好的反应效果，同时采用填料塔，反应时间大大增加，有助于亚硫酸钠和亚硫酸氢钠与NO₂的氧化还原反应，脱硝可达80％以上，实现高效脱硝。

(7)采用喷淋塔和填料塔两段式布置，脱硫后进行NO和HgO的等离子体强制氧化，避免SO₂的竞争反应，NO和HgO的氧化效果好，大大提高了后续填料塔的脱硝和脱汞效果。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明的主要结构示意图；

图2是图1中除雾部分22的主要结构示意图；

图3是图1中氧化部分23的主要结构示意图。

具体实施方式

实施例1、图1给出一种双塔型等离子体耦合钠基吸收烟气深度净化装置及方法，包括脱硫塔1、等离子体除雾氧化装置2和脱硝脱汞塔3。

本发明采用脱硫塔1和脱硝脱汞塔3相互分离的设置；这种分离设置的方式首先减少脱硫和脱硝的相互竞争，提高脱硫效果；其次在脱硫后在进行NOx和Hg的氧化出来，有助于提高氧化效率；最后可以根据SO₂、NOx和Hg的化学特性，进行吸收塔的针对性设计。

脱硫塔1包括自下而上依次设置的脱硫浆液循环池11、脱硫烟气进口12、脱硫喷淋层13、脱硫除雾器14和脱硫烟气出口15。

脱硫浆液循环池11的底部设置有Na₂SO₃和NaHSO₃的混合液出口10。脱硫浆液循环池11底部的混合液出口10通过浆液泵4与脱硝脱汞塔3的浆液循环池31的混合液进口36相连通；脱硫浆液循环池11侧壁开口设置有脱硫浆液循环泵进口16，该脱硫浆液循环泵进口16通过脱硫浆液循环泵Ⅰ17将浆液(脱硫浆液循环池11内的浆液)打入脱硫塔1上部的脱硫喷淋层13相连通(由脱硫浆液循环泵Ⅰ17将脱硫浆液循环池11内溶液打入脱硫喷淋层13)；在脱硫浆液循环池11以上的脱硫塔1侧壁(脱硫喷淋层13和脱硫浆液循环池11之间的位置)上开口设置有脱硫烟气进口12，该脱硫烟气进口12连接除尘装置5；在脱硫烟气进口12下方的脱硫塔1侧壁上开口设置有新鲜NaOH入口18，脱硫浆液循环池11通过NaOH入口18连接NaOH浆液池6。

脱硫塔1按照空塔喷淋设计，喷淋塔可以提供200～300％的吸收液覆盖率，高效吸收SO₂，在NaOH吸收液喷淋的情况下可以达到98％以上的脱除率，满足当前不断提高的SO₂排放标准。

NaOH吸收后的副产物Na₂SO₃和NaHSO₃作为脱硝的吸收液，Na₂SO₃和NaHSO₃对NO₂的吸收效果远远好于NaOH，不仅达到吸收剂充分利用的目的，而且达到NOx的高效吸收。

等离子体除雾氧化装置2包括等离子体除雾氧化装置烟气进口21、除雾部分22、氧化部分23、等离子体除雾氧化装置烟气出口24、废水出口25。除雾部分22的上端开口后设置等离子体除雾氧化装置烟气进口21；该除雾部分22的一侧设置氧化部分23，该氧化部分23的上端开口设置等离子体除雾氧化装置烟气出口24；除雾部分22和氧化部分23通过下端设置漏斗型的液体收集槽，该液体收集槽的下端设置有废水出口25，而废水池上端则形成水平连通除雾部分22和氧化部分23的空气通道27。

以上所述的除雾部分22由多通道的除雾电极和除雾极板组成，烟气自上而下流动；氧化部分23由多通道的氧化电极和氧化极板组成，烟气自下而上流动；等离子体除雾氧化装置烟气出口24处设置H₂S注入装置26，优选为多个喷嘴均匀布置在烟道中。

等离子体除雾氧化装置烟气进口21连接脱硫塔1的脱硫烟气出口15；等离子体除雾氧化装置烟气出口24连接脱硝脱汞塔3的脱硝脱汞塔烟气进口37；废水出口25用于除雾后液体的排出，废水出口25直接连接脱硝脱汞塔3的混合液进口36，进入脱硝脱汞塔3的脱硝浆液循环池31。

由于湿法脱硫后烟温从150℃下降到70℃左右，大量的热量被水吸收，产生大量的水蒸气，虽然经过除雾器14脱除了一部分的水蒸气液滴，但仍有大量的细小液滴存在，如果直接对脱硫后的烟气进行氧化，那么等离子体放电过程将会受到水蒸气的影响，一方面导致湿度太大放电电压减小，产生的氧化性自由基将大大减少，影响氧化效果；另一方面放电产生的高能电子主要参与除雾过程，而不是O₂或者H₂O的电离，氧化效果将进一步减少。所以本发明在氧化之前先将液滴去除，根据除雾和氧化的不同设计要求，对电极进行了专门的设计，不仅提高除雾效果，而且能大大提高NO和Hg的氧化率。

脱硝脱汞塔3包括依次自下而上设置的脱硝浆液循环池31、脱硝脱汞塔烟气进口37、填料层32、脱硝脱汞喷淋装置33、脱硝脱汞除雾器34和脱硝脱汞烟气出口35。脱硝浆液循环池31上方的一侧侧壁开口设置Na₂SO₃和NaHSO₃的混合液进口36；脱硝浆液循环池31另外一侧侧壁开口后设置脱硝浆液循环泵进口38，该脱硝浆液循环泵进口38通过脱硝浆液循环泵Ⅱ39连接脱硝脱汞喷淋装置33，通过脱硝浆液循环泵Ⅱ39将浆液打入脱硝脱汞喷淋装置33；脱硝浆液循环池31的底部设置有排污口，排出HgS以及高浓度Na₂SO₄和NaHSO₄，并最终将排出的溶液引入废水处理装置进行处理；浆液循环池31的上部设置脱硝脱汞塔烟气进口37(脱硝脱汞喷淋装置33和浆液循环池31之间的侧壁上开口设置脱硝脱汞塔烟气进口37)，该脱硝脱汞塔烟气进口37连接等离子体除雾氧化装置2的等离子体除雾氧化装置烟气出口24。

烟气经填料层32脱除NOx和HgS，再经过脱硝脱汞除雾器34脱除水雾，最后深度净化后的烟气由脱硝脱汞烟气出口35(此处的脱硝脱汞烟气出口35设置为烟囱)排出。脱硝脱汞塔3的主要目的是将氧化后的NOx和Na₂SO₃/NaHSO₃进行反应，从而实现脱硝的目的，另外将硫化后的HgS洗涤下来，实现脱汞。将脱硝脱汞塔3设计成填料塔形式，能够增加气体在填料层32的停留时间，强化气液接触，有助于NO₂的高效吸收，而且少量的HgS不会引起填料层32的堵塞，也同时适合脱汞。

以上所述的因为填料层32、除雾器14等都是常规设置，采用现有技术即可。

等离子体耦合钠基吸收双塔型燃煤烟气多种污染物深度脱除方法，包括脱硫过程、等离子除雾氧化、Hg的硫化和脱硝脱汞过程：其步骤如下：

1、脱硫过程包括如下步骤：

1.1、从燃煤锅炉出来的烟气进行高效除尘(由除尘装置5完成)后通过脱硫塔1的脱硫烟气进口12通入脱硫浆液循环池11和脱硫喷淋层13之间；

1.2、使用脱硫浆液循环泵Ⅰ17将钠基吸收液从脱硫浆液循环池11打入脱硫喷淋层13，由脱硫喷淋层13喷出大量的钠基吸收液；

1.3、烟气中的SO₂和钠基吸收液逆向接触，发生中和反应，完成高效脱硫；

1.4、脱硫后的烟气先经过脱硫除雾器14进行初步除雾；然后由脱硫烟气出口15排出，并进入等离子体除雾氧化装置2进行下一步的反应；

1.5、在此步骤(步骤1.4)中产生的副产物Na₂SO₃/NaHSO₃部分打入脱硝脱汞浆液循环池31作为脱硝脱汞的吸收液。

2、等离子体除雾氧化过程如下步骤：

2.1、将脱硫后的烟气(步骤1.4导出)通入等离子体除雾氧化装置烟气进口21；

2.2、烟气首先自上而下进入除雾部分22，经过除雾电极的高压放电，水雾荷上负电荷，随后移动至极板，继而流入底部液体收集槽，最后从废水出口25排出至脱硝脱汞塔3的浆液循环池31，完成整个除雾功能；

等离子体除雾是目前已知的最好的除雾方法，能有效脱除烟气中的雾滴，明显改善湿法脱硫尾部冒白烟的问题；在除雾部分22烟气自上而下流动，能够有效增强液滴在极板上的流动，达到更好的雾滴去除效率。

2.3、除雾后的烟气通过水平设置的空气通道27水平进入等离子体氧化部分23，接着自下而上流动；经过氧化电极的高压放电，产生大量氧化性自由基，将NO与Hg分别氧化为NO₂、HNO₂、HNO₃与HgO；

在水平进入氧化部分23时，为了保证烟气在氧化部分23的等离子体通道中均匀分布，可以根据流场模拟计算结果在氧化段底部增加烟气导流构件。

2.4、氧化后的烟气从等离子体除雾氧化装置烟气出口24排出，之后先经过汞的硫化，最后进入脱硝脱汞塔3。

3、所述的汞的硫化过程包括如下步骤：

3.1、在等离子体除雾氧化装置烟气出口24设置H₂S喷入装置26，喷入适量的H₂S气体；

在烟气管道中均匀设置3～5个H₂S喷嘴；汞的硫化将HgO转化成HgS，从而避免HgO被重新还原成Hg，改善脱汞效果。

3.2、H₂S的加入量为：H₂S:Hg(总汞)＝1.5:1～2:1，加入后的H₂S与HgO反应生成HgS；由于烟气在烟道中混合不均匀，所以H₂S的加入量要高于Hg在烟气中的含量，以此来强化硫化效果。未完全反应的H₂S将在脱硝脱汞塔3中与NaOH发生反应生成Na₂S被脱除。Na₂S也是一种较好的NOx脱除剂，对NOx脱除具有一定的促进左右。

3.3、硫化后的烟气进入脱硝脱汞塔3，最终HgS通过填料塔的洗涤而被脱除。

4、所述的脱硝脱汞过程包括如下步骤：

4.1由脱硫过程产生的副产物Na₂SO₃/NaHSO₃通过浆液泵4从脱硫浆液循环池11直接打入脱硝脱汞浆液循环池31，作为脱硝和脱汞的吸收液；在此混合液中还含有少量未完全反应的NaOH。

4.2、经过硫化后的烟气从脱硝脱汞塔3烟气进口12进入填料层32，与喷淋的Na₂SO₃/NaHSO₃吸收液充分接触，Na₂SO₃/NaHSO₃和NO₂发生氧化还原反应，最终完成高效脱硝；另外未完全反应的NaOH和HNO₂、HNO₃发生中和反应，也能完成部分脱硝；另外，NaOH与未完全反应的H₂S发生中和反应，生成Na₂S，完成H₂S的脱除，以免造成二次污染。而Na₂S也会和NO₂发生氧化还原反应，从而对NOx脱除产生一定的促进作用。在脱硝的同时，烟气中的HgS也在填料层中被洗涤下来，完成Hg的最终脱除。

4.3、脱硝脱汞后浆液池内的副产物从底部排污口定期排到曝气装置进行氧化，完全转化为Na₂SO₄、NaHSO₄和NaNO₃后再进入废水处理装置；

4.4、由于进入脱硝脱汞塔3的烟温在60～70℃，所以在脱硝脱汞过程中产生的水雾很小且不含其它杂质，经过简单除雾后，烟气直接排入烟囱，最终实现烟气中多种污染物的深度脱除。

以上所述的除雾部分22由多通道的除雾电极和除雾极板组成；所述除雾电极为圆盘式电极；除雾电极为圆盘式电极，就是把多个圆盘状构件沿一根极线从上往下均匀串联起来，圆盘直径10mm，厚度1～2mm，任意相邻圆盘之间的间隔为10mm；圆盘电极的与极板的间距为300～400mm。圆盘式电极产生的电晕覆盖整个放电空间，烟气在流动方向上没有任何盲区。为了防止电晕区相互之间的屏蔽效应，圆盘的间隔优选为10mm。另外宽极间距下不容易产生火花放电，使放电更加平稳，有助于雾滴的荷电和迁移，促进雾滴的脱除，所以本发明中除雾段的极间距优选为300～400mm。

以上所述的氧化部分23由多通道的氧化电极和氧化极板组成；氧化电极为针状电极，就是由4、6或8根针同一平面对称布置形成一组，沿一根极线从上往下均匀分布，多组针按一定间隔焊接在一根极线上。每根针的长度5mm；针尖直径小于0.5mm，所述每组针状电极之间的间隔为10mm；相邻两组针均匀交叉布置，4、6或8根针时，上、下针之间的夹角分别为45°、30°和22.5°；针状电极和极板之间的间距为150～200mm。针状电极放电曲率半径小，更加容易产生火花放电，从而提高电子能量，加强与气体分子的碰撞，产生更多的氧化性自由基。同时也是为了防止电晕区相互之间的屏蔽效应，每组针状电极的间隔优选为10mm。另外为了放电区域能更好的覆盖放电间隙，上下两组针电极的布置采用交叉方式，即上下两组针之间呈一定的夹角，4、6或8根针时分别对应的夹角为45°、30°和22.5°。最后，较窄的放电间隙能够更加容易产生火花放电，强化氧化性自由基的产生，从而促进NO和Hg的氧化效果，本发明中氧化段的极间距优选为150～200mm。

以上所述步骤中，以NaOH吸收液为钠基吸收液进行具体实现步骤说明：

(1)脱硫

将高效除尘后的烟气引入脱硫塔1，以NaOH吸收液喷淋，烟气中的SO₂和NaOH发生快速中和反应，完成高效脱硫，同时控制新鲜NaOH吸收液的加入量，生成Na₂SO₃/NaHSO₃混合液，用于后续NOx的脱除；

2NaOH+SO₂＝Na₂SO₃+H₂O

Na₂SO₃+SO₂+H₂O＝2NaHSO₃；

(2)除雾、氧化

从脱硫塔1出来的烟气首先经过除雾段进行高效除雾：烟气自上而下运动，液滴荷上负电荷，之后在静电力作用下迁移到极板，接着自上而下流至等离子体除雾氧化反应器的底部，最后由底部的废水出口排出，进入脱硝脱汞塔3循环浆液池。

除雾后的烟气水平流动至氧化段底部，接着在氧化段自下而上流动，实现NO和Hg的高效氧化：放电过程中产生了大量的氧化性自由基，这些自由基与烟气中的NO和Hg发生氧化反应，生成易于吸收的NO₂、HNO₂、HNO₃和HgO等物质。烟气自下而上经过氧化段，最后氧化后的烟气从反应器顶部排出。

自由基的生成：

O₂+e＝O+O+e

H₂O+e＝OH+H+e

O+O₂＝O₃；

NO和Hg的氧化：

NO+O＝NO₂

NO+O₃＝NO₂+O₂

NO+OH＝HNO₂

NO₂+OH＝HNO₃

Hg+O＝HgO

Hg+O₃＝HgO+O₂；

(3)Hg的硫化

氧化后的烟气首先在烟道中进行硫化，在除雾氧化器烟气出口15的烟道中喷入适当的H₂S气体，主要使HgO转化为化学性质更为稳定的HgS，以免发生逆反应重新生成单质汞，最后在后续的脱硝脱汞塔3的填料层中被洗涤脱除。

硫化反应为：

HgO+H₂S＝HgS+H₂O；

(4)脱硝除汞

脱硫过程中产生的副产物Na₂SO₃/NaHSO₃混合吸收液引入脱硝脱汞塔3的循环浆液池作为脱硝脱汞的吸收液。硫化后的烟气进入脱硝脱汞塔3的填料层，逆向接触Na₂SO₃/NaHSO₃混合吸收液，一方面Na₂SO₃/NaHSO₃和NO₂通过氧化还原反应，另一方面HgS能被吸收液洗涤下来，完成高效的脱硝除汞。同时在脱硝除汞过程也发生未完全反应的H₂S被NaOH吸收，以及吸收后的产物Na₂S也可以参与脱硝。最后烟气通过除雾器14后接入烟囱排入大气。

脱硝反应为：

2NaOH+NO₂+NO＝2NaNO₂+H₂O

2NaOH+2NO₂＝NaNO₂+NaNO₃+H₂O

2NaOH+H₂S＝Na₂S+2H₂O

4Na₂SO₃+2NO₂＝4Na₂SO₄+N₂

Na₂SO₃+2NO₂+H₂O＝Na₂SO₄+2HNO₂

4NaHSO₃+2NO₂＝4NaHSO₄+N₂

NaHSO₃+2NO₂+H₂O＝NaHSO₄+2HNO₂

Na₂S+2NO₂＝Na₂SO₄+N₂。

另外，定期从脱硝脱汞塔3的浆液循环池31底部排出废水，在进行强制空气氧化后，将高浓度的Na₂SO₄、NaHSO₄、HgS等排出到废水处理装置。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双塔型等离子体耦合钠基吸收烟气深度净化装置，包括脱硫塔(1)、等离子体除雾氧化装置(2)和脱硝脱汞塔(3)；其特征是：所述脱硫塔(1)、等离子体除雾氧化装置(2)和脱硝脱汞塔(3)依次连接，形成脱硫塔(1)和脱硝脱汞塔(3)相互分离的双塔结构。

2.根据权利要求1所述的双塔型等离子体耦合钠基吸收烟气深度净化装置，其特征是：所述脱硫塔(1)包括自下而上依次设置的脱硫浆液循环池(11)、脱硫喷淋层(13)、脱硫除雾器(14)和脱硫烟气出口(15)；

所述等离子体除雾氧化装置(2)包括相互连通的除雾部分(22)、氧化部分(23)，所述除雾部分(22)、氧化部分(23)的下端设置除雾废水出口(25)；

所述脱硝脱汞塔(3)包括依次自下而上设置的脱硝脱汞浆液循环池(31)、填料层(32)、脱硝脱汞喷淋装置(33)、脱硝脱汞除雾器(34)和脱硝脱汞烟气出口(35)；

所述脱硫浆液循环池(11)、脱硫喷淋层(13)之间的侧壁上设置有脱硫烟气进口(12)；

所述脱硝脱汞浆液循环池(31)和填料层(32)之间的侧壁上设置有脱硝脱汞塔烟气进口(37)；

所述除雾部分(22)上端设置等离子体除雾氧化装置烟气进口(21)与脱硫烟气出口(15)相连通；所述氧化部分(23)上端设置等离子体除雾氧化装置烟气出口(24)与脱硝脱汞塔烟气进口(37)相连通；

所述脱硫浆液循环池(11)和脱硫喷淋层(13)通过带泵的管道相连通；

所述脱硝脱汞浆液循环池(31)和脱硝脱汞喷淋装置(33)通过带泵的管道相连通；

所述脱硫浆液循环池(11)的下端、除雾废水出口(25)均通过管道与脱硝浆液循环池(31)相连通。

3.根据权利要求2所述的双塔型等离子体耦合钠基吸收烟气深度净化装置，其特征是：所述脱硫浆液循环池(11)外接浆液池(6)；

该浆液池(6)内设置有新鲜的钠基吸收液；

所述等离子体除雾氧化装置烟气出口(24)上设置有H₂S等添加剂注入装置(26)。

4.根据权利要求3所述的双塔型等离子体耦合钠基吸收烟气深度净化装置，其特征是：所述除雾部分(22)由除雾电极和除雾极板组成通道；

所述除雾电极为圆盘式电极；圆盘沿一根极线从上往下均匀分布；

所述圆盘直径10mm，厚度1～2mm，任意相邻圆盘之间的间隔为10mm；

圆盘电极与除雾极板的间距为300～400mm；

所述氧化部分(23)由氧化电极和氧化极板组成通道；

所述氧化电极为针状电极，由4、6或8根针同一平面对称布置形成一组，沿一根极线从上往下均匀分布；

所述每根针的长度5mm；针尖直径小于0.5mm，所述每组针状电极之间的间隔为10mm；

所述相邻两组针均匀交叉布置，4、6或8根针时，上、下针之间的夹角分别为45°、30°和22.5°；

针状电极和氧化极板之间的间距为150～200mm。

5.根据权利要求4所述的双塔型等离子体耦合钠基吸收烟气深度净化装置，其特征是：所述除雾部分(22)与氧化部分(23)下端设置水平的空气通道(27)相互连通；

所述氧化部分(23)的下端连通口设置烟气导流构件。

6.一种双塔型等离子体耦合钠基吸收烟气深度净化方法，其特征是：依次进行脱硫、等离子除雾氧化、Hg的硫化和脱硝脱汞过程。

7.根据权利要求6所述的双塔型等离子体耦合钠基吸收烟气深度净化方法，其特征是：

1)所述脱硫过程包括如下步骤：

1.1)原始待处理烟气进行除尘处理后通过钠基吸收液从上到下喷淋，使得烟气中的SO₂和钠基吸收液逆向接触，发生中和反应，完成脱硫反应；

1.2)将上述步骤中完成脱硫的烟气通过除雾器进行初步除雾，之后进入等离子体除雾氧化装置进行等离子除雾氧化步骤；

2)所述的等离子体除雾氧化过程如下步骤：

2.1)将脱硫后的烟气经过除雾电极高压放电，水雾荷上负电荷，随后移动至极板，继而使得液体自上而下流动；

2.2)除雾后的烟气水平进入等离子体氧化段，接着自下而上流动，经过氧化电极的高压放电，产生大量氧化性自由基，将NO与Hg分别氧化为NO₂、HNO₂、HNO₃与HgO；

2.3)氧化后的烟气从等离子体除雾氧化器出口排出，之后进入Hg的硫化过程；

3)所述的汞的硫化过程包括如下步骤：

3.1)通过H₂S喷入装置向氧化后的烟气喷入H₂S气体，将HgO转化成HgS；

H₂S的加入量如下：

H₂S:Hg＝1.5:1～2:1，加入后的H₂S与HgO反应生成HgS；

4)所述的脱硝脱汞过程包括如下步骤：

4.1)由以上步骤1.2)中产生的脱硫副产物以及步骤2.1)收集的液体溶液作为脱硝和脱汞的吸收液从上往下喷淋，而硫化后的烟气通过填料层时，与喷淋的溶液充分接触，发生氧化还原反应，最终完成高效脱硝；

而通过步骤1.2)所带的未完全反应钠基吸收液硫化后的烟气接触，发生中和反应，完成部分脱硝；且该钠基吸收液与未完全反应的H₂S发生中和反应，生成Na₂S，完成H₂S的脱除；而Na₂S和NO₂发生氧化还原反应，促进NOx脱除；

所述脱硝的同时，烟气中的HgS在填料层中被洗涤，完成Hg的最终脱除；

4.2)脱硝脱汞后的副产物定期排到曝气装置进行氧化，完全转化为Na₂SO₄、NaHSO₄和NaNO₃后再进入废水处理装置；

4.3)脱硝脱汞过程后的烟气在简单除雾后直接排出。

8.一种烟气中SO₂、NOx和Hg深度脱除的方法，其特征是，包括如下步骤：

(1)脱硫

将高效除尘后的烟气引入脱硫塔(1)，以NaOH吸收液喷淋，烟气中的SO₂和NaOH发生快速中和反应，完成高效脱硫，同时控制新鲜NaOH吸收液的加入量，生成Na₂SO₃/NaHSO₃混合液，用于后续NOx的脱除；

(2)除雾、氧化

从脱硫塔(1)出来的烟气首先进行高效除雾：

烟气自上而下运动，液滴荷上负电荷，之后在静电力作用下迁移到极板，接着自上而下流至等离子体除雾氧化装置(2)的底部，最后由废水出口(25)排出，进入脱硝脱汞塔(3)的脱硝浆液循环池(31)；

除雾后的烟气水平流动至氧化部分(23)的底部，接着在氧化部分(23)自下而上流动，实现NO和Hg的氧化：

放电过程中产生了大量的氧化性自由基，所述自由基与烟气中的NO和Hg发生氧化反应，生成易于吸收的NO₂、HNO₂、HNO₃和HgO；

烟气自下而上经过氧化部分(23)，最后氧化后的烟气从其顶部排出；

(3)Hg的硫化

氧化后的烟气首先在烟道中进行硫化，在氧化部分(23)的烟气出口处喷入H₂S气体，使HgO转化为HgS；

(4)脱硝除汞

脱硫过程中产生的副产物Na₂SO₃/NaHSO₃混合吸收液引入脱硝脱汞塔的循环浆液池作为脱硝脱汞的吸收液，从上到下喷洒至填料层(32)；

硫化后的烟气通过填料层(32)，逆向接触Na₂SO₃/NaHSO₃混合吸收液，一方面Na₂SO₃/NaHSO₃和NO₂通过氧化还原反应，另一方面HgS被吸收液洗涤下来，完成脱硝除汞；同时在脱硝除汞过程中，未完全反应的H₂S被NaOH吸收，以及吸收后的产物Na₂S也参与脱硝，最后烟气通过除雾器后接入烟囱排入大气。

9.根据权利要求8所述的烟气中SO₂、NOx和Hg深度脱除的方法，其特征是：所述步骤(1)中Na₂SO₃/NaHSO₃混合液的生成步骤如下：

2NaOH+SO₂＝Na₂SO₃+H₂O

Na₂SO₃+SO₂+H₂O＝2NaHSO₃；

所述步骤(2)中自由基的生成步骤如下：

O₂+e＝O+O+e

H₂O+e＝OH+H+e

O+O₂＝O₃；

所述步骤(2)中NO和Hg的氧化步骤如下：

NO+O＝NO₂

NO+O₃＝NO₂+O₂

NO+OH＝HNO₂

NO₂+OH＝HNO₃

Hg+O＝HgO

Hg+O₃＝HgO+O₂；

所述步骤(3)中硫化反应步骤如下：

HgO+H₂S＝HgS+H₂O；

所述步骤(4)中脱硝步骤如下：

2NaOH+NO₂+NO＝2NaNO₂+H₂O

2NaOH+2NO₂＝NaNO₂+NaNO₃+H₂O

2NaOH+H₂S＝Na₂S+2H₂O

4Na₂SO₃+2NO₂＝4Na₂SO₄+N₂

Na₂SO₃+2NO₂+H₂O＝Na₂SO₄+2HNO₂

4NaHSO₃+2NO₂＝4NaHSO₄+N₂

NaHSO₃+2NO₂+H₂O＝NaHSO₄+2HNO₂

Na₂S+2NO₂＝Na₂SO₄+N₂。

10.根据权利要求8所述的烟气中SO₂、NOx和Hg深度脱除的方法，其特征是：

定期从脱硝脱汞塔(3)的脱硝浆液循环池(31)底部排出废水，进行强制空气氧化后，将高浓度的Na₂SO₄、NaHSO₄、HgS排出到废水处理装置。