[0004] 本发明公开了一种基于光活化过硫酸铵的脱硫脱硝脱汞的系统及方法，利用紫外灯发射紫外光催化分解过硫酸铵，并释放具有强氧化性的硫酸根自由基(SO4-·)同时氧化脱除烟气中的SO2、NOx和汞。氧化产物经过产物后处理系统处理后实现资源化利用。该方法能够同时脱除燃煤烟气多种污染物、脱除过程无二次污染，且易于用来实现老机组改造等突出优势，是一种具有广阔应用前景的新型烟气净化系统。
[0005] 为实现以上目的，本发明采用的实施方案如下：
[0006] 一种基于光活化过硫酸铵的脱硫脱硝脱汞的方法，烟气经过除尘和调温后进入设在烟道上的光化学反应器，喷液系统的过硫酸铵溶液以雾状喷入光化学反应器；光化学反应器内的紫外灯发射紫外光催化分解过硫酸铵，并释放具有强氧化性的硫酸根自由基(SO4-·)，硫酸根自由基(SO4-·)同时氧化脱除烟气中的SO2、NOx和汞。
[0007] 光化学反应器入口的烟气温度保持在20℃-75℃之间，喷入光化学反应器的溶液温度位于20℃-75℃之间；因为如果温度太高，则紫外灯会无法正常工作，且污染物在液相的脱除效率会降低。但如果温度太低，将会增加烟气冷却系统的工作负荷，造成能耗增加。3 3
光化学反应器的液气比为5L/m-25L/m ，因为太高会造成能耗增加，反应器体积庞大，但太低则会造成脱除效率不达标。过硫酸铵的浓度太高会造成氧化剂自分解率增加，过低则会导致脱除效率下降。因此，过硫酸铵的最佳摩尔浓度在0.2mol/L-2.5mol/L之间。溶液的pH太低会造成脱除效率下降，但太高则容易与烟气中的二氧化碳发生复杂反应，故溶液的pH位一般可控制在3.0-8.0之间。
[0008] 锅炉或窑炉烟气中的二氧化硫、氮氧化物和汞的入口浓度范围分别在50ppm-2500ppm、50ppm-1000ppm和2μg/m3-200μg/m3。
[0009] 一种基于光活化过硫酸铵的脱硫脱硝脱汞的系统，所述系统包括锅炉或窑炉、除尘器、烟气温度调节器、光化学反应器、喷液系统以及产物后处理系统；锅炉或窑炉与除尘器的入口连接，除尘器的出口连接第一烟气温度调节器的入口，第一烟气温度调节器的出口连接光化学反应器，喷液系统通过循环泵接入光化学反应器，喷液系统中装有过硫酸铵溶液光化学反应器的出口分为两路，一路是烟气管道，另一路是氧化产物的产物后处理系统。
[0010] 光化学反应器内设有紫外灯管和雾化喷嘴，所述的紫外灯管和雾化喷嘴间隔排列；紫外灯管中心线与光化学反应器中轴线平行布置，紫外灯管中心线与光化学反应器中轴线需要平行布置，以保证光化学反应器内紫外光能的充分利用，同时还可有效降低光化学反应器内流体的流动阻力。光化学反应器内的紫外光辐射强度为15μW/cm2-150μW/cm2，紫外线辐射强度太小则无法催化分解过硫酸铵释放足够量的硫酸根自由基，但辐射强度太大则会造成能耗太高。紫外线有效波长为160nm-290nm紫外线波长太长，光子能量低，无法有效分解过硫酸铵，但波长太短则紫外光穿透距离降低。因此，紫外光辐射强度和波长应当在一个合适范围内。当需要布置多根紫外灯管时，紫外灯管需采用顺列布置，以保证溶液的雾化以及紫外光的传递效果达到最佳。紫外灯管外应当套有石英套管，用于保护紫外灯管正常工作。紫外灯管的长度在30cm-200cm之间，因为灯管如果太短，则污染物缺乏足够的反应时间，太长则造成反应器体积庞大，应用成本增高。
[0011] 紫外灯管之间的最小间距不小于20cm。最大间距的确定方法是：根据现场采用紫外灯功率大小的不同，一般需要现场采用紫外线辐照计进行测量。一般需要保证两根紫外灯管之间中间线处的紫外线辐射强度不小于15μW/cm2，以此来确定紫外灯管所允许的最大间距。
[0012] 光化学反应器内布设的雾化喷嘴均为实心锥形喷嘴，金属对过硫酸铵具有催化分解功能，且塑料制喷嘴很容易被氧化性物质降解所述喷嘴采用陶瓷或碳化硅等材料；雾化液滴粒径如果太大则导致气液接触面积太小，脱除效率较低，无法满足要求，但如果雾化液滴太小，则液滴容易随烟气逃逸出反应器，给溶液搜集和后处理造成困难。。因此，喷嘴的雾化液滴直径位于10微米-100微米之间；喷嘴布置在紫外灯管之间的中间线处，喷嘴的横向间距可由布置好的紫外灯管间距确定，而喷嘴的纵向间距一般可根据喷嘴的雾化夹角确定，一般需要至少保证两只喷嘴之间的雾化有一定的交叉覆盖，以保证具有良好的雾化覆盖率，喷嘴的纵向间距不大于20cm。
[0013] 所述的光化学反应器的一路出口设有烟气管道，烟气管道与烟囱连接；烟气管道与烟囱之间设有第二烟气温度调节器和引风机。
[0014] 所述的光化学反应器的一路出口的氧化产物的产物后处理系统，包括汞分离塔和后处理塔。
[0015] 本发明系统的反应过程原理：
[0016] 1、光活化过硫酸铵首先是释放了具有强氧化性的硫酸根自由基，具体过程[0017] 可用如下的化学反应(1)表示：
[0018]
[0019] 2、产生的强氧化性的硫酸根自由基可将烟气中的SO2﹑NOx以及Hg0氧化生成H2SO4﹑HNO3和Hg2+混合溶液，从而达到脱除目的：
[0020]
[0021]
[0022]
[0023]
[0024]
[0025]
[0026] 2·OH+SO2→H2SO4 (8)
[0027] ·OH+Hg0→HgO+H· (9)
[0028] H2O+SO3→H2SO4 (10)
[0029]
[0030] 3、反应产生的Hg2+能够被添加的S2+吸收并反应生成难溶的HgS沉淀物，然后经过沉淀分离后回收利用：
[0031] Hg2++S2-→HgS↓ (12)
[0032] 4、在重金属汞元素被捕获回收以后，溶液中仅剩下高浓度的硫酸铵与硝酸铵混合溶液可作为工业原料回收利用(例如通过提纯和结晶来制取肥料)，整个一体化脱硫脱硝脱汞过程无二次污染。
[0033] 本发明的优点及显著效果：
[0034] 与发明专利201010296492.5相比，本发明具有以下明显的优势：
[0035] (1)随着人们对环保要求的不断提高，针对烟气中汞排放控制的法律法规也逐渐出台，本发明可以在一个反应器内实现硫氧化物﹑氮氧化物和重金属元素汞等三种污染物的同时脱除，因而能够进一步降低系统的初始投资和运行费用。随着人类对环保要求的不断提高，本发明的这一优势将得到逐渐凸显，而发明专利201010296492.5无法在同一个反应器内实现三种污染物的同时脱除。
[0036] (2)本发明采用的过硫酸铵氧化剂的价格与发明专利201010296492.5中采用的双氧水价格相当，但过硫酸铵是固体氧化剂，其在运输和储存安全性以及经济性方面比液体氧化剂具有巨大优势。另外发明专利201010296492.5最终的反应产物是硫酸和硝酸稀溶液，会对反应设备造成严重的腐蚀作用，另外，产物的后处理需要耗费大量的能量来浓缩液体，后处理成本大大增加。而本发明的一种基于光活化过硫酸铵的同时脱硫脱硝脱汞装置及系统，其最终脱除产物主要是汞以及硫酸铵和硝酸铵，且产物浓度较高，后处理成本低，产物利用范围广泛，具有更好的应用前景。
[0037] (3)与发明专利201010296492.5相比，本发明所述的一种基于光活化过硫酸铵的同时脱硫脱硝脱汞装置及系统，既可以作为新机组的烟气处理系统单独设立。也可以在现有老机组的烟道上直接改造，这有利于对现有大量老旧锅炉系统进行改造利用，从而大大降低了应用成本，拓宽了应用范围。而发明专利201010296492.5的系统主要是针对新机组设计的，无法在烟道上直接改造利用，故应用范围小得多。
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