本發(fā)明屬于燃煤煙氣污染物控制領域，更具體地，涉及一種基于非均相類Fenton聯(lián)合脫除煙氣中SO2、NO和Hg的系統(tǒng)及方法。

背景技術：
隨著國家對燃煤電廠煙氣污染物排放的標準進一步提高，現(xiàn)有的石灰石／石膏法煙氣濕法脫硫系統(tǒng)(WFGD)可以有效的脫除煙氣中的SO2，脫除效率可達97％；選擇性催化還原技術(SCR)和選擇性非催化還原技術(SNCR)是國際上控制火電廠NOx排放的最主要的技術，通過向煙氣中噴入氨等還原劑，在催化劑的作用下將NOx還原成N2和H2O；重金屬汞在煙氣中的含量較小，屬于痕量元素，但危害極大，且不易控制。目前國內外對煙氣中汞的控制技術主要集中于在電除塵設備之前通過向煙道中噴入活性炭等顆粒狀吸附劑的方法。雖然單一控制技術可以達到控制單一污染物排放的要求，但由于三者的結合占地面積大、投資和運行成本較高，特別是SCR催化劑和汞吸附劑的高額成本給火電廠帶來了較大經(jīng)濟壓力。因此越來越多的研究人員集中于開發(fā)多種污染物聯(lián)合控制的技術。中國發(fā)明專利(公開號為CN1843575)申請文件中公開了一種煙氣光催化氧化同時脫硫脫硝的方法，它通過將煙氣引入填有光催化劑的反應器內，在光源照射的情況下，完成煙氣同時脫硫脫硝的過程。但該方法必須提供足夠的水蒸氣才能達到較高的脫出效率；反應產(chǎn)物不能及時從催化劑中分離出來，催化劑必須定期通過水洗的方式才能達到重復利用的目的，且在反應器內增加光源設備運行費用較高。中國實用新型專利(公開號為CN201807286)申請文件中公開了一種基于高級氧化工藝的同時脫硫脫硝脫汞系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要在一噴淋塔內，煙氣由下而上與霧化的H2O2溶液充分接觸達到氧化脫除SO2和NO的目的。但該氧化過程必須在紫外線照射的情況下才能進行，這是由于氧化SO2、NO和單質Hg的羥基自由基(.OH)是紫外線照射H2O2分解產(chǎn)生的。而且這一過程對紫外線波長、功率等要求較高，噴淋塔中產(chǎn)生的污染物很容易附著在紫外燈的外壁上，造成紫外光透射率下降?？梢灶A料，該方法在實際工程應用時，煙氣污染物聯(lián)合脫除的效率將很快下降。

技術實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種基于非均相類Fenton聯(lián)合脫除煙氣中SO2、NO和Hg的系統(tǒng)及方法，其目的在于同時脫除煙氣中的SO2、NO和Hg，由此解決現(xiàn)有技術中煙氣污染物脫除效率低的技術問題。本發(fā)明提供的基于非均相類Fenton聯(lián)合脫除煙氣中SO2、NO和Hg的系統(tǒng)，包括靜電除塵器、噴淋塔、非均相催化劑床層、噴淋裝置、雙氧水填料塔、第一循環(huán)泵和煙囪；所述靜電除塵器通過管道與所述噴淋塔的底部連接，所述靜電除塵器用于將待處理的煙氣中的飛灰脫除，并通過管道通入噴淋塔中；所述非均相催化劑床層橫向布置在所述噴淋塔的中部，所述非均相催化劑床層有2-4層等間距排列；所述噴淋裝置包括多個均勻排列的噴口組成，設置在所述非均相催化劑床層的上面，用于將雙氧水均勻噴灑至所述非均相催化劑床層的表面；所述第一循環(huán)泵通過管道與所述噴淋裝置連接，所述第一循環(huán)泵用于將雙氧水填料塔中的雙氧水通入至所述噴淋裝置中；所述煙囪通過管道與所述噴淋塔的頂部連接，所述煙囪用于將脫除SO2、NO和Hg后的煙氣排出。本發(fā)明還提供了一種基于上述的系統(tǒng)聯(lián)合脫除煙氣中SO2、NO和Hg的方法，包括下述步驟：(1)噴淋裝置將雙氧水噴灑在非均相催化劑床層表面，非均相催化劑分解所述雙氧水并產(chǎn)生具有強氧化作用的羥基自由基.OH；(2)當煙氣流過所述非均相催化劑的表面時，煙氣中的二氧化硫SO2、一氧化氮NO和汞Hg分別與所述羥基自由基.OH發(fā)生氧化還原反應，產(chǎn)生易溶于水的硫酸、硝酸和二價汞；(3)溶于雙氧水溶液的硫酸、硝酸和二價汞隨著雙氧水溶液流向噴淋塔的底部，脫除SO2、NO和Hg后的煙氣由煙囪排出。本發(fā)明使用非均相催化劑，無需其他催化，如鐵離子催化，紫外光催化等，就可以催化雙氧水H2O2產(chǎn)生大量的羥基自由基.OH，可以既高效又快速的攻擊流過催化劑表面的各種污染物分子，使其失去電子形成高價氧化物。SO2的脫除效率可以達到98％以上，NO的脫除效率可以達到80％以上，Hg的氧化脫除效率可以達到90％以上。減小了安裝紫外燈帶來的投資運行成本，避免了溶液中大量鐵離子帶來的鐵污泥污染。附圖說明圖1是本發(fā)明實施例提供的基于非均相類Fenton聯(lián)合脫除煙氣中SO2、NO和Hg的系統(tǒng)的結構示意圖。圖2是本發(fā)明實施例提供的基于非均相類Fenton聯(lián)合脫除煙氣中SO2、NO和Hg的方法的實現(xiàn)流程圖。圖3是本發(fā)明實施例提供的基于非均相類Fenton聯(lián)合脫除煙氣中SO2、NO和Hg的方法中非均相催化劑的制備工藝流程圖。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。本發(fā)明中非均相類Fenton反應產(chǎn)生活性基團.OH，從而氧化吸收煙氣中的二氧化硫、氮氧化物和氣態(tài)單質汞。本發(fā)明提供了一種非均相類Fenton反應同時脫硫脫硝脫汞的方法和裝置，在非均相催化劑表面分解雙氧水溶液，產(chǎn)生強氧化作用的.OH，并與通入的煙氣充分接觸，將煙氣中的SO2、NO和Hg氧化為溶解后的H2SO4、HNO3和HgO流向塔底，反應產(chǎn)物添加氨水后可以生成農(nóng)業(yè)肥料等副產(chǎn)品，添加Na2S溶液可以將汞從溶液中分離出來，該方法工藝流程簡單，催化劑工藝簡單，易于制備；投資運行成本低，安全可靠，可以高效聯(lián)合脫除煙氣中的多種污染物。在本發(fā)明實施例中，電廠鍋爐燃燒后排放的煙氣經(jīng)電除塵后，進入反應塔系統(tǒng)，反應塔包括反應塔身、催化劑床層、雙氧水填料塔、反應液分離塔、循環(huán)泵和煙囪等。煙氣在反應塔內由下而上經(jīng)過催化劑層表面，H2O2溶液由循環(huán)泵通過噴淋裝置流經(jīng)催化劑層，催化劑表面與流過的H2O2發(fā)生催化反應，分解H2O2產(chǎn)生.OH并在催化劑表面將SO2、NO和Hg氧化為溶解后的H2SO4、HNO3和HgO流向塔底。經(jīng)反應后的煙氣由反應塔頂部通入煙囪。反應后溶液中的H2SO4和HNO3溶液由添加的氨水反應后可以生成硫酸銨、硝酸銨等農(nóng)業(yè)肥料，HgO可以經(jīng)Na2S溶液沉淀分離。由于煙氣中汞的濃度比二氧化硫和氮氧化物的濃度低得多，在反應塔底部的反應產(chǎn)物設兩路再經(jīng)循環(huán)泵通入雙氧水填料塔，一路設在硫酸鹽、硝酸鹽分離塔前，另一路設在氧化汞分離塔前。這樣既可以提高H2O2溶液的利用率，也可以提高反應后溶液中H2SO4、HNO3和HgO的濃度，提高分離效率。兩路循環(huán)溶液與總溶液的體積比分別為15％-35％和5％-10％。上述非均相類Fenton催化劑床層采用2-4層間隔布置，催化劑的布置方式為蜂窩狀。催化劑的主要成分是Fe3-xMxO4，載體為多孔分子篩。其中M為過渡金屬元素Ti、Mn、Co、Cu中的一種或幾種，x為每種元素的含量(0<x<1)。催化劑的活性成分為表面的氧化還原配位Fe2+／Fe3+和Mn+／M(n+1)+，多種電子配位可以加快表面H2O2分子中的電子轉移，催化H2O2分解產(chǎn)生更多的.OH。當煙氣中的污染物經(jīng)過催化劑表面時，SO2可以幾乎完全被溶液吸收，NO可以被.OH氧化為易溶于水的NO2，Hg被氧化為易溶于水的Hg2+。以下為該過程主要的氧化還原反應。其中催化劑表面的Fe2+／Fe3+參與的催化反應為：≡Fe2++H2O2→≡Fe3++·OH+OH-≡Fe3++H2O2→≡Fe3+H2O2≡Fe3+H2O2→≡Fe2++·HO2+H+≡Fe3++·HO2→≡Fe2++O2+H+催化劑表面的Mn+／M(n+1)+參與的催化反應為：≡Mn++H2O2→≡M(n+1)++·OH+OH-≡M(n+1)++H2O2→≡M(n+1)+H2O2≡M(n+1)+H2O2→≡Mn++·HO2+H+≡M(n+1)++·HO2→≡Mn++O2+H+催化劑表面的氧化還原配位Fe2+／Fe3+和Mn+／M(n+1)+之間的反應為：≡M(n+1)++≡Fe2+→≡Fe3++≡Mn+因此催化劑表面Mn+的快速再生將極大地促進H2O2的分解，產(chǎn)生更多的.OH，加快煙氣污染物的氧化脫除。產(chǎn)生的.OH與SO2、NO和Hg發(fā)生的反應分別為：SO2+·OH→HSO3Hg+·OH→Hg++OH-Hg++·OH→Hg2++OH-如圖1所示，所述非均相類Fenton技術聯(lián)合脫除SO2、NO和Hg系統(tǒng)由靜電除塵器1、噴淋塔2、非均相催化劑床層3、噴淋裝置4、雙氧水填料塔5、和第一循環(huán)泵6組成；靜電除塵器1通過管道與噴淋塔2的底部連接，用于將待處理的煙氣中的飛灰脫除，并通過管道通入噴淋塔2中；非均相催化劑床層3橫向布置在所述噴淋塔2的中部，有2-4層等間距排列，非均相催化劑床層3包括催化劑支撐結構以及填充在所述支撐結構內的非均相催化劑；非均相催化劑以蜂窩狀形式布置在所述支撐結構內；噴淋裝置4包括多個均勻排列的噴口組成，并設置在非均相催化劑床層3的上面，用于將雙氧水均勻噴灑至非均相催化劑床層3的表面；第一循環(huán)泵6通過管道與噴淋裝置4連接，用于將雙氧水填料塔5中的雙氧水通入至噴淋裝置4中；煙囪12通過管道與噴淋塔2的頂部連接，用于將脫除SO2、NO和Hg后的煙氣排出。本發(fā)明使用非均相催化劑，無需其他催化，如鐵離子催化，紫外光催化等，就可以催化雙氧水產(chǎn)生大量的羥基自由基.OH，可以既高效又快速的攻擊流過催化劑表面的各種污染物分子，使其失去電子形成高價氧化物。SO2的脫除效率可以達到98％以上，NO的脫除效率可以達到80％以上，Hg的氧化脫除效率可以達到90％以上。減小了安裝紫外燈帶來的投資運行成本，避免了溶液中大量鐵離子帶來的鐵污泥污染。本發(fā)明中使用的催化劑制備工藝流程簡單，成本低廉。非均相催化劑具有的高比表面積和透氣率，可以保證煙氣和雙氧水H2O2順利通過催化劑表面。催化劑表面的活性組分結構穩(wěn)定，流失較少，延長了催化劑使用壽命，催化過程中不產(chǎn)生對環(huán)境有毒害的物質。在本發(fā)明實施例中，為了提高雙氧水的利用效率，在上述系統(tǒng)中增加第二循環(huán)泵7，第二循環(huán)泵7的輸入端通過管道與噴淋塔2底部連接，第二循環(huán)泵7的輸出端與雙氧水填料塔5連接，第二循環(huán)泵7用于將反應后的混合液通入雙氧水填料塔5中，并對雙氧水循環(huán)利用。在本發(fā)明實施例中，為了將反應產(chǎn)物回收利用，在上述系統(tǒng)中增加第三循環(huán)泵8、第四循環(huán)泵9、第一反應液分離塔10和第二反應液分離塔11；第三循環(huán)泵8的輸入端通過管道與噴淋塔2底部連接，第一反應液分離塔10的輸入端通過管道與第三循環(huán)泵8的輸出端連接，第二反應液分離塔11的輸入端通過管道與第一反應液分離塔10的輸出端連接，第四循環(huán)泵9的輸入端通過管道與第一反應液分離塔10的輸出端連接，第四循環(huán)泵9的輸出端與雙氧水填料塔5連接，第一反應液分離塔10具有填料口，用于通入氨水；第二反應液分離塔11具有填料口，用于通入Na2S溶液。第三循環(huán)泵8用于將反應后的混合液通入至第一反應液分離塔10中，第一反應液分離塔10用于將混合液中的硫酸鹽和硝酸鹽分離并輸出；第二反應液分離塔11用于將混合液中的氧化汞分離并輸出；第四循環(huán)泵9用于將混合液通入雙氧水填料塔5，用于增加混合液中的氧化汞的濃度，有利于氧化汞在第二反應液分離塔11中的脫除，提高了Na2S溶液的利用率。本發(fā)明實施例中，鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)靜電除塵器1后進入反應塔2內由下而上流過催化劑層表面，雙氧水溶液在雙氧水填料塔5中通過循環(huán)泵6送入噴淋裝置4，在非均相催化劑表面發(fā)生催化反應，分解雙氧水產(chǎn)生大量的羥基自由基.OH并將流過的SO2、NO和Hg氧化為高價氧化物，溶于溶液中流向塔底。經(jīng)反應后的煙氣繼續(xù)向上流動經(jīng)反應塔頂部通入煙囪。反應塔底部的混合液一部分再經(jīng)循環(huán)泵7通入雙氧水填料塔5，既可以提高雙氧水溶液的利用率，避免不必要的浪費，也可以提高反應產(chǎn)物的濃度，便于分離。循環(huán)溶液與總溶液的體積比為20％-45％。反應后溶液中的H2SO4和HNO3溶液由添加的氨水反應后可以生成硫酸銨、硝酸銨等農(nóng)業(yè)肥料。HgO可以經(jīng)Na2S沉淀回收利用。由于煙氣中汞濃度較小，反應產(chǎn)物中氧化汞的濃度也很小，經(jīng)氨水處理后的溶液可以二次循環(huán)經(jīng)循環(huán)泵9通入雙氧水填料塔5，重復循環(huán)多次后再進入分離塔11分離氧化汞。本發(fā)明可以在反應塔系統(tǒng)中聯(lián)合脫除煙氣中的多種污染物，反應塔可以由電廠現(xiàn)有的脫硫塔改造，不需重新建造。投資運行成本低，占地面積小，安全可靠。本發(fā)明中催化劑表面的反應產(chǎn)物可以溶于溶液并及時與催化劑表面分離，無需水洗，保證催化劑可以維持高效的催化效率。溶液中的HgO可以和Na2S結合生成沉淀，脫硫脫硝產(chǎn)物可以和氨水結合生成硫酸銨和硝酸銨，回收后可做肥料使用。反應后溶液中的雙氧水可以循環(huán)使用。圖2示出了本發(fā)明提供的基于非均相類Fenton聯(lián)合脫除煙氣中SO2、NO和Hg的方法，具體包括下述步驟：(1)噴淋裝置4將雙氧水噴灑在非均相催化劑3的表面，非均相催化劑分解雙氧水產(chǎn)生強氧化作用的羥基自由基.OH；催化分解反應包括：催化劑表面的氧化還原配位Fe2+／Fe3+參與的催化反應；≡Fe2++H2O2→≡Fe3++·OH+OH-≡Fe3++H2O2→≡Fe3+H2O2≡Fe3+H2O2→≡Fe2++·HO2+H+≡Fe3++·HO2→≡Fe2++O2+H+催化劑表面的氧化還原配位Mn+／M(n+1)+參與的催化反應；≡Mn++H2O2→≡M(n+1)++·OH+OH-≡M(n+1)++H2O2→≡M(n+1)+H2O2≡M(n+1)+H2O2→≡Mn++·HO2+H+≡M(n+1)++·HO2→≡Mn++O2+H+催化劑表面的氧化還原配位Fe2+／Fe3+和Mn+／M(n+1)+之間的反應；≡M(n+1)++≡Fe2+→≡Fe3++≡Mn+(2)當煙氣流過所述非均相催化劑的表面時，煙氣中的SO2、NO和Hg分別與所述羥基自由基.OH發(fā)生氧化還原反應，產(chǎn)生易溶于水的硫酸根、硝酸根和二價汞；氧化還原反應包括：SO2+·OH→HSO3Hg+·OH→Hg++OH-Hg++·OH→Hg2++OH-(3)溶于雙氧水溶液的硫酸、硝酸和二價汞隨著雙氧水溶液流向噴淋塔的底部，從而有效的脫除了煙氣中的SO2、NO和Hg。其中，非均相類Fenton技術聯(lián)合脫除SO2、NO和Hg的方法中，H2O2溶液的添加濃度為0.05-0.5mol／L，溶液的pH值為4.8-8.5，H2O2溶液的溫度為40-80℃。反應塔內氣液比為6-28L／m3，煙氣流速為2-4m／s，煙氣進口溫度為120-180℃，煙氣出口溫度為50-100℃。煙氣中SO2的初始濃度為400-1000ppm，NO的初始濃度為100-400ppm，Hg的初始濃度為0.02-0.2mg／m3。上述非均相類Fenton技術聯(lián)合脫除SO2、NO和Hg的方法中，非均相催化劑通過化學共沉淀法制得，載體為多孔分子篩，布置方式為蜂窩狀。圖3為非均相催化劑制備工藝流程圖。制備方法為：配置0.5-0.7mol／L的硫酸鐵、0.3-0.5mol／L的硫酸亞鐵(確保鐵離子與亞鐵離子的摩爾比為3：2)和0.03-0.6mol／L的擬要摻雜過渡金屬的氯化物MCln，然后逐步滴入3-4mol／L的氫氧化鈉溶液中，在此過程中，保持混合溶液65℃恒溫并以600-800r／min的速度進行攪拌，滴加的同時加入多孔分子篩載體，其中載體與非均相催化劑的質量比為(5-10)：1。完成后混合產(chǎn)物恒溫靜置2h，待產(chǎn)生的青綠色沉淀完全變成黑色顆粒后，洗去顆粒表面的可溶性離子，過濾干燥成型。為了使本發(fā)明的目的和技術方案更加清楚明白，以下結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施例中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。實施例1：非均相催化劑Fe2.8Ti0.2O4類Fenton系統(tǒng)聯(lián)合脫硫脫硝脫汞SO2脫除效率為100％；NO脫除效率為82％；Hg脫除效率為91％。實施例2：非均相催化劑Fe2.4Ti0.6O4類Fenton系統(tǒng)聯(lián)合脫硫脫硝脫汞SO2脫除效率為99％；NO脫除效率為85％；Hg脫除效率為94％。實施例3：非均相催化劑Fe2.9Mn0.1O4類Fenton系統(tǒng)聯(lián)合脫硫脫硝脫汞SO2脫除效率為98％；NO脫除效率為87％；Hg脫除效率為90％。實施例4：非均相催化劑Fe2.6Mn0.4O4類Fenton系統(tǒng)聯(lián)合脫硫脫硝脫汞SO2脫除效率為100％；NO脫除效率為83％；Hg脫除效率為92％。實施例5：非均相催化劑Fe2.7Co0.3O4類Fenton系統(tǒng)聯(lián)合脫硫脫硝脫汞操作SO2濃度NO濃度Hg濃度H2O2濃度噴淋液溫度噴淋液pH氣液比參數(shù)700ppm400ppm0.02mg／m30.05mol／L80℃6.515L／m3SO2脫除效率為97％；NO脫除效率為75％；Hg脫除效率為86％。實施例6：非均相催化劑Fe2.5Co0.5O4類Fenton系統(tǒng)聯(lián)合脫硫脫硝脫汞SO2脫除效率為95％；NO脫除效率為79％；Hg脫除效率為82％。實施例7：非均相催化劑Fe2.8Cu0.2O4類Fenton系統(tǒng)聯(lián)合脫硫脫硝脫汞SO2脫除效率為98％；NO脫除效率為80％；Hg脫除效率為89％。實施例8：非均相催化劑Fe2.3Cu0.7O4類Fenton系統(tǒng)聯(lián)合脫硫脫硝脫汞SO2脫除效率為100％；NO脫除效率為83％；Hg脫除效率為90％。實施例9：非均相催化劑Fe2.5Ti0.2Cu0.3O4類Fenton系統(tǒng)聯(lián)合脫硫脫硝脫汞SO2脫除效率為100％；NO脫除效率為88％；Hg脫除效率為93％。由實施例可以看出，本發(fā)明按照較佳實施例操作參數(shù)，能夠取得良好的脫硫脫硝脫汞效果，SO2脫除效率可以達到98％以上；NO脫除效率可以達到80％以上；Hg脫除效率可以達到90％以上。本發(fā)明可用其他的不違背本發(fā)明的精神或主要特征的具體形式來描述。本發(fā)明的上述實施方案僅為本發(fā)明實施過程中的較佳實施例，只能認為是本發(fā)明的說明而不是限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的實質技術所作的任何細微修改和同等替換，均在本發(fā)明的保護范圍之內。