CN102059050B - 低温等离子体烟气复合污染物控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温等离子体烟气复合污染物控制方法，该方法通过高压放电，在干式和湿式反应器中产生低温等离子体，与传统除尘方法、氨法脱硫、石灰石/石膏湿法、旋转喷雾干燥法等进行组合联用，控制烟气中的烟尘、二氧化硫、氮氧化物、硫化氢、氯化氢、重金属等污染物，氧化副产物。其中干式等离子体反应器与除尘装置联用，可以提高除尘效率，氧化一氧化氮。吸收装置与湿式等离子体反应器联用，可以去除气态污染物，氧化氨吸收剂的脱硫产物亚硫酸铵，除雾净化尾气；本方法可以用于各类锅炉或焚烧炉等的烟气复合污染物控制。
Description
技术领域
本发明属于环境保护/废气净化技术领域，尤其涉及一种将产生低温等离子体的放电装置与其他技术联用，净化烟气中复合污染物(二氧化硫、氮氧化物、烟尘、硫化氢、氯化氢、重金属)的方法。
背景技术
烟气中含有大量的二氧化硫、氮氧化物、烟尘、硫化氢、氯化氢、重金属，这些污染物能够损害人的呼吸系统，严重影响人的身体健康。它们也会加剧酸雨、光化学烟雾等环境污染。
专门用于除尘、脱硫和脱硝等的独立处理技术繁多，大部分同时处理烟尘、二氧化硫和氮氧化物的系统都仅是各种独立技术的简单组合串联，各串联单元分别控制不同污染物，占地面积大，投资和运行费用高，联合效率低。如对于烟气中的细颗粒物，目前的电除尘器的净化效率低，很难达到PM2.5的国家排放标准。以石灰石/石膏湿法和氨法为主的脱硫装置不能吸收氮氧化物；常用的选择性催化还原脱硝过程产生三氧化硫及其酸雾，容易腐蚀设备。
低温等离子体技术能够产生活性物质、紫外辐射等，可以同时复合污染物进行处理和控制。如安装前置的凝并装置可以提高烟气中颗粒物，尤其是细颗粒物的捕集效率。利用高压放电产生低温等离子体的凝并装置能够同时氧化烟气中的一氧化氮，使之成为高价态氮氧化物，从而被碱性吸收液吸收，提高氮氧化物的去除效率。
美国POWERSPAN公司在俄亥俄州的R.E.Burger电厂建立了一套同时除尘、脱硫、脱硝示范系统。系统主体由介质阻挡放电反应器、氨法吸收塔和湿式电除尘器顺次组成。放电反应器将一氧化氮氧化为高价态氮氧化物，烟气随后进入氨法吸收塔，二氧化硫和氮氧化物被吸收成盐，最终湿式电除尘器除去烟气中的酸雾、烟尘和汞氧化物。由于放电反应器前端电除尘器效率低，使细颗粒物能够进入后续装置。氨法吸收塔的吸收产物靠鼓气氧化，湿式电除尘器仅用于去除酸雾、颗粒物，能量利用效率低，能耗较高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种低温等离子体烟气复合污染物控制方法，本发明通过高压放电，在干式和湿式反应器中产生低温等离子体，与传统除尘方法、氨法脱硫、石灰石/石膏湿法、旋转喷雾干燥法等进行组合联用，可以对烟气中的二氧化硫、氮氧化物、烟尘、硫化氢、氯化氢、重金属等污染物进行净化控制。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种低温等离子体复合污染物控制方法，该方法包括以下步骤：
(1)烟气先进入干式等离子体反应器，利用高压电源产生的电晕放电，使烟气中颗粒物荷电，并由于静电作用凝并、聚集，形成粗颗粒，同时一氧化氮被氧化为高价氮氧化物；
(2)随后烟气进入电除尘器进行电除尘；
(3)除尘烟气进入吸收装置，二氧化硫、氮氧化物分别形成亚硫酸盐和硝酸盐，部分吸收液和处理后烟气进入湿式等离子体反应器；
(4)在湿式等离子体反应器中，吸收液中的亚硫酸盐被氧化为硫酸盐，烟气被除雾净化；
(5)净化后的烟气被引入烟囱排出。
本发明的有益效果是：本发明的方法采用干式等离子体反应器，同时凝并颗粒物，氧化一氧化氮，装置成本低，空间利用率高，除尘和氧化效率高，湿式等离子体反应器可以同时净化尾气，氧化吸收产物。装置成本低，氧化效率高。整套方法一体化程度高，每个单元同时具有多个控制净化功能，占地面积小，除尘、脱硫、脱硝效率高，副产物产率高，能量消耗低，即可整套使用。也可以选择部分单元组合作用，易于用于新设备安装和旧设备改造。
附图说明
图1为采用本发明方法的低温等离子体烟气复合污染物控制流程示意图；
图2为第一环节：烟气气态污染物氧化及烟尘凝并除尘装置流程示意图；
图3为第二环节：烟气气态污染物吸收及吸收产物氧化装置流程示意图；
图4为采用袋式除尘器时，本发明方法的低温等离子体烟气复合污染物控制流程示意图；
图5为仅采用干式等离子体反应器、电除尘器和吸收装置时，本发明方法的低温等离子体烟气复合污染物控制流程示意图；
图6为仅采用吸收装置和湿式等离子体反应器时，本发明方法的低温等离子体烟气复合污染物控制流程示意图；
图7为干式等离子体反应器的装置示意图；
图8为湿式等离子体反应器的装置示意图；
其中，锅炉1、干式等离子体反应器2、第一反应器3、第一高压电源4、电除尘器5、电除尘器高压电源6、电除尘器灰斗7、吸收装置8、湿式等离子体反应器9、第二反应器10、第二高压电源11、集液槽12、泵13、烟囱14、袋式除尘器15、除尘装置16、反应通道17、高压放电电极18、低压电极19、低压极板20、喷嘴21。
具体实施方式
低温等离子体烟气复合污染物控制方法由以干式、湿式等离子体反应器为主的多个单元联用组合而成。低温等离子体复合污染物控制方法包括以下步骤：
1)将高温烟气引入干式等离子体反应器，对颗粒物进行预荷电，强化凝并聚集，形成粗颗粒。同时对氮氧化物进行氧化，一氧化氮转为二氧化氮等高价易于吸收的形态；
2)凝并氧化后的烟气进入电除尘器，由电源提供高电压，颗粒物被捕集清除；
3)除尘后的烟气进入吸收装置，被碱性物质(溶液、浆液、粉末)吸收，生成吸收产物亚硫酸盐和硝酸盐，吸收产物流入产物收集装置进行结晶回收等处理，如有吸收液，则部分吸收液流入湿式等离子体反应器，；
4)脱硫脱硝后的烟气进入湿式等离子体反应器，步骤3产生的部分吸收液也进入湿式反应器，亚硫酸盐溶液被氧化为硫酸盐溶液，硫酸盐溶液通过集液槽出口流入产物收集装置，同时烟尘也被除雾净化；
5)清除控制污染物后的烟气引入烟囱，排入大气。
以上的低温等离子体烟气复合污染物控制方法包括两个环节，共4个单元，全部单元可顺次连接，组成烟气除尘、脱硫、脱硝一体化系统。针对具体的工程要求，各单元也可单独作用或部分组合，用于除尘、脱硫、脱硝和副产物生产等烟气净化功能中的一个或几个。
低温等离子体复合污染物控制方法的包括两个环节，第一环节进行烟气气态污染物氧化及烟尘凝并除尘，第二环节进行烟气气态污染物吸收及吸收产物氧化。其中第一环节包括干式等离子体反应器和电除尘器2个单元，第二环节包括吸收装置和湿式等离子体反应器2个单元。
1)干式等离子体反应器，将烟气中的烟尘凝并聚集，形成粗颗粒；将烟气中的一氧化氮氧化为二氧化氮等高价氮氧化物，利于后续装置除尘、脱硝等。
包括至少一个反应通道，烟气由反应通道入口进入反应通道，处理后的烟气由反应通道出口排出。反应通道包括至少一个第一反应室，反应室内布置至少一组电极。反应器由第一高压电源供电。
所述的第一高压电源的供电方式包括直流、交流、脉冲、直流叠加脉冲，直流叠加高频交流、直流叠加混频或直流叠加交流。供电方式可以为连续，也可以为间歇；
2)电除尘器。将烟气中的颗粒物捕集去除。
含尘烟气由装置入口进入电除尘器，由装置出口进入下一装置。
电除尘器可以为管式或板式中的任意一种。
3)吸收装置。将烟气中的气态污染物通过吸收剂、中和剂进行捕集去除，对可利用的吸收、中和产物进行收集利用。
通常吸收装置为氨法脱硫法、石灰石/膏湿法、旋转喷雾干燥法吸收装置。
所述的吸收装置为液膜表面吸收器、气泡表面吸收器或液滴表面吸收器中的任意一种。
4)湿式等离子体反应器，控制烟气中的气溶胶，提高除尘除雾效果；如有吸收装置流入的亚硫酸盐吸收液，还起到氧化亚硫酸盐的作用。
包括至少一个反应通道，烟气由反应通道入口进入反应通道，处理后的烟气由反应通道出口进入下一装置。每个反应通道包括至少一个第二反应室。反应室内安装至少一组高压放电电极和至少一组低压极板，由第二高压电源供电。反应室底部安装至少一个集液槽。集液槽中的吸收液由泵抽提至反应室顶板，循环流动。
所述的第二高压电源的供电方式包括直流、交流、脉冲、直流叠加脉冲，直流叠加高频交流、直流叠加混频或直流叠加交流。供电方式可以为连续，也可以为间歇；
烟气先进入干式等离子体反应器，利用高压放电设备产生的电晕放电，使烟气中颗粒物荷电，并由于静电作用凝并聚集成粗颗粒物，同时一氧化氮被氧化为高价氮氧化物。随后烟气进入电除尘器进行电除尘。除尘烟气进入吸收装置，二氧化硫、氮氧化物分别形成亚硫酸盐和硝酸盐，部分吸收液和处理后烟气进入湿式等离子体反应器，吸收液中的亚硫酸盐被氧化为硫酸盐，烟气被除雾净化，由烟囱排出。
针对同时除尘、脱硫、脱硝的工程，可以采取上述干式等离子体反应器、电除尘器、吸收装置、湿式等离子体反应器顺次连接的系统。针对具体的工程需要，第一环节，烟气气态污染物氧化及烟尘凝并除尘和第二环节，烟气气态污染物吸收及吸收产物氧化可以单独安装作用。
针对仅有除尘安装或改造需要的工程，可以采取干式等离子体反应器和电除尘器顺次连接的第一环节，烟气气态污染物氧化及烟尘凝并除尘装置。针对仅有脱硫安装或改造需要的工程，可以采取烟气气态污染物吸收及吸收产物氧化装置顺次连接，即第二环节，烟气气态污染物吸收及吸收产物氧化。针对已有袋式除尘器的改造工程，可以在袋式除尘器后顺次安装干式等离子体反应器、吸收装置和湿式等离子体反应器。
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
如图1所示，低温等离子体烟气复合污染物控制装置安装在锅炉1后，烟气由锅炉1排出后，进入干式等离子体反应器2。在第一反应器3中，烟气中的烟尘在高压电晕作用下带电，部分烟尘荷正电，另一部分荷负电，并由于静电作用进行凝并，使细尘粒子数减少，粉尘粒径增大，由于烟气风速一般在10-20m/s之间，在干式等离子体反应器2中不需收集烟尘，预荷电提高了后续电除尘器的除尘效率。在干式等离子体反应器2中，由于电晕放电产生大量活性物质，烟气中的一氧化氮被氧化为以二氧化氮等高价态氮氧化物，一氧化氮的氧化提高了后续吸收装置控制氮氧化物的效率。在电除尘器5中，烟气中的粉尘被分离出来从电除尘器灰斗7排出。除尘后的烟气进入吸收装置8，烟气中的二氧化硫、氮氧化物分别与碱性吸收剂形成亚硫酸盐、硝酸盐，若有吸收液，则吸收液部分流出吸收装置制取副产品，一部分流入湿式等离子体反应器9，成为其吸收液。除尘、脱硫、脱硝后的烟气进入湿式等离子体反应器9进行进一步净化和除雾。吸收液从低压极板流下，与烟气接触反应。由于电晕放电产生的大量活性物质，吸收液中的亚硫酸盐被氧化为硫酸盐，部分残余氮氧化物被还原形成氮气。净化后的烟气从烟囱14排出。吸收液流入湿式等离子体反应器集液槽中12，并通过泵13抽提至低压极板顶端，循环流动。吸收液还可以通过集液槽12排出至吸收产品收集处理装置。其中，干式等离子体反应器2由第一高压电源4供电，电除尘器5由高压电源6供电，湿式等离子体反应器9由第二高压电源11供电。
如图2所示，第一环节，烟气气态污染物氧化及烟尘凝并除尘装置由干式等离子体反应器2和电除尘器5组成。烟气先进入干式等离子体反应器2，高压电晕放电将一氧化氮氧化为二氧化氮等高价态氮氧化物，同时也使粉尘带电，通过静电作用凝并聚集，形成粗颗粒。在电除尘器5中，粉尘被捕集去除，氮氧化物的氧化效果得到进一步的加强。随后烟气由电除尘器5的出口排至下一装置。干式等离子体反应器2由第一高压电源4供电，电除尘器5由高压电源6供电。
如图3所示，第二环节，烟气气态污染物吸收及吸收产物氧化装置由吸收装置8和湿式等离子体反应器9组成。烟气先进入吸收装置8，二氧化硫和氮氧化物被吸收剂反应吸收，形成亚硫酸盐和硝酸盐。若有吸收液，则反应后的吸收液进入湿式等离子体反应器9，由泵13抽提至反应器顶部循环流下。同时，烟气也排入湿式等离子体反应器9。高压电晕放电产生的活性物质将吸收液中的亚硫酸盐氧化为硫酸盐，由集液槽12排出处理。同时，高压电晕放电也将烟气中的吸收剂液滴等气溶胶捕集。净化后的空气进入烟囱14排放。湿式等离子体反应器9由第二高压电源11供电。
如图4所示，当使用袋式除尘器15代替电除尘器5时，袋式除尘器15布置在干式等离子体反应器2入口前。烟气通过袋式除尘器15，由于袋式除尘器15的滤料作用，烟尘被捕集脱除。除尘后的烟气进入干式等离子体反应器2，一氧化氮被氧化为以二氧化氮等高价态氮氧化物。氧化后的烟气进入吸收装置8，烟气中的二氧化硫、氮氧化物分别与碱性吸收剂形成亚硫酸盐、硝酸盐，吸收液部分流入湿式等离子体反应器9，吸收液中的亚硫酸盐被氧化为硫酸盐。除尘、脱硫、脱硝后的烟气也进入湿式等离子体反应器0进行进一步净化和除雾，吸收液通过泵13循环，还可以通过集液槽12排出。净化后的烟气从烟囱14排出。其中，干式等离子体反应器2由第一高压电源4供电，湿式等离子体反应器9由第二高压电源11供电。
如图5所示，当仅采用干式等离子体反应器2、电除尘器5和吸收装置8时，锅炉1排出的烟气经过干式等离子体反应器2，在第一反应器3中，烟气中的烟尘进行凝并聚集，粉尘粒径增大。同时，烟气中的一氧化氮被氧化为二氧化氮等高价态氮氧化物。在电除尘器5中烟尘被分离出来从电除尘器灰斗7排出。除尘后的烟气进入吸收装置8，烟气中的二氧化硫、氮氧化物分别与碱性吸收剂形成亚硫酸盐、硝酸盐，液态的吸收液由吸收装置底部流出，制取副产品。除尘、脱硫、脱硝后的烟气经烟囱12排出。其中干式等离子体反应器2由第一高压电源4供电，电除尘器5由高压电源6供电。
如图6所示，当仅采用吸收装置8和湿式等离子体反应9时，锅炉1排出的烟气经过除尘装置16后，进入吸收装置8，烟气中的二氧化硫被吸收装置8中的碱性物质吸收，形成亚硫酸盐。若有吸收液，则吸收液部分由吸收装置8底部流出，部分流入湿式等离子体反应器9。脱硫后的烟气进入湿式等离子体反应器9，进一步除雾，控制其他污染物。由于电晕放电产生的大量活性物质，反应器顶部喷出的吸收液中，亚硫酸盐被氧化为硫酸盐。吸收液流入湿式等离子体反应器9底部的集液槽12，吸收液被泵13抽提至反应器顶部进行循环吸收，也可以由集液槽12流出，制取副产物。净化后的烟气从烟囱14排出。其中，湿式等离子体反应器9由第二高压电源11供电。
如图7所示，烟气由干式等离子体反应器反应通道17进入第一反应器3，烟气中的烟尘在高压电晕作用下带电，部分荷正电，部分荷负电，并由于静电作用凝并聚集，细尘粒子数减少，烟尘粒径增加。同时，烟气中的一氧化氮被电晕放电产生的活性物质氧化，转变为二氧化氮等高价态氧化物形式。凝并、氧化后的烟气排出反应器。高压放电电极18与第一高压电源3的输出高压端相连，低压电极19与第一高压电源3的输出低压端相连，当电极表面场强大于30kV/cm时，产生电晕放电，同组电极间的距离一般在20mm-200mm之间，异组电极间的距离在50mm-300mm之间，高压电源电压一般在±20-±150kV之间。
如图8所示，烟气由湿式等离子体反应器反应通道17进入第二反应器10，吸收液由低压极板20上方流下，可以通过喷嘴21喷洒，也可以通过溢流流出。在高压放电电极18和低压极板20之间，由于高压电晕放电而产生活性物质，吸收液中的亚硫酸盐被氧化为硫酸盐。氧化效率可以达到98％，能耗最低为17瓦时/摩尔。随后吸收液流入集液槽12，被泵13循环抽提至反应室顶部，也可由集液槽12排出处理。
Claims (1)
1.一种低温等离子体复合污染物控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）烟气先进入干式等离子体反应器，利用高压电源产生的电晕放电，使烟气中颗粒物荷电，并由于静电作用凝并、聚集，形成粗颗粒，同时一氧化氮被氧化为高价氮氧化物；
（2）随后烟气进入电除尘器进行电除尘；
（3）除尘烟气进入吸收装置，二氧化硫、高价氮氧化物分别形成亚硫酸盐和硝酸盐，部分吸收液和处理后烟气进入湿式等离子体反应器；
（4）在湿式等离子体反应器中，吸收液中的亚硫酸盐被氧化为硫酸盐，烟气被除雾净化；
（5）净化后的烟气被引入烟囱排出。
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