CN102580497A

CN102580497A - 一种脉冲放电与液相催化氧化协同烟气脱硫方法

Info

Publication number: CN102580497A
Application number: CN2012100136248A
Authority: CN
Inventors: 李济吾; 俞杰
Original assignee: Zhejiang Gongshang University
Current assignee: Zhejiang Gongshang University
Priority date: 2012-01-17
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明公开了一种脉冲放电与液相催化氧化协同烟气脱硫方法，其使用的设备及催化剂是电晕放电反应器、高压脉冲电源供电系统、液相催化剂、液膜形成循环系统、水处理系统，首先将待处理烟气进入电晕放电反应器电场中，高压脉冲电晕电场放电产生的自由基和活性物质将烟气中部分SO₂氧化SO₃，另一方面在电场和扩散的共同作用下，SO₃与未被氧化的SO₂迁移进入反应器内壁上的液相被吸收后，SO₂进一步被液相催化氧化为S(VI)，最终形成高价态酸类，烟气脱硫反应后产生的废水经适当处理可循环使用。本发明方法具有脱硫效率高，脉冲放电的能量利用率高，溶液循环利用，具有广阔的应用前景。

Description

一种脉冲放电与液相催化氧化协同烟气脱硫方法

技术领域

本发明涉及烟气脱硫领域的一种脉冲放电与液相催化氧化协同烟气脱硫方法。

背景技术

酸雨是当代世界面临的重大环境问题之一，虽然目前我国酸雨和二氧化硫的防治取得了成就，但随着燃煤火电厂的不断增加，区域性酸雨污染仍然十分严重。由于烟气脱硫(FGD)是控制SO₂污染的主要手段，因此我们需要进一步的开发更先进的烟气脱硫工艺技术。

脱硫技术按脱硫过程中吸收剂和脱硫产物的干湿状态可分为干法、半干法和湿法。湿法脱硫是采用液体吸收剂洗涤SO₂烟气以脱除SO₂。最为常用方法为石灰/石灰石吸收法，以其脱硫效率高、适应范围广、钙硫比低、技术成熟、副产物石膏可做商品出售等优点成为世界上占统治地位的烟气脱硫方法。但由于投资大、动力消耗大、占地面积大、设备复杂、运行费用和技术要求高等缺点，所以限制了它的发展速度。采用过渡金属离子（Mn、Fe等）进行液相催化氧化SO₂，在有氧的情况下，酸性水溶液中过渡金属离子Mn²⁺、Fe(Ⅲ)可催化氧化S(Ⅳ)，这是千代田法烟气脱硫技术中一个十分重要的反应。它与传统石灰石-石膏法相比，具有理论上不消耗催化剂，在吸收设备内不发生结构及堵塞现象，可回收酸等优点。干法脱硫有喷雾干燥法、活性炭法、电子射线辐射法、填充电晕法、荷电干式吸收剂喷射脱硫技术等，其中电晕法根据供电方式的不同分为直流电晕放电和脉冲电晕放电，以往研究结果已表明，脉冲电晕放电脱硫效果优于直流电晕放电，但仍存在能耗高，氨逃逸等问题。利用直流电晕放电与Mn⁺溶液催化氧化协同烟气脱硫，脱硫效率较高，可解决氨逃逸等问题，但能量利用率仍不够理想。为了提高放电能量利用率与脱硫效率，将脉冲放电烟气脱硫与液相催化氧化烟气脱硫这两种方法的优点有机结合起来，将能达到较理想的脱硫效果与放电的能量利用率，是烟气脱硫的一个重要的研究方向。

发明内容

本发明提出了一种脉冲放电与液相催化氧化协同烟气脱硫方法。它将脉冲放电与液相催化氧化技术的特点有机结合起来。它是由电晕放电反应器(线-筒式)、高压脉冲电源供电系统、液相催化剂、液膜形成循环系统、水处理系统组成。待处理烟气进入电晕放电反应器电场中，一方面高压脉冲电晕电场放电产生的自由基和活性物质将烟气中部分SO₂氧化SO₃，活性物质如O、OH、O₃、HO₂，另一方面在电场和扩散的共同作用下，SO₃与未被氧化的SO₂迁移进入反应器内壁上的水膜液相被吸收后，SO₂进一步被液相催化氧化为S(VI)，最终形成高价态酸类，从而达到净化烟气目的；烟气脱硫反应后产生的废水经适当处理可循环使用。本发明方法充分利用脉冲放电烟气脱硫、液相催化氧化烟气脱硫各自的优势，将两者优势有机结合起来，具有结构简单，脱硫效率高，放电能量利用率高，溶液循环利用，投资运行成本低，具有广阔的应用前景。

所述的电晕放电反应器1为线筒式反应器，反应器筒体由不锈钢制成，筒体内径600-800mm，筒体长4000-5000mm；反应器筒体的中心设置芒刺型放电极，放电极采用外径为40mm的不锈钢管，其长度与反应器筒体相匹配，芒刺长30mm，间距为50-60mm。

所述的高压脉冲电源供电系统2是由高压脉冲电源、ESPC-I 型智能控制器组成，额定输出电压为100kV，额定输出电流1000mA，脉冲幅度1.2-2.0倍基础直流电压，脉冲频率10-40KHz，控制器可调节输出电压参数与选择脉冲供电方式。

所述的液相催化剂是为两种过渡性金属离子Fe²⁺+Mn²⁺混合溶液，Fe²⁺+Mn²⁺混合溶液质量百分比浓度为0.5%至1.6%，Fe²⁺与Mn²⁺溶液的质量比为1至1.2。

所述的液膜形成循环系统是由水泵4、循环水槽5、流量计6、环形喷水管7组成，水泵4、循环水槽5和环形喷水管7通过管道连接，流量计5安装在管道中，循环水槽的容量与水泵的规格根据处理烟气量需要选定；环形喷水管7设置在反应器内壁上部，管径40mm-60mm，在环形喷水管壁面上每隔40mm - 50mm的距离开设5mm-8mm的小喷孔，小喷孔的方向朝反应器的内壁面，与垂直方向的角度为30度-45度。环形喷水管7的材料为不锈钢，但不仅限于此材料。

所述的水处理系统是由废水收集池8、中和调节池9、回用水池10、中和剂11组成，废水收集池8、中和调节池9和回用水池10、中和剂11通过管道或溢流沟渠连接，中和剂11是采用工业用石灰石颗粒或碱性冲渣水，工业用石灰石颗粒的粒径范围为5mm-20mm，回用水的pH值控制在5-6。

本发明的优点：

本发明方法充分利用脉冲放电烟气脱硫、液相催化氧化烟气脱硫各自的优势，将两者优势有机结合起来，有别于将脉冲放电烟气脱硫与液相催化氧化烟气脱硫的简单组合。它通过电场产生的电晕风能够促进SO₂的吸收，增加电迁移效果，提高了能量利用率。液相Fe²⁺+Mn²⁺混合溶液实际操作过程中可循环利用，减少了投资成本，具有结构简单，脱硫效率高，脉冲放电能量利用率高，溶液循环利用，投资运行成本低等特点，具有很大的实际应用价值和广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明液膜形成循环系统示意图。

具体实施方案：

本发明提出了一种脉冲放电与液相催化氧化协同烟气脱硫方法。它将脉冲放电与液相催化氧化技术的特点有机结合起来。它的基本思想是：待处理烟气进入电晕放电反应器电场中，一方面高压脉冲电晕电场放电产生的自由基和活性物质（O、OH、O₃、HO₂等）将烟气中部分SO₂氧化SO₃，另一方面在电场和扩散的共同作用下，SO₃与未被氧化的SO₂迁移进入反应器内壁上的水膜液相被吸收后，SO₂进一步被液相催化氧化为S(VI)，最终形成高价态酸类，从而达到净化烟气目的；烟气脱硫反应后产生的废水经适当处理可循环使用。

实施例1

某厂自备20吨沸腾炉，燃煤烟气量62000m³/h，烟气SO₂浓度为3230mg/m³，原采用浓度15%石灰浆水与喷淋塔进行烟气除尘脱硫，实际运行水气比大，达12L/m³,脱硫效率为87.2%，烟气脱硫系统存在石灰浆堵塞管道、结垢等问题严重影响脱硫系统正常运行，并存在脱硫运行费用高达2.5元/kg.SO₂等问题。改造后，保留原有塔体，采用脉冲放电与Fe²⁺+Mn²⁺混合溶液液相催化氧化协同脱硫工艺，运行水气比为1.5L/m³，Fe²⁺与Mn²⁺溶液质量百分比浓度为别为0.6%、0.55%，循环溶液的pH值控制在5-6，一直循环使用，经环保监测部门多次检测，脱硫效率达到99.0%，脱硫系统运行可靠，脱硫效果好，克服了管道堵塞与结垢问题，减少了脱硫运行费用。

实施例2

某厂10吨供热链条炉，燃煤烟气量35200m³/h，烟气SO₂浓度为2830mg/m³，原采用喷淋塔进行烟气除尘脱硫，脱硫剂石灰浆溶液的质量浓度为12%左右，实际运行水气比15L/m³，实测脱硫效率为85.2%，烟气脱硫系统存在石灰浆堵塞管道、结垢等问题严重影响脱硫系统正常运行，脱硫运行费用高达2.7元/kg.SO₂等问题。保留原有塔体，改造后采用脉冲放电与Fe²⁺+ Mn²⁺液相催化氧化协同脱硫工艺方案，运行水气比为1.4L/m³，Fe²⁺与Mn²⁺溶液质量百分比浓度为别为0.7%、0.65%，水溶液的pH值控制在5-6，循环使用，经环保监测部门检测，脱硫效率达到99.1%，脱硫系统运行可靠，脱硫效果好，解决了管道堵塞与结垢问题，降低了脱硫运行费用。

Claims

1.一种脉冲放电与液相催化氧化协同烟气脱硫方法，其使用的设备及催化剂是电晕放电反应器、高压脉冲电源供电系统、液相催化剂、液膜形成循环系统、水处理系统，首先将待处理烟气进入电晕放电反应器电场中，高压脉冲电晕电场放电产生的自由基和活性物质将烟气中部分SO₂氧化SO₃，通过电场和扩散的共同作用下，SO₃与未被氧化的SO₂迁移进入反应器内壁上的液体内被吸收后，SO₂进一步被液相催化氧化为S(VI)，最终形成高价态酸类，达到净化烟气目的；烟气脱硫反应后产生的废水经水处理系统处理后可回用循环使用。

2.、根据权利要求1所述，其特征在于所述的电晕放电反应器为线筒式反应器，反应器筒体由不锈钢制成，筒体内径600-800mm，筒体长4000-5000mm；反应器筒体的中心设置芒刺型放电极，放电极采用外径为40mm的不锈钢管，其长度与反应器筒体相匹配，芒刺长30mm，间距为50-60mm。

3.根据权利要求1所述，其特征在于所述的高压脉冲电源供电系统是由高压脉冲电源、ESPC-I 型智能控制器组成，额定输出电压为100kV，额定输出电流1000mA，脉冲幅度1.2-2.0倍基础直流电压，脉冲频率10-40KHz，控制器可调节输出电压参数与选择脉冲供电方式。

4.根据权利要求1所述，其特征在于所述的液相催化剂是为两种过渡性金属离子Fe²⁺+Mn²⁺混合溶液，Fe²⁺+Mn²⁺混合溶液质量百分比浓度为0.5%至1.6%，Fe²⁺与Mn²⁺溶液的质量比为1至1.2。

5.根据权利要求1所述，其特征在于所述的液膜形成循环系统是由水泵、循环水槽、流量计、环形喷水管组成，水泵、循环水槽和环形喷水管通过管道连接，流量计安装在管道中，循环水槽的容量与水泵的规格根据处理烟气量需要选定；环形喷水管设置在反应器内壁上部，管径40mm-60mm，在环形喷水管壁面上每隔40mm-50mm的距离开设5mm-8mm的小喷孔，小喷孔的方向朝着反应器的内壁面，与垂直方向的角度为30度-45度。

6.根据权利要求1所述，其特征在于所述的水处理系统是由废水收集池、中和调节池、回用水池、中和剂组成，废水收集池、中和调节池和回用水池、中和剂通过管道或溢流沟渠连接，中和剂是采用工业用石灰石颗粒或碱性冲渣水，工业用石灰石颗粒的粒径范围为5mm-20mm，回用水的pH值控制在5-6。