CN102688672A - 一种对燃烧系统所产生废气的脱硝方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明申请提供一种对燃烧系统所产生废气的脱硝方法及其设备，所述的脱硝方法，是将还原剂带入等离子体反应容器内的电极区或电极区后的反应区，在那里还原剂和等离子体发生碰撞和能量交换，并被全部或部分转化成等离子体或激化活化分子，这种混合的气体被导入含NOx的废气通道，并和该废气一起进入还原反应室，在催化剂或高温作用下把NOx还原成N2和CO2及水等无害的气体，处理后的气体通过后续排放装置排放。所述的方法大大节约固体还原剂的用量以及降低还原剂成分泄漏的风险，并且可以缩短反应的时间，提高反应装置的反应效率。

Description

一种对燃烧系统所产生废气的脱硝方法及其装置

技术领域

本发明申请涉及一种含NO_x气体的净化工艺，可用于电厂烟道气、内燃机尾气及其它工业化过程所产生的含NO_x废气的污染治理。

背景技术

众所周知，燃烧过程会产生大量的含NO_x的气体，NO_x的浓度可达到几百甚至上千ppmg。NO_x是所有氮氧化合物的总称，其中约90%为NO。NO_x被释放到大气中会导致酸雨的形成、空气的污浊，NO如进入大气平流层还会造成臭氧层的破坏。烟气/尾气中的NO_x主要来自燃料中的含氮化合物的氧化，也有一部分来自空气中的分子氮的氧化。除了燃料中含氮化合物的浓度，锅炉的负荷、燃烧温度、空气的富余量以及燃烧停留时间等因素也是决定烟气中NO_x浓度的重要因素。如在实际的电厂中，仅仅锅炉负荷的变化就可以造成NO_x的排放量波动高达4倍左右。世界上的主要国家都对烟气中NO_x的排放实行限制，其排放标准有逐步严格的趋势，这对烟气中的NO_x处理会提出越来越高的要求。

现有烟气的脱NO_x技术包括已经商业化的选择性催化还原法（SCR）和选择性非催化还原法（SNCR）。选择性催化还原法在烟气中注入以氨气（NH₃）和氨水为主的化合物，氨在催化剂的作用下还原NO并生成无害的氮气和水。氨还有助于后续的电除尘中飞灰的收集从而提高该装置的运行效率。此反应必须在大约300-450 ℃之间进行，温度太低则反应效率大大降低，而太高则会使得催化剂失效。为了利用烟气中的余热，在发电厂，SCR反应装置通常设在锅炉出口后二次空气预热器之前。SNCR法采取与SCR类似的还原反应，还原剂一般采用尿素，不用催化剂催化而是选择在高温条件如1000-1200 °C下进行反应，因此使用SNCR法时还原剂一般添加到锅炉内接近出口部位具有所需要高温的区段内。

由于氨气是不稳定的危险气体，有刺激性气味，因此在制备、运输和储存氨气上有安全隐患，氨通常必须以液氨或氨水的形式储存。为了保证较高的NO_x去除率，在发电厂氨的投加量一般要适当过量，这样就会造成氨泄漏的危险。氨除了有刺激性气味，对动物和环境也有毒害作用。为了避免使用氨所带来的一系列问题，研究人员提出了许多变通的SCR或SNCR法。最为重要的变通方法是使用氨的替代物质，最为常用的氨的替代物质是尿素。尿素在常温下呈固体状，非常稳定，其运输和储存都比较方便。然而，由于是固体，尿素的计量和投加比较困难，为了投加均匀并且形成很小的颗粒，工程中常常将尿素先溶于水配成20 %的溶液，然后把溶液喷入烟气中。由于水在摄氏1000多度高温下挥发成气体需要吸收热量，因此将尿素配置成溶液来投加的方法会造成能量上的大量浪费。

美国专利（US7，008，603B2）揭示了一种把尿素先水解转化成氨气然后再投加的方法和装置，其反应方程如下：

NH₂CONH₂ →NH₄OCN

NHOCN ←→NH₃ + HNCO

HNCO + H₂O + 热量 →NH₃ + CO₂

总反应式为： NH₂CONH₂ + H₂O +热量→2NH₃ + CO₂

该反应必须在高温（大于145 °C，最佳温度171 °C左右）和一定压力（如数百psig）下才能进行，在某些酸和强碱作用下反应速率会大大加快，像磷酸那样的高阶无机酸是该反应的良好的催化剂。在磷酸作用下的催化反应方程为：

NH₂CONH₂ + 2H₃PO₄ +热量→2NH₄H₂PO₄ + CO₂

2NH₄H₂PO₄ →2NH₃ + 2H₃PO₄

NH₂CONH₂ + H₂O + 2NH₄H₂PO₄ →2(NH₄)₂HPO₄ + CO₂

2(NH₄)₂HPO₄ +热量→2NH₃ + 2NH₄H₂PO₄

根据该方法，尿素必须先溶于水中，然后加入到尿素水解反应器中制备氨气，氨气产生后立即加入到NO还原单元中去，制备氨气的速率可以根据实际氨气的需要来决定，氨气的产生速率通过调节加入到水解装置中的尿素和水的量来调节。

US Pat No 2010/0050597 A1告诉我们，当尿素应用到汽车尾气的脱硝时，它首先被溶于水中，然后喷洒到内燃机的气道中配合SCR法被利用，水分蒸发后，尿素变成很小颗粒的固体，在温度大于180 °C时，尿素比较彻底地分解成氨气和氰酸，而氰酸则被水解成氨气和二氧化碳。然而在城市中行走时，汽车尾气的温度经常小于180 °C，此时尿素颗粒的热解比尿素的部分聚合（即尿素聚合成缩二脲（biuret））发生得慢，这样部分尿素就会变成缩二脲，而缩二脲在任何催化剂的酸性位点表面在较大的温度范围内（大于或小于180 °C）都会很快被升华和分解。缩二脲分解可以用如下方程表示：

H₂NCONHCONH₂（固体）+ 2H₂O（气体）→3NH₃ （气体）+ 2CO₂（气体）。

然而，在较低温度时，缩二脲的分解不彻底，此时高浓度的尿素就会开始发生完全聚合反应，而生成白色固体聚氰酸 （cyamelide，（HNCO）x）。这个反应通常只发生在高浓度的尿素积聚在催化剂表面，而且热分解或催化分解的速度较慢的时候。缩二脲的分解受温度的影响，随温度的增加而增加；而尿素的完全聚合则受当地的尿素的浓度和缩二脲的浓度的影响，浓度越高则聚合的速度越快。因此，当尿素用于SCR法时，当温度较低时，固体聚合物会覆盖在催化剂表面从而使催化剂失效。而氰酸聚合物的分解需要较高温度（通常大于450 °C），而这样的高温会损坏催化剂的活性位点。当温度低时（低于180°C时）为了避免尿素聚合反应，采取适当少投入尿素的办法，此时尿素的添加量必须随温度的变化而变化，同时尿素的添加也必须根据进气中的NOx的浓度和出气中的残留NH3而及时做出调整，以免处理不完全或有害刺激性的氨气泄漏。

除了上面提到的尿素和氨外，可以作为NO_x的还原剂还有氰酸（isocyanic acid和cyanic acid，HOCN）和三聚氰酸（cyanuric acid）。氰酸在常温常压下也是非常活泼、不稳定、对人有刺激作用的气体（常被用作催泪剂），它能较容易地形成聚合物，因此储存和运输比较困难。氰酸在常温下可以连接到有机物的基团或分子表面形成有机化氰酸或聚合成三聚氰酸而稳定化。美国专利Pat No 5，342，599提出把氰酸吸附到分子筛或沸石（zeolites）、活性碳、金属氢化物、离子交换树脂等吸附材料表面来稳定氰酸，然后通过加热来解析被吸附的氰酸；降低压力或使用空气和其它载气来携带氰酸可以减少氰酸的聚合。使用吸附稳定化的氰酸可以避免使用三聚氰酸作为原始还原剂，因为三聚氰酸常温下为固体，气化和分解需要较高能量。氰酸可以用尿素直接预先制得，成本相对三聚氰酸要低，此法可以较好地调节控制还原剂的量，从而避免加量过多或不足。

美国专利Pat No. 4，861，567告诉我们可以设置分解室（区）在无氧和有燃料或CO和水存在的条件下来分解三聚氰酸制备氰酸，分解温度在700-1000 °C之间，在分解室内的停留时间为0.03-2秒之间。产物氰酸进入反应室在有氧条件下和NO反应生成N₂、CO₂和水，反应方程如下：

2HNCO + 2NO →O₂ + 2N₂ + 2CO₂ + H₂O

该反应也需要在较高的温度（1000-1500 °C）下进行。

美国专利Pat No 4，886，650提出用升华三聚氰酸或氰脲酰胺（ammelide和ammeline）的方法来制备脱硝还原剂氰酸，升华温度要求300 °C以上并以350-800 °C为最佳，过渡元素为主要组成的金属催化剂会加快氰酸还原NO的反应，还原反应在400-800 °C下就能进行，催化剂的作用主要是促进相关自由基的生成，从而使得NO_x的还原反应变得容易。详细的氰酸还原NO_x的反应如下：HNCO→H 生产

H + HNCO →NH₂ + CO

NH₂ + NO →N₂H + OH →N₂ + H +OH →N₂ + H₂O

N₂H →N₂ + H

OH + CO →CO₂ + H

由此可见，反应中自由基H和OH参与了反应。该方法指出额外地添加CO或其类似物，如烯烃和炔烃（olefins和alkenes）可以降低还原反应的温度，它们的加入会促进自由基H的生成，从而促进NO还原反应的进行。

在汽车尾气的处理中，由于温度不高，以上方法无法使用。美国专利No 5，693，300提出用氰酸，NH₃，肼（hydrazine，H₂NNH₂）或它们的混合物和催化剂床接触并部分产生活性自由基NCO，NH₂，NH，H，OH，NC或混合物来还原NO_x，这样反应温度可以大大降低。使用的催化剂一般为金属氧化物。由于催化剂不和尾气或烟气接触，因此催化剂的使用寿命可以延长。添加的剂量可以根据NO_x的浓度进行调节从而防止还原剂添加过量。氰酸和氨可以由尿素、三聚氰酸、异三聚氰酸（isocyanuric acid）、三聚氰酸一胺（ammelide）、三聚氰酸二胺（ammeline） 和肼等来制备。NO_x还原反应的温度范围为室温至接近1000 °C，视具体反应物的种类而定。

美国专利 Pat No 5，120，516 提出了用烷基胺（alkyl amine）来作为还原剂来把NO还原成N₂，它们还同时具有氧化剂的功能，能把NO氧化成NO₂，生成的NO₂用水洗的方法去除。此还原反应甚至在没有催化剂的作用下，可以在350-400 °C下进行，这一温度大大低于通常条件下使用尿素和三聚氰酸等还原剂还原NO所需要的温度。

综上所述，现有的SCR或SNCR所需还原剂的制备和添加技术有多种选择，但都存在这样那样的问题。氨气和氰酸分子量小，它们直接被用于NO_x的还原反应，但是它们的运输和储存较为困难，且有较大的安全隐患，由于它们有刺激性，对环境有直接的危害，使用中如果泄漏将会对生活在周边的居民造成较大的影响。尿素和三聚氰酸等固体还原剂在常温常压下性质稳定，加热后它们能分解生成NO还原所需要的还原剂（如氨和氰酸等），但是由于是固体，它们的均匀添加、计量和调节存在困难。由于在大多数气相反应中，反应物的颗粒越小反应越容易进行，直接添加固体很难做到颗粒的最小化。另一种选择是把固体先溶于液体中配成较稀的溶液然后喷洒到反应中去，这样液体挥发后就会形成很小的固体颗粒。但液体挥发必然带走一部分热量，造成较大的能量浪费。在燃煤电厂使用尿素的SNCR法时，由于水的蒸发所带走的能量可能高达发电量的1%。

进一步的选择是在现地把尿素和三聚氰酸先分解转化为氨气或氰酸气体再投入还原反应中去，由于尿素和三聚氰酸的彻底分解需要用到约180 ℃和450 ℃以上的高温，因此，反应需要较高的能量；为了防止氰酸的聚合，反应必须在较低的压力或有较大量的载气作用下（以降低分压）进行，这样势必对运行造成不小的麻烦，特别是当用于汽车尾气NO_x排放控制时，由于尾气温度较低，往往需要严格地控制尿素的添加。

再进一步的发展是例如US Pat No 5，693，300和US Pat No 4，886，650所提出的那样通过使用金属催化剂来使得氨气和氰酸全部或部分变成自由基活性颗粒来与NO_x进行反应，这样所需的还原反应温度可以大大降低，但是，此法需要用到贵重的金属催化剂，使用成本较高，同时使用固体催化剂床其反应条件比较难以调节，其反应质量也难以进行控制。

发明内容

本发明申请即是针对目前在对烟气尾气等废气处理中存在的上述不足之处，提供一种在生产实际中更为安全可靠且运行成本低的烟气和尾气的脱硝方法，尤其是配合SCR法和SNCR法使用的还原剂的制备和添加方法及其设备。

本发明的目是提供一种新的脱硝还原剂的制备和添加方法以及脱硝工艺，其核心是利用一种非平衡等离子体（non-equilibrium plasma）或非热等离子体（non-thermal plasma)的发生和反应装置，从尿素或三聚氰酸等含氮的固体物质来制备可用于还原NO的活性物质，以促进该反应的发生和发生的效率。

非热等离子体也称为非完全等离子体（non-completed plasma）或大气非热等离子体（atmospheric non-thermal plasma），这种等离子体所含的电子通常具有电子温度1ev左右，但等离子体表观温度仅在几百摄氏度甚至室温。该条件下等离子体中的各种粒子没有充分碰撞，各种粒子温度不相等，没有达到热平衡。通过这种等离子体反应器可以把固体还原剂（为区别氨气和氰酸等更直接的气体还原剂，我们把它们称作为还原剂前体）进行快速气化，并使其进行全部或部分分解、离子化、激化和活化，从而更有效地用于NO的还原反应。利用本发明不需要使用昂贵的催化剂就能灵活地制备具有高活性的用于废气脱硝的还原性气体。

本发明申请提供一种对燃烧系统所产生废气的脱硝方法，所述的方法是利用等离子体反应装置制备能还原NO_x的活性自由基和其它活化激化分子，然后将制备得到的活性自由基和其它活化激化分子导入含NO_x的废气通道，在催化剂或一定温度的作用下把NO_x还原成N₂和CO₂及水等无害的气体。

具体来说，所述的脱硝方法，是将还原剂带入等离子体反应容器内的电极区或电极区后的反应区，在该区域还原剂和等离子体发生碰撞和能量交换，从而得以气化，并被全部或部分转化成活性自由基或激化活化分子，这种混合的气体（称作为还原性等离子体）被导入含NO_x的废气通道，并和该废气一起进入还原反应室，在催化剂(SCR法）或高温（SNCR法）作用下把NO_x还原成N₂和CO₂及水等无害的气体，处理后的气体通过后续排放装置排放。

尽管本发明主要是针对固体还原剂或还原剂前体的使用，但是也可以用于对常温下为气体的还原剂如氨气、氰酸、异氰酸或烷基胺类气体还原剂的处理，这些气体还原剂经过本发明的等离子体反应装置处理后会变得更加活泼，从而使得它们与NO_x的反应更加容易进行。

所述的固体还原剂包括尿素，缩二脲，三聚氰酸，三聚氰酸一酰胺（ammilide），三聚氰酸二酰胺（ammeline）、三聚氰胺（melamine）、肼（hydrazine）在内的含氨基或氰酸根的固体化合物，这些化合物在加热后会产生氨气和/或氰酸。

所述固体还原剂等离子化的反应时间为0.01-5秒。

所述固体或气体还原剂等离子化所需的温度在室温至1200 ℃。

所述的活性自由基的种类包括NCO、NC、NH₂、NH、N、OH、H及它们的混合物；涉及的活化激化分子包括NH₃、HNCO、CO、H₂O、H₂及它们的混合物。

所述的等离子体反应装置由反应容器、载气进气系统、正负电极、电源以及固体加料系统所组成，电源为所述反应装置供电，正负电极设置在反应容器中，固体加料系统与载气进气系统相通，体载气进气系统与反应容器相通，其中，

1、反应容器为电子、等离子体和待气化的固体还原剂进行能量交换和反应的地方；

2、载气进气系统包括为反应容器提供等离子体化气体源的等离子体载气系统和为携带固体还原剂进入反应容器提供载体的辅佐载气系统，等离子体载气系统也可兼作辅佐载气系统，此时等离子载气系统和辅佐载气系统合二为一；

3、正负电极为等离子体反应装置提供电场，在电场内产生高压放电，正负电极设置在反应器的上方或下方或中间任何位置，电极的放置应保证等离子体载气的全部或绝大部分通过电极之间的空间，并在电极区及通过电极区后形成等离子体。

所述的反应容器一般由玻璃、陶瓷、工程塑料、不锈钢或其它材料加工而成的，其形状可采用任何形状，但以圆柱形或长方体形为佳。

所述的等离子体载气系统的进气口一般设在反应容器的侧壁或上下底，或以导管导入反应容器内部任何位置，进气口可以是单个也可以是多个，辅佐载气系统通常为进料系统的组成部分，与固体加料系统配合使用。

所述的正负电极可以是单对电极也可以是多对电极组成的电极模块，正负电极分别连接到高压电源的两极，在两电极之间产生3千伏到120千伏的电压；高压电源为等离子体反应装置提供高压直流电、高压脉冲直流电、也可以是交流电，它一般使用常规交流电源（90-240伏）经变压调频电路把常规电源变成所需的电源；固体加料装置提供固体进料的计量和投放，一般设在反应器顶部或侧部，使得固体能均匀地加入到反应器中并与在电极间产生的电子或高能等离子体发生能量交换，从而被分解。

无论采取何种电极及放电形式，在电极区所形成的自由电子的能量（电子温度）在0.9-10 eV范围之内，电子密度在10⁶-10¹⁸ /cm³之间。等离子体载气在这样的电子作用下部分变成等离子体，当固体的燃烧添加剂加入反应装置内的电极区或电极区后的等离子反应区与由等离子载气产生的等离子体发生碰撞和能量交换，使得它们发生汽化、分解、成为或部分成为带电离子或激化活化的分子，气化/离子化/激化活化的还原剂成分（本发明中这种混合的气体被称为还原性等离子体）被引入到还原反应室（区）与NO_x进行还原反应。

等离子体载气可以是空气，或氮气，或水蒸气，或氢气、或氩气、或氦气、或烟气尾气等任何有利于形成还原性等离子体的气体。可用作辅佐载气的气体种类和等离子体载气相同。

电极间高压放电的形式可以是滑弧放电（gliding arc discharge）、电晕放电(corona discharge)、或介质阻挡放电(dielectric barrier discharge)等任何放电形式。

电极的布置及等离子体载气的气流可以设计成等离子体火炬（plasmatorch）、等离子体喷淋（plasma shower）、等离子体喷嘴（plasma nozzle）、管状或板状等离子体发生器等形式。

固体还原剂等离子体化的反应时间随固体还原剂的种类，还原剂含水率等的不同而不同，一般在0.01-5秒之间，反应时间过长会浪费能量并有可能导致所生成的等离子体淬火而失去活性，当然，如果时间过短，能量吸收不充分，会导致等离子体化不充分。最佳的等离子反应时间应有现场的试验决定。

固体还原剂等离子化所需的温度也由固体还原剂的种类决定，可以通过控制等离子体发生装置的功率和载气的流量来获得所需的反应温度，一般等离子体的表观温度需要在100 °C以上，对温度的上限并无特殊限制，只有当使用空气或含有氧气的烟道气作载气时该温度才必须控制在还原剂的燃点以下以免发生燃烧，当使用空气或含有氧气的烟道气作载气时该温度最高不能超过1200 °C以免引起氮气的氧化生成额外的NO_x。

等离子体反应装置的高压放电方式的选择对还原性等离子体的制备并不是决定性的，不同的放电方式所具有的反应效率会略有不同，关键是电流电压及其频率和功率的调控、载气种类的选择和流量控制，相关参数的确定应以反应产物的等离子体化及保持高的NO_x还原能力为准。等离子体化反应装置的还原剂处理能力，根本性地取决于使得还原剂等离子体化所需的能量和电极所能提供的能量之间的平衡。对于选定的还原剂及其选定的等离子体放电方式、运行所需的电压频率及其功率以及载气的种类和流量这些参数的最佳值必须通过现场试验来确定。

等离子体反应装置也以设计成不带有反应容器的开放式系统，在开放式等离子体反应系统中，还原剂前体与源于等离子体载气的等离子体在电极区及电极后的开放空间发生反应，反应后所产生的还原性等离子气体迅速与接近的NO_x分子混合并发生反应。因此，开放式等离子反应装置适用于还原剂前体等离子体化反应极快的情形，并且常常设置在含NO_x的废气的通路内或NO还原反应的反应单元内。

本发明申请所述的对燃烧系统所产生废气的脱硝方法，具有以下的优点：

1、本发明与以往的烟气尾气还原法脱硝技术相比，一个根本性的不同是采用了高压放电的方式来促进产生还原性等离子体，等离子体的产生可以通过固体还原剂的投加、载气的流量和电流功率的调节而灵活地调节，因此还原剂的投加可以随着待处理气体的流量及NO_x浓度的变化而相应地变化。这样做可以避免过量投加还原剂，从而大大节约固体还原剂的用量以及降低还原剂成分泄漏的风险；

2、由于还原性等离子体除了保留基本气体还原剂的还原特性，而且处于离子化或其它激化活化状态，因此更容易与气体的NO_x发生反应，从而可以降低还原反应发生所需的温度，也可以缩短反应的时间。这样使得还原法可以在更大的温度范围进行。而可以提高反应装置的反应效率，降低停留时间，或提高处理效果；

3、由于等离子体反应装置可以直接处理固体的还原剂，并且产生的产物为等离子化的气体，因此可以避免使用大量的水来溶解固体还原剂，从而可以节约由此造成的能耗；

4、使用本发明的还原剂等离子体反应装置，无须使用催化剂，这样一方面可以降低因使用催化剂所造成的成本，也可以摆脱催化剂催化反应单一的弊端，从而可以更加灵活的选择还原剂。

附图说明

图1是本发明申请一个实施例的工艺流程框图；

图2是本发明申请另一个实施例的工艺流程框图；

图3是本发明申请再一个实施例的工艺流程框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明申请所述的对燃烧系统所产生废气的脱硝方法和装置进行描述说明，目的是为了公众更好的理解本发明申请所述的技术内容，而不是对所述技术内容的限制，事实上，凡在本发明申请的创新精神实质内对所述方法和装置的改进，包括相同或近似的结构和工艺流程、条件，都是本领域一般技术人员无需创造性的劳动即可得到的，因此都在本发明申请所要求保护的技术方案之内。

实施例1

如图1所示，使用固体加料系统把固体还原剂加入到辅佐载气系统上，辅佐载气系统把固体还原剂带入等离子体反应容器内的电极区或电极区后的反应区，在该区域，固体还原剂和源自等离子体载气系统的等离子体发生碰撞和能量交换，从而得以气化，并被全部或部分转化成等离子体或激化活化分子，这种还原性等离子体被导入含NO_x的废气通道，并和该废气一起进入还原反应室，在催化剂(SCR法）或一定温度（SNCR法）的作用下把NO_x还原成N₂和CO₂及水等无害的气体，处理后的气体通过后续排放装置排放。

实施例2

如图2所示，使用固体加料系统把固体还原剂直接加入到等离子体载气系统上，等离子载气把固体还原剂带入等离子反应容器内的电极区或电极后的反应区。随后的步骤和实施例1相同。

实施例3

如图3所示，采用开放式的等离子体反应装置，等离子体反应装置放入废气通路中去，所产生的还原性等离子体迅速和废气接触，这样的工艺布置特别适合于等离子喷嘴、等离子淋浴、等离子火炬等等离子体装置的应用。在这样的布置中，等离子体一旦产生能迅速进入还原反应，避免等离子体发生淬火而湮灭。随后的步骤和实施例1相同。

实施例 4

使用固体尿素作为还原剂前体；等离子反应装置使用等离子体火炬；使用空气作为在等离子体载气和辅佐载气，等离子载气的流量为60升/分，辅佐载气的流量为10升/分；电源采用电压为1万伏、频率为120赫兹的直流变频电源，额定功率为600瓦。等离子体载气通过正负电极之间的电极区，在电场作用下发生等离子体化，固体尿素颗粒在辅佐载气空气的带动下，通过专门的进气通道被输送到正负电极区的出口处，在那里与通过了电极区的等离子体载气混合，并发生能量交换；在电子和等离子体的作用下，固体尿素被气化并被全部或部分等离子化，所形成的混合等离子体从出口喷出，并形成等离子体火焰；在等离子体火焰中，尿素气体和其它等离子气体继续发生反应，形成还原性等离子气体；该气体被导入到烟道中温度达到600 - 1100 °C的地方与NO进行还原反应。该等离子体反应装置每小时处理固体尿素1公斤以上，所产生的等离子气体能处理烟气3000 立方米，NO_x的浓度从700ppmv降为300ppmv。

实施例5

等离子体反应装置采用滑弧放电设计，电源采用电压为10万伏、频率为120 赫兹、功率为20千瓦的脉冲直流电源。等离子体载气和辅佐载气均采用空气，载气和辅佐载气的流量分别为120和20立方米/小时，反应停流时间为4秒，每小时处理尿素40公斤，所产生的等离子气体通入烟道中SCR处理单元的前段与烟气中的NO_x发生混合，并在SCR处理单元中在还原催化剂的作用下与NO_x发生还原反应。该系统每小时能处理12万立方米燃煤烟气，相当于30兆瓦燃煤发电机组所产生的烟气量，处理后NO_x的浓度可达到100ppmv以下。

Claims (10)

1.一种对燃烧系统所产生废气的脱硝方法，其特征在于：所述的方法是利用等离子体反应装置制备能还原NO_x的活性自由基和其它活化激化分子，然后将制备得到的活性自由基和其它活化激化分子导入含NO_x的废气通道，在催化剂或高温的作用下把NO_x还原成N₂和CO₂及水等无害的气体。

2.根据权利要求1所述的脱硝方法，其特征在于：所述的方法是将还原剂带入等离子体反应装置内的电极区或电极区后的反应区，在该区域还原剂和等离子体发生碰撞和能量交换，从而得以气化并被全部或部分转化成活性自由基或激化活化分子，这种混合的气体被导入含NO_x的废气通道，并和所述的废气一起进入还原反应室，在催化剂或高温作用下把NO_x还原成N₂和CO₂及水等无害的气体，处理后的气体通过后续排放装置排放。

3.根据权利要求2所述的脱硝方法，其特征在于：所述的还原剂包括常温下的固体还原剂或常温下为气体的气体还原剂，所述固体还原剂等离子化的反应时间为0.01-5秒，所述固体或气体还原剂等离子化所需的温度在室温至1200 ℃。

4.根据权利要求3所述的脱硝方法，其特征在于：所述的固体还原剂包括尿素、缩二脲、三聚氰酸、三聚氰酸一酰胺、三聚氰酸二酰胺、三聚氰胺或肼的含氨基或氰酸根的固体化合物，所述的气体还原剂包括氨气、氰酸、异氰酸或烷基胺类气体还原剂。

5.根据权利要求2所述的脱硝方法，其特征在于：所述的活性自由基包括NCO、NC、NH₂、NH、N、OH、H及它们的混合物，所述的活化激化分子包括NH₃、HNCO、CO、H₂O、H₂及它们的混合物。

6.权利要求1所述的对燃烧系统所产生废气的脱硝方法的等离子体反应装置，其特征在于：所述的反应装置由反应容器、载气进气系统、正负电极、电源以及固体加料系统所组成，电源为所述反应装置供电，正负电极设置在反应容器中，固体加料系统与载气进气系统相通，载气进气系统与反应容器相通，其中，

1）反应容器为电子、等离子体和待气化的固体还原剂进行能量交换和反应的地方；

2）载气进气系统包括为反应容器提供等离子体化气体源的等离子体载气系统和为携带固体还原剂进入反应容器提供载体的辅佐载气系统，等离子体载气系统也可兼作辅佐载气系统，此时等离子载气系统和辅佐载气系统合二为一；

3）正负电极为等离子体反应装置提供电场，在电场内产生高压放电，正负电极设置在反应器的上方或下方或中间任何位置，电极的放置保证等离子体载气的全部或绝大部分通过电极之间的空间，并在电极区及通过电极区后形成等离子体。

7.根据权利要求6所述的等离子体反应装置，其特征在于：所述的等离子体载气系统的进气口设在反应容器的侧壁或上下底，或以导管导入反应容器内部任何位置，所述的正负电极是单对电极或多对电极组成的电极模块，正负电极分别连接到高压电源的两极，在两电极之间产生3千伏到120千伏的电压。

8.根据权利要求6所述的等离子体反应装置，其特征在于：所述的载气进气系统中的等离子体载气和辅佐载气的气体包括空气、氮气、水蒸气、氢气、氩气、氦气、电厂烟气或汽车尾气，所述的正负电极间高压放电的形式包括滑弧放电、电晕放电或介质阻挡放电。

9.根据权利要求6所述的等离子体反应装置，其特征在于：所述的正负电极的布置及等离子体载气的气流布置方式包括等离子体火炬、等离子体喷淋、等离子体喷嘴或管状或板状等离子体发生器。

10.根据权利要求10所述的等离子体反应装置，其特征在于：所述的反应容器的材质包括玻璃、陶瓷、工程塑料或不锈钢，所述的反应容器的形状包括圆柱体或长方体。

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