CN103990359B - 利用低温等离子体净化湿法脱硫气雾中氮氧化物和雾粒的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用低温等离子体净化湿法脱硫气雾中氮氧化物和雾粒的方法与装置。该方法是将经湿法烟气脱硫气雾通入净化装置，高压放电产生的低温等离子体将气雾中的一氧化氮氧化为亲水性强的二氧化氮，同时气雾中的雾粒在高压放电的作用下荷电、定向运动至电极液膜上而被捕集；电场中运动粒子的诱导效应能促使气流向电极运动，导致二氧化氮与电极液膜接触，从而被吸收脱除。借助低温等离子体的氧化作用和电场力作用下的气流和荷电粒子定向运动，也可脱除气雾中的气态汞、三氧化硫溶胶和烟尘等。因此本发明解决了湿法脱硫气雾中多污染物的同时脱除问题，即在一个反应器内实现多种污染物的脱除，从而大大降低烟气处理的投资和运行费用。
Description
技术领域
本发明涉及一种净化湿法脱硫气雾中氮氧化物和雾粒的方法与装置，属于环境保护技术领域。更具体地说，涉及一种利用低温等离子体的氧化、运动粒子诱导气流定向运动以及雾粒和电极液膜的吸收作用，净化湿法脱硫气雾中氮氧化物和雾粒的方法与装置。
背景技术
众所周知，煤炭约占我国一次能源消费的70％，燃煤烟气SO2和NOx(x＝1,2)是造成大气污染严重的主要原因。为了控制燃煤污染，我国先针对火电锅炉，随后延伸到工业锅炉和窑炉，开展了烟气脱硫脱硝工作。主流技术是选择性催化还原(SCR)脱硝后，再采用湿法脱硫(WFGD)。其优势是脱硫脱硝效率高，技术成熟，运行可靠。然而，脱硝系统复杂、催化剂易失活且用到管理难度大的危险化学品-液氨或氨类化合物，因而投资和运行费用皆较高。另一方面，湿法脱硫尽管具有运行稳定，投资和运行费用适中的优势，但湿法脱硫后排放的气体或多或少携带酸雾或石膏浆液，而形成酸雨和“石膏雨”现象，引起大气污染和设备腐蚀。同时，湿法脱硫烟气排放后形成的气溶胶，进入大气后形成雾霾，也是近年来频发的雾霾天气的成因之一。常见的湿法脱硫脱硝参见参考文献：钟秦，燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例：第二版(M).北京：化学工业出版社，2007:24‐166.
为了解决湿法烟气脱硫气雾引发的问题，通常采用机械除雾配合气‐气换热升温(GGH)的方法。然而，这种除雾方式效率并不可靠，酸雾和石膏雨之类大气污染问题依然存在，而且GGH换热器故障频出。正是在这种背景下，温式静电除雾技术应运而生，湿式静电除雾是借助高压放电使雾粒荷电，并在电场力作用下定向运动，最终从气流中分离出来。这一除雾方式可以从根本上解决湿法烟气脱硫排出气雾的问题，而且通过设置静电除雾系统，有望取消GGH这一建设费用和运行故障率皆偏高的湿法烟气脱硫配套单元，降低对于吸收塔机械除雾的要求。
湿式脱硫气雾环境中含有大量雾粒，电极表面附着有液膜，提供了气液接触吸收脱除气雾所含气态污染物的环境。然而，各类燃烧过程产生的氮氧化物NOx主要为NO，由于NO的亲水性差，为了借助湿式吸收方法脱除NOx，需要将NO氧化为亲水性强的NO2。而传统的湿式静电除雾技术基于负高压放电产生高能电子，主要目的是分离雾粒，这种放电方式产生的高能电子化学效应弱，并不能高效氧化NO，因而脱硝效率并不高。因此，为了实现除雾的同时，高效脱除NOx之目的，需要采用新的技术方法。本发明正是在这样的背景下提出的。
发明内容
本发明提供了一种利用低温等离子体净化湿法脱硫气雾所含氮氧化物，并同步脱除湿法脱硫气雾所含雾粒的方法与装置。这意味着在解决湿法脱硫后气雾携带酸雾或石膏浆液的同时高效脱除NOx(x＝1,2)，在投资和运行费用较低的情况下，实现多种污染物的脱除。
本发明提供的利用低温等离子体净化湿法脱硫气雾中氮氧化物和雾粒的方法通过以下方案实现：从湿法脱硫塔排出的气雾进入低温等离子体反应器内，利用高压电源进行正高压放电产生化学活性强的低温等离子体(包括电子、离子、活性基团和激发态分子)，这类低温等离子体具有强氧化活性，将气雾所含NO高效氧化为亲水性强的NO2。另一方面，气雾所含雾粒在低温等离子体场荷电，并在高压电场力作用下定向运动至电极表面，接触电极液膜从而从气雾中分离出来。同时在高压电场力作用下，低温等离子体和荷电雾粒定向运行会诱导气流(此时的气流为包含了雾粒和低温等离子体的气雾)形成小涡流，不断冲击电极表面上的电极液膜。正是在气流的定向运动和冲击电极液膜的过程中，气流中的二氧化氮(包括自身携带的二氧化氮和氧化生成的NO2)不断接触雾粒和电极液膜，继而被其吸收脱除。实际上，借助低温等离子体的氧化作用和高压电场力作用下的气流和荷电粒子定向运动，也可脱除气雾中的气态汞、三氧化硫溶胶和烟尘等污染物。因此本发明解决了湿法脱硫气雾中多污染物的同时脱除问题，即在一个低温等离子体反应器内，实现多种污染物的同时脱除，从而大大降低烟气处理的投资和运行费用。
所述的低温等离子体反应器可采用C形、W形或Z形板状接地极，也可以采用圆筒蜂窝体、多边形蜂窝体作为接地极，接地极材料选取玻璃钢和其他耐腐蚀金属材料。放电极采用锯齿线、针形线、星形线、芒刺线或串接齿轮线，材质为耐腐蚀且耐放电氧化的金属如耐腐蚀的不锈钢。所述的电极液膜可采用向电极喷淋湿法烟气脱硫塔中循环吸收液或脱硫工艺水补充。所述高压电源供电方式包括正极性直流高压、正极性直流高压叠加高频交流、正极性直流高压叠加高频脉冲。其中正极性直流高压的电压为20kV至70kV。
本发明还提供一种实现所述的方法的装置，所述装置包括进气管道、低温等离子体反应器、高压电源、放电极、接地极、绝缘子、储液池、加液管、喷淋管道及喷嘴、循环泵、集液池、排液口和烟囱。根据处理气量的大小可选取立式或者卧式结构。在低温等离子体反应器中，高压电源的高压引线穿过绝缘子连接到放电极上，放电极和接地极构成低温等离子体放电区的电场空间；储液池中的吸收液依次经由循环泵、喷淋管道及喷嘴喷淋至放电极与接地极上形成电极液膜，流过放电极和接地极的表面后落入集液池并进入储液池中以供循环使用，或由集液池底部设置的排液口直接排出。
与传统的方法相比，本发明提出的利用低温等离子体净化湿法脱硫气雾中氮氧化物和雾粒的方法与装置，其有益效果主要体现在：
借助低温等离子体具有强的氧化作用效应，能氧化一氧化氮为亲水性强的二氧化氮，再借助运动粒子的诱导效应，促进氮氧化物与雾粒同时和电极液膜接触，实现在除雾的同时，脱除氮氧化物。借助这种方法，可实现较高的脱硝效率，甚至在除雾之前，不采用其它脱硝措施，即可实现氮氧化物达标排放。此外，这种低温等离子体净化技术方法可具有较高的脱除SO3、汞和烟尘的效率。所以本发明在一个反应器内即可实现多种污染物的脱除，节省占地，同时大大降低烟气处理的投资和运行费用。
附图说明
图1为本发明提供的湿法脱硫气雾中氮氧化物的净化装置卧式结构示意图；
图2为本发明提供的湿法脱硫气雾中氮氧化物的净化装置立式结构示意图。
图中：
1.进气管道；2.低温等离子体反应器3.高压电源；4.放电极；
5.接地极；6.绝缘子；7.加液管；8.储液池；
9.循环泵；10.喷淋管道及喷嘴；11.集液池；12.排液口；
13.烟囱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
本发明提供一种利用低温等离子体净化湿法脱硫气雾中氮氧化物和雾粒的装置，这种利用低温等离子体净化湿法脱硫气雾中氮氧化物和雾粒的装置既可设置为立式结构，也可采用卧式结构。
结合图1所示卧式结构，所述装置包括进气管道1、低温等离子体反应器2、高压电源3、放电极4、接地极5、绝缘子6、加液管7、储液池8、循环泵9、喷淋管道及喷嘴10、集液池11、排液口12和烟囱13。
湿法脱硫气雾通过进气管道1进入低温等离子体反应器2中被净化后通过烟囱13排出。在低温等离子体反应器2中，高压电源3的高压引线穿过绝缘子6连接到放电极4上，放电极4和接地极5构成低温等离子体放电区的电场空间；储液池8中的吸收液依次经由循环泵9、喷淋管道及喷嘴10喷淋至放电极4与接地极5上形成电极液膜，流过放电极4和接地极5的表面后落入集液池11并进入储液池8中以供循环使用，或由集液池11底部设置的排液口12直接排出。湿法脱硫气雾进入低温等离子体反应器2内后，高压电3进行正高压放电产生化学活性强的低温等离子体，利用这类低温等离子体的强氧化活性，将气雾所含NO高效氧化为亲水性强的NO2。另一方面，气雾所含雾粒在低温等离子体放电区的电场空间荷电，并在高压电场力作用下定向运动至放电极4或接地极5表面，接触电极液膜从而从气雾中分离出来。同时在高压电场力作用下，低温等离子体和荷电雾粒定向运行会诱导气雾不断形成小涡流，不断冲击放电极4和接地极5上的电极液膜，气雾中的NO2不断与雾粒和电极液膜接触继而被吸收脱除。经处理后的湿法脱硫气雾由烟囱13排到空气中，此时的气雾中已经被去除了95％以上的雾粒，并且一氧化氮去除效率高于60.6％。所述的低温等离子体反应器2可采用C形、W形和Z形板状接地极，或圆筒蜂窝体、多边形蜂窝体作为接地极5，其材料材质为玻璃钢或其他耐腐蚀金属材料如不锈钢。放电极4采用锯齿线、针形线、星形线、芒刺线或串接齿轮线，材质为耐腐蚀且耐放电氧化的金属，如不锈钢。所述的电极液膜可采用向电极喷淋湿法烟气脱硫循环吸收液或脱硫工艺水补充。
所述的电极液膜借助电场作用下捕集的雾粒，以及采用循环泵9将储液池8中的吸收液或脱硫工艺水通过喷淋管道及喷嘴10均匀地向电极(放电极4与接地极5)喷淋形成。
所述高压电源供电方式包括正极性直流高压、正极性直流高压叠加高频交流、正极性直流高压叠加高频脉冲。其中正极性直流高压的电压为20kV至70kV。
可在处理前通过加液管7向储液池8中加入湿法烟气脱硫循环吸收液作为循环吸收液的初始来源。
在处理过程中，如需补充、更换吸收液或清理储液池8中的固体沉淀物，可以通过排液口12将吸收液或固体沉淀物排出，再将新鲜的循环吸收液通过加液管7加入。
实施例1：
应用本发明提供的利用低温等离子体净化湿法脱硫气雾中氮氧化物和雾粒的装置，放电极4采用锯齿形，接地极5为W形板状，高压电源3为正极性的直流高压电源，放电电压为50kV；利用基于这种配置的净化装置处理某化工公司锅炉湿法脱硫气雾，处理气量为160000Nm3/h。检测结果表明，对雾粒去除效率高于97.3％，一氧化氮去除效率高于60.6％。
实施例2：
放电极4采用锯齿形，接地极5为Z形板状，高压电源3为正极性的直流高压电源，放电电压为20kV；利用基于这种配置的净化装置处理某电气公司锅炉湿法脱硫气雾，处理气量为122000Nm3/h。检测结果表明，对雾粒去除效率高于96.5％，一氧化氮去除效率高于72％。
实施例3：
放电极4采用串接齿轮形(每个齿轮上均布四个齿)，接地极5为圆筒形蜂窝体，高压电源3为正极性的直流高压电源叠加高频交流电源，其中，正极性直流工作电压为70kV；利用基于这种配置的净化装置处理某石化公司锅炉湿法脱硫气雾，处理气量为800000Nm3/h。检测结果表明，对雾粒去除效率高于96％，一氧化氮去除效率高于66％。
实施例4：
放电极4采用芒刺形，接地极5为W形板状，高压电源3为正极性的直流高压电源叠加脉冲电源，其中，正极性直流工作电压为70kV；利用基于这种配置的净化装置处理某发电公司锅炉湿法脱硫气雾，处理气量为960000Nm3/h。检测结果表明，对雾粒去除效率高于97％，一氧化氮去除效率高于52％。
实施例5：
放电极7采用星型，接地极5为六边形蜂窝体，高压电源3为正极性的直流高压电源叠加高频交流电源，其中，正极性直流工作电压为60kV；利用基于这种配置的净化装置处理某化工公司锅炉湿法脱硫气雾，处理气量为360000Nm3/h。检测结果表明，对雾粒去除效率高于95％，一氧化氮去除效率高于82.3％。以上去除效率均为质量百分比含量。
Claims (1)
1.利用低温等离子体净化湿法脱硫气雾中氮氧化物和雾粒的方法，其特征在于：从湿法脱硫塔排出的气雾进入低温等离子体反应器内，利用高压电源进行正高压放电产生化学活性强的低温等离子体，这类低温等离子体具有强氧化活性，将气雾所含NO高效氧化为亲水性强的NO2；另一方面，气雾所含雾粒在低温等离子体场荷电，并在高压电场力作用下定向运动至电极表面，接触电极液膜从而从气雾中分离出来；同时在高压电场力作用下，低温等离子体和荷电雾粒定向运行会诱导气流形成小涡流，不断冲击电极表面上的电极液膜，在气流的定向运动和冲击电极液膜的过程中，气流中的二氧化氮不断接触雾粒和电极液膜，继而被其吸收脱除；经处理后的湿法脱硫气雾由烟囱排到空气中，此时的气雾中已经被去除了95％以上的雾粒，并且一氧化氮去除效率高于60％；同时，借助低温等离子体的氧化作用和高压电场力作用下的气流和荷电粒子定向运动，也脱除气雾中的气态汞、三氧化硫溶胶和烟尘；实现湿法脱硫气雾中多污染物在一个低温等离子反应器内同时脱除；
所述高压电源供电方式包括正极性直流高压、正极性直流高压叠加高频交流或正极性直流高压叠加高频脉冲；其中正极性直流高压的电压为50kV至70kV；
所述电极液膜采用向电极喷淋湿法烟气脱硫塔中循环吸收液或脱硫工艺水补充；
所述的利用低温等离子体净化湿法脱硫气雾中氮氧化物和雾粒的方法的实现装置，包括进气管道、低温等离子体反应器、高压电源、放电极、接地极、绝缘子、储液池、加液管、喷淋管道及喷嘴、循环泵、集液池、排液口和烟囱；根据处理气量的大小选取为立式或者卧式结构；在低温等离子体反应器中，高压电源的高压引线穿过绝缘子连接到放电极上，放电极和接地极构成低温等离子体放电区的电场空间；储液池中的吸收液依次经由循环泵、喷淋管道及喷嘴喷淋至放电极与接地极上形成电极液膜，流过放电极和接地极的表面后落入集液池并进入储液池中以供循环使用，或由集液池底部设置的排液口直接排出；
所述的低温等离子体反应器采用C形、W形或Z形板状接地极，或者采用圆筒蜂窝体、多边形蜂窝体作为接地极；放电极采用锯齿线、针形线、星形线、芒刺线或串接齿轮线；
接地极选取玻璃钢或耐腐蚀金属材料；放电极选取耐腐蚀且耐放电氧化的金属。
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