CN105642080A - 一种烟气净化的装置和方法 - Google Patents

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徐会军
闫克平
韩平
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Abstract

本发明涉及烟气处理领域，公开了一种烟气净化的装置和方法，该烟气净化装置包括顺序连接的电除尘器(2)、低温等离子体反应器(4)和湿法脱硫设备(6)，电除尘器(2)的出口与低温等离子体反应器(4)的入口连接，低温等离子体反应器(4)的出口与湿法脱硫设备(6)的入口连接。烟气净化的方法包括，将含尘和氮氧化物的烟气通入电除尘器(2)进行除尘处理；除尘处理后的烟气进入低温等离子体反应器进行氧化处理，然后将氧化处理形成的烟气通入湿法脱硫设备中进行吸收处理。采用本发明的装置和方法，一氧化氮的氧化和烟尘荷电效率高，装置不易发生磨损，烟气净化效果好。

Description

一种烟气净化的装置和方法
技术领域
本发明涉及烟气处理领域，具体地，涉及一种烟气净化的装置和方法。
背景技术
烟气是热电厂的主要排放物之一，通过可燃物在燃烧器(即锅炉)中燃烧产生。由于烟气中通常含有大量的氮氧化物NOx如NO，这些氮氧化物如果直接排放到大气中，会导致腐蚀性很强的酸雨，因此烟气在排放之前必须经过氮氧化物的脱除。
烟气中的氮氧化物脱除主要有二类反应途径：氮氧化物还原和一氧化氮(NO)氧化、二氧化氮(NO2)吸收。在公开号为CN102059050A的发明专利申请中公开了一种烟气复合污染物控制的方法，其中将双极性放电装置和电除尘器、脱硫塔联用，通过双极性放电将NO氧化为NO2，并使其在脱硫塔中被吸收。但是，采用此方法，一氧化氮氧化效率低。因此，开发一种一氧化氮氧化效率高的烟气净化的装置和方法是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的烟气净化技术中一氧化氮氧化效率低的缺陷，提供了一种烟气净化的装置和方法，能够高效地将烟气中一氧化氮氧化为二氧化氮以及对细颗粒物烟尘实现强荷电，并在下游设备中将二氧化氮和剩余烟尘进行有效去除。
本发明的发明人经过深入的研究发现，采用公开号为CN102059050A的发明专利申请中的方法虽然可以控制复合污染物，但由于双极性放电装置位于锅炉后电除尘器前，烟气中颗粒物浓度高，装置容易发生磨损，电极和壳体等容易发生破损及弯折。同时因高颗粒物浓度下双极性放电比较困难导致一氧化氮氧化效率低。基于此发现，发明人完成了本发明。
具体地，本发明提供了一种烟气净化的装置，该烟气净化装置包括顺序连接的电除尘器、低温等离子体反应器和湿法脱硫设备，电除尘器的出口与低温等离子体反应器的入口连接，低温等离子体反应器的出口与湿法脱硫设备的入口连接。
本发明还提供了一种烟气净化的方法，该方法包括，将含尘和氮氧化物的烟气通入电除尘器进行除尘处理；除尘处理后的烟气进入低温等离子体反应器进行氧化处理，然后将氧化处理后的烟气通入湿法脱硫设备中进行吸收处理。
本发明所提供的烟气净化的装置方法与常规技术相比，由于本发明的低温等离子体反应器位于电除尘器下游，进入低温等离子反应器的烟气中的粉尘浓度低，使等离子体反应器不易发生磨损，检修周期延长。
另外，采用本发明的装置和方法，一氧化氮的氧化和烟尘荷电效率高的原因可能是：含尘烟气在除尘器中被去除颗粒物，随后流入低温等离子体反应器中。由于低温等离子体反应器中的流光放电或介质阻挡放电，在反应器中产生羟基、臭氧、氧原子等其他活性物质，一氧化氮与这些活性物质反应成二氧化氮。另外等离子体反应器同时也产生高浓度的正及负离子和电子，对细颗粒物烟尘实现强荷电。
此外，由于电除尘器将大部分颗粒物捕集去除，在低温等离子体反应器中的烟气含尘量低，不易发生磨损。同时，由于烟尘浓度低，反应器中的放电均匀性和强度均容易控制和改善，提高活性物质的产率，从而促进脱硝效率的提高及其他对污染物的氧化。氧化后的氮氧化物及其他污染物和荷电后的细颗粒物烟尘很容易在湿式脱硫塔中被吸收和洗涤，达到烟气净化的目标。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种优选的实施方式中的烟气净化的装置示意图；
图2是本发明一种优选的实施方式中的介质阻挡放电反应器示意图；
图3是本发明另一种优选的实施方式中的流光电晕放电反应器示意图。
附图标记说明
1锅炉2电除尘器
3第一高压电源4低温等离子体反应器
41介质阻挡放电反应器42流光电晕放电反应器
5第二高压电源6湿法脱硫设备
7烟气出口8高压电极
9接地电极10绝缘介质
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种烟气净化的装置，该烟气净化装置包括顺序连接的电除尘器2、低温等离子体反应器4和湿法脱硫设备6，电除尘器2的出口与低温等离子体反应器4的入口连接，低温等离子体反应器4的出口与湿法脱硫设备6的入口连接。
在本发明中，所述低温等离子反应器4的种类可以为本领域的常规选择，例如可以为放电等离子体反应器，优选为介质阻挡放电反应器41或流光电晕放电反应器42。
根据本发明，所述烟气净化装置还可以包括与低温等离子体反应器4连接的第二高压电源5，所述第二高压电源5对所述低温等离子体反应器4供电，所述第二高压电源5与所述低温等离子反应器4组成低温等离子体反应单元。
根据本发明一种优选的实施方式，所述低温等离子反应器为介质阻挡放电反应器41，如图2所示，所述低温等离子体反应单元包括介质阻挡放电反应器41和第二高压电源5，所述介质阻挡放电反应器41包括高压电极8与接地电极9，所述高压电极8与接地电极9中间通过绝缘介质10隔开。
根据本发明另一种优选的实施方式，所述低温等离子反应器为流光电晕放电反应器42，如图3所示，所述流光电晕放电反应器42包括多个高压电极8与多个接地电极9，高压电极8位于接地电极9之间，所述高压电极8与接地电极9之间留有放电间隙。
所述第二高压电源5可以为正负脉冲高压电源、高频交流高压电源、交直流叠加高压电源、直流叠加正负脉冲高压电源、直流高压电源或双极性高压电源。供电的方式可以为连续，也可以为间歇。
在本发明中，所述低温等离子体反应器4的放电形式可以为本领域的常规选择，可以根据等离子反应器的类型确定，例如，所述低温等离子体反应器的放电形式可以采取介质阻挡放电或流光放电。
在本发明中，所述电除尘器2的种类可以为本领域的常规选择，例如可以选自管式或板式中的任意一种。
根据本发明，所述烟气净化装置还包括与电除尘器2连接的第一高压电源3，所述第一高压电源3对所述电除尘器2供电。所述第一高压电源3为负高压电源，可以选自单相直流高压电源、三相直流高压电源、脉冲高压电源和高频高压电源中的至少一种。
在本发明中，所述电除尘器2可以与锅炉1连接，所述锅炉1为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
在本发明中，所述湿法脱硫设备6的种类和结构可以为本领域的常规选择。例如，所述湿法脱硫设备6可以包括依次连通的制浆系统、吸收塔和石膏脱水系统。
根据本发明，所述低温等离子体反应器4的出口与湿法脱硫设备6的入口连接是指与湿法脱硫设备6的吸收塔的入口连接。当吸收塔上游布置有浓缩塔时，所述低温等离子体反应器4的出口与湿法脱硫设备6的入口连接是指与湿法脱硫设备6的浓缩塔的入口连接。
在本发明中，所述烟气净化装置还包括烟气出口7，优选地，所述湿法脱硫设备6设置有所述烟气出口7。
根据一种优选的实施方式，如图1所示，所述烟气净化装置包括顺序连接的锅炉1、电除尘器2、低温等离子反应器4、湿法脱硫设备6，以及与电除尘器2连接的第一高压电源3、与低温等离子体反应器4连接的第二高压电源5和设置在湿法脱硫设备6上的烟气出口7。
本发明还提供了一种烟气净化的方法，该方法包括，将含尘和氮氧化物的烟气通入电除尘器2进行除尘处理；除尘处理后的烟气进入低温等离子体反应器4进行氧化处理，然后将氧化处理后的烟气通入湿法脱硫设备6中进行吸收处理。
在本发明中，所述低温等离子体反应器4可以为放电等离子体反应器，优选为介质阻挡放电反应器41或流光电晕放电反应器42。
在本发明中，所述低温等离子体反应器4与第二高压电源5连接；优选地，所述第二高压电源5为正负脉冲高压电源、高频交流高压电源、交直流叠加高压电源、直流叠加正负脉冲高压电源或直流高压电源。
在本发明中，所述介质阻挡放电反应器41包括高压电极8与接地电极9，所述高压电极8与接地电极9中间通过绝缘介质10隔开；所述流光电晕放电反应器42包括多个高压电极8与多个接地电极9，高压电极8位于接地电极9之间，所述高压电极8与接地电极9之间留有放电间隙。
在本发明中，所述除尘处理的条件可以为本领域的常规选择，例如，所述除尘处理的条件包括：所述含尘和氮氧化物的烟气的流速可以为0.5-3m/s，优选为0.7-1.5m/s；第一高压电源3的供电电压可以为20–100kV，优选为70-100kV，更优选为72、80或100kV。
在本发明中，低温等离子体反应器4的工作气体可以选自空气、氧气和氮气中的至少一种，所述工作气体中可以任选地含有二氧化碳、水和烃中的一种或多种。所述烃是指由碳元素和氢元素组成的物质。在本发明中，所述工作气体可以为除尘后烟气。
根据本发明，所述氧化处理指的是低温等离子体反应器发生流光放电或介质阻挡放电，在反应器中产生活性物质，所述活性物质包括羟基、臭氧和氧原子中的至少一种，一氧化氮与所述活性物质反应成二氧化氮。另外低温等离子体反应器同时也产生高浓度的正及负离子和电子，对细颗粒物烟尘实现强荷电。
在本发明中，所述氧化处理的条件包括：除尘处理后的烟气中的烟尘质量浓度低于30mg/m3，同时，除尘处理后的烟气在低温等离子体反应器中的流速为1-20m/s，优选为9-12m/s。由于氧化反应为微秒级反应，可以在较短停留时间下完成。此外，选取高流速还可以防止积灰，并降低反应器的体积。
在本发明中，所述烟气净化的方法还可以包括使用第二高压电源5对低温等离子体反应器4供电，使低温等离子体反应器4中形成放电活化区。其中，供电电压可以为5-60千伏。
根据一种优选的实施方式，当所述低温等离子体反应器为介质阻挡放电反应器41时，第二高压电源5对高压电极8施加电压，所述电压为10-30千伏。接地电极9与高压电极8之间由绝缘介质10隔开而发生介质阻挡放电。
根据另一种优选的实施方式，当所述低温等离子体反应器为流光电晕放电反应器42时，第二高压电源5对高压电极8施加电压，所述电压为26-50千伏。
在本发明中，所述氧化处理后的烟气进行吸收处理，其中的氮氧化物和二氧化硫与吸收塔中的吸收液反应分别形成硝酸盐和亚硫酸盐，强荷电和凝并的细颗粒物烟尘被吸收塔洗涤，吸收处理后形成净化后的烟气。
在本发明中，所述烟气净化的方法还包括净化后的烟气经烟气出口7排出。
在本发明中，所述吸收处理的条件可以为本领域的常规选择，例如，所述吸收处理的吸收液可以为碱性吸收液，具体地，所述吸收液优选为液氨、氨水、氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液中的至少一种。更优选地，所述吸收液选自液氨、浓度为4-20重量％的氨水、钠离子含量为0.1-1mol/L的氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液中的至少一种。
在本发明中，所述烟气可以是各种含尘和氮氧化物的烟气，可以是来自电厂锅炉的烟气，也可以是来自炼钢锅炉的烟气。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
在实施例中，氮氧化物NOx的浓度通过以下方法测得：化学发光法(氮氧化物分析仪，赛默飞世尔，42i-DNMSDAB)。在本发明中，氮氧化物NOx的浓度指的是以NO计的浓度。
脱硝效率＝(脱硝前的烟气中NOx的浓度-脱硝后的烟气中NOx的浓度)/脱硝前的烟气中NOx的浓度×100％。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的烟气净化的装置和方法。
(1)装置的构建
将锅炉1、电除尘器2、介质阻挡放电反应器41、湿法脱硫设备6顺序连接，介质阻挡放电反应器41的出口与湿法脱硫设备6的吸收塔的入口连接，电除尘器2连接第一高压电源3(单相直流高压电源)、介质阻挡放电反应器41连接第二高压电源5(ZH2006型脉冲高压电源，峰值电压60kV，放电频率300Hz)，在湿法脱硫设备6上设置烟气出口7。得到图1所示的烟气净化装置。
(2)烟气净化
根据图1所示的烟气脱硝装置，采用典型的神华烟煤在锅炉1中燃烧，产生烟气。烟气中NOx的浓度为190mg/Nm3。
含尘和氮氧化物的烟气自锅炉1中排出，进入电除尘器2中进行除尘处理以除去颗粒物，所述除尘处理的条件包括：所述含尘和氮氧化物的烟气的流速为0.7m/s，第一高压电源3的供电电压为72kV。除尘处理后的烟气中的烟尘质量浓度低于30mg/m3，除尘处理后的烟气随后进入介质阻挡放电反应器41进行氧化处理。第二高压电源5对介质阻挡放电反应器41供电，使介质阻挡放电反应器41中形成放电活化区，供电电压为60kV。在放电活化区中，除尘后烟气被活化产生活性物质，例如羟基、臭氧和氧原子中的至少一种，一氧化氮与所述活性物质反应成二氧化氮，氧化处理后NO的浓度降低至100mg/Nm3。经过氧化处理后的烟气随后进入湿法脱硫设备6的吸收塔中进行吸收处理，其中，吸收液为浓度为10重量％的氨水。所述氧化处理后的烟气中的氮氧化物和二氧化硫与吸收塔中的吸收液反应分别形成硝酸盐和亚硫酸盐，强荷电凝并的细颗粒物烟尘也被吸收塔洗涤，吸收处理后形成的净化后的烟气经烟气出口7排出。
净化后的烟气中NOx的浓度为25mg/Nm3。脱硝效率为87％。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的烟气净化的装置和方法。
(1)装置的构建
将锅炉1、电除尘器2、流光电晕放电反应器42、湿法脱硫设备6顺序连接，流光电晕放电反应器42的出口与湿法脱硫设备6的吸收塔的入口连接，电除尘器2连接第一高压电源3(三相直流高压电源)、流光电晕放电反应器42连接第二高压电源5(双极性直流高压电源，负极性放电为72kV，正极性放电为60kV)，在湿法脱硫设备6上设置烟气出口7。得到图1所示的烟气净化装置。
(2)烟气净化
根据图1所示的烟气脱硝装置，采用典型的神华烟煤在锅炉1中燃烧，产生烟气。烟气中NOx的浓度为170mg/Nm3。
含尘和氮氧化物的烟气自锅炉1中排出，进入电除尘器2中进行除尘处理以除去颗粒物，所述除尘处理的条件包括：所述含尘和氮氧化物的烟气的流速为1.5m/s，第一高压电源3的供电电压为72kV。除尘处理后的烟气中的烟尘质量浓度低于30mg/m3，除尘处理后的烟气随后进入流光电晕放电反应器42进行氧化处理。第二高压电源5对流光电晕放电反应器42供电，使流光电晕放电反应器42中形成放电活化区，供电电压为72/60kV。在放电活化区中，除尘后烟气产生活性物质，例如羟基、臭氧和氧原子中的至少一种，一氧化氮与所述活性物质反应成二氧化氮。另外流光电晕放电反应器42同时也产生高浓度的离子和自由电子，对细颗粒物烟尘实现强荷电，细颗粒物的平均粒径提高5-10μm，使得颗粒物增粗变大更容易被捕集。经过氧化处理后的烟气随后进入湿法脱硫设备6的吸收塔中进行吸收处理，其中，吸收液为浓度为10重量％的氨水。所述氧化处理后的烟气中的氮氧化物和二氧化硫与吸收塔中的吸收液反应分别形成硝酸盐和亚硫酸盐，强荷电的细颗粒物烟尘被吸收塔洗涤，吸收处理后形成的净化后的烟气经烟气出口7排出。
净化后的烟气中NOx的浓度为20mg/Nm3。脱硝效率为89％。
对比例1
该对比例用于说明参比的烟气净化的装置和方法。
(1)装置的构建
按照实施例1中的装置构建方法构建烟气净化装置，所不同的是，电除尘器2和流光电晕放电反应器42的连接顺序对换，即，锅炉1、流光电晕放电反应器42、电除尘器2、湿法脱硫设备6顺序连接。
(2)烟气净化
采用本对比例中的烟气净化装置，其余的条件与实施例2中的烟气净化的方法相同。
净化后的烟气中NOx的浓度为50mg/Nm3。脱硝效率为71％。在运行半年后，流光电晕放电反应器42的电极磨损折断40％，出现无法放电起晕和高低压极短接等运行问题。
从实施例和对比例的结果可以看出，采用本发明的装置和方法，能够有效地将烟气中一氧化氮氧化为二氧化氮，并在下游设备中将二氧化氮进行有效去除。而未采用本发明方法的对比例1脱硝效率低，另外还出现一系列的例如装置磨损等问题。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.一种烟气净化的装置，其特征在于，该烟气净化装置包括顺序连接的电除尘器(2)、低温等离子体反应器(4)和湿法脱硫设备(6)，电除尘器(2)的出口与低温等离子体反应器(4)的入口连接，低温等离子体反应器(4)的出口与湿法脱硫设备(6)的入口连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述低温等离子体反应器(4)为放电等离子体反应器，优选为介质阻挡放电反应器(41)或流光电晕放电反应器(42)。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述烟气净化装置还包括与低温等离子体反应器连接的第二高压电源(5)；优选地，所述第二高压电源(5)为正负脉冲高压电源、高频交流高压电源、交直流叠加高压电源、直流叠加正负脉冲高压电源、直流高压电源或双极性高压电源。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述介质阻挡放电反应器(41)包括高压电极(8)与接地电极(9)，所述高压电极(8)与接地电极(9)中间通过绝缘介质(10)隔开；所述流光电晕放电反应器(42)包括多个高压电极(8)与多个接地电极(9)，高压电极(8)位于接地电极(9)之间，所述高压电极(8)与接地电极(9)之间留有放电间隙。
5.一种烟气净化的方法，其特征在于，该方法包括，将含尘和氮氧化物的烟气通入电除尘器(2)进行除尘处理；除尘处理后的烟气进入低温等离子体反应器(4)进行氧化处理，然后将氧化处理形成的烟气通入湿法脱硫设备(6)中进行吸收处理。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述除尘处理的条件包括：所述含尘和氮氧化物的烟气的流速为0.5-3m/s，优选为0.7-1.5m/s。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述氧化处理的条件包括：除尘处理后的烟气中的烟尘质量浓度低于30mg/m3，低温等离子体反应器内工作气体流速为1-20m/s，优选为9-12m/s。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述低温等离子体反应器(4)为放电等离子体反应器，优选为介质阻挡放电反应器(41)或流光电晕放电反应器(42)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述低温等离子体反应器(4)与第二高压电源(5)连接；优选地，所述第二高压电源(5)为正负脉冲高压电源、高频交流高压电源、交直流叠加高压电源、直流叠加正负脉冲高压电源、直流高压电源或双极性高压电源。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述介质阻挡放电反应器(41)包括高压电极(8)与接地电极(9)，所述高压电极(8)与接地电极(9)中间通过绝缘介质(10)隔开；所述流光电晕放电反应器(42)包括多个高压电极(8)与多个接地电极(9)，高压电极(8)位于接地电极(9)之间，所述高压电极(8)与接地电极(9)之间留有放电间隙。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述低温等离子体反应器为介质阻挡放电反应器(41)，第二高压电源(5)对高压电极(8)施加电压，所述电压为10-30千伏；或者，所述低温等离子体反应器为流光电晕放电反应器(42)，第二高压电源(5)对高压电极(8)施加电压，所述电压为26-50千伏。
12.根据权利要求6所述的方法，其中，所述吸收处理的吸收液为碱性吸收液，优选为液氨、氨水、氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液中的至少一种。
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