CN105688585B - 一种等离子体反应器联合覆膜滤袋的一体化烟气除尘脱汞装置及其处理方法 - Google Patents

一种等离子体反应器联合覆膜滤袋的一体化烟气除尘脱汞装置及其处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种等离子体反应器联合覆膜滤袋的一体化烟气除尘脱汞装置及其处理方法，所述装置包括等离子体反应器和覆膜滤袋，所述覆膜滤袋与等离子体反应器为同轴结构，覆膜滤袋包覆于等离子体反应器的外壁。本发明将等离子体与覆膜滤袋相结合，利用等离子体的作用使烟气中的粉尘产生荷电并发生凝并，同时等离子体中的含氧自由基可以氧化单质汞，然后气体在经过覆膜滤袋的时候，一方面可以脱除微尘，另一方面滤袋上的脱汞催化剂可以进一步氧化脱除单质汞，而等离子体产生的氧自由基还可以提高催化剂活性，从而提高了细微颗粒物和单质汞的脱除效率。

Description

一种等离子体反应器联合覆膜滤袋的一体化烟气除尘脱汞装 置及其处理方法
技术领域
本发明属于烟气净化领域，涉及一种烟气除尘脱汞装置及其处理方法，尤其涉及一种等离子体反应器联合覆膜滤袋的一体化烟气除尘脱汞装置及其处理方法。
背景技术
燃煤电厂和石油化工领域，在其燃烧过程中会产生大量粉尘、SOx、NOx或重金属等多种污染物。近年来，随着环保法规的日益完善和人们环保意识的增强，细微颗粒物和重金属两种污染物因其对环境与人体具有极大的危害而受到了国内外研究者的高度重视。为了加大环保力度，改善环境，2014年5月16日新发布的锅炉大气污染物排放标准规定，新建燃煤锅炉颗粒物的最高排放浓度标准为50mg/m3，重点地区排放标准为30mg/m3，而单质汞的排放标准也降到0.05mg/m3。细微颗粒物主要是指空气动力学当量直径≤10μm的固体颗粒物，由于粒径较小，比表面积大大增加，易成为其他有毒有害物质(如酸性氧化物、有毒重金属等)的载体或反应体。细微颗粒物对环境和人类健康有很大危害，有研究显示，细微颗粒物特别是PM2.5对大气能见度的降低有着重要的影响，与粗颗粒物相比，细颗粒物(PM2.5)降低能见度的能力更强，是导致雾霾天气的主要原因。此外小于10um的颗粒能够通过鼻子进入肺部，引发呼吸道和肺部疾病。
对于烟气中颗粒物的脱除，工业上有除尘器的种类非常多，如现有的旋风除尘器和布袋除尘器等工业除尘技术，对细微颗粒物的脱除效果差，而静电除尘器和湿法除尘器难以捕集0.1～1μm的微尘颗粒。所以针对工业上细微颗粒物 的脱除，研究人员提出了多种新型高效除尘技术，如推广和完善低压降高效静电除尘、湿式静电除尘技术、电袋复合除尘技术和等离子体法等新型脱除细粒颗物的方法，以提高细微颗粒物的脱除效率。
烟气中的汞一般有三种形态：颗粒汞、氧化汞和单质汞。其中颗粒汞和氧化汞可以在后续的脱硫等装置中脱除，也可附在颗粒物上被除尘装置脱除，但由于单质汞的高挥发性和低水溶性，使其难以被上述装置脱除，而随烟气一起排放到大气中，造成环境污染。
CN 101693465A公开了一种吸附协同等离子体作用的一体化脱硝脱汞方法，是在含有一氧化氮和汞的气体中加入氮气并混合，使其通过峰值电压不低于3000伏特、脉冲电源频率不低于500赫兹的高频高压电场，实现同时脱硝脱汞。该方法虽然利用了吸附协同等离子体的方法，但是其对待处理气体中的细微颗粒物的脱除效果较差，同时对单质汞的去除效果也不理想。
CN 101716451A公开了一种放电等离子体与吸收相结合脱除烟气中多种污染物的方法。所述方法将燃煤或焚烧烟气经电除尘或布袋除尘处理后，依次通过预洗涤塔、一级放电等离子体反应器、一级吸收塔、二级放电等离子体反应器和二级吸收塔。预洗涤塔用于烟气预净化、降温和吸收液浓缩；一级放电等离子体反应器用于NO氧化和细颗粒物荷电、捕集脱除；一级吸收塔用于SO2、NOx和荷电细颗粒物洗涤脱除；二级放电等离子体反应器用于元素Hg的氧化和酸雾、铵雾的荷电以及捕集脱除；二级吸收塔用于氧化态Hg和其它污染物的洗涤脱除。但该方法对细微颗粒物特别是PM2.5的脱除效果较差，并且其中的单质汞同样难以被脱除，而随烟气一起排放到大气中。
发明内容
针对上述现有技术对烟气中细微颗粒物特别是PM2.5以及单质汞难以被脱 除等问题，本发明提供了一种等离子体反应器联合覆膜滤袋的一体化烟气除尘脱汞装置及其处理方法。所述方法将等离子体与覆膜滤袋相结合，利用等离子体的作用使烟气中的粉尘产生荷电并发生凝并，同时等离子体中的含氧自由基可以氧化单质汞，然后气体在经过覆膜滤袋的时候，一方面可以脱除微尘，另一方面滤袋上的脱汞催化剂可以进一步氧化脱除单质汞，而等离子体产生的氧自由基可以提高催化剂活性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种烟气除尘脱汞装置，所述装置包括等离子体反应器和覆膜滤袋，所述覆膜滤袋与等离子体反应器为同轴结构，覆膜滤袋包覆于等离子体反应器的外壁。
本发明采用同轴结构可以使烟气先经过等离子体反应器使其中的细微颗粒物荷电凝并且进行预除尘，同时氧化部分的单质汞，然后烟气经等离子体反应器进入覆膜滤袋，在覆膜滤袋对单质汞进行进一步的脱除，以提高微尘与单质汞的脱除效率，并降低等离子能耗；并且，本发明为一体式结构，减小了设备的占地面积，操作简单，可以有效的节约运行成本。
本发明中等离子体反应器和覆膜滤袋的尺寸大小可根据所处理烟气量进行调整。
作为本发明的优选方案，所述等离子体反应器为筒状结构，包括电极、进气口和出气口，电极位于等离子体反应器中轴线位置，进气口和出气口开设于等离子体反应器的筒壁上。其中，电极为高压电极，其电压为0～100KV且不包括0。
优选地，出气口的个数为2个以上，例如2个、4个、6个、8个、10个、13个、15个或17个及以上，其个数可根据实际生产操作条件进行调整。
作为本发明的优选方案，所述等离子体反应器的电极与电源相连，等离子体反应器的外壁与接地线相连。
优选地，所述电源为高频电源，所述高频电源是指电源频率范围再100KHz以上的电源，采用高频电源具有较高的电能转化效率和较好的荷电强度。
优选地，所述电源为交直流电源、脉冲电源或射频电源中任意一种。
作为本发明的优选方案，所述覆膜滤袋包覆于等离子体反应器的外壁且通过滤袋支架固定于等离子体反应器上。
优选地，覆膜滤袋包覆于等离子体反应器的外壁且与等离子体反应器外壁间隔为5～50cm，例如5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm、35cm、40cm、45cm或50cm等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。
作为本发明的优选方案，覆膜滤袋由为聚酰亚胺纤维层和负载催化剂的聚四氟乙烯层的组合，即覆膜滤袋由内向外依次为聚酰亚胺纤维层和负载催化剂的聚四氟乙烯层，或由内向外依次为负载催化剂的聚四氟乙烯层和聚酰亚胺纤维层，但本发明所述的覆膜滤袋并不仅限于聚酰亚胺纤维层和负载催化剂的聚四氟乙烯层，其他可达相同目的的滤袋材料组合同样适用于本发明，但以聚酰亚胺纤维层和负载催化剂的聚四氟乙烯层的效果最优。
优选地，所述聚四氟乙烯层负载的催化剂为脱汞催化剂。
优选地，所述脱汞催化剂为Mn-Ce/TiO2催化剂，但并不仅限于Mn-Ce/TiO2催化剂，其特可进行脱汞催化的催化剂同样适用于本发明，但以Mn-Ce/TiO2催化剂效果最优。
第二方面，本发明提供了一种等离子体结合膜催化对烟气除尘脱汞的方法，所述方法为：待处理烟气先经等离子体处理除去粉尘颗粒物和初步脱汞后，进行覆膜滤袋除尘并进一步催化脱汞，最终得到净化后的烟气。
作为本发明的优选方案，所述等离子体处理的电压为0～100KV且不包括0，例如5KV、10KV、30KV、50KV、70KV或100KV等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。
优选地，所述等离子体处理在等离子体反应器中进行。
作为本发明的优选方案，所述覆膜滤袋除尘中所用的催化剂为脱汞催化剂。
优选地，所述脱汞催化剂为Mn-Ce/TiO2催化剂。
优选地，所述覆膜滤袋除尘的温度为150～300℃，例如150℃、170℃、200℃、230℃、250℃、270℃或300℃等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。
作为本发明的优选方案，净化后的烟气中颗粒物含量为5～20mg/m3，例如5mg/m3、7mg/m3、10mg/m3、13mg/m3、15mg/m3、17mg/m3或20mg/m3等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行；汞含量为0.4～1ug/m3，例如0.4ug/m3、0.5ug/m3、0.6ug/m3、0.7ug/m3、0.8ug/m3、0.9ug/m3或1ug/m3等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。
作为本发明的优选方案，所述方法为：待处理烟气先进入等离子体反应器中，在等离子体反应器中经等离子体处理除去粉尘颗粒物和初步脱汞后进入包覆于等离子体反应器外壁的覆膜滤袋中进行覆膜滤袋除尘并进一步催化脱汞，最终得到净化后的烟气。
在本发明中，待处理烟气先进入等离子体反应器，在外加高压电场的作用下，等离子体反应器中的气体分子电离，产生大量的高能电子，电子又与其他气体分子碰撞，气体的电离加剧，继而发生电子雪崩，产生大量的带电粒子。带电粒子在电场作用下，与烟气中的粉尘碰撞而使其带有荷电。等离子体使通过的颗粒物带上不同(正、负)的电荷，从而自相吸引，而细微颗粒物也以电 泳的形式扩散至大颗粒物表面，聚集成大团而沉降。借助等离子体中细微颗粒物的凝并作用，可以对小至亚微米级的细微颗粒物进行有效的收集。在粉尘带上电荷后，在电场作用下向集尘板运动，到达集尘板后释放电荷并沉积，达到脱除目的。此外，由于等离子体中产生大量的活性自由基，不仅可以发生一系列化学反应，可以有效地将单质汞氧化脱除，并且等离子体产生的氧自由基还可以提高后续覆膜滤袋中催化剂的活性，使其脱汞效率进一步提高。
经等离子体反应器处理后的烟气经等离子体反应器上的出气口进入覆膜滤袋，覆膜滤袋的内部为聚酰亚胺纤维层，其可以进一步的脱除烟气中的颗粒物，同时，当烟气穿过覆膜滤袋时，负载有催化剂的聚四氟乙烯层可以有效地氧化脱除烟气中其他单质汞，达到同时脱除细微颗粒物和单质汞的效果。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明将等离子体与覆膜滤袋相结合，利用等离子体的作用使烟气中的粉尘产生荷电并发生凝并，同时等离子体中的含氧自由基可以氧化单质汞，然后气体在经过覆膜滤袋的时候，一方面可以脱除微尘，另一方面滤袋上的脱汞催化剂可以进一步氧化脱除单质汞，而等离子体产生的氧自由基还可以提高催化剂活性，使烟气中的颗粒物脱除效率为99％以上，单质汞的脱除效率为95％以上，并且使等离子的能耗相对于现有技术降低了20～50％。
附图说明
图1是本发明所述的烟气除尘脱汞装置的结构示意图；
图2是本发明所述的烟气除尘脱汞装置的A-A截面的剖面图；
图3是本发明所述的烟气除尘脱汞装置中等离子体反应器的结构示意图；
图4是本发明所述的烟气除尘脱汞装置中覆膜滤袋结构示意图；
其中，1-覆膜滤袋，2-电极，3-等离子体反应器，4-进气口，5-出气口，6- 接地线，7-电源，8-聚酰亚胺纤维层，9-聚四氟乙烯层，10-滤袋支架。
具体实施方式
以下结合若干个具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离发明构思的非实质性改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。
如图1和图2所示，本发明提供了一种烟气除尘脱汞装置，所述装置包括等离子体反应器3和覆膜滤袋1，所述覆膜滤袋1与等离子体反应器3为同轴结构，覆膜滤袋1包覆于等离子体反应器3的外壁。
如图3所示，所述等离子体反应器3为筒状结构，包括电极2、进气口4和出气口5，电极2位于等离子体反应器3中轴线位置，进气口4和出气口5开设于等离子体反应器3的筒壁上；出气口5的个数为2个以上。
所述等离子体反应器3的电极2与电源7相连，等离子体反应器3的外壁与接地线6相连；所述电源7为高频电源，为交直流电源、脉冲电源或射频电源中任意一种。
所述覆膜滤袋1包覆于等离子体反应器3的外壁且通过滤袋支架10固定于等离子体反应器3上；覆膜滤袋1包覆于等离子体反应器3的外壁且与等离子体反应器间隔5～50cm。
如图4所示，覆膜滤袋1由内向外依次包括聚酰亚胺纤维层8和负载催化剂的聚四氟乙烯层9；所述聚四氟乙烯层9负载的催化剂为脱汞催化剂；所述脱汞催化剂为Mn-Ce/TiO2催化剂。
实施例1：
本实施例提供了如下一种烟气除尘脱汞装置：
所述装置包括等离子体反应器3和覆膜滤袋1，所述覆膜滤袋1与等离子体反应器3为同轴结构，覆膜滤袋1包覆于等离子体反应器3的外壁且通过滤袋支架10固定于等离子体反应器3上，覆膜滤袋1与等离子体反应器间隔30～35cm。等离子体反应器3为筒状结构，包括高压电极2、进气口4和出气口5，高压电极2位于等离子体反应器3中轴线位置，进气口4和出气口5开设于等离子体反应器3的筒壁上；出气口(5)的个数为2个以上。等离子体反应器3的电极2与交直流电源7相连，等离子体反应器3的外壁与接地线6相连。
覆膜滤袋1由内向外依次包括聚酰亚胺纤维层8和负载催化剂的聚四氟乙烯层9；所述聚四氟乙烯层9负载的催化剂为脱汞催化剂Mn-Ce/TiO2。
采用上述装置对模拟烟气进行处理，所述模拟烟气中细微颗粒物含量为2g/m3左右，单质汞含量为20ug/m3左右，处理方法如下：
待处理的模拟烟气经进气口4进入等离子体反应器3，等离子体反应器3中的高压电极2与等离子体反应器3形成电压为50KV的高压电场，使气体电离而含有大量带电粒子，烟气中的细微颗粒物经过电场时通过电场荷电和扩散荷电而带上不同电荷，在电场作用下，带电粒子不断团聚成较大粒径的烟尘颗粒，同时等离子中产生一些活性氧自由基，氧化烟气中的单质汞，然后烟气经过出气口5进入覆膜滤袋1，烟气经过覆膜滤袋1时，覆膜滤袋1内的聚酰亚胺纤维层8中的聚酰亚胺纤维基体材料可将烟气中的细微颗粒物过滤，烟气中的单质汞通过负载Mn-Ce/TiO2催化剂的聚四氟乙烯层9进一步氧化脱汞，其中，覆膜滤袋除尘的温度为200℃，使最终经过处理后的烟气中细微颗粒物含量为5～8mg/m3，单质汞含量为0.4～0.5ug/m3，即颗粒物脱除效率为99％上，单质汞的脱除效率为95％以上，并且使等离子的能耗相对于现有技术降低了20～30％。
实施例2：
除了本实施例中覆膜滤袋1与等离子体反应器间隔5～10cm，等离子体反应器3的出气口个数为5个，覆膜滤袋1由内向外依次包括负载催化剂的聚四氟乙烯层9和聚酰亚胺纤维层8，等离子体反应器3中的高压电极2与等离子体反应器3形成的电压为10KV，采用的烟气除尘脱汞装置电源7为脉冲电源外，装置的其他部件与连接方式均与实施例1中相同。
采用该烟气除尘脱汞装置对模拟烟气进行处理，除了覆膜滤袋除尘的温度为150℃外，其处理方法与实施例1中相同，使最终经过处理后的烟气中细微颗粒物含量为8～15mg/m3，单质汞含量为0.4～0.5ug/m3，即颗粒物脱除效率为99％以上，单质汞的脱除效率为95％以上，并且使等离子的能耗相对于现有技术降低了20～40％。
实施例3：
除了本实施例中覆膜滤袋1与等离子体反应器间隔40～50cm，等离子体反应器3的出气口个数为10个，等离子体反应器3中的高压电极2与等离子体反应器3形成的电压为100KV，采用的烟气除尘脱汞装置电源7为射频电源外，装置的其他部件与连接方式均与实施例1中相同。
采用该烟气除尘脱汞装置对模拟烟气进行处理，除了覆膜滤袋除尘的温度为300℃外，其处理方法与实施例1中相同，使最终经过处理后的烟气中细微颗粒物含量为15～20mg/m3，单质汞含量为0.7～1ug/m3，即颗粒物脱除效率为99％以上，单质汞的脱除效率为95％以上，并且使等离子的能耗相对于现有技术降低了20～40％。
对比例1：
本对比例仅采用等离子体反应器3对模拟烟气进行处理，模拟烟气的含量 与实施例1中相同，等离子体反应器3的结构和处理过程均与实施例1中相同，最终经过处理后的烟气中细微颗粒物含量为300mg/m3左右，单质汞含量为8ug/m3左右，即颗粒物脱除效率为85％左右，单质汞的脱除效率为60％左右。
对比例2：
本对比例仅采用覆膜滤袋1对模拟烟气进行处理，模拟烟气的含量与实施例1中相同，等覆膜滤袋1的结构和处理过程均与实施例1中相同，最终经过处理后的烟气中细微颗粒物含量为200mg/m3，单质汞含量为10ug/m3，即颗粒物脱除效率为90％，单质汞的脱除效率为50％。
综合实施例1-3和对比例1-2的结果可以看出，本发明将等离子体与覆膜滤袋相结合，利用等离子体的作用使烟气中的粉尘产生荷电并发生凝并，同时等离子体中的含氧自由基可以氧化单质汞，然后气体在经过覆膜滤袋的时候，一方面可以脱除微尘，另一方面滤袋上的脱汞催化剂可以进一步氧化脱除单质汞，而等离子体产生的氧自由基还可以提高催化剂活性，使烟气中的颗粒物脱除效率为99％以上，单质汞的脱除效率为95％以上，并且使等离子的能耗相对于现有技术降低了20～50％。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (12)

1.一种烟气除尘脱汞装置，其特征在于，所述装置包括等离子体反应器(3)和覆膜滤袋(1)，所述覆膜滤袋(1)与等离子体反应器(3)为同轴结构，覆膜滤袋(1)包覆于等离子体反应器(3)的外壁；
所述等离子体反应器(3)为筒状结构，包括电极(2)、进气口(4)和出气口(5)，电极(2)位于等离子体反应器(3)中轴线位置，进气口(4)和出气口(5)开设于等离子体反应器(3)的筒壁上；
覆膜滤袋(1)为聚酰亚胺纤维层(8)和负载催化剂的聚四氟乙烯层(9)的组合；所述聚四氟乙烯层(9)负载的催化剂为脱汞催化剂。
2.根据权利要求1所述的烟气除尘脱汞装置，其特征在于，出气口(5)的个数为2个以上。
3.根据权利要求1所述的烟气除尘脱汞装置，其特征在于，所述等离子体反应器(3)的电极(2)与电源(7)相连，等离子体反应器(3)的外壁与接地线(6)相连。
4.根据权利要求3所述的烟气除尘脱汞装置，其特征在于，所述电源(7)为高频电源。
5.根据权利要求3所述的烟气除尘脱汞装置，其特征在于，所述电源(7)为交直流电源、脉冲电源或射频电源中任意一种。
6.根据权利要求1所述的烟气除尘脱汞装置，其特征在于，所述覆膜滤袋(1)包覆于等离子体反应器(3)的外壁且通过滤袋支架(10)固定于等离子体反应器(3)上。
7.根据权利要求1所述的烟气除尘脱汞装置，其特征在于，覆膜滤袋(1)包覆于等离子体反应器(3)的外壁且与等离子体反应器外壁间隔为5～50cm。
8.根据权利要求1所述的烟气除尘脱汞装置，其特征在于，所述脱汞催化剂为Mn-Ce/TiO2催化剂。
9.一种等离子体结合膜催化对烟气除尘脱汞的方法，其特征在于，所述方法为：待处理烟气先进入等离子体反应器(3)中，在等离子体反应器(3)中经等离子体处理除去粉尘颗粒物和初步脱汞后进入包覆于等离子体反应器(3)外壁的覆膜滤袋(1)中于150～300℃下进行覆膜滤袋除尘并进一步催化脱汞，最终得到净化后颗粒物含量为5～20mg/m3，汞含量为0.4～1ug/m3的烟气。
10.根据权利要9所述的方法，其特征在于，所述等离子体处理的电压为0～100KV且不包括0。
11.根据权利要9所述的方法，其特征在于，所述覆膜滤袋除尘中所用的催化剂为脱汞催化剂。
12.根据权利要11所述的方法，其特征在于，所述脱汞催化剂为Mn-Ce/TiO2催化剂。
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