CN105797528A - 一种火力发电厂废气脱硫净化系统 - Google Patents

一种火力发电厂废气脱硫净化系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种火力发电厂废气脱硫净化系统，该系统包括余热交换器、气体过热保护装置、热式气体质量流量计、混合气体流量调节阀、布袋式除尘器、光磁共振效应‑二氧化硫分解反应器、惯性分离装置、烟气水洗冷却塔、引风机。本系统创造性的利用了物质的光磁共振效应，在某一特定强度的交变式电磁场中，当废气中的二氧化硫分子受到铯蒸汽激光的照射时，其分子中构成S‑O键的共用电子对会在铯激光的高能光子轰击下发生能级跃迁，从而使S‑O键强度逐步减弱，最终发生断键和解离，并分解为氧气和单质硫渣。由于硫渣本身具有较大密度，再经过惯性分离操作即可将其从废气中分离去除，分离所得的含硫灰渣亦可回收提取硫，实现资源再利用。

Description

一种火力发电厂废气脱硫净化系统
技术领域
本发明涉及一种火力发电厂废气脱硫净化系统，属于环境保护中的废气处理领域。
背景技术
我国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤炭一直占我国能源生产和消耗的70%以上。随着经济的快速发展，煤炭消费仍不断增长，但随着煤炭消耗量的增加，燃煤产生二氧化硫的数量也不断增加，我国二氧化硫年排放量已超过2000万吨。有关研究表明，我国每排放一吨二氧化硫所造成的经济损失约为2万元，这就意味着我国每年因二氧化硫排放所造成的经济损失已超过4000亿元。同时，由于近年来全国电力的紧缺，全国大力新建燃煤电厂，每年火力发电行业所排放的二氧化硫废气约为780万吨，占全国二氧化硫年排放量的39%，因此，火力发电行业已成为我国大气环境二氧化硫污染的重要来源之一。
二氧化硫的大量排放使城市的空气污染不断加剧，同时还会导致“酸雨”的形成。大量的环境监测资料表明，由于大气层中的酸性物质增加，地球大部分地区上空的云水正在变酸，如不加控制，酸雨区的面积将继续扩大，给人类带来的危害也将与日俱增。现已确认，大气中的二氧化硫和二气化氮是形成酸雨的主要物质。目前，在我国覆盖四川、贵州、广东、广西、湖南、湖北、江西、浙江、江苏和青岛等省市部分地区，面积达200多万平方公里的酸雨区是世界三大酸雨区之一。
由于二氧化硫对自然环境及人类健康存在着较大的危害，因此，对二氧化硫污染治理方法的研究一直备受重视，目前现有的治理方法归纳如下：
（1）直接吸收法：通过使用碱液直接吸收废气中的二氧化硫，或将二氧化硫转化为其他可被利用的物质。
（2）固体吸附法：主要包括分子筛法、泥煤法和硅胶法。
（3）催化还原法：主要包括常压催化还原法、高温高压催化还原法和生物还原法。
（4）氧化法：主要包括催化氧化法、脉冲电晕法和微生物氧化法。
上述传统治理方法的缺点明显，如投资与运行费用高、易出现催化剂中毒从降低处理效率并堵塞设备、物料消耗较高、二氧化硫去除效率低、对设备造成较大磨损、反应条件控制不当时还会产生各类次生污染等问题。因此，有必要摆脱现有的治理技术路线，从净化治理的原理上加以创新和变革，开发一种全新形式的二氧化硫治理技术。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供了一种火力发电厂废气脱硫净化系统，该系统包括余热交换器、气体过热保护装置、热式气体质量流量计、混合气体流量调节阀、布袋式除尘器、光磁共振效应-二氧化硫分解反应器、惯性分离装置、烟气水洗冷却塔、引风机等；其中火力发电厂排出的含硫废气通过气体管路进入余热交换器，余热交换器的出口通过气体管路连接气体过热保护装置，气体过热保护装置的出口通过气体管路连接热式气体质量流量计，热式气体质量流量计的出口通过气体管路连接混合气体流量调节阀，混合气体流量调节阀的出口通过气体管路连接布袋式除尘器，布袋式除尘器的出口通过气体管路连接光磁共振效应-二氧化硫分解反应器，光磁共振效应-二氧化硫分解反应器的出口通过气体管路连接惯性分离装置，惯性分离装置的出口通过气体管路连接烟气水洗冷却塔，烟气水洗冷却塔的出口通过气体管路连接引风机，引风机的出口通过气体管路连通大气环境；其中，光磁共振效应-二氧化硫分解反应器右侧上部设有进气阀门，右侧下部设有出气阀门，其内部分隔为上、下两部分空间，上部空间的右上角和右下角分别安装有1只二极管抽运式铯蒸汽激光器，下部空间的右上角和右下角分别安装有1只吸光挡板，整个反应器内部交错安装有18面激光反射镜片，以上结构使反应器内部空间中形成铯激光束的网状交错分布，反应器外部安装有1部交变式超导电磁铁，能够形成垂直分布的磁场。
进一步，含硫废气经过光磁共振效应-二氧化硫分解反应器右侧上部的进气阀门进入反应器内部，交变式超导电磁铁能够在反应器内部产生一个特定强度和频率的交变磁场，同时，位于反应器上部空间右上角和右下角的2只二极管抽运式铯蒸汽激光器开始工作，沿一定角度发射高能铯蒸汽激光，两路激光束经整个反应器内部交错安装的18面激光反射镜片的反射，在整个反应器内部形成一个网状的激光束结构，当废气中的二氧化硫分子受到铯蒸汽激光的照射时，其分子中构成S-O键的共用电子对会在铯激光的高能光子轰击下发生能级跃迁，从而使S-O键强度逐步减弱，最终发生断键和解离，并分解为氧气和单质硫，形成混合有含硫粉末的废气，由反应器右侧下部的排气阀门排出反应器，再经惯性分离操作即可将其从废气中分离去除，分离所得的含硫灰渣亦可回收提取硫，实现资源再利用。
进一步，光磁共振效应-二氧化硫分解反应器的工作压力范围为0.08~1.10MPa，工作温度范围为250~700℃，有效容积为300m3。
进一步，二极管抽运式铯蒸汽激光器采用长度为6mm的铯金属饱和蒸汽作为增益介质，并在常温下充入34.2kPa的乙烷和51.0kPa的氦气，铯蒸汽激光束的中心波长为852.0nm，压缩线宽为0.34nm。
进一步，光磁共振效应-二氧化硫分解反应器的交变式超导电磁铁能够产生强度峰值为12.6T的电磁场，其交变频率为57.5Hz。
进一步，光磁共振效应-二氧化硫分解反应器由锰钢材质制成，并包覆有隔热阻燃层。
本发明的优点在于：
（1）本系统摆脱了现有的二氧化硫治理模式，创造性的利用了物质的固有特性——光磁共振效应，采用了先进的二极管抽运式铯蒸汽激光技术和交变超导电磁技术，通过光磁共振的作用，使S-O键强度逐步减弱，最终发生断键和解离，并分解为氧气和单质硫。该方法通过使用某一特定强度和频率的交变磁场，可以选择性的且极其精准的作用于二氧化硫分子中的S-O键，是非常有针对性的处理方法，其处理效率可达到99.4%。
（2）通过光磁共振效应-二氧化硫分解反应器处理后的含有单质硫灰渣的废气，由于硫渣本身具有较大密度，再经过惯性分离操作即可将其从废气中分离去除，分离所得的含硫灰渣亦可回收提取硫，实现了资源再利用和废物零排放。
（3）本系统的光磁共振效应-二氧化硫分解反应器中，铯蒸气激光束呈独特的网状分布，使废气能够经过铯蒸汽激光的多次直接照射，提高了转化效率，提升了整个系统的处理能力。
（4）本系统技术路线先进，设备占地面积较小，并且处理效果良好，运行维护成本很低，有利于大范围推广应用。
附图说明
图1是本发明的设备示意图。
图中：1-余热交换器、2-气体过热保护装置、3-热式气体质量流量计、4-混合气体流量调节阀、5-布袋式除尘器、6-光磁共振效应-二氧化硫分解反应器、7-惯性分离装置、8-烟气水洗冷却塔、9-引风机
图2是光磁共振效应-二氧化硫分解反应器的示意图。
61-进气阀门、62-二极管抽运式铯蒸汽激光器、63-铯蒸汽激光束、64-激光反射镜片、65-吸光挡板、66-隔热阻燃层、67-交变式超导电磁铁、68-排气阀门。
具体实施方式
如图1所示的火力发电厂废气脱硫净化系统，该系统包括余热交换器1、气体过热保护装置2、热式气体质量流量计3、混合气体流量调节阀4、布袋式除尘器5、光磁共振效应-二氧化硫分解反应器6、惯性分离装置7、烟气水洗冷却塔8、引风机9等；其中，火力发电厂排出的含硫废气通过气体管路进入余热交换器1，在此经过热交换作用使过热的废气得到降温和稳定，并且得到的剩余热量可供利用，余热交换器1的出口通过气体管路连接气体过热保护装置2，其作用是当余热交换器故障或经热交换后的废气温度依旧过高时，可暂时切断气路，起到保护后端处理装置的作用，气体过热保护装置2的出口通过气体管路连接热式气体质量流量计3，可对废气流量、流速等信息进行实时监控记录，热式气体质量流量计3的出口通过气体管路连接混合气体流量调节阀4，通过导入空气的方法调整废气中二氧化硫的实际浓度，并对废气进行精确的稀释降温，混合气体流量调节阀4的出口通过气体管路连接布袋式除尘器5，在此除去废气中的颗粒污染物，防止磨损或阻塞后端处理装置，布袋式除尘器5的出口通过气体管路连接光磁共振效应-二氧化硫分解反应器6，光磁共振效应-二氧化硫分解反应器6的出口通过气体管路连接惯性分离装置7，通过惯性分选方法将废气中混合的含硫灰渣分离提取，并回收利用，惯性分离装置7的出口通过气体管路连接烟气水洗冷却塔8，在此对处理后的废气进行进一步的水洗净化和冷却，烟气水洗冷却塔8的出口通过气体管路连接引风机9，引风机9的出口通过气体管路连通大气环境；其中，光磁共振效应-二氧化硫分解反应器6由锰钢材质制成，并包覆有隔热阻燃层66，反应器右侧上部设有进气阀门61，右侧下部设有出气阀门68，其内部分隔为上、下两部分空间，上部空间的右上角和右下角分别安装有1只二极管抽运式铯蒸汽激光器62，下部空间的右上角和右下角分别安装有1只吸光挡板65，整个反应器内部交错安装有18面激光反射镜片64，以上结构可使反应器内部空间中形成铯激光束的网状交错分布，反应器外部安装有1部交变式超导电磁铁67，能够形成垂直分布的磁场；含硫废气经过光磁共振效应-二氧化硫分解反应器6右侧上部的进气阀门61进入反应器内部，交变式超导电磁铁67能够在反应器内部产生一个强度峰值为12.6T、交变频率为57.5Hz的电磁场，同时，位于反应器上部空间右上角和右下角的2只二极管抽运式铯蒸汽激光器62开始工作，沿一定角度发射高能铯蒸汽激光，两路激光束经整个反应器内部交错安装的18面激光反射镜片64的反射，在整个反应器内部形成一个网状的激光束结构，当废气中的二氧化硫分子受到铯蒸汽激光的照射时，其分子中构成S-O键的共用电子对会在铯激光的高能光子轰击下发生能级跃迁，从而使S-O键强度逐步减弱，最终发生断键和解离，并分解为氧气和单质硫，形成混合有含硫粉末的废气，由反应器右侧下部的排气阀门排出反应器，再经惯性分离操作即可将其从废气中分离去除，分离所得的含硫灰渣亦可回收提取硫，实现资源再利用；其中，光磁共振效应-二氧化硫分解反应器6的工作压力范围为0.08~1.10MPa，工作温度范围为250~700℃，有效容积为300m3；其中，光磁共振效应-二氧化硫分解反应器6，其二极管抽运式铯蒸汽激光器62采用长度为6mm的铯金属饱和蒸汽作为增益介质，并在常温下充入34.2kPa的乙烷和51.0kPa的氦气，铯蒸汽激光束63的中心波长为852.0nm，压缩线宽为0.34nm，平均使用寿命可达13500小时；其中，光磁共振效应-二氧化硫分解反应器6，其交变式超导电磁铁67能够产生强度峰值为12.6T的电磁场，其交变频率为57.5Hz。
通过本系统处理后的废气，其二氧化硫去除效率可达99.4%。

Claims (6)

1.一种火力发电厂废气脱硫净化系统，其特征在于，该系统包括余热交换器、气体过热保护装置、热式气体质量流量计、混合气体流量调节阀、布袋式除尘器、光磁共振效应-二氧化硫分解反应器、惯性分离装置、烟气水洗冷却塔、引风机等；其中火力发电厂排出的含硫废气通过气体管路进入余热交换器，余热交换器的出口通过气体管路连接气体过热保护装置，气体过热保护装置的出口通过气体管路连接热式气体质量流量计，热式气体质量流量计的出口通过气体管路连接混合气体流量调节阀，混合气体流量调节阀的出口通过气体管路连接布袋式除尘器，布袋式除尘器的出口通过气体管路连接光磁共振效应-二氧化硫分解反应器，光磁共振效应-二氧化硫分解反应器的出口通过气体管路连接惯性分离装置，惯性分离装置的出口通过气体管路连接烟气水洗冷却塔，烟气水洗冷却塔的出口通过气体管路连接引风机，引风机的出口通过气体管路连通大气环境；其中，光磁共振效应-二氧化硫分解反应器右侧上部设有进气阀门，右侧下部设有出气阀门，其内部分隔为上、下两部分空间，上部空间的右上角和右下角分别安装有1只二极管抽运式铯蒸汽激光器，下部空间的右上角和右下角分别安装有1只吸光挡板，整个反应器内部交错安装有18面激光反射镜片，以上结构使反应器内部空间中形成铯激光束的网状交错分布，反应器外部安装有1部交变式超导电磁铁，能够形成垂直分布的磁场。
2.根据权利要求1所述的火力发电厂废气脱硫净化系统，其特征在于，含硫废气经过光磁共振效应-二氧化硫分解反应器右侧上部的进气阀门进入反应器内部，当废气中的二氧化硫分子受到铯蒸汽激光的照射时，分解为氧气和单质硫，形成混合有含硫粉末的废气，由反应器右侧下部的排气阀门排出反应器，再经惯性分离操作即可将其从废气中分离去除，分离所得的含硫灰渣亦可回收提取硫，实现资源再利用。
3.根据权利要求1所述的火力发电厂废气脱硫净化系统，其特征在于，光磁共振效应-二氧化硫分解反应器的工作压力范围为0.08~1.10MPa，工作温度范围约为250~700℃，有效容积为300m3。
4.根据权利要求1所述的火力发电厂废气脱硫净化系统，其特征在于，二极管抽运式铯蒸汽激光器采用长度为6mm的铯金属饱和蒸汽作为增益介质，并在常温下充入34.2kPa的乙烷和51.0kPa的氦气，铯蒸汽激光束的波长为852.0nm，压缩线宽为0.34nm。
5.根据权利要求1所述的火力发电厂废气脱硫净化系统，其特征在于，光磁共振效应-二氧化硫分解反应器的交变式超导电磁铁能够产生强度峰值为12.6T的电磁场，其交变频率为57.5Hz。
6.根据权利要求1所述的火力发电厂废气脱硫净化系统，其特征在于，光磁共振效应-二氧化硫分解反应器由锰钢材质制成，并包覆有隔热阻燃层。
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