CN109925850B - 电化学协同液相催化硫硝尘一体化净化方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电化学协同液相催化硫硝尘一体化净化方法，该方法将待处理废气通入荷电区，荷电区由2个以上的阴极电晕电极和上下端密封的阳极电滤耦合组件形成，2个以上的阴极电晕电极设置在阳极电滤耦合组件周围，荷电区会产生电晕放电、介质放电等放电现象，在荷电区对烟气中的颗粒物进行荷电，并产生强氧化物质，同时用吸收液对进入阳极电滤耦合组件内的待处理废气进行喷淋，有毒气体中的SO2被吸收液吸收，强氧化物质对NOx、SOx氧化去除，荷电颗粒物在电场力、阳极电滤耦合组件上的微孔物理阻力及吸收液喷淋作用下得到有效去除，净化后的气体排出；本发明有效利用了电除尘、物理除尘及电化学协同液相催化的耦合作用，可以达到工业废气中的硫硝尘一体化净化的目的。

Description

电化学协同液相催化硫硝尘一体化净化方法及装置
技术领域
本发明涉及烟气净化领域，具体涉及一种电化学协同液相催化硫硝尘一体化净化方法及组件。
背景技术
随着我国工业化和城市化的快速发展，环境问题日益突出，尤其是大气污染越来越严重，直接给人民健康、生态环境和经济发展造成了严重损失，而燃煤烟气、电炉尾气等产生的SO2、NOx和PM2.5是大气污染中的主要污染物，因此，发展烟气同步脱硫脱硝除尘技术是解决我国环境污染严重、保持经济绿色健康发展的关键任务。
发展烟气同步脱硫脱硝除尘技术同时也是许多有色金属行业，开采加工行业需要克服的关键难题，常见的烟气除尘有旋风除尘、布袋除尘、膜过滤、电除尘和电-袋除尘技术。传统旋风除尘器可以净化高温、高含尘浓度的烟气，且结构简单，易于制造、安装和维护管理，设备投资和操作费用都较低，但除尘效率仅为20%-30%，且对细颗粒物去除效果不佳。袋式除尘器是已广泛应用的除尘技术，结构简单，维护操作方便；对粉尘的特性不敏感，不受粉尘及电阻的影响，净化后粉尘排放浓度可小于30mg/m3，但其操作温度一般要求低于280℃，且对细微粉尘的处理效果不理想；以上传统的除尘工艺不但除尘效率低，运行环境要求苛刻，而且无法做到硫硝尘一体化高效去除的目的。
传统单元式控制技术难以满足越来越严格的硫硝尘一体化高效去除的净化要求，各种技术的耦合作用开始受到人们的关注，复合除尘技术可以很好的利用各个单个除尘技术的优点，达到最高的去除效率。例中国专利公开号为CN206198997U公开了一种烟气脱硫脱硝除尘系统，该系统通过实现烟气压缩，增加烟气气体密度，提高烟气与喷淋浆液的碰撞频率来加大反应速率，以此得到较高的脱硫脱氮效率，但是该工艺对设备气密性要求较高，工艺繁琐；中国专利号为CN205127705U公开了另一种烟气脱硫脱硝一体化系统，该系统通过利用吸收后的废酸反应生成硫酸钠用于出售，降低了处理成本，但是相较于本发明，其工艺较为繁琐，并且不能对高尘气体进行有效的去除。
针对上述问题，本发明提出了一种电化学协同液相催化硫硝尘一体化净化方法，利用电化学协同液相催化以及电滤除尘技术相耦合，达到对工业废气中硫硝尘的一体化高效去除的目的。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种电化学协同液相催化硫硝尘一体化净化方法，以达到对工业废气中硫硝尘的一体化高效去除；该方法将待处理废气通入荷电区，荷电区由2个以上的阴极电晕电极和上下端密封的阳极电滤耦合组件形成，2个以上的阴极电晕电极设置在阳极电滤耦合组件周围，荷电区会产生电晕放电、介质放电等放电现象，在荷电区对烟气中的颗粒物进行荷电，并产生强氧化物质，同时用吸收液对进入阳极电滤耦合组件内的待处理废气进行喷淋，有毒气体中的SO2被吸收液吸收，强氧化物质对NOx、SOx氧化去除，荷电颗粒物在电场力、阳极电滤耦合组件上的微孔物理阻力及吸收液喷淋作用下得到有效去除，净化后的气体排出。
所述阳极电滤耦合组件是由纵筋和支撑环纵横交叠焊接而成的上下端密封的中空圆柱形笼或在上下端密封的中空圆柱筒上通过激光打孔制成的上下端密封的中空圆柱形笼，其上孔的孔径为1~100μm。
所述阴极电晕电极为针状电极、双区柱状电极、中心骨刺状电极、线状电极，双区半骨刺电极、锥形栅状电极中的一种。
所述纵筋和支撑环的材料为耐高温、耐腐蚀、具有良好导电性能的碳化硅或铝合金，中空圆柱筒材料为碳化硅或铝合金。
所述待处理废气温度低于1000℃，气体流速为3m/s~20m/s。
所述喷淋的喷射压力为20~80kg/cm2。
所述吸收液为质量浓度为10%~20%的氨水溶液。
本发明阳极电滤耦合组件外可以套装有滤布，滤布为普通滤布、电滤布、金属滤布或表面附有催化材料具有催化功能的滤布；普通滤布材料为丙纶、涤纶、维纶、玻璃纤维、聚四氟乙烯等中的一种；金属滤布材料铝合金或不锈钢；表面附有催化材料具有催化功能的滤布，滤布上的催化剂涂层材料为Ag、Pt、Co、Mn、Fe、Cu、TiO2-SiO2、Fe2O3-TiO2、Fe3O4-TiO2、CeO2-TiO2、MnO2-TiO2、ZrO2-TiO2、Ag2O-ZrO2中的一种或任意比几种；电滤布参照“一种电滤布及其应用”中的方法制得。
本发明另一目的是提供完成上述方法的装置，该装置包括绝缘外壳、2个以上的电晕电极、电滤耦合组件、喷淋系统、底槽，电滤耦合组件设置在绝缘外壳内中心处，2个以上的电晕电极设置在电滤耦合组件周围形成荷电区，绝缘外壳上开有进气口且进气口与荷电区连通，电滤耦合组件上端密封，喷淋系统设置在电滤耦合组件内，底槽设置在电滤耦合组件下部，底槽内放置有吸收液，电滤耦合组件下端没入吸收液中而密封，底槽上开有排泥口，绝缘外壳底部设置有排液口，绝缘外壳顶部设置有排气口，电晕电极、电滤耦合组件分别与电源的负正极连接。
所述喷淋系统由一个以上的喷头组成，喷头设置在电滤耦合组件中心处或/和笼壁旁，其喷淋角度为60°。
所述电源电压为30kV～100kV。
所述的电晕放电、介质放电等放电现象产生的强氧化物质主要为OH自由基、臭氧、高能等离子体等物质。
所述电滤耦合组件没入吸收液液面下10~30cm。
本发明的优点和技术效果：
（1）可以实现硫硝尘一体化同步净化：本发明提出了一种电化学协同液相催化硫硝尘一体化净化方法，利用电化学协同液相催化以及电滤除尘技术相耦合，达到对工业废气中硫硝尘的一体化高效去除的目的；净化后出口烟气中颗粒物浓度浓度小于10mg/m3，SO2 浓度小于20mg/m3，NO 浓度小于10mg/m3；
（2）除尘效率高，能适用于不同的工作环境：该发明利用电场力、微孔物理阻力及液相捕集的方式，相较于普通的除尘方法，能对废气中的颗粒物能起到更好的去除作用，除尘效率更高；并且对于不同的工作环境可对发明中的相关组件进行更换，以实现适应对不同条件废气的针对处理。
附图说明
图1是本发明装置结构示意图；
图2是电滤耦合组件结构示意图；
图3是电滤耦合组件A-A截面示意图；
图中：1-进气口；2-荷电区；3-电晕电极；4-绝缘外壳；5-电滤耦合组件；6-电源；7-绝缘固定支架；8-喷头；9-排气口；10-底槽；11-排液口；12-纵筋；13-支撑环。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：本发明电化学协同液相催化硫硝尘一体化净化方法是将待处理废气通入荷电区，荷电区由3个阴极电晕电极和上下端密封的阳极电滤耦合组件形成，3个阴极电晕电极设置在阳极电滤耦合组件周围，在荷电区对烟气中的颗粒物进行荷电，并产生强氧化物质，同时用吸收液对进入阳极电滤耦合组件内的待处理废气进行喷淋，有毒气体中的SO2被吸收液吸收，强氧化物质对NOx、SOx氧化去除，荷电颗粒物在电场力、阳极电滤耦合组件上的微孔物理阻力及吸收液喷淋作用下得到有效去除，净化后的气体排出；其中阳极电滤耦合组件是由纵筋12和支撑环13纵横交叠焊接而成的上下端密封的中空圆柱形笼；阴极电晕电极为中心骨刺状电极，纵筋和支撑环的材料为碳化硅；吸收液为质量浓度为15%的氨水溶液。
如图1、2、3所示，完成上述方法的装置包括绝缘外壳4、3个电晕电极3、电滤耦合组件5、喷淋系统、底槽10，电滤耦合组件5通过绝缘固定支架7固定在绝缘外壳4内顶部中心处，3个电晕电极3设置在电滤耦合组件5周围形成荷电区2，绝缘外壳4上开有进气口1且进气口与荷电区连通，电滤耦合组件5上端密封，喷淋系统设置在电滤耦合组件5内，底槽10设置在电滤耦合组件5下部，底槽10内放置有吸收液，电滤耦合组件5下端没入吸收液中而密封，底槽10上开有排泥口，绝缘外壳4底部设置有排液口11，绝缘外壳4顶部设置有排气口9，电晕电极3、电滤耦合组件5分别与电源6的负正极连接；喷淋系统由3个喷头8组成，喷头设置在电滤耦合组件中心处或/和笼壁旁，喷头的喷淋角度为60°；
将100℃的含硫、硝、尘的烟气经烟进气口1通入到电化学协同液相催化硫硝尘一体化净化装置中，其中烟气中SO2浓度为4500mg/m3、NO 浓度为750mg/m3、颗粒物浓度为70mg/cm3；烟气首先进入到荷电区，荷电区中阴极电晕电极采用中心骨刺状电极，阳极电滤耦合组件采用碳化硅材料由纵筋和支撑环纵横叠交焊接成的中空圆柱形笼，电滤耦合组件下端深入吸收液约20cm，将阴极电晕电极和阳极电滤耦合组件接入50kV的直流高压电源，在电晕放电的作用下对颗粒物进行荷电；气体由进气口1进入荷电区，荷电区在吸收液喷淋系统的喷淋下具有一定的湿度，在高压直流电源下产生介质阻挡电晕放电现象，对颗粒物进行荷电的同时在高湿度空间内产生自由基、臭氧等强氧化物质；其中吸收液是质量浓度15%的稀氨水，烟气中的二氧化硫从气相中转移到液相中，同时在自由基、臭氧等强氧化物质作用下将NO氧化为NO2，并被吸收液所吸收；带电颗粒物一部分被吸收液捕集后落入下方底槽中，另一部分在电场力的作用下向集尘极--阳极电滤耦合组件移动，被阳极电滤耦合组件拦截后一部分落入底槽中，另一部分则黏附于电滤耦合组件表面，电滤耦合组件内部设有3个旋喷喷头，喷头以40kg/cm2的喷水压力由内而外对电滤耦合组件表面进行喷淋，进一步加强对硫硝尘的吸收的同时，也清除了黏附于电滤耦合组件表面的颗粒物，保证了装置的去除效率。
处理后的尾气由出气口排出，此时烟气中含尘浓度为10 mg/m3，SO2 浓度为10mg/m3，NO 浓度为6mg/m3。
实施例2：本发明电化学协同液相催化硫硝尘一体化净化方法是将待处理废气通入荷电区，荷电区由4个阴极电晕电极和上下端密封的阳极电滤耦合组件形成，4个阴极电晕电极设置在阳极电滤耦合组件周围，在荷电区对烟气中的颗粒物进行荷电，并产生强氧化物质，同时用吸收液对进入阳极电滤耦合组件内的待处理废气进行喷淋，有毒气体中的SO2被吸收液吸收，强氧化物质对NOx、SOx氧化去除，荷电颗粒物在电场力、阳极电滤耦合组件上的微孔物理阻力及吸收液喷淋作用下得到有效去除，净化后的气体排出；其中阳极电滤耦合组件是由纵筋12和支撑环13纵横交叠焊接而成的上下端密封的中空圆柱形笼；阴极电晕电极为中心骨刺状电极，纵筋和支撑环的材料为铝合金；吸收液为质量浓度为10%的氨水溶液；阳极电滤耦合组件外套装有玻璃纤维制成的滤布；
本实施例装置同实施例1，不同在于喷淋系统由2个喷头8组成，喷头设置在电滤耦合组件的笼壁旁；
将200℃的硅冶炼烟气经烟进气口1通入到电化学协同液相催化硫硝尘一体化净化装置中，其中烟气中SO2浓度为1000mg/m3、NOx浓度为750mg/m3、颗粒物浓度为2000mg/cm3；烟气首先进给到荷电区，荷电区中阴极电晕电极采用针状电极，阳极电滤耦合组件采用铝合金材料由纵筋和支撑环纵横叠交焊接成的中空圆柱形笼，其孔径为10μm，电滤耦合组件下端深入吸收液约30cm，并将阴极电晕电极和阳极电滤耦合组件接入80kV的直流高压电源，在电晕放电的作用下对颗粒物进行荷电；气体由进气口1进入荷电区，荷电区在吸收液喷淋系统的喷淋下具有一定的湿度，在高压直流电源下产生电晕放电现象，对颗粒物进行荷电的同时在高湿度空间内产生自由基、臭氧等强氧化物质；其中吸收液主要含有10%的稀氨水，烟气中的二氧化硫从气相中转移到液相中，同时在自由基、臭氧等强氧化物质作用下将NOx氧化为NO2，并被吸收液所吸收；带电颗粒物一部分被吸收液捕集后落入下方底槽中，另一部分在电场力的作用下向集尘极阳极电滤耦合组件移动，被滤布拦截后一部分落入底槽中，另一部分则黏附于电滤耦合组件表面，电滤耦合组件内部设有2个旋喷喷头，喷头以50kg/cm2的喷水压力由内而外对电滤耦合组件表面进行喷淋，进一步加强对硫硝尘的吸收去除的同时，也清除了黏附于电滤耦合组件表面的颗粒物，保证了装置的去除效率。
处理后的尾气由出气口排出，此时烟气中含尘浓度为8mg/m3，SO2 浓度为8mg/m3，NO 浓度为5mg/m3。实施例3：本发明电化学协同液相催化硫硝尘一体化净化方法是将待处理废气通入荷电区，荷电区由4个阴极电晕电极和上下端密封的阳极电滤耦合组件形成，4个阴极电晕电极设置在阳极电滤耦合组件周围，在荷电区对烟气中的颗粒物进行荷电，并产生强氧化物质，同时用吸收液对进入阳极电滤耦合组件内的待处理废气进行喷淋，有毒气体中的SO2被吸收液吸收，强氧化物质对NOx、SOx氧化去除，荷电颗粒物在电场力、阳极电滤耦合组件上的微孔物理阻力及吸收液喷淋作用下得到有效去除，净化后的气体排出；其中在上下端密封的中空圆柱筒上通过激光打孔制成的上下端密封的中空圆柱形笼，其上孔的孔径为50μm；笼外部附有一层具有催化功能的滤布，其中滤布上的催化剂涂层材料为Co；阴极电晕电极为线状电极，中空圆柱筒的材料为铝合金；吸收液为质量浓度为20%的氨水溶液；
本实施例装置同实施例2 ，不同在于阳极电滤耦合组件外部附有一层具有催化功能的滤布，其中滤布上的催化剂涂层材料为Co；喷淋系统由4个喷头8组成，喷头设置在电滤耦合组件中心处或/和笼壁旁，喷头的喷淋角度为60°；
将300℃的含硫、硝、尘以及VOC的烟气经烟进气口1通入到电化学协同液相催化硫硝尘一体化净化装置中，其中烟气中SO2浓度为800mg/m3、NOx浓度为600mg/m3、颗粒物浓度为1500mg/cm3，VOC浓度为900ppm；烟气首先进给到荷电区，荷电区中阴极电晕电极采用针状电极，阳极电滤耦合组件采用铝合金材料由纵筋和支撑环纵横叠交焊接成的中空圆柱形笼，阳极电滤耦合组件外部附有一层具有催化功能的滤布，其中滤布上的催化剂涂层材料为Co，电滤耦合组件下端深入吸收液约30cm，并将阴极电晕电极和阳极电滤耦合组件接入95kV的直流高压电源，在介质阻挡放电的作用下对颗粒物进行荷电；气体由进气口1进入荷电区，荷电区在吸收液喷淋系统的喷淋下具有一定的湿度，在高压直流电源下产生介质阻挡放电现象，对颗粒物进行荷电的同时在高湿度空间内产生自由基、臭氧等强氧化物质；其中吸收液主要含有20%的稀氨水，烟气中的二氧化硫从气相中转移到液相中，同时在自由基、臭氧等强氧化物质作用下将NOx氧化为NO2，并被吸收液所吸收；烟气中的一部分VOC同时被氧化去除，剩余部分的VOC及为氧化完全的NOx在负载有催化剂涂层材料Co的滤布表面被进一步催化氧化，带电颗粒物一部分被吸收液捕集后落入下方底槽中，另一部分在电场力的作用下向集尘极阳极电滤耦合组件移动，被滤布拦截后一部分落入底槽中，另一部分则黏附于电滤耦合组件表面，电滤耦合组件内部设有4个旋喷喷头，喷头以75kg/cm2的喷水压力由内而外对电滤耦合组件表面进行喷淋，进一步加强对硫硝尘的吸收去除的同时，也清除了黏附于电滤耦合组件表面的颗粒物，保证了装置的去除效率。
处理后的尾气由出气口排出，此时烟气中含尘浓度为4mg/m3，SO2 浓度为5mg/m3，NO 浓度为5mg/m3，VOC浓度为3ppm。

Claims (7)

1.一种电化学协同液相催化硫硝尘一体化净化方法，其特征在于：将待处理废气通入荷电区，荷电区由2个以上的阴极电晕电极和上下端密封的阳极电滤耦合组件形成，2个以上的阴极电晕电极设置在阳极电滤耦合组件周围，在荷电区对烟气中的颗粒物进行荷电，并产生强氧化物质，同时用吸收液对进入阳极电滤耦合组件内的待处理废气进行喷淋，有毒气体中的SO2被吸收液吸收，强氧化物质对NOx、SOx氧化去除，荷电颗粒物在电场力、阳极电滤耦合组件上的微孔物理阻力及吸收液喷淋作用下得到有效去除，净化后的气体排出；
完成上述方法的装置包括绝缘外壳（4）、2个以上的电晕电极（3）、电滤耦合组件（5）、喷淋系统、底槽（10），电滤耦合组件（5）设置在绝缘外壳（4）内中心处，2个以上的电晕电极（3）设置在电滤耦合组件（5）周围形成荷电区（2），绝缘外壳（4）上开有进气口（1）且进气口与荷电区连通，电滤耦合组件（5）上端密封，喷淋系统设置在电滤耦合组件（5）内，底槽（10）设置在电滤耦合组件（5）下部，底槽（10）内放置有吸收液，电滤耦合组件（5）下端没入吸收液中而密封，底槽（10）上开有排泥口，绝缘外壳（4）底部设置有排液口（11），绝缘外壳（4）顶部设置有排气口（9），电晕电极（3）、电滤耦合组件（5）分别与电源（6）的负正极连接；
所述阳极电滤耦合组件是由纵筋和支撑环纵横交叠焊接而成的上下端密封的中空圆柱形笼或在上下端密封的中空圆柱筒上通过激光打孔制成的上下端密封的中空圆柱形笼，其上孔的孔径为1~100μm；
所述阴极电晕电极为针状电极、双区柱状电极、中心骨刺状电极、线状电极，双区半骨刺电极、锥形栅状电极中的一种；
所述阳极电滤耦合组件外套装有滤布，滤布为表面附有催化材料具有催化功能的滤布。
2.根据权利要求1所述的电化学协同液相催化硫硝尘一体化净化方法，其特征在于：纵筋和支撑环的材料为碳化硅或铝合金，中空圆柱筒材料为碳化硅或铝合金。
3.根据权利要求1所述的电化学协同液相催化硫硝尘一体化净化方法，其特征在于：待处理废气温度低于1000℃，气体流速为3m/s~20m/s。
4.根据权利要求1所述的电化学协同液相催化硫硝尘一体化净化方法，其特征在于：喷淋的喷射压力为20~80kg/cm2。
5.根据权利要求1所述的电化学协同液相催化硫硝尘一体化净化方法，其特征在于：吸收液为质量浓度为10%~20%的氨水溶液。
6.根据权利要求1所述的电化学协同液相催化硫硝尘一体化净化方法，其特征在于：喷淋系统由一个以上的喷头组成，喷头设置在电滤耦合组件中心处或/和笼壁旁。
7.根据权利要求1所述的电化学协同液相催化硫硝尘一体化净化方法，其特征在于：电源电压为30kV～100kV。
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