CN113440970A - 燃气锅炉光量子束烟气脱白低氮系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环境保护领域，具体涉及一种燃气锅炉烟气脱白低氮系统。燃气锅炉光量子束烟气脱白低氮系统，其特征在于包括烟气调质塔、光量子束产生装置；烟气调质塔的输入口通过第一管道与燃气锅炉的烟气出口相连，第一管道上设有风机；烟气调质塔的输出口通过第二管道与光量子束产生装置的进口相连，光量子束产生装置的出口由第三管道与烟囱的入口相连。该系统具有脱白、脱硝效果好的特点。

Description

燃气锅炉光量子束烟气脱白低氮系统
技术领域
本发明属于环境保护领域，具体涉及一种燃气锅炉烟气脱白低氮系统。
背景技术
燃气锅炉产生的烟气中，硫的含量较有少，主要是水蒸气以及少量氮氧化物，如果直接将这些烟气排放入大气会对空气造成污染，并出现“湿烟羽”(俗称“大白烟”)。
现有烟气的脱硝、脱白的设备较多，如中国专利：CN202010128903.3(名称：一种烟气脱硫脱硝脱白除尘一体化设备)、CN201911308365.X(一种锅炉烟气脱白系统)、CN201822027386.1(热湿烟气脱白除尘装置)、CN201821740452.3(用于钢厂烧结烟气脱硝脱白的一体化工艺系统)等。不足之处在于处理效果有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃气锅炉光量子束烟气脱白低氮系统，该系统具有脱白、脱硝效果好的特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：燃气锅炉光量子束烟气脱白低氮系统，其特征在于包括烟气调质塔29、光量子束产生装置32；烟气调质塔29的输入口通过第一管道27与燃气锅炉26的烟气出口相连，第一管道27上设有风机28；烟气调质塔29的输出口通过第二管道31与光量子束产生装置32的进口相连，光量子束产生装置32的出口由第三管道33与烟囱的入口相连。
所述烟气调质塔29上设有氨气补入口30，氨气补入口30由第四管道与氨气源相连。
按照上述技术方案，所述光量子束产生装置包括电源1、绝缘体4、阳极5、阳极支架6、出口腔体7、阴极9、收集装置11、进口腔体13、外壳20；出口腔体7内为出口腔15，出口腔体7的右侧面设有出口8，出口腔体7的上端面设有第四通孔22，出口腔体7的下端面设有第三通孔21，出口8、第四通孔22、第三通孔21均与出口腔体7的出口腔15相连通，第四通孔22位于第三通孔21的正上方；
进口腔体13的右侧面设有进口10，进口腔体13的上端面设有第二通孔19，进口10、第二通孔19均与进口腔体13的进口腔相连通，进口腔体13的下端为开口端；进口腔体13的下端与收集装置11固定连接；
所述阴极9位于外壳20内，阴极9的下端由固定装置14与进口腔体13的上端固定连接，固定装置14上设有第一通孔17，第一通孔17与进口腔体13上的第二通孔19相连通；阴极9的上端与出口腔体7的下端固定连接；外壳20的下端部与固定装置14固定连接，外壳20的上端部与出口腔体7的下端固定连接；
阳极5的上端部25与阳极支架6相连，阳极5的中下部穿过第四通孔22、第三通孔21后位于阴极9的附近；阳极5由绝缘体4与出口腔体7相连，绝缘体4插入第四通孔22内；阳极5的上端由电源线2与电源1的正极相连，阴极9由电源线与电源1的负极相连。
按照上述技术方案，所述阴极9为1-100个，阳极的个数为与阴极的个数相对应的个数。
按照上述技术方案，所述阳极5与阴极9之间的距离为2-60cm。
按照上述技术方案，所述阳极的材料为导电材料；所述阴极的材料为金属或合金。
按照上述技术方案，所述阴极的形状为板式、管状或蜂窝等形状。
按照上述技术方案，所述阴极9为管状，阴极9的管孔16的上端与第三通孔21相连通，阴极9的管孔16的下端与第一通孔17相连通，阳极5的中下部穿入阴极9的管孔16内。
按照上述技术方案，所述电源为高频高压电源、高压变频电源或超音频高压电源，电源的电压为0.4千伏至200千伏，频率为3000Hz-30MHz。
按照上述技术方案，所述电源线2上安装有稳流器3，所述稳流器为可编程稳流器。
按照上述技术方案，所述绝缘体的材料为玻璃、瓷瓶、尼龙柱、硅胶或四氟乙烯绝缘柱等材料。
按照上述技术方案，所述外壳20由接地线接地。
按照上述技术方案，所述阴极9的上端也可采用由固定装置与出口腔体7的下端固定连接。
本发明利用光电效应产生光量子，而形成可见光的粒子、电子、离子流，我们称作为光量子束。
本发明是利用光子的粒子性在高压量子电场产生的光电效应，形成大量可见的光量子束。光量子束击落粉尘或破坏含尘气体的分子链，使气体快速分解裂解，使水汽电离成氢离子、氧负离子而形成羟基自由基团并参与气体的反应，加速改变气体的物理及化学性质。本发明创新之处是通过光量子束产生装置产生一种均匀的超强电场而形成光子，高频光子激发阴极(金属极板)而产生大量的粒子、电子流，通过大量的电子流与含尘气体发生反应，在白天和有光线的地方都可以看到一种连续发射的蓝光、紫光等各种有色可见光并伴随着电子的呼啸声，我们把这种装置定义为光量子束产生装置(或称光量子的加速器)，通过高频高压电源连接光量子束的电极尖刺产生一种强电场，电极尖刺射出粒子。
本发明的有益效果在于：该系统具有脱白、脱硝效果好的特点。
附图说明
图1为本发明光量子束产生装置的结构示意图(外视图)。
图2为本发明光量子束产生装置的剖视图。
图3为本发明实施例1中阳极的结构示意图。
图4为图3的俯视图。
图5为本发明实施例2中阳极的结构示意图。
图6为图5的俯视图。
图7为本发明燃气锅炉光量子束烟气脱白低氮系统的结构示意图。
图中：1-电源，2-电源线，3-稳流器，4-绝缘体，5-阳极，6-阳极支架，7-出口腔体，8-出口，9-阴极，10-进口，11-收集装置，12-收集料排出口，13-进口腔体，14-固定装置，15-出口腔，16-管孔，17-第一通孔，18-收集腔，19-第二通孔，20-外壳，21-第三通孔，22-第四通孔，23-电极尖刺，24-阳极棒体，25-阳极的上端部，26-燃气锅炉，27-第一管道，28-风机，29-烟气调质塔，30-氨气补入口，31-第二管道、32-光量子束产生装置，33-第三管道。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例1
如图7所示，燃气锅炉光量子束烟气脱白低氮系统，包括烟气调质塔29、光量子束产生装置32；烟气调质塔(或称烟气净化塔)29的输入口通过第一管道27与燃气锅炉26的烟气出口相连，第一管道27上设有风机28；烟气调质塔29的输出口通过第二管道31与光量子束产生装置32的进口相连，光量子束产生装置32的出口由第三管道33与烟囱的入口相连。
所述烟气调质塔29上设有氨气补入口30，氨气补入口30由第四管道与氨气源相连。
如图7所示，燃气锅炉光量子束烟气脱白低氮系统的使用：燃气锅炉26的烟气由第一管道27和风机28送入烟气调质塔(或称烟气净化塔)29中进行调质{烟气调质是指采用调节烟气温度或湿度以及增加其他调质剂(本实施例采用氨气)以降低粉尘电阻率的方法)；调质处理后的烟气由第二管道31送入光量子束产生装置32进行处理(脱硫、脱硝、除尘、脱白)，处理的气体由第三管道33送入烟囱中进行排放。
烟气调质塔(或称烟气净化塔)可采现现有技术，如中国专利CN201710528823.5(一种用于脱硝设备线的烟气调质组件)。
如图1、图2、图3、图4所示，光量子束产生装置(或称烟气处理装置)，包括电源1、绝缘体4、阳极5、阳极支架6、出口腔体7、阴极9、收集装置11、进口腔体13、外壳20；出口腔体7内为出口腔15，出口腔体7的右侧面设有出口8(为了描述方便，图2中左边为左，右边为右)，出口腔体7的上端面设有第四通孔22，出口腔体7的下端面设有第三通孔21，出口8、第四通孔22、第三通孔21均与出口腔体7的出口腔15相连通，第四通孔22位于第三通孔21的正上方(阳极5的数量为多个时，第四通孔22与第三通孔21成组的对应的多个)；
进口腔体13的右侧面设有进口10(进口腔体13内为进口腔)，进口腔体13的上端面设有第二通孔19，进口10、第二通孔19均与进口腔体13的进口腔相连通，进口腔体13的下端为开口端；进口腔体13的下端与收集装置(如：收集斗)11固定连接(进口腔体13的下端口与收集装置11的收集腔18相连通，收集装置11的下端部设有收集料排出口12，收集料排出口12处设有控制阀)；
所述阴极9位于外壳20内(所有的阴极9均位于外壳20内)，阴极9的下端由固定装置14与进口腔体13的上端固定连接(如焊接或螺栓连接)，固定装置14上设有第一通孔17，第一通孔17与进口腔体13上的第二通孔19相连通；阴极9的上端与出口腔体7的下端固定连接(如焊接或螺栓连接)；外壳20的下端部与固定装置14固定连接(如焊接或螺栓连接；本实施例的外壳20为正方形的筒状)，外壳20的上端部与出口腔体7的下端固定连接(如焊接或螺栓连接；所有的第一通孔17、第三通孔21均位于外壳20内，构成进口与出口之间的通道)；
阳极5的上端部25与阳极支架6相连(阳极支架6可固定在出口腔体7上，也可是独立的设置在基础上)，阳极5的中下部穿过第四通孔22、第三通孔21后位于阴极9的附近(附近为：阳极5与阴极9之间的距离为2-60cm；阳极5的中下部位于外壳20内；阳极5的下端部可由绝缘体与固定装置14固定连接)；阳极5由绝缘体4与出口腔体7相连，绝缘体4插入第四通孔22内；阳极5的上端由电源线2与电源1的正极相连(所述的电源线2上安装有稳流器3)，阴极9由电源线与电源1的负极相连(图2中未画出连接的电源线)。
所述阴极9为1-100个，阳极的个数为与阴极的个数相对应的个数{本实施例采用16个阴极，外壳20的截面为方形(外壳20为正方形的筒状)；第四通孔22、第三通孔21、绝缘体4均为相对应的个数}。
所述阳极5与阴极9之间的距离为2-60cm(靠近阴极9最近的阳极5的电极尖刺与阴极9之间的距离)。
所述阳极的材料为导电材料(如金属、合金或石墨烯)。所述阴极的材料为金属(金属板)或合金。
所述阴极的形状为板式、管状(圆管、方管)或蜂窝等形状(本实施例1采用管状的阴极)。
本实施例中，所述阴极9为管状，阴极9的管孔16的上端与第三通孔21相连通，阴极9的管孔16的下端与第一通孔17相连通，阳极5的中下部穿入阴极9的管孔16内。
所述固定装置14为板状(板状的固定装置上设有用于连接的2-20个螺纹连接孔)。
所述电源为高频高压电源、高压变频电源或超音频高压电源(电源控制一个阳极5和阴极9，也可以控制多个阳极5和阴极9)，电源的电压为0.4千伏至200千伏，频率为3000Hz-30MHz(兆赫)。
所述电源线2上安装有稳流器3。进一步的，所述稳流器为可编程稳流器。
所述绝缘体(或绝缘装置)的材料为玻璃、瓷瓶、尼龙柱、硅胶或四氟乙烯绝缘柱等材料。绝缘体使其可以经受住存在于两电极之间的大的电位差。
所述外壳20由接地线接地。
所述阴极9的上端也可采用由固定装置与出口腔体7的下端固定连接。
所述阳极5由阳极棒体24和电极尖刺(放电针)23组成，阳极棒体24的上端部为用于连接的连接部(如阳极棒体24的上端部设外螺纹)，阳极棒体24的中下部设有多个电极尖刺23(所述多个电极尖刺为10-1000个；电极尖刺23可与阳极棒体24为一体结构，也可焊接连接；阳极棒体24为管状，管的直径为28mm)，多个电极尖刺23成螺旋盘升状布置在阳极棒体24上，相邻电极尖刺23之间的间距为10-50mm，螺旋距a为10-40mm(上下距高a，如图3所示)。
所述电极尖刺(放电针)23为锥状，锥度为5°-45°，电极尖刺的高度为10-30mm。
实施例2
如图1、图2、图5、图6所示，与实施例1基本相同，不同之处在于阳极。所述阳极5由阳极棒体24和电极尖刺组组成，阳极棒体24的上端部为用于连接的连接部(如阳极棒体24的上端部设外螺纹)，阳极棒体24的中下部设有多个电极尖刺组(所述多个为3-30个电极尖刺组)，多个电极尖刺组沿竖向间隔布置在阳极棒体24上(平行布置)，相邻两电极尖刺组之间的间距c为10-40mm；每个电极尖刺组由多个电极尖刺23组成(所述多个电极尖刺为10-200个；电极尖刺23可与阳极棒体24为一体结构；阳极棒体24为管状，管的直径为28mm)，每个电极尖刺组内相邻电极尖刺23之间的间距b为10-50mm(如图5所示)。
所述阳极的材料可为石墨烯，所述阳极或称石墨烯光量子束电极棒。
光量子束产生装置的使用：光量子束产生装置的进口10与待处理的烟气相连，光量子束产生装置的出口8接排出管道，打开电源1，烟气经过阳极5与阴极9之间，高频光子激发阴极(金属极板)而产生大量的粒子、电子流，通过大量的电子流与含尘气体发生反应，击落粉尘或破坏含尘气体的分子链，使气体快速分解裂解，使水汽电离成氢离子、氧负离子而形成羟基自由基团并参与气体的反应，粉尘落入收集装置11中，净化处理后的气体从出口8排出。
光量子束脱白的技术过程：
1)、在光量子束产生装置(辐射场)内，电压和电流产生辉光放电，形成高能量的光量子束；
2)、光量子束与被处理的烟气中的H2O分子接触，H2O分子获得能量，生成氧化性极强的自由基活性因子，同时光量子束含有的高能量可以将高分子量粉尘打碎，形成低分子量化合物；
3)、光量子束与被处理的烟气中的气溶胶PM2.5接触，使气溶胶PM2.5被浸润后，原来的固-气界面被固-液界面替代，形成扩散双电层；
4)双电层改性气溶胶PM2.5具有电动性质，在电场中发生电泳而被捕获，光量子束烟气脱白除尘技术工艺脱除湿法脱硫后烟气中的气溶胶PM2.5及部分H2O分子，使烟气没有凝结核，不会发生“湿烟羽”现象。
5)、同时自由基迅速氧化SO2和NOx，时间极短，被水吸收生成硫酸和硝酸，在一套设备中同时脱硫脱硝(向系统补氨可产生铵盐，或补充石灰)。
针对湿法脱硫后烟气携带大量饱和蒸汽及气溶胶PM2.5设计，可有效去除烟气中的水蒸气及PM2.5。
效果：烟气经光量子束产生装置(或称烟气处理装置)后排放为颗粒物排放浓度＜5mg/Nm3，SO2排放浓度＜15mg/Nm3，NOx排放浓度＜30mg/Nm3，没有“湿烟羽”现象。说明：脱白、除去气溶胶PM2.5、脱硝的效果好。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。
以上对本发明的优选实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.燃气锅炉光量子束烟气脱白低氮系统，其特征在于包括烟气调质塔(29)、光量子束产生装置(32)；烟气调质塔(29)的输入口通过第一管道(27)与燃气锅炉(26)的烟气出口相连，第一管道(27)上设有风机(28)；烟气调质塔(29)的输出口通过第二管道(31)与光量子束产生装置(32)的进口相连，光量子束产生装置(32)的出口由第三管道(33)与烟囱的入口相连。
2.根据权利要求1所述的燃气锅炉光量子束烟气脱白低氮系统，其特征在于：光量子束产生装置包括电源(1)、绝缘体(4)、阳极(5)、阳极支架(6)、出口腔体(7)、阴极(9)、收集装置(11)、进口腔体(13)、外壳(20)；出口腔体(7)内为出口腔(15)，出口腔体(7)的右侧面设有出口(8)，出口腔体(7)的上端面设有第四通孔(22)，出口腔体(7)的下端面设有第三通孔(21)，出口(8)、第四通孔(22)、第三通孔(21)均与出口腔体(7)的出口腔(15)相连通，第四通孔(22)位于第三通孔(21)的正上方；
进口腔体(13)的右侧面设有进口(10)，进口腔体(13)的上端面设有第二通孔(19)，进口(10)、第二通孔(19)均与进口腔体(13)的进口腔相连通，进口腔体(13)的下端为开口端；进口腔体(13)的下端与收集装置(11)固定连接；
所述阴极(9)位于外壳(20)内，阴极(9)的下端由固定装置(14)与进口腔体(13)的上端固定连接，固定装置(14)上设有第一通孔(17)，第一通孔(17)与进口腔体(13)上的第二通孔(19)相连通；阴极(9)的上端与出口腔体(7)的下端固定连接；外壳(20)的下端部与固定装置(14)固定连接，外壳(20)的上端部与出口腔体(7)的下端固定连接；
阳极(5)的上端部与阳极支架(6)相连，阳极(5)的中下部穿过第四通孔(22)、第三通孔(21)后位于阴极(9)的附近；阳极(5)由绝缘体(4)与出口腔体(7)相连，绝缘体(4)插入第四通孔(22)内；阳极(5)的上端由电源线(2)与电源(1)的正极相连，阴极(9)由电源线与电源(1)的负极相连。
3.根据权利要求2所述的燃气锅炉光量子束烟气脱白低氮系统，其特征在于：所述阴极(9)为1-100个，阳极的个数为与阴极的个数相对应的个数。
4.根据权利要求2所述的燃气锅炉光量子束烟气脱白低氮系统，其特征在于：所述阳极(5)与阴极(9)之间的距离为2-60cm。
5.根据权利要求2所述的燃气锅炉光量子束烟气脱白低氮系统，其特征在于：所述阳极的材料为导电材料；所述阴极的材料为金属或合金。
6.根据权利要求2所述的燃气锅炉光量子束烟气脱白低氮系统，其特征在于：所述阴极的形状为板式、管状或蜂窝状。
7.根据权利要求2所述的燃气锅炉光量子束烟气脱白低氮系统，其特征在于：所述阴极(9)为管状，阴极(9)的管孔(16)的上端与第三通孔(21)相连通，阴极(9)的管孔(16)的下端与第一通孔(17)相连通，阳极(5)的中下部穿入阴极(9)的管孔(16)内。
8.根据权利要求2所述的燃气锅炉光量子束烟气脱白低氮系统，其特征在于：所述电源为高频高压电源、高压变频电源或超音频高压电源，电源的电压为0.4千伏至200千伏，频率为3000Hz-30MHz。
9.根据权利要求2所述的燃气锅炉光量子束烟气脱白低氮系统，其特征在于：所述电源线(2)上安装有稳流器(3)，所述稳流器为可编程稳流器。
10.根据权利要求1所述的燃气锅炉光量子束烟气脱白低氮系统，其特征在于：所述烟气调质塔(29)上设有氨气补入口(30)，氨气补入口(30)由第四管道与氨气源相连。
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