CN1390630A - 集散控制式流光放电烟气脱硫的半湿法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集散控制式流光放电烟气脱硫的半湿法。该方法的放电反应器是湿式的，而回收的副产物是干粉，湿式放电反应器包含热化学反应区和放电等离子体化学反应区，放电等离子体反应区设放电极和接电极，放电极与交直流叠加而成的高压电源连接，发生流光放电，电源供能采用集散控制。锅炉烟气在反应器内发生热化学反应和放电等离子体化学反应，脱除烟气中的气体污染物并生成副产物液体，送入干燥器生成干粉装袋，净化后的烟气经脱雾和热交换升温后排入大气。该方法提供的电源具有功率大、寿命长、重复率高和噪声低等特点；该方法利用效能高，流程稳定，反应生成物易收集，降低了系统设备投资及运行费用。
Description
技术领域：
本发明涉及一种烟气中气体污染物的一种方法，特别是依靠流光放电产生非热等离子体脱除气体污染物的半湿法。
背景技术：
众所周知，借助流光放电脱除气体污染物的关键设备是脉冲电源和反应器。目前，脉冲电源多采用闸流管或火花隙开关，闸流管功率较大，但寿命短，火花隙功率小，且噪声大。两者的脉冲重复率均较低，在1000次/秒以下，一般在200Hz左右的音频范围内，噪声污染严重，目前两者均无法实现工业应用。现有反应器多为干式，反应器一般沿用电除尘器的结构和外形，没有实现流光放电时空分布的优化，也没有发挥活化异相反应的效能，因此，这种反应器体积大、效能低，反应生成物因黏结而收集困难，无法形成连续稳定流程，系统设备投资费用及运行费用均较高。
发明内容：
本发明的目的是提供一种集散控制式流光放电烟气脱硫的半湿法，高压电源具有效能高、功率大、寿命长、重复率高、噪声低等特点，湿式反应器利用效能高，反应生成物易收集，形成连续稳定流程，降低了系统设备投资及运行费用。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：一种集散控制式流光放电烟气脱硫的半湿法，其工艺流程是燃煤燃油锅炉产生的含尘烟气进入除尘器，去除烟气中的颗粒物，含尘浓度为100mg/m3以下，烟气温度为130℃左右，该烟气经热交换器进入干燥器，得到增湿降温，由干燥器出口管排出，经注水装置注水进一步增湿降温，由吸收剂注入装置喷注吸收剂，然后进入湿式放电反应器，该湿式放电反应器是由一个或数个并列的反应单元组成，每个反应单元由热化学反应区和一个或数个串联的放电等离子体化学反应段组成的放电等离子体化学反应区，该等离子体化学反应区各段由放电极和接地极组成极配，放电极与高压电源相连接，所述电源对等离子体化学反应区供电采用集散控制方式，并在放电极产生同步的或随机的流光放电等离子体，气体污染物受所述热化学和放电等离子体化学作用，生成副产物铵盐、钾盐或钠盐溶液，净化后的烟气经脱雾器去除雾滴，由热交换器升温，从烟囱排入大气，当溶液浓度接近饱和时，送入干燥器脱水，生成物在干粉储槽收集装包，由除尘器排出的颗粒物经储灰槽排出。
所述湿式放电反应器，可是卧式的也可是立式的，卧式用于处理大烟气量，立式处理小烟气量。
所述湿式放电反应器，可是一体的，也可是分体的，一体的湿式放电反应器，在放电等离子体化学反应区之前设有一热化学反应区；分体的湿式放电反应器是将热化学反应和放电等离子体化学反应的两过程分设在热化学反应器和放电等离子体化学反应器异体中进行。
所述注水装和吸收剂注入装置设置在干燥器和湿式放电反应器之间，也可设置在湿式放电反应器的烟气进口截锥部，所述吸收剂包括氨、氨水、碳酸钾溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液、超细锰矿粉或铁矿粉的悬浮液中的一种。
在所述湿式放电反应器的进口截锥及其前后、放电等离子体化学反应段之间和反应器顶部均设有喷雾器。
所述各反应区和脱雾器分别设有储液槽，各槽溶液分别设有调节阀，由泵将溶液输送至喷雾器和干燥器中。
本发明提供的集散控制式流光放电烟气脱硫的湿式放电反应器，包含热化学反应和放电等离子体化学反应两部分，在污染物为SO2情况下，反应器前注入氨气或氨水，则将发生一系列的热化学反应，生成四价硫氨化合物(其中包括多种氨与SO2的加合物、亚硫酸铵及亚硫酸氢铵)和少量六价硫氨化合物(硫酸铵及硫酸氢铵)。
热化学反应过程的快慢和六价硫氨化合物所占比例除与各反应的速率常数有关外，还与传质、暴气、暴光、温度和处理时间等物理条件有关。在物理和化学条件适当时，热化学反应可使大部分SO2与氨反应，但生成物大部分为四价硫氨化合物，不能用作化肥，未完成回收资源的任务。
经受热化学反应的气体及其生成物在流光放电引发的等离子体化学作用和气液扰动的物理作用下，烟气中的SO2被进一步脱除，热化学反应生成的四价硫氨化合物也大部分氧化为硫酸铵正盐，在注氨的化学计量比满足中和要求的条件下，产物成为硫酸铵化肥。综合化学反应式可写为： 液相中的离子反应可归纳为：
本集散控制式流光放电烟气脱硫半湿法也有脱除烟气中NOx的效果。
本发明提供的电源由直流基压与高压交流叠加而成，使用IGBT和高频SCR固体器件作为开关元件，重复率为15-100千赫，听频噪声低，使用寿命2年以上，能量转换效率大于80％，该电源供电采用集散控制方式，优化流光放电的时空分布参数(详见“大功率高频脉冲电源”，专利申请号：01275466.8)
因此，本发明提供的集散控制式流光放电烟气脱硫的半湿法，与现有的闸流管或火花隙开关脉冲电源及干式反应器组成的干法相比，其有益的技术效果为：电源功率大、重复率高、寿命长、噪声低等优点；湿式放电反应器利用效能高、反应生成物易收集、流程连续稳定；本发明与世界范围商业化程度很高的石灰石湿法和电子束法相比，假定石灰石湿法投资为100时，电子束法为90，本发明为60，运行费用分别为：710元/千瓦，1250元/千瓦，350元/千瓦。可见综合评定本法的优越性很高，达到了预期的目的。
附图说明：
图1示出一种集散控制式流光放电烟气脱硫的半湿法流程示意图。
具体实施方式1：
采用如图1所示的集散控制式流光放电烟气脱硫的半湿法工艺流程，处理30000m3/h燃煤锅炉排出的烟气1，通过烟道进入高温滤料袋式除尘器2，除尘后的烟气含尘浓度为95mg/m3，温度为132℃，经换热器3进入干燥器4从该干燥器4中排出后烟气温度降低到65℃，干燥器4的效率为95％，所述烟气经检测SO2含量为1500ppm，NOx含量为180ppm，在进入卧式湿式放电反应器8前，由注水装置6向烟气中喷水，使烟气进一步增湿降温，靠吸收剂加入装置7向烟气中喷NH3水溶液，引发热化学反应。8由30个单元组成，单元为长方形箱体，宽0.1m；高2.8m；长2m，总体积为16.8m3。烟气停留时间为2秒，放电极为600根◆4×4的菱形线，接地极使用δ＝2mm的平板，两极均采用1Cr18Ni9Ti耐酸钢冷轧成型，线距为100mm，板距为100mm；每根放电极通过绝缘子12与电源11相连接，所述电源11由直流基压与高压交流叠加而成，使用IGBT和高频SCR固体器件为开关元件，重复率为40kHz，使用寿命两年，5台30kW电源集散控制供电，转换效率为80％。进入8中的烟气在其进气截锥前后、进入放电等离子体化学反应段间和反应器顶部设置喷雾器24喷液，使烟气含湿接近饱和湿度，并冲洗极板和极线。在进气截锥与主反应区之间设有气流分布板。含SO2和NOx的烟气经各反应区生成铵盐溶液，分别流入储液槽18、17、16。净化后的烟气经脱雾器14换热器3，脱水升温后，经烟囱15排入大气。含有不同浓度的铵盐溶液经18、17、16由泵25、21、22分别送入经首段回液管10至顶部喷雾器24、干燥器4、侧部喷雾器24。进入干燥器4的铵盐溶液脱水成粉后装包26。在首、中、末三段的液体流程中设置阀门23、20、19，调节各段溶液浓度和流量，加湿烟气和洗涤电极，使送入干燥器4的溶液接近饱和浓度。由袋式除尘器2收集下来的烟尘经储灰槽27排出。经上述流程，SO2的脱除率为95％，NOx的脱除率为40％，能耗4Wh/m3。
具体实施方式2：
采用如图1所示的集散控制式流光放电烟气脱硫的半湿法工艺流程，处理180000m3/h燃煤锅炉排出的烟气1，通过烟道进45m2、4电场的电除尘器2，除尘后的烟气含尘浓度为80mg/m3，温度为130℃，经换热器3进入干燥器4，从4排出后，烟气温度降低到75℃，在进入反应器8前，由注水装置6注水，进一步增湿降温，由吸收剂注入装置7向烟气中喷氨，然后进入卧式湿式放电反应器8，该湿式反应器8由14个单元组成，单元为长方形箱体，宽0.5m；高6.5m；长2m，内壁和接地极均敷有5毫米厚的堇青石衬物，堇青石的比表面积为50cm2/g，该湿式反应器的总体积为90m3，烟气停留时间为2秒，反应区长度为2m，放电极为112根十字管状针线，接地极使用δ＝2mm的平板，两极均采用1Cr18Ni9Ti耐酸钢冷轧成型，线距为250mm，板距为500mm；每根放电极通过绝缘子12与电源11相连接，所述电源11由直流基压与高压交流叠加而成，使用IGBT和高频SCR固体器件为开关元件，重复率为100kHz，使用寿命两年，由10台40kW的电源集散控制供电，转换效率为85％。进入8中的烟气在进气截锥前后，即进入热化学反应区9之前和进入等离子体反应区13间以及反应器顶部设置的喷雾器24喷液，使烟气含湿接近饱和湿度，并冲洗极板和极线。在进气截锥与主反应区之间设有气流分布板。含SO2和NOx的烟气经反应区生成铵盐溶液，分别流入储液槽18、17、16。净化后的烟气经脱雾器14换热器3，脱水升温后，经烟囱15排入大气。含有不同浓度的铵盐溶液经18、17、16由泵25、21、22分别送入经首段回液管10至顶部喷雾器24、干燥器4、侧部喷雾器24。进入干燥器4的铵盐溶液烘干成粉后装包26。在首、中、末三段的液体流程中设置阀门23、20、19，调节各段溶液浓度和流量，加湿烟气和洗涤电极，使送入干燥器4的溶液接近饱和浓度。由电除尘器2收集下来的烟尘经储灰槽27排出。经上述流程，SO2的脱除率为95％，NOx的脱除率为40％，能耗2Wh/m3。
具体实施方式3：
采用如图1所示的集散控制式流光放电烟气脱硫的半湿法工艺流程，处理3000m3/h燃煤锅炉排出的烟气1，通过烟道进入多管除尘器2，除尘后的烟气含尘浓度为95mg/m3，温度为125℃，经换热器3通过干燥器4后烟气温度降低为65℃，干燥器4的效率为95％，所述烟气经检测SO2含量为1000ppm，NOx含量为100ppm，在进入立式湿式放电反应器8前，由注水装置6向烟气中喷水，使烟气进一步增湿降温，靠吸收剂加入装置7向烟气中喷NaOH水溶液，引发热化学反应。立式湿式放电反应器8由28个单元并联组成，单元为圆形立管，其直径为100mm，反应区长度为1m，烟气停留时间为1秒，放电极为28根十字型锯齿线，置于立管中心线上，接地极为立管壳体，接地极使用δ＝2mm的平板弯成，两极均采用沾铅钢冷轧成型，放电极与电源11相连，电源重复率为15kHz，在流光放电的作用下，脱除SO2和NOx，并生成钠盐溶液，在8出口测试SO2为50ppm，其脱除率为95％，NOx含量为60ppm，其脱除率为40％。净化后的烟气进入脱雾器14，脱雾后，经3提高烟气温度，由烟囱15排入大气。钠盐溶液经干燥器4脱水成粉装包26。由多管除尘器2收集的灰尘经储灰槽27排出。
具体实施方式4
工艺流程同具体实施方式3，处理12000m3/h燃煤锅炉排出的烟气1，除尘后烟气的含尘浓度为90mg/m3，温度为130℃，由换热器3进入干燥器4(其效率为85％)后，烟气温度降低至75℃，经注水装置6向烟气中喷水，再经吸收剂注入装置7喷氨，进入立式湿式放电反应器8，它是由28个单元组成，单元为直径200mm圆形立管，其长度为2m，烟气停留时间为2秒。接地极内表面均敷有10mm厚的堇青石衬物，放电极为28根米字型锯齿线。电源11的重复率为70kHz，其余的技术指标均同具体实施方式3。
Claims (7)
1.一种集散控制式流光放电烟气脱硫的半湿法，其特征在于：其工艺流程是燃煤燃油锅炉产生的含尘烟气(1)进入除尘器(2)，去除烟气中的颗粒物，含尘浓度为100mg/m3以下，烟气温度为130℃左右，该烟气经热交换器(3)进入干燥器(4)，得到增湿降温，由干燥器出口管(5)排出，经注水装置(6)注水进一步增湿降温，由吸收剂注入装置(7)喷注吸收剂，然后进入湿式放电反应器(8)，该湿式放电反应器(8)是由一个或数个并列的反应单元组成，每个反应单元由热化学反应区(9)和一个或数个串联的等离子体化学反应段组成的等离子体化学反应区(13)，该等离子体化学反应区(13)各段由放电极和接地极组成极配，放电极与高压电源(11)相连接，所述电源对等离子体化学反应区供电采用集散控制方式，并在放电极产生同步的或随机的流光放电等离子体，气体污染物受所述热化学和放电等离子体化学作用，生成副产物铵盐、钾盐或钠盐溶液，净化后的烟气经脱雾器(14)去除雾滴，由热交换器(3)升温，从烟囱(15)排入大气，当溶液浓度接近饱和时，送入干燥器(4)脱水，生成物在干粉储槽(26)收集装包，由除尘器(2)排出的颗粒物经储灰槽(27)排出。
2.如权利要求1所述的集散控制式流光放电烟气脱硫的半湿法，其特征在于：所述注水装置(6)和吸收剂注入装置(7)设置在干燥器(4)和湿式放电反应器(8)之间，也可设置在(8)的烟气进口截锥部，所述吸收剂包括氨、氨水、碳酸钾溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液、超细锰矿粉或铁矿粉的悬浮液中的一种。
3.如权利要求1所述的集散控制式流光放电烟气脱硫的半湿法，其特征在于：所述湿式放电反应器(8)，可是卧式的也可是立式的，卧式用于处理大烟气量，立式处理小烟气量。
4.如权利要求1所述的集散控制式流光放电烟气脱硫的半湿法，其特征在于：所述湿式放电反应器(8)，可是一体的，也可是分体的，一体的湿式放电反应器，在放电等离子体化学反应区(13)之前设有一热化学反应区(9)；分体的湿式放电反应器是将热化学反应和放电等离子体化学反应的两过程分设在热化学反应器和放电等离子体化学反应器两体中进行。
5.如权利要求1所述的集散控制式流光放电烟气脱硫的半湿法，其特征在于：所述高压电源(11)是一种由直流基压和交流电压叠加而成的，其交流频率为15-100千赫。
6.如权利要求1所述的集散控制式流光放电烟气脱硫的半湿法，其特征在于：在所述湿式放电反应器的进口截锥及其前后、放电等离子体化学反应段之间和反应器顶部均设有喷雾器(24)。
7.如权利要求1所述的集散控制式流光放电烟气脱硫的半湿法，其特征在于：所述各反应区(9)、(13)和脱雾器(14)分别设有储液槽(18)、(17)和(16)，各槽溶液分别设有调节阀(23)、(20)和(19)，由泵(25)和(22)将溶液输送至喷雾器(24)，泵(21)将溶液输送至干燥器(4)中。
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