CN1559651A - 干法脉冲电晕放电烟气净化方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种干法脉冲电晕放电烟气净化方法和装置，本发明的烟气净化方法的特点是将高温烟气引入增湿降温塔进行增湿降温，增湿降温后的烟气进入脉冲放电等离子体反应器，在高压条件下与气氨投加装置投加的氨气反应，反应生成副产物，并由副产物收集器收集；本发明的烟气净化装置包括烟气增湿降温塔、气氨投加装置、纳秒级脉冲高压电源、等离子体反应器、副产物收集装置。采用本发明可以同时进行脱硫脱硝，脱硫脱硝效率高，对于不同含硫量的烟气和烟气量变化有较好的适应性和负荷跟踪性，烟气净化装置的使用寿命长，烟气净化装置中的脉冲放电等离子体反应器与电源的匹配效果好。
Description
技术领域
本发明属于废气净化技术领域。具体涉及一种净化烟气中的二氧化硫和氮氧化物的方法和装置。
背景技术
随着世界各国经济快速发展，作为主要能源的煤炭消耗量急剧增加，而燃烧过程所产生的二氧化硫、氮氧化物和其它一些气体污染物的排放量随之增加，其中二氧化硫、氮氧化物是酸性气体，和大气中的水分子结合，形成酸雨，给人类带来严重的经济损失和环境污染。1995年，我国火电装机容量达1.6亿kW，二氧化硫排放量是830万吨，约占全国的35％，而氮氧化物排放量是430万吨，到2000年火电装机容量达2.2亿kW，二氧化硫排放量占到全国的50％左右，氮氧化物排放量是1560万吨，预计到2010年火电装机容量达3.7亿kW，二氧化硫排放量占到全国的66％，氮氧化物排放量是2190万吨。
目前应用较为广泛的烟气脱硫方法主要有石灰石/石膏湿法、简易湿法、旋转喷雾半干法、炉内喷钙尾部增湿活化法、海水中和法等，其中以石灰石/石膏湿法应用最为广泛。但这些方法均存在不能脱除烟气中的氮氧化物，并且脱硫过程中产生的副产物利用价值不高等缺点。
脉冲电晕放电烟气脱硫脱硝方法一般有干法和半干法之分。半干法粉尘和液滴的收集率只有85～95％，液滴的收集效率不高，导致大量铵盐随净化后的烟气排放到大气中，而干法对粉尘和铵盐的收集率达到98.5％以上；半干法和干法相比，需要增加庞大的水循环和水处理设施，且在结晶过程中能耗较大；半干法的喷雾干燥塔跟踪烟气负荷，进行调节保持系统水的平衡和铵盐的平衡也是比较困难的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种干式电晕放电烟气净化方法和装置。
本发明的干式电晕放电烟气净化方法包括下列步骤：
1)将高温烟气引入增湿降温塔进行增湿降温，温度被降至50～80℃，水的含量在5～15％；
2)增湿降温后的烟气进入脉冲放电等离子体反应器，施加高压，脉冲电源功率为50～100kW，并由气氨投加装置投加氨气，氨硫化学计量比为0.8∶1～1∶1，反应生成副产物硫酸铵和硝酸铵；
3)副产物收集器收集生成的硫酸铵和硝酸铵，被净化后的烟气由引风机引入烟囱排入大气。
本发明的一种干式电晕放电烟气净化装置包括用于烟气增湿降温的烟气增湿降温塔，用于加入脱硫脱硝剂的气氨投加装置，用于脉冲电晕放电引发自由基和离子产生的纳秒级脉冲高压电源，用于活化水蒸气和氨气、活化后的水蒸气和氨气与烟气中的二氧化硫和氮氧化物进行反应的脉冲放电等离子体反应器、用于收集副产物的副产物收集装置5个单元，烟气增湿降温塔与脉冲放电等离子体反应器、副产物收集装置依次连接，气氨投加装置、纳秒级脉冲高压电源分别与脉冲放电等离子体反应器连接。
本发明的干式电晕放电烟气净化装置各个单元的结构和工作过程描述如下。
1)烟气增湿降温塔
烟气增湿降温塔包括设置在塔顶的烟气入口、设置在塔内顶端的雾化水喷嘴、设置在塔底的排污泵和积水池、设置在塔中部的烟气出口等部分，其中雾化水喷嘴呈环状布置，塔体采用圆柱型塔体结构。
增湿降温用水由雾化水喷嘴喷出，雾化水喷嘴将水雾化成粒径为100μm～150μm的雾滴，雾化水和从塔顶部流入的烟气形成顺流接触，经增湿降温的烟气被送至脉冲放电等离子体反应器，含尘污水流经积水池并由排污泵从烟气增湿降温塔塔底排出。喷入的雾化水有85～95％吸收了烟气的热量汽化，并随烟气流入脉冲放电等离子体反应器，5～15％的雾化水没有汽化，大粒径的雾化水流入塔底的排污装置排出，小粒径雾化水随烟气进入脉冲放电等离子体反应器。
2)气氨投加装置
气氨投加装置包括依次连接的液氨储罐、液氨压缩机、液氨蒸发器和气氨缓冲罐。
与二氧化硫和氮氧化物反应的气氨采用液氨，液氨储罐流经液氨压缩机进入液氨蒸发器，蒸发为气氨进入气氨缓冲罐内。
3)纳秒级脉冲高压电源
纳秒级脉冲高压电源主要由用于储存高压电能的中储电容器、用于中储电容器放电的闸流管、将中储电容器传出的电压升高的脉冲变压器、将脉冲变压器输出的电压波形整形的脉冲形成器和用于锐化脉冲形成器输出电压波形的磁开关组成。纳秒级脉冲高压电源在名称为“一种脉冲电晕等离子体烟气脱硫用的高压脉冲电源装置”(专利号为01247614.5)的实用新型专利中已有详细说明。
4)脉冲放电等离子体反应器
脉冲放电等离子体反应器内依次设置有在烟气入口处的气流均布板、水蒸气活化装置、氨活化装置、振打装置、阳极板和阴极、脉冲电极装置，在反应器下部设置有灰斗。
气流均布板用于调节稳定气流方向。
水蒸气活化装置包括依次连接的石英管、瓷轴、水蒸气进气管、储气罐、放电电极，极板与放电电极平行。水蒸气通过水蒸气进气管进入储气罐，在水蒸气放电电极上加30～90kV电压，充分活化后，含有OH自由基的水蒸气通过放电电极出气口喷出。
氨活化装置包括依次连接的石英管、瓷轴、氨气进气管、储气罐、放电电极，极板与放电电极平行。氨气通过氨气进气管进入储气罐，在氨气放电电极上加30～90kV电压，充分活化后，产生NH、NH2自由基，活化后的氨气通过放电电极出气口喷出。
水蒸气和氨气进入储气罐可以通过三通装置调节，三通装置可以保证水蒸气先被活化或保证氨气先被活化或水蒸气和氨气同时被活化，调节水蒸气或氨气的流量。
储气罐用于储备将被活化的水蒸气或氨气或水蒸气和氨气。
石英管和瓷轴起绝缘作用。
水蒸气活化装置和氨活化装置的放电电极均采用针-板式结构，针管型放电电极由主管和针管构成，同侧针相邻，两侧针交错排列，所有针处于同一个平面，并和极板平行。
振打装置主要由振打电极、阴极振打和阳极振打等组成，通过阴极振打和阳极振打收集部分反应副产物。
根据烟气量在反应器中设置一个或多个电场。
阳极板和阴极用于收集副产物。
脉冲电极装置包括线型放电电极、低压板电极和脉冲高压电源。放电电极采用曲率半径小的圆柱型线或星型线，低压板电极采用平板型或Z型的金属板，放电线之间的距离和线板之间距离的比例关系为0.6-1。脉冲高压电源要求产生电压波形的上升时间小于100ns，脉冲宽度小于1μs，频率可以根据要获得脱除效果进行调节。
烟气先通过气流均布板后，再通过水蒸气活化装置或氨活化装置或水蒸气活化装置和氨活化装置，再通过脉冲电极装置，产生OH、HO2、NH、NH2、N2 +等活性自由基和离子，氧化烟气中的SO2和NOx分子反应生成SO3和高价的NOx，最终生成硫铵和硝铵等副产物，副产物再由阳极板和阴极收集，再通过阴极振打和阳极振打后，由灰斗收集部分副产物。
5)副产物收集装置
副产物收集装置主要包括壳体、大梁、阳极板、阴极、阴极振打和阳极振打、气流分布板、进气口、出气口、贮灰斗等，还含有刷灰系统和保温层。副产物收集装置在名称为“电子束辐照烟气脱硫脱硝副产物收集装置”(专利号01213936.X)的实用新型专利文献中已有详细说明。
本发明的一种干法脉冲电晕放电净化烟气中的二氧化硫和氮氧化物方法的特点是，烟气经电厂的静电除尘器处理后进入增湿降温塔内，增湿降温后的烟气进入脉冲放电等离子体反应器，施加高压，并由气氨投加装置投加氨气，发生电晕放电，产生强氧化性自由基，自由基引发烟气中二氧化硫和氮氧化物反应，最终生成硫酸铵和硝酸铵微粒，微粒被副产物收集器收集。
本发明的装置净化烟气中的二氧化硫和氮氧化物时，采用烟气顺流接触方式，烟气与部分未汽化的水滴接触，提高了烟气增湿降温塔的除尘效率，提高了副产物的品质，增湿降温塔内形成的污水聚集在塔底附近的积水池内，该污水主要成分为燃煤粉尘、硫酸根和亚硫酸根离子，呈酸性，可用于碱性废水的调质等，也可将该污水排入电厂的沉渣池，用于沉渣池碱性废水的调质和水量的补充，也可用于燃煤补水和干渣降温，不会造成二次污染；气氨缓冲罐设置在0.2MPa～0.8MPa范围内的某个压力值工作，使得缓冲罐和输氨管道中气氨压力具有较好的稳定性，保证了投加入反应器中氨量的准确和稳定；纳秒级脉冲高压电源能提供上百千伏陡前沿纳秒级脉冲电压，平均输出功率大、效率高、寿命长；通过水蒸气活化装置、氨活化装置和脉冲电极装置活化后的烟气，脱硫脱硝率高，脱硫率能达到80％以上；副产物收集器除尘效率高，副产物收集效率高。
采用本发明能够同时进行脱硫脱硝，脱硫脱硝效率高，对于含硫烟气和烟气量的变化有较好的适应性和负荷跟踪性。本发明的净化装置的脉冲电源的使用寿命长，并能与脉冲放电等离子体反应器较好的匹配。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。
图1是本发明干法脉冲电晕放电烟气净化方法和装置实施例的脉冲放电等离子体反应器结构示意图
图2是本发明干法脉冲电晕放电烟气净化方法和装置实施例的水蒸气和氨气活化装置结构示意图
图3是本发明干法脉冲电晕放电烟气净化方法和装置实施例的放电电极结构示意图
图4是本发明干法脉冲电晕放电烟气净化方法和装置的工艺流程图
图中：1气流均布板I 2气流均布板II 3水蒸气活化装置 4氨活化装置 5振打装置 6阳极板和阴极 7脉冲电极装置 8灰斗 9极板 10放电电极 11储气罐 12三通装置 13进气管 14瓷轴 15石英管 16主管 17针管 18烟气增湿降温塔 19积水池20排污泵 21液氨储罐 22液氨压缩机 23液氨蒸发器 24气氨缓冲罐 25脉冲放电等离子反应器 26副产物收集器 27引风机 28烟囱
具体实施方式
本发明干法脉冲电晕放电烟气净化方法和装置将高温烟气引入增湿降温塔进行增湿降温，温度被降至50～80℃，水的含量在5～15％；增湿降温后的烟气进入脉冲放电等离子体反应器，施加高压，脉冲电源功率为50～100kW，并由气氨投加装置投加氨气，氨硫化学计量比为0.8∶1～1∶1，反应生成副产物硫酸铵和硝酸铵；副产物收集器收集生成的硫酸铵和硝酸铵，被净化后的烟气由引风机引入烟囱排入大气。
本发明的干法脉冲电晕放电烟气净化装置，包括用于烟气增湿降温的烟气增湿降温塔18，用于加入脱硫脱硝剂的气氨投加装置，用于脉冲电晕放电引发自由基和离子产生的纳秒级脉冲高压电源，用于活化水蒸气和氨气、活化后的水蒸气和氨气与烟气中的二氧化硫和氮氧化物进行反应的脉冲放电等离子体反应器25、用于收集副产物的副产物收集装置26；烟气增湿降温塔18与脉冲放电等离子体反应器25、副产物收集装置26依次连接，气氨投加装置、纳秒级脉冲高压电源分别与脉冲放电等离子体反应器25连接。
图1是本发明干法脉冲电晕放电烟气净化方法和装置实施例的脉冲放电等离子体反应器结构示意图，脉冲放电等离子体反应器内依次设置有在烟气入口处的气流均布板I1、气流均布板II2、水蒸气活化装置3、氨活化装置4、振打装置5、阳极板和阴极6、脉冲电极装置7，在反应器下部设置有灰斗8。
图2是本发明干法脉冲电晕放电烟气净化方法和装置实施例的水蒸气和氨气活化装置结构示意图，活化装置包括依次连接的石英管15、瓷轴14、用于水蒸气或氨气进入的进气管13、储气罐11、放电电极10，极板9与放电电极10平行，还包括三通装置12。
图3是本发明干法脉冲电晕放电烟气净化方法和装置实施例的放电电极结构示意图，放电电极10由主管16和针管17构成，同侧针相邻，两侧针交错排列，所有针处于同一个平面，并和极板9平行。
图4是本发明干法脉冲电晕放电烟气净化方法和装置的工艺流程图，烟气增湿降温塔18与脉冲放电等离子体反应器25、副产物收集装置26依次连接，气氨投加装置、纳秒级脉冲高压电源分别与脉冲放电等离子体反应器25连接。烟气增湿降温塔18包括积水池19和排污泵20，气氨投加装置包括依次连接的液氨储罐21、液氨压缩机22、液氨蒸发器23和气氨缓冲罐24。还包括引风机27和烟囱28。
本发明的工作过程描述如下。
将工厂锅炉产生的SO2浓度为2,500ppm的烟道气，以20,000Nm3/h的流量通过本发明的装置进行处理。增湿降温用水采用加压由呈环状布置的雾化水喷嘴喷出，雾化水喷嘴将水雾化成粒径为100μm～150μm的雾滴，雾化水和从塔顶部流入增湿降温塔18的烟气形成顺流接触，使烟气温度降至60～80℃，烟气中水的含量增加至10％左右，经增湿降温的烟气被送至脉冲放电等离子体反应器25，含尘污水流经积水池19并由排污泵20从烟气增湿降温塔18塔底排出。喷入的雾化水有85％～95％吸收了烟气的热量汽化，并随烟气流入脉冲放电等离子体反应器25，5％～15％的雾化水没有汽化，大粒径的雾化水流入塔底的排污装置排出，小粒径雾化水随烟气进入脉冲放电等离子体反应器25。气氨由液氨通过液氨储罐21流经液氨压缩机22再到液氨蒸发器23蒸发得到，气氨再由气氨缓冲罐24以0.2MPa～0.8MPa范围内的某个压力值喷入脉冲放电等离子体反应器25入口。经增湿降温后的烟气通过气流均布板I1和气流均布板II2后，与经活化后的水蒸气或氨气混合。水蒸气或氨气通过水蒸气活化装置3或氨活化装置4或水蒸气活化装置3和氨活化装置4的水蒸气或氨气进气管13，由三通装置12调节水蒸气或氨气的进气量，并由储气罐11储存，经电晕活化产生带有OH、HO2等活性自由基的水蒸气或带有NH、NH2、N2 +等活性自由基和离子的氨气，通过放电电极10的主管16和针管17喷出，再通过脉冲电极装置7，继续活化水蒸气或氨气，以及烟气中的SO2和NOx，最终生成硫铵和硝铵等副产物，少部分硫酸铵和硝酸铵微粒通过阳极板和阴极6收集后，再通过振打装置5振打阳极板和阴极6，这部分硫酸铵和硝酸铵微粒落入灰斗8，并被收集，带有大部分硫酸铵和硝酸铵微粒的烟气进入脉冲放电等离子体反应器出口的工艺管道，最后被送入副产物收集器26。氨硫化学计量比为0.8∶1～1∶1，脉冲电源功率为80kW，极板9和放电电极10平行，瓷轴14和石英管15起绝缘作用。被净化后带有副产物的烟气进入副产物收集器26内，首先是通过气流均布板调节烟气的流向和流速，再进入多个高压静电场，收集硫酸铵和硝酸铵微粒，通过多级振打后，硫酸铵和硝酸铵微粒落入灰斗，再通过刮灰装置收集副产物，极板和极线上的副产物每过数小时或副产物粘附较厚时，通过刷灰装置刷灰，副产物与烟气中副产物一道的落入灰斗，净化后的烟气由引风机引入烟囱，排入大气中。烟气粉尘浓度经检测小于200mg/Nm3，SO2浓度经检测在400ppm左右。
Claims (12)
1、一种干法脉冲电晕放电烟气净化方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将高温烟气引入烟气增湿降温塔(18)进行增湿降温，温度被降至50～80℃，水的含量在5～15％；
2)增湿降温后的烟气进入脉冲放电等离子体反应器(25)，施加高压，脉冲电源功率为50～100kW，并由气氨投加装置投加氨气，氨硫化学计量比为0.8∶1～1∶1，反应生成副产物硫酸铵和硝酸铵；
3)副产物收集器(26)收集生成的硫酸铵和硝酸铵，被净化后的烟气由引风机(27)引入烟囱(28)排入大气。
2、一种干法脉冲电晕放电烟气净化装置，其特征在于：包括用于烟气增湿降温的烟气增湿降温塔(18)，用于加入脱硫脱硝剂的气氨投加装置，用于脉冲电晕放电引发自由基和离子产生的纳秒级脉冲高压电源，用于活化水蒸气和氨气、活化后的水蒸气和氨气与烟气中的二氧化硫和氮氧化物进行反应的脉冲放电等离子体反应器(25)、用于收集副产物的副产物收集装置(26)；烟气增湿降温塔(18)与脉冲放电等离子体反应器(25)、副产物收集装置(26)依次连接，气氨投加装置、纳秒级脉冲高压电源分别与脉冲放电等离子体反应器(25)连接。
3、根据权利要求2所述的一种干法脉冲电晕放电烟气净化装置，其特征在于：所述的烟气增湿降温塔(18)包括设置在塔顶的烟气入口、设置在塔内顶端呈环状分布的雾化水喷嘴、设置在塔底的排污泵(19)和积水池(20)、设置在塔中部的烟气出口。
4、根据权利要求2所述的一种干法脉冲电晕放电烟气净化装置，其特征在于：所述的气氨投加装置包括依次连接的液氨储罐(21)、液氨压缩机(22)、液氨蒸发器(23)和气氨缓冲罐(24)。
5、根据权利要求2所述的一种干法脉冲电晕放电烟气净化装置，其特征在于：所述的脉冲放电等离子体反应器(25)内依次设置有在烟气入口处的气流均布板(1)和(2)、水蒸气活化装置(3)、氨活化装置(4)、振打装置(5)、阳极板和阴极(6)、脉冲电极装置(7)，在脉冲放电等离子体反应器(25)下部设置有灰斗(8)。
6、根据权利要求3所述的一种干法脉冲电晕放电烟气净化装置，其特征在于：所述的水蒸气活化装置(3)包括依次连接的石英管(15)、瓷轴(14)、水蒸气进气管(13)、储气罐(11)、放电电极(10)，极板(9)与放电电极(10)平行。
7、根据权利要求4所述的一种干法脉冲电晕放电烟气净化装置，其特征在于：所述的水蒸气活化装置(3)的放电电极采用针——板式结构，针管型放电电极(10)由主管(16)和针管(17)构成，同侧针相邻，两侧针交错排列，所有针处于同一个平面，并和极板(9)平行。
8、根据权利要求5所述的一种干法脉冲电晕放电烟气净化装置，其特征在于：所述的氨活化装置(4)包括依次连接的石英管(15)、瓷轴(14)、氨气进气管(13)、储气罐(11)、放电电极(10)，极板(9)与放电电极(10)平行。
9、根据权利要求8所述的一种干法脉冲电晕放电烟气净化装置，其特征在于：所述的氨活化装置(4)的放电电极采用针——板式结构，针管型放电电极(10)由主管(16)和针管(17)构成，同侧针相邻，两侧针交错排列，所有针处于同一个平面，并和极板(9)平行。
10、根据权利要求5所述的一种干法脉冲电晕放电烟气净化装置，其特征在于：所述的脉冲电极装置(7)包括放电电极(10)、低压板电极和脉冲高压电源，放电电极(10)采用曲率半径小的线型放电电极，低压板电极采用平板型或Z型的金属板，放电线之间的距离和线板之间距离的比例关系为0.6～1。
11、根据权利要求5所述的一种干法脉冲电晕放电烟气净化装置，其特征在于：所述的振打装置(5)包括振打电极、阴极振打和阳极振打。
12、根据权利要求5所述的一种干法脉冲电晕放电烟气净化装置，其特征在于：所述的脉冲放电等离子体反应器(25)中设置的电场为一个或多个。
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