CN205145964U - 一种半干法脉冲等离子体烟气净化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半干法脉冲等离子体烟气净化系统，包括供烟气流通的反应器壳体，以及用于形成反应器壳体内部脉冲等离子体电场的高压脉冲电源，还包括用于为烟气增加水分含量的雾化水供水系统，雾化水供水系统设置在反应器壳体的烟气入口处；用于检测反应器壳体内烟气湿度的湿度传感器；用于根据湿度传感器的检测结果控制雾化水供水系统的喷水量以保持烟气相对湿度为85％-95％的控制系统。本实用新型所提供的烟气净化系统利用控制系统，控制雾化水供水系统的喷水量，将烟气的相对湿度控制在85％-95％之间，相比传统的干式反应，提高了对多种污染物的脱除效率，同时又避免了湿法反应技术对后续烟道等设施的腐蚀风险，经济性好，适用于大规模的烟气处理工程。

Description

一种半干法脉冲等离子体烟气净化系统

技术领域

本实用新型涉及烟气净化设备领域，特别是涉及一种半干法脉冲等离子体烟气净化系统。

背景技术

近年来，我国环保政策变得越来越严厉，比如，《火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011)》中规定了重点地区的火力发电厂的烟气污染物排放浓度限值为：SO₂-50mg/m³、NO_X-100mg/m³、粉尘-20mg/m³。而国家发改委、环保部、国家能源局于2014年联合印发的《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》，将部分地区的火力发电厂的烟气污染物排放浓度限值进一部降低为：SO₂-35mg/m³、NO_X-50mg/m³、粉尘-10mg/m³。

另外，部分省份则出台了比国家标准更严格的地方标准，比如山西省人民政府办公厅《关于推进全省燃煤发电机组超低排放的实施意见》，把山西省的火力发电厂的烟气污染物排放浓度限值进一部降低为：SO₂-35mg/m³、NO_X-50mg/m³、粉尘-5mg/m³。在未来，国家将会陆续出台对工业烟气中的汞和PM2.5的控制要求。

等离子体烟气多种染污物一体化去除装置，是利用气体放电产生的等离子体来使污染物成分产生化学反应，生成无害物质的装置。气体放电在电极间产生等离子体，把中性的分子激发成了自由基，以H₂O分子为例，可被激发成H⁺和OH^－自由基。这些自由基将SO₂变成SO₃，NO_X变成HNO₃，单质Hg变成HgO。

SO₃和HNO₃可以进一步与加入反应器壳体中的NH₃气体转化成硫酸铵和硝酸铵，硫酸铵、硝酸铵和HgO都是固态物质，能在气体放电产生的静电场中被收集下来。

现有技术中，等离子体烟气多种染污物一体化净化技术，即为利用放电产生的等离子体对SO₂和NO_X的氧化作用，同时结合加入反应器壳体中的NH₃气体，把烟气中的SO₂和NO_X转化成硫酸铵和硝酸铵复合肥。

上述技术的化学反应发生在气相中，为干式反应，装置的能耗较高，电耗约为电厂发电量的2％。

现有技术中的等离子体烟气多种染污物一体化净化技术还包括湿法技术，向烟气中喷水，提高烟气中H₂O的含量，可以提高烟气的净化效果，同时节省用电量，降低能耗。比如，中国专利2015203080046《一种等离子体烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置》提出了一种采用向所有电极喷水的湿式等离子体反应器来同时脱除烟气中的多种污染物。

然而，采用湿法装置处理后的烟气中，带有大量的水分，可能对后续烟道和烟囱带来额外的腐蚀问题。

因此，如何克服传统干法反应技术效率低、能耗高问题的同时，避免湿法反应技术对后续烟道等设施的腐蚀风险，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种半干法脉冲等离子体烟气净化系统，该烟气净化系统为半干法反应技术，可以在同一套装置内同时去除烟气中粉尘、SO₂、NO_X、汞和PM2.5等污染物，净化效率高，能耗低，对烟道等设施的腐蚀小。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种半干法脉冲等离子体烟气净化系统，包括供烟气流通的反应器壳体，以及用于形成所述反应器壳体内部脉冲等离子体电场的高压脉冲电源，其特征在于，还包括：

用于为烟气增加水分含量的雾化水供水系统，所述雾化水供水系统设置在所述反应器壳体的烟气入口处；

用于检测所述反应器壳体内烟气湿度的湿度传感器；

用于根据所述湿度传感器的检测结果控制所述雾化水供水系统的喷水量以保持烟气相对湿度为85％-95％的控制系统。

优选的，所述雾化水喷水系统包括分别朝向所述反应器壳体的烟气入口和烟气出口的两排雾化水喷嘴，所述雾化水喷嘴设置在所述反应器壳体靠近烟气入口的一端。

优选的，所述反应器壳体内间隔安装有接地极板排和放电极板排，所述接地极板排和所述放电极板排均沿平行于烟气流动方向布置，所述放电极板排与所述高压脉冲电源连接。

优选的，所述接地极板排与所述放电极板排之间的异极距为90mm-110mm。

优选的，还包括用于冲洗电场、能够喷出450μm-550μm直径水滴的冲洗水供水系统，所述控制系统还用于控制所述冲洗水供水系统的喷水量。

优选的，所述冲洗水供水系统包括设置在所述反应器壳体顶部、能够分别朝上和朝下喷水的两排冲洗水喷嘴。

优选的，所述高压脉冲电源为直流基压的电压小于所述电场在烟气条件下起晕电压的50％、脉冲脉宽小于1μs、脉冲电压峰值不小于90kv-110kv的脉冲加直流基压叠加电源。

优选的，所述雾化水供水系统为用于喷出平均直径小于50μm雾滴的雾化水供水系统。

优选的，还包括用于检测所述反应器壳体烟气出口处的烟气污染物浓度的污染物浓度传感器，所述控制系统还用于根据所述污染物浓度传感器的检测结果控制所述高压脉冲电源的供电频率。

优选的，还包括设置在所述反应器壳体的烟气出口收缩段、用于脱除氮氧化物的紫外光源，所述控制系统还用于控制所述紫外光源的开启和关闭。

本实用新型所提供的烟气净化系统，包括供烟气流通的反应器壳体，以及用于形成所述反应器壳体内部脉冲等离子体电场的高压脉冲电源，还包括用于为烟气增加水分含量的雾化水供水系统，所述雾化水供水系统设置在所述反应器壳体的烟气入口处；用于检测所述反应器壳体内烟气湿度的湿度传感器；用于根据所述湿度传感器的检测结果控制所述雾化水供水系统的喷水量以保持烟气相对湿度为85％-95％的控制系统。该烟气净化系统利用所述控制系统，控制所述雾化水供水系统的喷水量，将烟气的相对湿度控制在85％-95％之间，相比传统的干式反应，提高了对多种污染物的脱除效率，同时又避免了湿法反应技术对后续烟道等设施的腐蚀风险，有更好的经济性，适用于大规模的烟气处理工程。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的烟气净化系统一种具体实施方式的结构示意图；

其中：1-烟气进口扩散段、2-进口气流均布板、3-接地极板排、4-放电极线、5-污水收集、6-烟气出口收缩段、7-出口气流均布板、8-出口烟道连接段、9-紫外光源、10-湿度传感、11-污染物浓度传感、12-现场计算机、13-高压脉冲电、14-冲洗水供水系、15-雾化水供水系统。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种半干法脉冲等离子体烟气净化系统，该烟气净化系统的净化效率高，能耗低，对烟道等设施的腐蚀小。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本实用新型所提供的烟气净化系统一种具体实施方式的结构示意图。

在该实施方式中，烟气净化系统包括供烟气流通的反应器壳体，以及用于形成反应器壳体内部脉冲等离子体电场的高压脉冲电源13。

如图1所示，反应器壳体的左侧为烟气入口，右侧为烟气出口，靠近烟气入口处设有锥形烟气进口扩散段1，靠近烟气出口处设有锥形烟气出口收缩段6以及用于连接反应器壳体与烟道的出口烟道连接段8，反应器壳体的底部设有污水收集斗5，污水收集斗5的底端设有排水口，脉冲等离子体电场布置在反应器壳体内，反应器壳体的作用是形成烟气流动的通道和支撑电极。

脉冲等离子体电场的个数可以为多个，沿烟气气流方向串联布置，每个电场由高压脉冲电源13供电，高压脉冲电源13设置在反应器壳体外部，每个电场均由悬挂在反应器壳体上、间隔安装的接地极板排3和放电极板排4组成，接地极板排3和放电极板排4均沿平行于烟气流动方向布置，放电极板排4与高压脉冲电源13连接。

为了该烟气净化系统的脉冲放电过程能稳定运行，需要使放电极板排4保持在接地极板排3之间的中心位置。然而，由于设备的制造和安装偏差会造成放电极板排4偏离接地极板排3之间的中心位置，而越是大型的装置，误差会越大。大型设备需要更大的异极距(即放电极板排4距离接地极板排3的距离)，才能保证较小的位置相对偏差，才能保证装置的稳定运行，但是，另一方面，越大的异极距，又需要越高电压等级的电源来供电，增加电源设备的成本。

具体的，接地极板排3与放电极板排4之间的异极距为90mm-110mm，综合考虑电场运行稳定性和成本因素，异极距优选为100mm。

另外，反应器壳体的烟气进口扩散段1的后端还设有进口气流均布板2，烟气出口收缩段6的前端设有出口气流均布板7，同时，为了保证反应器壳体的密封性，还包括侧墙和顶盖。

该烟气净化系统还包括用于为烟气增加水分含量的雾化水供水系统15，以及用于检测反应器壳体内烟气湿度的湿度传感器10。其中，雾化水供水系统15设置在反应器壳体的烟气入口处，湿度传感器10设置在反应器壳体的出口烟道连接段8。

另外，该烟气净化系统还包括用于根据湿度传感器10的检测结果控制雾化水供水系统15的喷水量以保持烟气相对湿度为85％-95％的控制系统。优选的，保持烟气相对湿度为90％效果最佳。

该烟气净化系统，为半干法脉冲等离子体烟气一体化去除系统，采用气体在高压脉冲供电条件下，产生的低温等离子体来净化工业烟气，可以同时去除烟气中粉尘、SO₂、NO_X、汞、VOC和PM2.5等污染物，利用控制系统控制雾化水供水系统15的喷水量，将烟气的相对湿度控制在85％-95％之间，相比传统的干式反应，提高了对多种污染物的脱除效率，同时又避免了湿法反应技术对后续烟道等设施的腐蚀风险，有更好的经济性，适用于大规模的烟气处理工程。

具体的，雾化水供水系统15包括分别朝向反应器壳体的烟气入口和烟气出口的两排雾化水喷嘴，雾化水喷嘴设置在反应器壳体靠近烟气入口的一端。雾化水喷嘴为压缩空气+水的两相流喷嘴，雾化水由雾化水喷嘴沿顺烟气流方向和逆烟气流方向同时喷入，以增强雾滴与烟气的混合效果。

优选的，雾化水喷入的雾滴平均直径小于50μm。

另外，为了装置能稳定运行的另一项措施在于，为该烟气净化系统增设用于冲洗电场、能够喷出450μm-550μm直径水滴的冲洗水供水系统14，控制系统还用于控制冲洗水供水系统14的喷水量。

控制系统具体可以为现场计算机12。

由现场计算机12检测到高压脉冲电源13的运行电压有明显降低时，开启冲洗水供水系统14，对电场内的部件进行清洗。

具体的，冲洗水供水系统14包括设置在反应器壳体顶部、能够分别朝上和朝下喷水的两排冲洗水喷嘴。

位于电场顶部的冲洗水喷嘴喷出500μm直径左右的水滴，这样尺寸的粗水滴不会形成连续相，不会引起电场的闪络，在喷水时，不需要停止对电场供电，同时，粗大的水滴更容易带电荷，更容易附着在电极上，减少逃逸出电场的水滴的量，避免后续设备的腐蚀。

电场顶部的冲洗水喷嘴能够同时向上和向下喷水，向下喷水的作用是加速反应速率，同时清洗接地极板排3，带走生成物，向上喷水的作用是清洗反应器的顶盖内壁。

进一步，高压脉冲电源13为脉冲加直流基压叠加电源，其中，直流基压的电压小于电场在烟气条件下起晕电压的50％、脉冲脉宽小于1μs、脉冲电压峰值不小于90kv-110kv。

这里需要说明的是，脉冲电压峰值应当根据异极距计算，每1mm异极距，脉冲电压峰值不低于1kV。

除上述设置之外，该净化系统还包括用于检测反应器壳体烟气出口处的烟气污染物浓度的污染物浓度传感器11，控制系统还用于根据污染物浓度传感器11的检测结果控制高压脉冲电源13的供电频率。

由于在对含有粉尘、SO₂、NO_X、汞和PM2.5等污染物的烟气进行同时净化的过程中，NO_X是最难以去除的物质，为了使装置对NO_X有稳定的脱除性能，现场计算机12通过污染物浓度传感器11检测到的反应器壳体出口烟气中的NO_X浓度来控制高压脉冲电源13的供电频率，以保证适合的NO_X脱除效率和节能效果。

另外，该系统还包括设置在反应器壳体的烟气出口收缩段6、用于脱除氮氧化物的紫外光源9，控制系统还用于控制紫外光源9的开启和关闭。

具体工作过程为：当出口烟气中的NO_X浓度高于目标值时，增加高压脉冲电源13的脉冲频率；当高压脉冲电源13运行在最大频率仍然达不到对NO_X的脱除效率时，开启紫外光源9，对NO_X进行进一步的分解。

该烟气净化系统的净化过程如下：

当含有粉尘、SO₂、NO_X、汞和PM2.5等污染物的烟气通过烟气进口扩散段1进入高压脉冲电场前，由雾化水供水系统15的雾化水喷嘴喷出的水雾与烟气混合，增加烟气的含水量；

现场计算机12根据位于出口烟道连接段8上的湿度传感器10检测到的净烟气的相对湿度来控制雾化水供水系统15的喷水量；

湿度传感器10、现场计算机12和雾化水供水系统15组成的喷水系统即把烟气的湿度增加，又把相对湿度控制在90％左右，形成增湿的半干烟气，这样可以得到比干法反应更高的污染物脱除效率，但又可以避免后续设备受到湿烟气的腐蚀；

增湿后的烟气，在进口气流均布板2的均流作用下，均匀地进入脉冲等离子体电场；

在脉冲等离子体电场中，由高压脉冲电源13供电，在接地极板排3和放电极板排4(即放电极线)之间的区域形成烟气的高压放电，烟气的高压放电产生等离子体；

烟气中的水分，在等离子体的作用下，被激发成了H⁺和OH^－自由基，烟气中的SO₂和NO_X在OH^－自由基的作用下，被转化成更高的氧化态，然后再与烟气中的水作用，生成酸的液滴，这些酸的液滴在电场中会被进一步地收集到接地极板排3上，实现烟气的净化。

烟气中的单质Hg被气体放电产生的等离子体氧化生成了氧化态的固态物质HgO，固态HgO与烟气中的粉尘、PM2.5一同在电场力的作用下被收集到接地极板排3上。

等离子反应电场内实现了多种污染物的反应和收集，烟气实现了净化，净化后的烟气，由烟气出口收缩段6和出口烟道连接段8排出，为了避免出口气流的收缩影响电场内的烟气均匀性，在烟气出口收缩段6内设置出口气流均布板7。

另外，为了保证气态和固态污染物的同时脱除，该系统所用的电源全部为脉冲电源，所输出的电压由脉冲+直流基压合成。脉冲电压是为了给脱硝和脱硫用等离子体的产生而设置，直流基压主要为粉尘、酸露等生成物等固态或者液态物质的收集而设置；根据脉冲电晕的产生过程，一个完整的脉冲放电过程在几μs的时间内完成，为了保证单次的脉冲放电过程不互相干扰，高压脉冲电源13的脉冲宽度小于1μs，极性为正；为了使直流基压不至于单独产生电晕放电而影响脉冲放电过程，高压脉冲电源13的直压的电压应小于该电场起晕电压的50％。

除上述内容之外，由于脉冲放电会引起烟气沿垂直于烟气方面流动，为了减小放电引起的烟气垂直流动对主气流造成的影响，需要保持较快的烟气主流动速度，另一方面，过快的烟气流速又会造成内部电极的震动，影响装置的安全和稳定。因此，电场内烟气的理想流速为2-3m/s。

在一个具体的工程应用中，在满足原来环保标准的烟气需要进一步净化，以达到新的环保标准要求，需要处理的烟气流量为150000m³/h，粉尘、SO₂、NO_X的浓度分别为20、100、100mg/nm³，烟气净化后需要达到的粉尘、SO₂、NO_X的浓度目标值为分别为5、35、50mg/nm³。

上述具体实施例中，优选设计的反应器高度为5m，宽度为4m，单个电场长度为1.8m，反应器壳体内包括两个电场，总长度为3.6m；电场的异极距为100mm，高压脉冲电源13的直流基压为5kV，脉冲电压峰值为100kV；紫外光源9采用包含波长小于210nm光线的紫外灯。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本实用新型所提供的烟气净化系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种半干法脉冲等离子体烟气净化系统，包括供烟气流通的反应器壳体，以及用于形成所述反应器壳体内部脉冲等离子体电场的高压脉冲电源(13)，其特征在于，还包括：

用于为烟气增加水分含量的雾化水供水系统(15)，所述雾化水供水系统(15)设置在所述反应器壳体的烟气入口处；

用于检测所述反应器壳体内烟气湿度的湿度传感器(10)；

用于根据所述湿度传感器(10)的检测结果控制所述雾化水供水系统(15)的喷水量以保持烟气相对湿度为85％-95％的控制系统。

2.根据权利要求1所述的烟气净化系统，其特征在于，所述雾化水供水系统(15)包括分别朝向所述反应器壳体的烟气入口和烟气出口的两排雾化水喷嘴，所述雾化水喷嘴设置在所述反应器壳体靠近烟气入口的一端。

3.根据权利要求2所述的烟气净化系统，其特征在于，所述反应器壳体内间隔安装有接地极板排(3)和放电极板排(4)，所述接地极板排(3)和所述放电极板排(4)均沿平行于烟气流动方向布置，所述放电极板排(4)与所述高压脉冲电源(13)连接。

4.根据权利要求3所述的烟气净化系统，其特征在于，所述接地极板排(3)与所述放电极板排(4)之间的异极距为90mm-110mm。

5.根据权利要求1所述的烟气净化系统，其特征在于，还包括用于冲洗电场、能够喷出450μm-550μm直径水滴的冲洗水供水系统(14)，所述控制系统还用于控制所述冲洗水供水系统(14)的喷水量。

6.根据权利要求5所述的烟气净化系统，其特征在于，所述冲洗水供水系统(14)包括设置在所述反应器壳体顶部、能够分别朝上和朝下喷水的两排冲洗水喷嘴。

7.根据权利要求1所述的烟气净化系统，其特征在于，所述高压脉冲电源(13)为直流基压的电压小于所述电场在烟气条件下起晕电压的50％、脉冲脉宽小于1μs、脉冲电压峰值不小于90kv-110kv的脉冲加直流基压叠加电源。

8.根据权利要求1所述的烟气净化系统，其特征在于，所述雾化水供水系统(15)为用于喷出平均直径小于50μm雾滴的雾化水供水系统(15)。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的烟气净化系统，其特征在于，还包括用于检测所述反应器壳体烟气出口处的烟气污染物浓度的污染物浓度传感器(11)，所述控制系统还用于根据所述污染物浓度传感器(11)的检测结果控制所述高压脉冲电源(13)的供电频率。

10.根据权利要求9所述的烟气净化系统，其特征在于，还包括设置在所述反应器壳体的烟气出口收缩段(6)、用于脱除氮氧化物的紫外光源(9)，所述控制系统还用于控制所述紫外光源(9)的开启和关闭。