一種脈衝電場活化乾式噴鈣煙氣脫硫方法和裝置的製作方法

2023-06-13 09:56:01

專利名稱：一種脈衝電場活化乾式噴鈣煙氣脫硫方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及環境工程技術領域，特指一種在輸送管道中脈衝電場活化乾式 噴鈣煙氣脫硫方法和裝置。
背景技術：
燃煤電廠等工業鍋爐的排煙中含有大量的S02，不但汙染大氣環境，同時可 形成酸雨，嚴重破壞生態環境。所以，去除煙氣中的S02，解決對大氣環境的汙
染和酸雨問題，己引起世界範圍的關注和重視，成為全球性的亟需解決的環境問 題之一。
國內外對煙氣脫硫技術(FGD)已做了大量的研究工作，根據脫硫劑類型和 最終產物乾濕狀態的不同，按工藝特點，煙氣脫硫方法通常有溼法、半乾法和幹 法。溼法煙氣脫硫技術脫硫率高，技術成熟、應用最廣，但投資成本和運行費用 較高。隨著我國經濟的快速發展，我國的環保形勢越來越嚴重，開發高效、低成 本的乾式煙氣脫技術，研究開發具有自主智慧財產權的高效、低成本的乾式煙氣脫 硫技術顯得任重道遠。
荷電乾式吸收劑噴射脫硫技術(CDSI)，由於具有投資低、佔地少，適用於 老電廠煙氣脫硫改造；工藝簡單、操作方便、易於國產化，便於在國內電廠加以 應用和維護管理等特點近幾年受到人們的關注。CDSI法是20世紀90年代由美國 阿蘭柯環境資源公司(Alanco Environmental Resources Corporation)開發的一種 乾式煙氣脫硫方法。其脫硫原理是把Ca(OH)2作為脫硫劑，在噴射單元中以高速 通過高壓直流電暈荷電區後，再進入一級除塵器後的煙氣輸送管道中(二級除塵 器前)與煙氣混合，使Ca(OH)2與煙氣中的S02反應生成CaS03及少量CaS04顆粒 物質，然後被後部的二級除塵設備除去。脫硫劑經過高壓直流電暈荷電區後在其 表面上形成靜電荷，由於同種電荷相互排斥，使脫硫劑顆粒很快在煙氣中擴散， 形成均勻的懸浮狀態，從而增加與S02反應的機會。此外由於放電電場作用，可 增強其活性，縮短反應所需滯留時間(一般為2s左右)，從而有效提高了脫硫效 率。該系統自1994年初進入中國市場以來，在治理髮電廠S02方面取得了一定的 成效。但該法存在的缺點是，採用直流電暈放電產生的電子平均能量較低，通常 為1.5eV左右，使脫硫劑獲得的能量較低，因此脫硫率低，僅為60%-70%，無法滿足較高濃度S02脫除的需要。此外，脫硫所需要的Ca/S比較高，為1.5，存在脫 硫劑利用率不足的問題，增加了脫硫設備的運行成本。為了解決存在的問題，2006 年陳志剛和儲金宇等人在CDSI方法的基礎上，用正極性窄脈衝電暈放電替代直 流電暈放電。當Ca/S比為1.5，停留時間為2.8s時，802脫除率達到80%。該法雖 然提高了S02脫除率，但沒有有效降低Ca/S比和停留時間，仍然存在脫硫劑利用 率低，運行費用高的問題。

發明內容
本發明的目的是為解決荷電乾式吸收劑噴射脫硫技術(CDSI)存在的脫硫 率較低，Ca/S比較高，脫硫劑利用率不足以及運行費用高的問題，提供了在輸 送管道中脈衝電場活化乾式噴鈣煙氣脫硫方法。該脫硫方法結合了 CDSI法的特 點，研製了在輸送管道中脈衝電場活化乾式噴鈣煙氣脫硫系統，可直接利用原有 的煙氣管道設施進行技術改進，無須再進行大的廠房、設備投入，工業實用性強， 特別適合於中小(電廠)企業的煙氣脫硫技術改造。由於在鍋爐煙氣輸送管道中 施加高壓脈衝電場，在提高脫硫劑活性的同時，也激活了煙氣及so2，使S02 處於激發態。因此，有效提高了脫硫率(80%以上)，降低了 Ca/S比(約為1.2 1.3)，從而解決了脫硫劑利用率不足以及運行費用高的問題。
在輸送管道中脈衝電場活化乾式噴鈣煙氣脫硫方法是一種煙氣脫硫新工藝， 該法是對荷電乾式脫硫劑噴射脫硫系統(CDSI)的改進和完善。主要改進是，將 CDSI中施加在噴射供料單元中的高壓直流電場改為在煙氣輸送管道中施加高壓 脈衝電場，即在管道中安裝3個針狀電極作為放電極，以煙氣管道作為接地極， 形成高壓脈衝放電電場。該系統包括一級除塵器、噴射供料單元、煙氣輸送管道 中高壓脈衝放電單元、二級靜電除塵器和檢測系統。
上述裝置中，放電極1與放電極2和放電極2與放電極3之間的距離為150 300mm。
上述裝置中，每個放電極沿煙氣輸送管道軸向長度分別為10 30腿。 上述裝置中，每個放電極的直徑均為0.5 3mm。
上述裝置中，放電極與作為接地極的煙氣管道平行，且在煙氣管道軸線上。 上述裝置中，放電極的供電電源採用高壓脈衝等離子體電源，輸出功率為 2kW,放電極施加電壓為5 25kV，供電頻率為2. 0kHz 20kHz。其脫硫原理是把Ca(OH)2作為脫硫劑，在噴射單元中以高速噴入一級除塵器 後的煙氣輸送管道中(二級除塵器前)與含有S02煙氣混合，再通過施加在煙氣
輸送管道中高壓脈衝電場，使Ca(OH)2與煙氣中的S02反應生成CaS03及少量 CaS04顆粒物質，然後被後部的二級除塵設備除去，從而達到脫去煙氣中S02 的目的。其反應式如下
S02+Ca(OH)2—CaSO4-0.5H2O+0.5H2O
由於煙氣中還含有少量的氧氣和水分，因此還可能發生以下反應
2CaSO3.0.5H2O+O2+3H2O—2CaSO42H2O
脫硫劑經過高壓脈衝電場後在其表面上形成靜電荷，由於同種電荷相互排
斥，使脫硫劑顆粒很快在煙氣中擴散，形成均勻的懸浮狀態，從而增加與S02反
應的機會。採用高壓脈衝電場氣體放電後產生的非平衡等離子體將煙氣中的
H20、 02等分子激活、裂解，產生大量活性粒子，把HO-H及O-O健打開，使之
成為自由基或活化粒子，這些自由基或活化粒子與高能電子一起處理脫硫劑粒 子，可引起固體表面分子化學鍵的斷裂，提高了粒子的化學反應活性。同時，在
等離子體的作用下使S02氣體分子處於激發態，可有效降低與脫硫劑完全反應所
需的滯留時間， 一般在1.5s左右即可完成慢硫化反應，可有效減少反應過程所需 管路的長度，以及佔地面積和空間，使設備的安裝和實際運行變得簡單易行。
此外，在輸送管道中脈衝電場活化乾式噴鈣煙氣脫硫系統還有助於清除超微 細粉塵(PMh)，粒徑Sl0pm)。由於在煙氣輸送管道中施加高壓脈衝電場，對於 超微細粉塵起到預荷電的作用，有利於二級靜電除塵器的淨化，提高了粉塵的淨 化效率。
本發明的使用條件 煙氣在管道中停留時間21.6S; 溫度範圍室溫 20(TC; 鈣硫比L2 1.3; 煙氣風速214m/s; 脫硫劑粒度S50pm;
高壓脈衝電場強度5kV 20kV。 3、有益效果(1) 採用高壓脈衝放電等離子體技術對脫硫劑進行活化處理，具有創新性。 傳統的荷電乾式脫硫劑噴射脫硫系統(CDSI)主要採用高壓直流電暈放電
的方法，使脫硫劑表面荷電來提高其活性。由於在高壓脈衝產生的等離子體中電 子的平均能量高達3eV以上，可以產生大量的OH、 H02、 0(iD)等活性粒子，使 脫硫劑得以充分荷電、激活，大大提高脫硫劑的活性。 一方面提高了脫硫劑的利 用率，降低了 Ca/S比(約為1.2 1.3)，使運行成本大幅度降低；另一方面由於 脫硫劑的活性的提高，可獲得較高的煙氣脫硫效率(80%以上)。
(2) 可直接利用原有的煙氣管道設施進行技術改進，無須再進行大的廠房、 設備投入，工業實用性強，特別適合於中小(電廠)企業的煙氣脫硫技術改造。
採用等離子體處理後的脫硫劑，因其活性的增加，可有效降低同S02完全反 應所需的滯留時間， 一般在1.5秒左右即可完成慢硫化反應，可有效減少反應過 程所需管路的長度，以及佔地面積和空間，使設備的安裝和實際運行變得簡單易 行。
(3) 能耗低。每處理11113煙氣中S02僅消耗電能0.13Wh。能耗大大低於其 他等離子體煙氣脫硫方法，具有較強的實際應用價值。


圖1在輸送管道中脈衝電場活化乾式噴鈣煙氣脫硫系統其工藝流程。
圖2脈衝電場活化單元構造示意圖。
圖3 Ca/S比值與脫硫效率的關係曲線圖。
圖4脫硫劑粒度與脫硫效率的關係曲線圖。
圖5煙氣停留時間與脫硫效率的關係曲線圖。
圖6放電電壓與脫硫效率的關係曲線圖。
圖7放電功率與脫硫效率的關係曲線圖。
圖l中l.一級除塵器2.高壓脈衝電場3.S02檢測裝置4.煙氣輸送管道 5.二級靜電除塵器6.高壓直流電源7.引風機8.給料機9.噴槍IO.空壓機 ll.高壓脈衝電源。
圖2中12.煙氣輸送管道(接地極)13.放電極1 14.放電極2 15.放電極316.絕緣子17.高壓脈衝電源。
具體實施例方式
下面結合技術方案和

詳細敘述本發明的具體實施例 在輸送管道中脈衝電場活化乾式噴鈣煙氣脫硫工藝流程如圖1所示，脫硫劑 Ca(OH)2在噴射供料單元中以高速噴入一級除塵器1後的煙氣輸送管道4中(二 級除塵器5前)與含有S02煙氣混合，再通過施加在煙氣輸送管道中高壓脈衝電 場，使Ca(OH)2與煙氣中的S02反應生成CaS03及少量CaS04顆粒物質，然後 被後部的二級除塵設備除去，從而達到脫去煙氣中S02的目的。 步驟h圖l、圖2中由高壓脈衝等離子體電源11對管道中針狀放電電極13、 14、 15施加高壓脈衝電壓，在放電電極和輸送管道中形成高壓脈衝電場，以煙 氣輸送管道作為接地極，形成高壓脈衝放電電場。
步驟2:實驗中，施加在放電極上的電壓為5.4kV，頻率為10kHz;煙氣中S02 的原始濃度大約控制在2228xl0—6 2262xl0—6 (v/v)之間，氣體中含氧量為21% (v/v)，含水量為1.8% (v/v)。煙氣停留時間為1.6s。在煙氣流量為100m3/h的 條件下做了 Ca/S比值對S02脫除率影響的實驗，試驗結果如圖3所示。從圖中 可以看出，隨著煙氣中Ca/S比值的增加，S02脫除率都不斷增高。當氣體中 Ca/S比值為1.03時，S02脫除率為70.9%;隨著煙氣中Ca/S比值的增加，S02 脫除率不斷增高，當氣體中Ca/S比值為1.23 1.34時，S02脫除率為81.5% 82.8%;當氣體中Ca/S比值為2.0時，S02脫除率增加到92.1%。 步驟3:實驗採用的(Ca(OH)2)脫硫劑由山東淄博兆慶化工有限公司提供，平 均粒度分別為32pm、 48pm、 58pm和75pm四個型號。煙氣中S02的原始濃度 大約控制在2238xl0" 2267x10—6 (v/v)之間，氣體中含氧量為21% (v/v)，含水 量為1.8% (v/v); Ca/S比值為1.3;煙氣停留時間為1.6S。實驗中施加在放電極 上的電壓為5.4kV，頻率為10kHz。在氣體流量為100n^/h的條件下做了脫硫劑 粒度對S02脫除率影響的實驗，試驗結果如圖4所示。從圖中可以看出，隨著脫 硫劑粒度的增加，S02脫除率不斷降低。當脫硫劑粒度為32pm時，S02脫除率 可達86.5%;當脫硫劑粒度增加到75pm時，煙體中S02的脫除率僅為68.3%。可見，脫硫劑粒度越大，脫硫率越低。
步驟4:煙氣停留時間與S02脫除率之間的實驗結果如圖5所示。氣體中S02的 原始濃度大約控制在2242xl(T6 2278xl0—6 (v/v)左右，氣體中含氧量為21%(v/v， 含水量為0.6%(v/v); Ca/S比值為1.3。實驗中，施加在放電極上的電壓為5.4kV， 頻率為10kHz。
實驗數據表明，S02脫除率隨著停留時間增加而增加，在停留時間為0.8S 時，S02濃度從2262x10—6減少到941><10—6減少到434xl0—6，脫除率為80.8%;在停留時間為2.4S 時，S02濃度從2242xl0勺鹹少到299xlCT6時，貝ij S02脫除率高達87.8%。
步驟5:實驗中，施加在放電極上的電壓頻率為10kHz;煙氣中S02的原始濃度
大約控制在2239x10—s 2282xl(T"v/v)左右，煙氣中含氧量為21% (v/v)，含水 量為1.9% (v/v); Ca/S比值為1.3;煙氣停留時間為1.6S。在氣體流量為100m3/h 的條件下做了放電電壓對S02脫除率影響的實驗，試驗結果如圖6所示。從圖中 可以看出，隨著放電電壓的增加，S02脫除率不斷增高。在沒有等離子體作用時， S02脫除率僅為31.8%;當外加電壓為2.0kV時，S02脫除率為58.3%;隨著外加 電壓的增加，S02脫除率呈指數增加。當外加電壓為4.8kV時，S02脫除率可達 至!]80.2%;之後，S02脫除率增加趣勢變緩。當外加電壓為8.8kV時，S02脫除 率達到84.9%。
步驟6:實驗中，施加在放電極上的電壓頻率為10kHz;氣體中S02的原始 濃度大約控制在2256xl0—s 2282x10—6 (v/v)左右，氣體中含氧量為21% (v/v)， 含水量為1.8% (v/v); Ca/S比值為1.3;煙氣停留時間為1.6S。在氣體流量為 100m3/h的條件下做了放電功率對S02脫除率影響的實驗，試驗結果如圖7所示。 從圖中可以看出，隨著放電功率的增加，SO2脫除率不斷增高。當放電功率為0.9W 時，S02脫除率為58.3%;隨著放電功率的增加，S02脫除率呈指數增加。當放 電功率為8.7W時，SO2脫除率可達到80.2。/。；之後，S02脫除率增加趣勢變緩。 當放電功率為14.0W時，S02脫除率達到84.9%。可見，提高放電功率，可有效
增加S02脫除效率。由高壓脈衝電場氣體放電後產生的非平衡等離子體將煙氣中的H20、 02等 分子激活、裂解，產生大量活性粒子，把HO-H及O-O健打開，使之成為自由 基或活化粒子，這些自由基或活化粒子與高能電子一起處理脫硫劑粒子，可引起 固體表面分子化學鍵的斷裂，提高了粒子的化學反應活性。同時，在等離子體的 作用下使S02氣體分子處於激發態，可有效降低與脫硫劑完全反應所需的滯留時 間，可有效減少反應過程所需管路的長度，以及佔地面積和空間，使設備的安裝 和實際運行變得簡單易行。
權利要求
1、一種脈衝電場活化乾式噴鈣煙氣脫硫方法，將Ca(OH)2作為脫硫劑，在煙氣輸送管道中與含有SO2煙氣混合，使Ca(OH)2與煙氣中的SO2反應生成CaSO3及少量CaSO4顆粒物質，然後通過除塵設備除去，其特徵在於Ca(OH)2與含有SO2煙氣混合反應過程中施加高壓脈衝電場。
2、 根據權利要求1所述的一種脈衝電場活化乾式噴鈣煙氣脫硫方法，其特徵在於煙氣在管道中停留時間21.6s，煙氣風速^14m/s。
3、 根據權利要求1所述的一種脈衝電場活化乾式噴鈣煙氣脫硫方法，其特 徵在於脫硫溫度範圍室溫 20(TC;鈣硫比1.2 1.3;; Ca(OH)2粒度S50pm。
4、 根據權利要求1所述的一種脈衝電場活化乾式噴鈣煙氣脫硫方法，其特徵在於高壓脈衝電場強度5kV 20kV。
5、 一種脈衝電場活化乾式噴鈣煙氣脫硫裝置，包括一級除塵器、噴射供料單元、煙氣輸送管道、二級靜電除塵器和檢測系統，其特徵在於在煙氣管道中安裝3個針狀電極作為放電極，以煙氣管道作為接地極，形成高壓脈衝放電電場。
6、 根據權利要求5所述的一種脈衝電場活化乾式噴鈣煙氣脫硫裝置，其特 徵在於放電極1與放電極2和放電極2與放電極3之間的距離為150 300mm。
7、 根據權利要求5所述的一種脈衝電場活化乾式噴鈣煙氣脫硫裝置，其特 徵在於每個放電極沿煙氣輸送管道軸向長度分別為10 30mm。
8、 據權利要求5所述的一種脈衝電場活化乾式噴鈣煙氣脫硫裝置，其特徵 在於每個放電極的直徑均為0.5 3mm。
9、 據權利要求5所述的一種脈衝電場活化乾式噴鈣煙氣脫硫裝置，其特徵 在於放電極與作為接地極的煙氣管道平行，且在煙氣管道軸線上。
10、 據權利要求5所述的一種脈衝電場活化乾式噴鈣煙氣脫硫裝置，其特徵 在於放電極的供電電源採用高壓脈衝等離子體電源，輸出功率為2kW，放電極 施加電壓為5 25kV，供電頻率為2. 0kHz 20kHz。
全文摘要
一種脈衝電場活化乾式噴鈣煙氣脫硫方法和裝置，屬環境工程技術領域。本方法將Ca(OH)2作為脫硫劑，在噴射單元中以高速噴入一級除塵器後的煙氣輸送管道中(二級除塵器前)與含有SO2煙氣混合，再通過施加在煙氣輸送管道中高壓脈衝電場，使Ca(OH)2與煙氣中的SO2反應生成CaSO3及少量CaSO4顆粒物質，然後被後部的二級除塵設備除去，從而達到脫去煙氣中SO2的目的。在輸送管道中脈衝電場活化乾式噴鈣煙氣脫硫系統還有助於清除超微細粉塵(PM10，粒徑≤10μm)。由於在煙氣輸送管道中施加高壓脈衝電場，對於超微細粉塵起到預荷電的作用，有利於二級靜電除塵器的淨化，提高了粉塵的淨化效率。
文檔編號B01D53/81GK101433801SQ20081023544
公開日2009年5月20日 申請日期2008年12月2日 優先權日2008年12月2日
發明者依成武, 儲金宇, 吳春篤, 歐紅香, 汪松美, 陳志剛 申請人:江蘇大學