集散控制式流光放電煙氣脫硫的半溼法的製作方法

2023-07-05 06:20:26

專利名稱：集散控制式流光放電煙氣脫硫的半溼法的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種煙氣中氣體汙染物的一種方法，特別是依靠流光放電產生非熱等離子體脫除氣體汙染物的半溼法。
背景技術：
眾所周知，藉助流光放電脫除氣體汙染物的關鍵設備是脈衝電源和反應器。目前，脈衝電源多採用閘流管或火花隙開關，閘流管功率較大，但壽命短，火花隙功率小，且噪聲大。兩者的脈衝重複率均較低，在1000次/秒以下，一般在200Hz左右的音頻範圍內，噪聲汙染嚴重，目前兩者均無法實現工業應用。現有反應器多為乾式，反應器一般沿用電除塵器的結構和外形，沒有實現流光放電時空分布的優化，也沒有發揮活化異相反應的效能，因此，這種反應器體積大、效能低，反應生成物因黏結而收集困難，無法形成連續穩定流程，系統設備投資費用及運行費用均較高。

發明內容
本發明的目的是提供一種集散控制式流光放電煙氣脫硫的半溼法，高壓電源具有效能高、功率大、壽命長、重複率高、噪聲低等特點，溼式反應器利用效能高，反應生成物易收集，形成連續穩定流程，降低了系統設備投資及運行費用。
為實現上述目的，本發明提供的技術方案為一種集散控制式流光放電煙氣脫硫的半溼法，其工藝流程是燃煤燃油鍋爐產生的含塵煙氣進入除塵器，去除煙氣中的顆粒物，含塵濃度為100mg/m3以下，煙氣溫度為130℃左右，該煙氣經熱交換器進入乾燥器，得到增溼降溫，由乾燥器出口管排出，經注水裝置注水進一步增溼降溫，由吸收劑注入裝置噴注吸收劑，然後進入溼式放電反應器，該溼式放電反應器是由一個或數個並列的反應單元組成，每個反應單元由熱化學反應區和一個或數個串聯的放電等離子體化學反應段組成的放電等離子體化學反應區，該等離子體化學反應區各段由放電極和接地極組成極配，放電極與高壓電源相連接，所述電源對等離子體化學反應區供電採用集散控制方式，並在放電極產生同步的或隨機的流光放電等離子體，氣體汙染物受所述熱化學和放電等離子體化學作用，生成副產物銨鹽、鉀鹽或鈉鹽溶液，淨化後的煙氣經脫霧器去除霧滴，由熱交換器升溫，從煙囪排入大氣，當溶液濃度接近飽和時，送入乾燥器脫水，生成物在乾粉儲槽收集裝包，由除塵器排出的顆粒物經儲灰槽排出。
所述溼式放電反應器，可是臥式的也可是立式的，臥式用於處理大煙氣量，立式處理小煙氣量。
所述溼式放電反應器，可是一體的，也可是分體的，一體的溼式放電反應器，在放電等離子體化學反應區之前設有一熱化學反應區；分體的溼式放電反應器是將熱化學反應和放電等離子體化學反應的兩過程分設在熱化學反應器和放電等離子體化學反應器異體中進行。
所述注水裝和吸收劑注入裝置設置在乾燥器和溼式放電反應器之間，也可設置在溼式放電反應器的煙氣進口截錐部，所述吸收劑包括氨、氨水、碳酸鉀溶液、氫氧化鉀溶液、碳酸鈉溶液、氫氧化鈉溶液、超細錳礦粉或鐵礦粉的懸浮液中的一種。
在所述溼式放電反應器的進口截錐及其前後、放電等離子體化學反應段之間和反應器頂部均設有噴霧器。
所述各反應區和脫霧器分別設有儲液槽，各槽溶液分別設有調節閥，由泵將溶液輸送至噴霧器和乾燥器中。
本發明提供的集散控制式流光放電煙氣脫硫的溼式放電反應器，包含熱化學反應和放電等離子體化學反應兩部分，在汙染物為SO2情況下，反應器前注入氨氣或氨水，則將發生一系列的熱化學反應，生成四價硫氨化合物(其中包括多種氨與SO2的加合物、亞硫酸銨及亞硫酸氫銨)和少量六價硫氨化合物(硫酸銨及硫酸氫銨)。
熱化學反應過程的快慢和六價硫氨化合物所佔比例除與各反應的速率常數有關外，還與傳質、暴氣、暴光、溫度和處理時間等物理條件有關。在物理和化學條件適當時，熱化學反應可使大部分SO2與氨反應，但生成物大部分為四價硫氨化合物，不能用作化肥，未完成回收資源的任務。
經受熱化學反應的氣體及其生成物在流光放電引發的等離子體化學作用和氣液擾動的物理作用下，煙氣中的SO2被進一步脫除，熱化學反應生成的四價硫氨化合物也大部分氧化為硫酸銨正鹽，在注氨的化學計量比滿足中和要求的條件下，產物成為硫酸銨化肥。綜合化學反應式可寫為液相中的離子反應可歸納為本集散控制式流光放電煙氣脫硫半溼法也有脫除煙氣中NOx的效果。
本發明提供的電源由直流基壓與高壓交流疊加而成，使用IGBT和高頻SCR固體器件作為開關元件，重複率為15-100千赫，聽頻噪聲低，使用壽命2年以上，能量轉換效率大於80％，該電源供電採用集散控制方式，優化流光放電的時空分布參數(詳見「大功率高頻脈衝電源」，專利申請號01275466.8)因此，本發明提供的集散控制式流光放電煙氣脫硫的半溼法，與現有的閘流管或火花隙開關脈衝電源及乾式反應器組成的幹法相比，其有益的技術效果為電源功率大、重複率高、壽命長、噪聲低等優點；溼式放電反應器利用效能高、反應生成物易收集、流程連續穩定；本發明與世界範圍商業化程度很高的石灰石溼法和電子束法相比，假定石灰石溼法投資為100時，電子束法為90，本發明為60，運行費用分別為710元/千瓦，1250元/千瓦，350元/千瓦。可見綜合評定本法的優越性很高，達到了預期的目的。


圖1示出一種集散控制式流光放電煙氣脫硫的半溼法流程示意圖。
具體實施例方式
1採用如圖1所示的集散控制式流光放電煙氣脫硫的半溼法工藝流程，處理30000m3/h燃煤鍋爐排出的煙氣1，通過煙道進入高溫濾料袋式除塵器2，除塵後的煙氣含塵濃度為95mg/m3，溫度為132℃，經換熱器3進入乾燥器4從該乾燥器4中排出後煙氣溫度降低到65℃，乾燥器4的效率為95％，所述煙氣經檢測SO2含量為1500ppm，NOx含量為180ppm，在進入臥式溼式放電反應器8前，由注水裝置6向煙氣中噴水，使煙氣進一步增溼降溫，靠吸收劑加入裝置7向煙氣中噴NH3水溶液，引發熱化學反應。8由30個單元組成，單元為長方形箱體，寬0.1m；高2.8m；長2m，總體積為16.8m3。煙氣停留時間為2秒，放電極為600根◆4×4的菱形線，接地極使用δ＝2mm的平板，兩極均採用1Cr18Ni9Ti耐酸鋼冷軋成型，線距為100mm，板距為100mm；每根放電極通過絕緣子12與電源11相連接，所述電源11由直流基壓與高壓交流疊加而成，使用IGBT和高頻SCR固體器件為開關元件，重複率為40kHz，使用壽命兩年，5臺30kW電源集散控制供電，轉換效率為80％。進入8中的煙氣在其進氣截錐前後、進入放電等離子體化學反應段間和反應器頂部設置噴霧器24噴液，使煙氣含溼接近飽和溼度，並衝洗極板和極線。在進氣截錐與主反應區之間設有氣流分布板。含SO2和NOx的煙氣經各反應區生成銨鹽溶液，分別流入儲液槽18、17、16。淨化後的煙氣經脫霧器14換熱器3，脫水升溫後，經煙囪15排入大氣。含有不同濃度的銨鹽溶液經18、17、16由泵25、21、22分別送入經首段回液管10至頂部噴霧器24、乾燥器4、側部噴霧器24。進入乾燥器4的銨鹽溶液脫水成粉後裝包26。在首、中、末三段的液體流程中設置閥門23、20、19，調節各段溶液濃度和流量，加溼煙氣和洗滌電極，使送入乾燥器4的溶液接近飽和濃度。由袋式除塵器2收集下來的煙塵經儲灰槽27排出。經上述流程，SO2的脫除率為95％，NOx的脫除率為40％，能耗4Wh/m3。
具體實施方式
2採用如圖1所示的集散控制式流光放電煙氣脫硫的半溼法工藝流程，處理180000m3/h燃煤鍋爐排出的煙氣1，通過煙道進45m2、4電場的電除塵器2，除塵後的煙氣含塵濃度為80mg/m3，溫度為130℃，經換熱器3進入乾燥器4，從4排出後，煙氣溫度降低到75℃，在進入反應器8前，由注水裝置6注水，進一步增溼降溫，由吸收劑注入裝置7向煙氣中噴氨，然後進入臥式溼式放電反應器8，該溼式反應器8由14個單元組成，單元為長方形箱體，寬0.5m；高6.5m；長2m，內壁和接地極均敷有5毫米厚的堇青石襯物，堇青石的比表面積為50cm2/g，該溼式反應器的總體積為90m3，煙氣停留時間為2秒，反應區長度為2m，放電極為112根十字管狀針線，接地極使用δ＝2mm的平板，兩極均採用1Cr18Ni9Ti耐酸鋼冷軋成型，線距為250mm，板距為500mm；每根放電極通過絕緣子12與電源11相連接，所述電源11由直流基壓與高壓交流疊加而成，使用IGBT和高頻SCR固體器件為開關元件，重複率為100kHz，使用壽命兩年，由10臺40kW的電源集散控制供電，轉換效率為85％。進入8中的煙氣在進氣截錐前後，即進入熱化學反應區9之前和進入等離子體反應區13間以及反應器頂部設置的噴霧器24噴液，使煙氣含溼接近飽和溼度，並衝洗極板和極線。在進氣截錐與主反應區之間設有氣流分布板。含SO2和NOx的煙氣經反應區生成銨鹽溶液，分別流入儲液槽18、17、16。淨化後的煙氣經脫霧器14換熱器3，脫水升溫後，經煙囪15排入大氣。含有不同濃度的銨鹽溶液經18、17、16由泵25、21、22分別送入經首段回液管10至頂部噴霧器24、乾燥器4、側部噴霧器24。進入乾燥器4的銨鹽溶液烘乾成粉後裝包26。在首、中、末三段的液體流程中設置閥門23、20、19，調節各段溶液濃度和流量，加溼煙氣和洗滌電極，使送入乾燥器4的溶液接近飽和濃度。由電除塵器2收集下來的煙塵經儲灰槽27排出。經上述流程，SO2的脫除率為95％，NOx的脫除率為40％，能耗2Wh/m3。
具體實施方式
3採用如圖1所示的集散控制式流光放電煙氣脫硫的半溼法工藝流程，處理3000m3/h燃煤鍋爐排出的煙氣1，通過煙道進入多管除塵器2，除塵後的煙氣含塵濃度為95mg/m3，溫度為125℃，經換熱器3通過乾燥器4後煙氣溫度降低為65℃，乾燥器4的效率為95％，所述煙氣經檢測SO2含量為1000ppm，NOx含量為100ppm，在進入立式溼式放電反應器8前，由注水裝置6向煙氣中噴水，使煙氣進一步增溼降溫，靠吸收劑加入裝置7向煙氣中噴NaOH水溶液，引發熱化學反應。立式溼式放電反應器8由28個單元並聯組成，單元為圓形立管，其直徑為100mm，反應區長度為1m，煙氣停留時間為1秒，放電極為28根十字型鋸齒線，置於立管中心線上，接地極為立管殼體，接地極使用δ＝2mm的平板彎成，兩極均採用沾鉛鋼冷軋成型，放電極與電源11相連，電源重複率為15kHz，在流光放電的作用下，脫除SO2和NOx，並生成鈉鹽溶液，在8出口測試SO2為50ppm，其脫除率為95％，NOx含量為60ppm，其脫除率為40％。淨化後的煙氣進入脫霧器14，脫霧後，經3提高煙氣溫度，由煙囪15排入大氣。鈉鹽溶液經乾燥器4脫水成粉裝包26。由多管除塵器2收集的灰塵經儲灰槽27排出。
具體實施方式
4工藝流程同具體實施方式
3，處理12000m3/h燃煤鍋爐排出的煙氣1，除塵後煙氣的含塵濃度為90mg/m3，溫度為130℃，由換熱器3進入乾燥器4(其效率為85％)後，煙氣溫度降低至75℃，經注水裝置6向煙氣中噴水，再經吸收劑注入裝置7噴氨，進入立式溼式放電反應器8，它是由28個單元組成，單元為直徑200mm圓形立管，其長度為2m，煙氣停留時間為2秒。接地極內表面均敷有10mm厚的堇青石襯物，放電極為28根米字型鋸齒線。電源11的重複率為70kHz，其餘的技術指標均同具體實施方式
3。
權利要求
1.一種集散控制式流光放電煙氣脫硫的半溼法，其特徵在於其工藝流程是燃煤燃油鍋爐產生的含塵煙氣(1)進入除塵器(2)，去除煙氣中的顆粒物，含塵濃度為100mg/m3以下，煙氣溫度為130℃左右，該煙氣經熱交換器(3)進入乾燥器(4)，得到增溼降溫，由乾燥器出口管(5)排出，經注水裝置(6)注水進一步增溼降溫，由吸收劑注入裝置(7)噴注吸收劑，然後進入溼式放電反應器(8)，該溼式放電反應器(8)是由一個或數個並列的反應單元組成，每個反應單元由熱化學反應區(9)和一個或數個串聯的等離子體化學反應段組成的等離子體化學反應區(13)，該等離子體化學反應區(13)各段由放電極和接地極組成極配，放電極與高壓電源(11)相連接，所述電源對等離子體化學反應區供電採用集散控制方式，並在放電極產生同步的或隨機的流光放電等離子體，氣體汙染物受所述熱化學和放電等離子體化學作用，生成副產物銨鹽、鉀鹽或鈉鹽溶液，淨化後的煙氣經脫霧器(14)去除霧滴，由熱交換器(3)升溫，從煙囪(15)排入大氣，當溶液濃度接近飽和時，送入乾燥器(4)脫水，生成物在乾粉儲槽(26)收集裝包，由除塵器(2)排出的顆粒物經儲灰槽(27)排出。
2.如權利要求1所述的集散控制式流光放電煙氣脫硫的半溼法，其特徵在於所述注水裝置(6)和吸收劑注入裝置(7)設置在乾燥器(4)和溼式放電反應器(8)之間，也可設置在(8)的煙氣進口截錐部，所述吸收劑包括氨、氨水、碳酸鉀溶液、氫氧化鉀溶液、碳酸鈉溶液、氫氧化鈉溶液、超細錳礦粉或鐵礦粉的懸浮液中的一種。
3.如權利要求1所述的集散控制式流光放電煙氣脫硫的半溼法，其特徵在於所述溼式放電反應器(8)，可是臥式的也可是立式的，臥式用於處理大煙氣量，立式處理小煙氣量。
4.如權利要求1所述的集散控制式流光放電煙氣脫硫的半溼法，其特徵在於所述溼式放電反應器(8)，可是一體的，也可是分體的，一體的溼式放電反應器，在放電等離子體化學反應區(13)之前設有一熱化學反應區(9)；分體的溼式放電反應器是將熱化學反應和放電等離子體化學反應的兩過程分設在熱化學反應器和放電等離子體化學反應器兩體中進行。
5.如權利要求1所述的集散控制式流光放電煙氣脫硫的半溼法，其特徵在於所述高壓電源(11)是一種由直流基壓和交流電壓疊加而成的，其交流頻率為15-100千赫。
6.如權利要求1所述的集散控制式流光放電煙氣脫硫的半溼法，其特徵在於在所述溼式放電反應器的進口截錐及其前後、放電等離子體化學反應段之間和反應器頂部均設有噴霧器(24)。
7.如權利要求1所述的集散控制式流光放電煙氣脫硫的半溼法，其特徵在於所述各反應區(9)、(13)和脫霧器(14)分別設有儲液槽(18)、(17)和(16)，各槽溶液分別設有調節閥(23)、(20)和(19)，由泵(25)和(22)將溶液輸送至噴霧器(24)，泵(21)將溶液輸送至乾燥器(4)中。
全文摘要
本發明公開了一種集散控制式流光放電煙氣脫硫的半溼法。該方法的放電反應器是溼式的，而回收的副產物是乾粉，溼式放電反應器包含熱化學反應區和放電等離子體化學反應區，放電等離子體反應區設放電極和接電極，放電極與交直流疊加而成的高壓電源連接，發生流光放電，電源供能採用集散控制。鍋爐煙氣在反應器內發生熱化學反應和放電等離子體化學反應，脫除煙氣中的氣體汙染物並生成副產物液體，送入乾燥器生成乾粉裝袋，淨化後的煙氣經脫霧和熱交換升溫後排入大氣。該方法提供的電源具有功率大、壽命長、重複率高和噪聲低等特點；該方法利用效能高，流程穩定，反應生成物易收集，降低了系統設備投資及運行費用。
文檔編號B01D53/74GK1390630SQ02116300
公開日2003年1月15日 申請日期2002年4月1日 優先權日2002年4月1日
發明者張鴻迪, 李瑞年, 徐光 , 馮肇霖, 王毅, 姜學東, 汪至中, 尉繼英 申請人:廣東傑特科技發展有限公司