燃煤煙氣等離子體淨化裝置及其淨化方法
2023-04-29 10:21:26 1
專利名稱：燃煤煙氣等離子體淨化裝置及其淨化方法
技術領域：
本發明涉及可吸入顆粒物的淨化裝置，尤其是一種燃煤煙氣等離子體淨化裝置，以及使用該裝置的淨化方法。
背景技術：
我國是煤炭生產和消費大國。目前煤炭佔我國一次能源的75%左右，在未來幾十年內，煤炭仍將是我國主要的一次能源，由燃煤電廠排放的顆粒物已引起了各界廣泛重視。大氣顆粒物.即大氣氣溶膠體系中分散的各種粒子。根據空氣動力學等效直徑大小，可將其分為總懸浮顆粒物、可吸人顆粒物和超細顆粒物。總懸浮顆粒物指的是粒徑〈100微米的所有顆粒物。可吸入顆粒物是指粒徑〈10微米的顆粒物，用PMlO表示，超細顆粒物是指粒徑<2. 5微米的一類顆粒物，用PM2. 5表示。顆粒物越細即粒徑越小，分散度越高，在空氣中穩定性越好，越難以沉降。PM2. 5在大氣中的停留時問為7-30d，不易擴散，可以遠距離傳輸，成為導致環境惡化的重要因素。同時，由於PM2. 5的比表面積大，表面活性強，吸 附性強，很易於富集空氣中的有毒重金屬、酸性氧化物及有機汙染物等。其對人體健康的危害遠比空氣動力學直徑2. 5 10微米之間的粒子大。燃煤排放PM2. 5不同於來源於自然的塵土等顆粒物，通常富集各種重金屬元素(如As、Se、Pb和Cr等)和PAHs、VOCs等有機汙染物，煤中所含有的微量元素可在燃燒產物上進一步遷移或富集於這些細粒子上.這些多為致癌物質和基因毒性誘變物質，危害極大。被吸入人體後會直接進入支氣管，幹擾肺部的氣體交換，引發包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病，會損害血紅蛋白輸送氧的能力，喪失血液。對貧血和血液循環障礙的病人來說，可能產生嚴重後果。例如可以加重呼吸系統疾病，甚至引起充血性心力衰竭和冠狀動脈等心臟疾病。總之這些顆粒還可以通過支氣管和肺泡進入血液，其中的有害氣體、重金屬等溶解在血液中，對人體健康的傷害更大。人體的生理結構決定了對PM2. 5沒有任何過濾、阻攔能力。目前，多數燃煤電廠均採用了較為先進的除塵設備和溼法煙氣脫硫設施，這些措施幾乎能全部除去煙塵顆粒物中的粗粒子，但對細粒子的脫除能力則很弱。尤其是採用溼法煙氣脫硫工藝之後，在某種程度上反而增加了可吸人顆粒物的排放量，燃煤電廠已經成為可吸入顆粒物的主要排放源。
發明內容
本發明的目的在於提供一種燃煤煙氣等離子體淨化裝置，能夠脫除燃煤煙氣中含有的汙染物，結構簡單，成本較低。本發明的另一目的在於提供一種使用上述燃煤煙氣等離子體淨化裝置對燃煤煙氣進行淨化的方法，能夠脫除燃煤煙氣中的汙染物。為實現上述目的，本發明可採取下述技術方案
本發明一種燃煤煙氣等離子體淨化裝置，包括通過煙氣管道依次連接的電除塵器，噴霧冷卻裝置，等離子體發生器，和尾電場除塵器，所述電除塵器的燃煤煙氣進氣口與鍋爐的排煙口連接，所述尾電場除塵器的排氣口與煙囪連接，所述電除塵器的下部設有灰塵出口，所述尾電場除塵器的下部設有出料口。所述等離子體發生器包括一殼體，對稱設置於所述殼體內的上、下兩個陽極塊，水平設置於所述殼體內的陰極棒，所述陰極棒的左端為陰極頭，該陰極頭位於所述上、下陽極塊之間間隙的右側，在所述陰極棒外部包設有冷卻水套，在所述殼體上還設有進氣口，該進氣口與所述間隙通過空氣腔連通。所述冷卻水套上設有冷卻水進口和冷卻水出口，在所述冷卻水進口和冷卻水出口之間串接有水箱和循環水泵；所述陽極塊和陰極棒的超高壓脈衝電流由可控矽控制器供給，所述可控矽控制器通過變壓器連接於外部電源。一種使用所述燃煤煙氣等離子體淨化裝置對燃煤煙氣進行淨化的方法，包括以下步驟 所述鍋爐內產生的燃煤煙氣，從其排煙口通過煙氣管道進入電除塵器內，經過電除塵器除塵，灰塵從灰塵出口排出，經過除塵的燃煤煙氣通過煙氣管道進入噴霧冷卻裝置，使燃煤煙氣降到等離子體適合的溫度，同時噴入添加劑碳氫化合物或NH3，再通過煙氣管道進入所述等離子體發生器內，等離子體發生器產生的等離子體與燃煤煙氣中的汙染物發生作用，生成相應的物料，燃煤煙氣及物料通過煙氣管道進入尾電場除塵器，再由尾電場除塵器將物料收集，從所述出料口排出，從所述尾電場除塵器的排氣口出來的乾淨燃煤煙氣通過煙囪排出。與現有技術相比本發明的有益效果是由於採用上述技術方案，電除塵器、噴霧冷卻裝置、等離子體發生器、尾電場除塵器通過煙氣管道依次連接，所述電除塵器的燃煤煙氣進氣口與鍋爐的排煙口連接，所述尾電場除塵器的排氣口與煙囪連接，所述電除塵器的下部設有灰塵出口，所述尾電場除塵器的下部設有出料口，這種結構，鍋爐內產生的燃煤煙氣，先經過電除塵器除塵，灰塵從灰塵出口排出，經過除塵的燃煤煙氣通過煙氣管道進入噴霧冷卻裝置，使燃煤煙氣降到等離子體適合的溫度，再通過煙氣管道進入所述等離子體發生器內，等離子體發生器產生的等離子體與燃煤煙氣中的汙染物發生作用，生成相應的物料，這就脫除了燃煤煙氣中含有的汙染物，其後，燃煤煙氣及物料通過煙氣管道進入尾電場除塵器，再由尾電場除塵器將物料收集，從所述出料口排出，從所述尾電場除塵器的排氣口出來的乾淨燃煤煙氣通過煙囪排出。這就脫除了燃煤煙氣中含有的汙染物，不僅結構簡單，而且成本較低。本發明使用上述燃煤煙氣等離子體淨化裝置對燃煤煙氣進行淨化的方法，能夠脫除燃煤煙氣中的汙染物。等離子體處理汙染物的過程主要利用兩種效應一是粒子間碰撞及粒子與物相表面碰撞所產生的熱使汙染物分子的化學鍵斷裂；二是離解過程中自由基與汙染物分子碰撞使汙染物分子的化學鍵斷裂。其中對等離子體反應起主要作用的是非彈性碰撞，這是由於內能的變化可以弓I起粒子內部的許多種變化，產生如激發、電離、複合、電荷交換、電子附著等，從而引發各種化學反應。化學反應主要取決於電子的平均能量、電子密度、氣體溫度、汙染氣體分子濃度及共存的氣體成分。利用高壓脈衝電暈，使電子產生「雪崩」效應，從而產生大量的電子(5 20 eV)。電子與周圍氣體分子碰撞而產生氧化性極強的· 0H、O、HO2、O3等自由原子和自由基等活性物質，這些物質首先把氣態的SO2,和NOx轉化為高價氧化物，在有氨水注入的情況下與SOJP NOx反應生成(NH4)2SO4和NH4 NO3 ;脈衝電暈放電使02、N2及H2O等分子激活、裂解或電離，從而產生活性集團、離子和自由基等 02+θ— O2 +2e (I)
02+e— 0+ · O 十 2e (2)
n2+ +O2 —n2+o2.⑶
02+H20+M—02+ (H2O)+M (4)
O2+(H2O)+H2O — H3O +O2+· OH (5)
0+02+M— 03+M (M 為 O2 或 N2) (6) 活性粒子與被激活的SOjP NO分子發生氧化反應，當煙氣中有水存在時，形成相應的
酸
S02+0H— HSO3 (7)
HSO3 +O2 - S03+H02 (8)
S03+H20 -H2SO4 (9)
NOx+OH— HNO3 (10)
在注入氨水的情況下，生成相應的銨鹽(即物料)，再由電除塵器收集作為肥料 2NH3+HSO3 -(NH4)2SO3 (11)
2NH3+H2S04 一 (NH4)2S04 (12)
(NH4) 2s03+0— (NH4)2SO4 (13)
NH3+ HNO3-NH4NO3 (14)。
圖I是本發明的結構示意 圖2是圖I中等離子體發生器的結構示意圖。
具體實施例方式如圖I至2所示，本發明一種燃煤煙氣等離子體淨化裝置，包括通過煙氣管道依次連接的電除塵器2，噴霧冷卻裝置3，等離子體發生器4，和尾電場除塵器5，所述電除塵器2的燃煤煙氣進氣口與鍋爐I的排煙口連接，所述尾電場除塵器5的排氣口與煙囪6連接，所述電除塵器2的下部設有灰塵出口 8，所述尾電場除塵器5的下部設有出料口 7。所述等離子體發生器4包括一殼體，對稱設置於所述殼體內的上、下兩個陽極塊403，所述陽極塊403和陰極棒405的超高壓脈衝電流由可控矽控制器402供給，所述可控矽控制器402通過變壓器401連接於外部電源；水平設置於所述殼體內的陰極棒405，所述陰極棒405的左端為陰極頭404，該陰極頭404位於所述上、下陽極塊403之間間隙4013的右側，在所述陰極棒405外部包設有冷卻水套4011，所述冷卻水套4011上設有冷卻水進口 406和冷卻水出口409，在所述冷卻水進口 406和冷卻水出口 409之間串接有水箱408和循環水泵407 ;在所述殼體上還設有進氣口 4010，該進氣口 4010與所述間隙4013通過空氣腔4012連通。一種使用上述燃煤煙氣等離子體淨化裝置對燃煤煙氣進行淨化的方法，其包括以下步驟
所述鍋爐I內產生的燃煤煙氣，從其排煙口通過煙氣管道進入電除塵器2內，經過電除塵器2除塵，灰塵從灰塵出口 8排出，經過除塵的燃煤煙氣通過煙氣管道進入噴霧冷卻裝置3，使燃煤煙氣降到等離子體適合的溫度，同時噴入NH3，再通過煙氣管道進入所述等離子體發生器4內；外部電源經變壓器401升壓後，經可控矽控制器402，變為上、下陽極塊403與陰極頭404之間的超高壓脈衝電流，空氣從進氣口 4010經空氣腔4012流入所述間隙4013，在陽極塊403與陰極頭404超高壓脈衝電流的作用下產生等離子體4014，等離子體4014與燃煤煙氣中的汙染物發生作用，生成相應的物料(肥料)，燃煤煙氣及物 料通過煙氣管道進入尾電場除塵器5，再由尾電場除塵器5將物料收集，從所述出料口 7排出，從所述尾電場除塵器5的排氣口出來的乾淨燃煤煙氣通過煙囪6排出。
權利要求
1.一種燃煤煙氣等離子體淨化裝置，其特徵在於包括通過煙氣管道依次連接的電除塵器(2)，噴霧冷卻裝置(3)，等離子體發生器(4)，和尾電場除塵器(5)，所述電除塵器(2)的燃煤煙氣進氣口與鍋爐(I)的排煙口連接，所述尾電場除塵器(5 )的排氣口與煙囪(6 )連接，所述電除塵器(2)的下部設有灰塵出口(8)，所述尾電場除塵器(5)的下部設有出料口(7)。
2.根據權利要求I所述的燃煤煙氣等離子體淨化裝置，其特徵在於所述等離子體發生器(4)包括一殼體，對稱設置於所述殼體內的上、下兩個陽極塊(403)，水平設置於所述殼體內的陰極棒(405 )，所述陰極棒(405 )的左端為陰極頭(404)，該陰極頭(404)位於所述上、下陽極塊(403)之間間隙(4013)的右側，在所述陰極棒(405)外部包設有冷卻水套(4011),在所述殼體上還設有進氣口(4010)，該進氣口(4010)與所述間隙(4013)通過空氣腔(4012)連通。
3.根據權利要求2所述的燃煤煙氣等離子體淨化裝置，其特徵在於所述冷卻水套(4011)上設有冷卻水進口(406)和冷卻水出口(409)，在所述冷卻水進口(406)和冷卻水出口( 409 )之間串接有水箱(408 )和循環水泵(407 );所述陽極塊(403 )和陰極棒(405 )的超高壓脈衝電流由可控矽控制器(402 )供給，所述可控矽控制器(402 )通過變壓器(401)連接於外部電源。
4.一種使用權利要求I至3所述的任一種燃煤煙氣等離子體淨化裝置對燃煤煙氣進行淨化的方法，其特徵包括以下步驟 所述鍋爐(I)內產生的燃煤煙氣，從其排煙口通過煙氣管道進入電除塵器(2)內，經過電除塵器(2)除塵，灰塵從灰塵出口(8)排出，經過除塵的燃煤煙氣通過煙氣管道進入噴霧冷卻裝置(3)，使燃煤煙氣降到等離子體適合的溫度，同時噴入添加劑碳氫化合物或NH3,再通過煙氣管道進入所述等離子體發生器(4)內，等離子體發生器(4)產生的等離子體(4014)與燃煤煙氣中的汙染物發生作用，生成相應的物料，燃煤煙氣及物料通過煙氣管道進入尾電場除塵器(5)，再由尾電場除塵器(5)將物料收集，從所述出料口(7)排出，從所述尾電場除塵器(5 )的排氣口出來的乾淨燃煤煙氣通過煙囪(6 )排出。
全文摘要
本發明公開了一種燃煤煙氣等離子體淨化裝置及其淨化方法，所述裝置包括通過煙氣管道依次連接的電除塵器，噴霧冷卻裝置，等離子體發生器，和尾電場除塵器，電除塵器與鍋爐連接，尾電場除塵器與煙囪連接。使用所述裝置進行淨化的方法，包括以下步驟鍋爐內產生的燃煤煙氣，進入電除塵器內除塵，通過煙氣管道進入噴霧冷卻裝置降到等離子體適合的溫度，同時噴入添加劑碳氫化合物或NH3，進入等離子體發生器內與等離子體發生作用，生成相應的物料，再通過煙氣管道進入尾電場除塵器將物料收集，從所述出料口排出，乾淨燃煤煙氣通過煙囪排出。本發明能夠脫除燃煤煙氣中含有的汙染物，結構簡單，成本較低。
文檔編號B01D53/34GK102847396SQ201210115878
公開日2013年1月2日 申請日期2012年4月19日 優先權日2012年4月19日
發明者吳福兒 申請人:紹興文理學院