一種基於低溫等離子體和催化協同的脫硫脫硝裝置的製作方法

2023-05-23 02:38:31 3

本發明涉及煙氣處理領域，尤其涉及一種基於低溫等離子體和催化協同的脫硫脫硝裝置。

背景技術：

我國是燃煤大國，煤燃燒過程中產生的煙氣中含有眾多汙染物，其中主要有二氧化硫（so2）、氮氧化物（nox）和顆粒物，其中so2，nox氣體的排放不僅引起酸雨，而且在大氣中氧化後會形成硫酸鹽和硝酸鹽的顆粒物，是我國霧霾的重要成因之一。我國對so2和nox的排放制定了越來越嚴格的標準，因此必須對燃煤煙氣進行脫硫脫硝處理。目前比較成熟的煙氣脫硫工藝是石灰石/石膏法、煙氣脫硝工藝是選擇性催化還原（scr）法。上述脫硫和脫硝工藝一般在不同的裝置中實現，因此煙氣處理裝置龐大且複雜。

等離子體（plasma）是一種由自由電子和帶電離子為主要成分的物質形態，廣泛存在於宇宙中，常被視為是物質的第四態，被稱為等離子態，或者「超氣態」，也稱「電漿體」。低溫等離子體是等離子體的一種，其特點是電子溫度很高，但重粒子溫度很低，整個體系呈現低溫狀態，所以稱為低溫等離子體，也叫非平衡態等離子體。氣體中的氣體分子（n2、o2、h2o等）被高能電子電離，形成各種自由基和活性粒子，這些自由基和活性粒子具有很高的反應活性，能氧化或還原煙氣中so2和nox，若煙氣中加入氧化劑則使得氧化反應佔優。此外在氧化催化劑的協同作用下也能增加氧化率，因此低溫等離子體和催化的協同能增加煙氣中so2和nox被氧化的選擇性和氧化速度。煙氣中so2和nox被氧化為so3和no2後就容易用鹼液吸收脫除。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是針對上述的技術現狀而提供一種基於低溫等離子體和催化協同的脫硫脫硝裝置，將低溫等離子體和催化協同技術與鹼液吸收過程集成到一個設備中，在該設備中進行初步除塵和煙氣調質，再利用低溫等離子體和催化協同技術實現對煙氣中的so2和nox的氧化，再使用鹼液吸收氧化物（主要為so3和no2），完成對煙氣的初步除塵和脫硫脫硝。

本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為一種基於低溫等離子體和催化協同的脫硫脫硝裝置，該裝置由塔體15、雙氧水槽1、第一離心泵2、鹼液槽13、第二離心泵14組成；所述的塔體15由一圓筒和圓筒上下兩端的錐形封頭組成，上端錐形封頭尖端設有淨化氣出口11，下端錐形封頭尖端設有排塵口12；所述的塔體15的圓筒內從上往下依次設置有霧滴捕集器10、鹼液噴頭9、防水帽8、低溫等離子體催化器7、中心風管6、中間隔板5，所述的低溫等離子體催化器7由內圓筒網7-1和外圓筒網7-2圍成一圓筒空間，在圓筒空間中裝填有催化劑7-3並設置有8根高壓導線7-4，所述的8根高壓導線7-4在圓筒空間內軸對稱均勻分布，低溫等離子體催化器7的上端由防水帽8封閉；所述的中間隔板5為一錐形圓環，且錐頭朝上，錐形圓環的外緣與塔體15的圓筒內側焊接在一起，中心風管6與錐形圓環的內緣焊接在一起，中心風管6的上端與低溫等離子體催化器7的下端連通；所述的塔體15內的中間隔板5將塔體15分隔成了上下兩個腔，上腔為吸收腔，下腔為除塵調質腔，在除塵調質腔的側面切向設置有一個矩形的煙氣入口3，該煙氣入口3能使煙氣切向進入除塵調質腔，使得煙氣在除塵調質腔內旋轉，形成旋風除塵作用；所述的煙氣入口3內設置有雙氧水噴頭4；所述的雙氧水槽1通過第一管路與第一離心泵2的進口連通，第一離心泵2的出口通過第二管路與雙氧水噴頭4連通；所述的鹼液槽13通過第三管路與塔體15的吸收腔的底部連通，鹼液槽13通過第四管路與第二離心泵14的進口連通，第二離心泵14的出口通過第五管路與鹼液噴頭9連通。

作為改進，所述的催化劑7-3為粒徑為2~5mm的二氧化鈦顆粒。

再改進，所述的高壓導線7-4上加載有正的脈衝高壓電，脈衝高壓電的峰值電壓為5~30kv，脈衝頻率為50~300hz，脈衝寬度為100~500ns。

本發明的一種基於低溫等離子體和催化協同的脫硫脫硝裝置在進行煙氣脫硫脫硝時的工作過程如下：煙氣從煙氣入口3切向進入塔體15的除塵調質腔，同時第一離心泵2將雙氧水槽1內的雙氧水經由第一管路和第二管路輸送至雙氧水噴頭4，並由雙氧水噴頭4霧化噴入煙氣入口3中並隨著煙氣一同進入塔體15的除塵調質腔；在除塵調質腔內攜帶有雙氧水的煙氣進行旋風分離，將煙氣中的大部分顆粒物分離並從排塵口12排出，與此同時雙氧水在煙氣中蒸發水分釋放氧氣、氧化煙氣中一部分的so2和nox，從而在除塵調質腔內對煙氣的部分除塵、增加溼度和部分氧化，得到的調質煙氣；調質煙氣通過中心風管6進入低溫等離子體催化器7的內圓筒網7-1內再穿過催化劑7-3，同時8根高壓導線7-4產生低溫等離子體在催化劑7-3的協同作用下進一步將調質煙氣中的so2和nox氧化為so3和no2得到氧化煙氣，氧化煙氣進入塔體15的吸收腔；第二離心泵14將鹼液槽13鹼液（碳酸鈉溶液或氨水或氫氧化鈣溶液）經由第四和第五管路輸送至鹼液噴頭9霧化噴灑在吸收腔內，霧化的鹼液與吸收腔內的氧化煙氣接觸，吸收其中的so3和no2形成相應的硫酸鹽和硝酸鹽，後落入吸收腔的底部，再通過第三管路進入鹼液槽13；氧化煙氣脫硫脫硝後得到了淨化煙氣，淨化煙氣往上穿過霧滴捕集器10脫除夾帶的霧滴，最後從淨化氣出口11排出。

本發明的有益效果是：在除塵調質腔內，利用其旋風除塵功能實現對煙氣中顆粒物的初步脫除減小了對後續催化劑的影響，利用雙氧水對煙氣中的so2和nox進行初步氧化和調質，便於後續的深度氧化；利用低溫等離子體和催化協同作用深度氧化煙氣中的so2和nox，具有氧化程度深的優點；本發明的裝置能同時實現煙氣的脫硫脫硝和除塵，具有過程集成的突出優點。

附圖說明

圖1是本發明的一種基於低溫等離子體和催化協同的脫硫脫硝裝置的示意圖。

圖2是本發明的低溫等離子體催化器的正視示意圖。

圖3是本發明的低溫等離子體催化器的俯視示意圖。

其中：1為雙氧水槽，2為第一離心泵，3為煙氣入口，4為雙氧水噴頭，5為中間隔板，6為中心風管，7為低溫等離子體催化器，8為防水帽，9為鹼液噴頭，10為霧滴捕集器，11為淨化氣出口，12為排塵口，13為鹼液槽，14為第二離心泵，15為塔體，7-1為內圓筒網，7-2為外圓筒網，7-3為催化劑，7-4為高壓導線。

具體實施方式

需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖1、附圖2和附圖3，通過實施例對本發明作進一步詳細描述。

實施例1

一種基於低溫等離子體和催化協同的脫硫脫硝裝置由塔體15、雙氧水槽1、第一離心泵2、鹼液槽13、第二離心泵14組成；所述的塔體15由一圓筒和圓筒上下兩端的錐形封頭組成，上端錐形封頭尖端設有淨化氣出口11，下端錐形封頭尖端設有排塵口12；所述的塔體15的圓筒內從上往下依次設置有霧滴捕集器10、鹼液噴頭9、防水帽8、低溫等離子體催化器7、中心風管6、中間隔板5，所述的低溫等離子體催化器7由內圓筒網7-1和外圓筒網7-2圍成一圓筒空間，在圓筒空間中裝填有催化劑7-3並設置有8根高壓導線7-4，所述的8根高壓導線7-4在圓筒空間內軸對稱均勻分布，低溫等離子體催化器7的上端由防水帽8封閉；所述的中間隔板5為一錐形圓環，且錐頭朝上，錐形圓環的外緣與塔體15的圓筒內側焊接在一起，中心風管6與錐形圓環的內緣焊接在一起，中心風管6的上端與低溫等離子體催化器7的下端連通；所述的塔體15內的中間隔板5將塔體15分隔成了上下兩個腔，上腔為吸收腔，下腔為除塵調質腔，在除塵調質腔的側面切向設置有一個矩形的煙氣入口3，該煙氣入口3能使煙氣切向進入除塵調質腔，使得煙氣在除塵調質腔內旋轉，形成旋風除塵作用；所述的煙氣入口3內設置有雙氧水噴頭4；所述的雙氧水槽1通過第一管路與第一離心泵2的進口連通，第一離心泵2的出口通過第二管路與雙氧水噴頭4連通；所述的鹼液槽13通過第三管路與塔體15的吸收腔的底部連通，鹼液槽13通過第四管路與第二離心泵14的進口連通，第二離心泵14的出口通過第五管路與鹼液噴頭9連通。

煙氣從煙氣入口3切向進入塔體15的除塵調質腔，同時第一離心泵2將雙氧水槽1內的雙氧水經由第一管路和第二管路輸送至雙氧水噴頭4，並由雙氧水噴頭4霧化噴入煙氣入口3中並隨著煙氣一同進入塔體15的除塵調質腔；在除塵調質腔內攜帶有雙氧水的煙氣進行旋風分離，將煙氣中的大部分顆粒物分離並從排塵口12排出，與此同時雙氧水在煙氣中蒸發水分釋放氧氣、氧化煙氣中一部分的so2和nox，從而在除塵調質腔內對煙氣的部分除塵、增加溼度和部分氧化，得到的調質煙氣；調質煙氣通過中心風管6進入低溫等離子體催化器7的內圓筒網7-1內再穿過催化劑7-3，同時8根高壓導線7-4產生低溫等離子體在催化劑7-3的協同作用下進一步將調質煙氣中的so2和nox氧化為so3和no2得到氧化煙氣，氧化煙氣進入塔體15的吸收腔；第二離心泵14將鹼液槽13鹼液（碳酸鈉溶液溶液）經由第四和第五管路輸送至鹼液噴頭9霧化噴灑在吸收腔內，霧化的鹼液與吸收腔內的氧化煙氣接觸，吸收其中的so3和no2形成相應的硫酸鹽和硝酸鹽，後落入吸收腔的底部，再通過第三管路進入鹼液槽13；氧化煙氣脫硫脫硝後得到了淨化煙氣，淨化煙氣往上穿過霧滴捕集器10脫除夾帶的霧滴，最後從淨化氣出口11排出。

本實施例的催化劑7-3為粒徑為2mm的二氧化鈦顆粒；高壓導線7-4上加載有正的脈衝高壓電，脈衝高壓電的峰值電壓為30kv，脈衝頻率為300hz，脈衝寬度為500ns。本實施例的脫硫率達80％，脫硝率達85％，除塵率達93％。

實施例2

本實施例的催化劑7-3為粒徑為5mm的二氧化鈦顆粒；高壓導線7-4上加載有正的脈衝高壓電，脈衝高壓電的峰值電壓為5kv，脈衝頻率為50hz，脈衝寬度為100ns，鹼液槽13內的鹼液為氨水，其餘同實施例1。本實施例的脫硫率達85％，脫硝率達83％，除塵率達95％。

實施例3

本實施例的催化劑7-3為粒徑為4mm的二氧化鈦顆粒；高壓導線7-4上加載有正的脈衝高壓電，脈衝高壓電的峰值電壓為18kv，脈衝頻率為100hz，脈衝寬度為300ns，，鹼液槽13內的鹼液為氫氧化鈣溶液，其餘同實施例1。本實施例的脫硫率達82％，脫硝率達80％，除塵率達94％。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。