[發明專利]利用低溫等離子體凈化濕法脫硫氣霧中氮氧化物和霧粒的方法與裝置

有效

• 申請號: 201410249649.7
• 申請日: 2014-06-06
• 公開（公告）號: CN103990359A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 朱天樂;齊震;孫也;丁靂
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B01D53/32
• 分類號: B01D53/32;B01D50/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

技術領域

本發明涉及一種凈化濕法脫硫氣霧中氮氧化物和霧粒的方法與裝置，屬于環境保護技術領域。更具體地說，涉及一種利用低溫等離子體的氧化、運動粒子誘導氣流定向運動以及霧粒和電極液膜的吸收作用，凈化濕法脫硫氣霧中氮氧化物和霧粒的方法與裝置。

背景技術

眾所周知，煤炭約占我國一次能源消費的70％，燃煤煙氣SO₂和NO_x(x＝1,2)是造成大氣污染嚴重的主要原因。為了控制燃煤污染，我國先針對火電鍋爐，隨后延伸到工業鍋爐和窯爐，開展了煙氣脫硫脫硝工作。主流技術是選擇性催化還原(SCR)脫硝后，再采用濕法脫硫(WFGD)。其優勢是脫硫脫硝效率高，技術成熟，運行可靠。然而，脫硝系統復雜、催化劑易失活且用到管理難度大的危險化學品-液氨或氨類化合物，因而投資和運行費用皆較高。另一方面，濕法脫硫盡管具有運行穩定，投資和運行費用適中的優勢，但濕法脫硫后排放的氣體或多或少攜帶酸霧或石膏漿液，而形成酸雨和“石膏雨”現象，引起大氣污染和設備腐蝕。同時，濕法脫硫煙氣排放后形成的氣溶膠，進入大氣后形成霧霾，也是近年來頻發的霧霾天氣的成因之一。常見的濕法脫硫脫硝參見參考文獻：鐘秦，燃煤煙氣脫硫脫硝技術及工程實例：第二版(M).北京：化學工業出版社，2007:24‐166.

為了解決濕法煙氣脫硫氣霧引發的問題，通常采用機械除霧配合氣‐氣換熱升溫(GGH)的方法。然而，這種除霧方式效率并不可靠，酸霧和石膏雨之類大氣污染問題依然存在，而且GGH換熱器故障頻出。正是在這種背景下，溫式靜電除霧技術應運而生，濕式靜電除霧是借助高壓放電使霧粒荷電，并在電場力作用下定向運動，最終從氣流中分離出來。這一除霧方式可以從根本上解決濕法煙氣脫硫排出氣霧的問題，而且通過設置靜電除霧系統，有望取消GGH這一建設費用和運行故障率皆偏高的濕法煙氣脫硫配套單元，降低對于吸收塔機械除霧的要求。

濕式脫硫氣霧環境中含有大量霧粒，電極表面附著有液膜，提供了氣液接觸吸收脫除氣霧所含氣態污染物的環境。然而，各類燃燒過程產生的氮氧化物NO_x主要為NO，由于NO的親水性差，為了借助濕式吸收方法脫除NO_x，需要將NO氧化為親水性強的NO₂。而傳統的濕式靜電除霧技術基于負高壓放電產生高能電子，主要目的是分離霧粒，這種放電方式產生的高能電子化學效應弱，并不能高效氧化NO，因而脫硝效率并不高。因此，為了實現除霧的同時，高效脫除NO_x之目的，需要采用新的技術方法。本發明正是在這樣的背景下提出的。

發明內容

本發明提供了一種利用低溫等離子體凈化濕法脫硫氣霧所含氮氧化物，并同步脫除濕法脫硫氣霧所含霧粒的方法與裝置。這意味著在解決濕法脫硫后氣霧攜帶酸霧或石膏漿液的同時高效脫除NOx(x＝1,2)，在投資和運行費用較低的情況下，實現多種污染物的脫除。

本發明提供的利用低溫等離子體凈化濕法脫硫氣霧中氮氧化物和霧粒的方法通過以下方案實現：從濕法脫硫塔排出的氣霧進入低溫等離子體反應器內，利用高壓電源進行正高壓放電產生化學活性強的低溫等離子體(包括電子、離子、活性基團和激發態分子)，這類低溫等離子體具有強氧化活性，將氣霧所含NO高效氧化為親水性強的NO₂。另一方面，氣霧所含霧粒在低溫等離子體場荷電，并在高壓電場力作用下定向運動至電極表面，接觸電極液膜從而從氣霧中分離出來。同時在高壓電場力作用下，低溫等離子體和荷電霧粒定向運行會誘導氣流(此時的氣流為包含了霧粒和低溫等離子體的氣霧)形成小渦流，不斷沖擊電極表面上的電極液膜。正是在氣流的定向運動和沖擊電極液膜的過程中，氣流中的二氧化氮(包括自身攜帶的二氧化氮和氧化生成的NO₂)不斷接觸霧粒和電極液膜，繼而被其吸收脫除。實際上，借助低溫等離子體的氧化作用和高壓電場力作用下的氣流和荷電粒子定向運動，也可脫除氣霧中的氣態汞、三氧化硫溶膠和煙塵等污染物。因此本發明解決了濕法脫硫氣霧中多污染物的同時脫除問題，即在一個低溫等離子體反應器內，實現多種污染物的同時脫除，從而大大降低煙氣處理的投資和運行費用。