專利名稱：低溫等離子體煙氣復(fù)合污染物控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)/廢氣凈化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種將產(chǎn)生低溫等離子體的 放電裝置與其他技術(shù)聯(lián)用，凈化煙氣中復(fù)合污染物(二氧化硫、氮氧化物、煙塵、硫化氫、氯 化氫、重金屬)的方法。
背景技術(shù)：
煙氣中含有大量的二氧化硫、氮氧化物、煙塵、硫化氫、氯化氫、重金屬，這些污染 物能夠損害人的呼吸系統(tǒng)，嚴(yán)重影響人的身體健康。它們也會加劇酸雨、光化學(xué)煙霧等環(huán)境 污染。專門用于除塵、脫硫和脫硝等的獨立處理技術(shù)繁多，大部分同時處理煙塵、二氧化 硫和氮氧化物的系統(tǒng)都僅是各種獨立技術(shù)的簡單組合串聯(lián)，各串聯(lián)單元分別控制不同污染 物，占地面積大，投資和運行費用高，聯(lián)合效率低。如對于煙氣中的細(xì)顆粒物，目前的電除塵 器的凈化效率低，很難達(dá)到pm2.5的國家排放標(biāo)準(zhǔn)。以石灰石/石膏濕法和氨法為主的脫硫 裝置不能吸收氮氧化物；常用的選擇性催化還原脫硝過程產(chǎn)生三氧化硫及其酸霧，容易腐 蝕設(shè)備。低溫等離子體技術(shù)能夠產(chǎn)生活性物質(zhì)、紫外輻射等，可以同時復(fù)合污染物進(jìn)行處 理和控制。如安裝前置的凝并裝置可以提高煙氣中顆粒物，尤其是細(xì)顆粒物的捕集效率。利 用高壓放電產(chǎn)生低溫等離子體的凝并裝置能夠同時氧化煙氣中的一氧化氮，使之成為高價 態(tài)氮氧化物，從而被堿性吸收液吸收，提高氮氧化物的去除效率。美國P0WERSPAN公司在俄亥俄州的R. E. Burger電廠建立了一套同時除塵、脫硫、 脫硝示范系統(tǒng)。系統(tǒng)主體由介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器、氨法吸收塔和濕式電除塵器順次組成。放 電反應(yīng)器將一氧化氮氧化為高價態(tài)氮氧化物，煙氣隨后進(jìn)入氨法吸收塔，二氧化硫和氮氧 化物被吸收成鹽，最終濕式電除塵器除去煙氣中的酸霧、煙塵和汞氧化物。由于放電反應(yīng)器 前端電除塵器效率低，使細(xì)顆粒物能夠進(jìn)入后續(xù)裝置。氨法吸收塔的吸收產(chǎn)物靠鼓氣氧化， 濕式電除塵器僅用于去除酸霧、顆粒物，能量利用效率低，能耗較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低溫等離子體煙氣復(fù)合污染物 控制方法，本發(fā)明通過高壓放電，在干式和濕式反應(yīng)器中產(chǎn)生低溫等離子體，與傳統(tǒng)除塵方 法、氨法脫硫、石灰石/石膏濕法、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法等進(jìn)行組合聯(lián)用，可以對煙氣中的二氧 化硫、氮氧化物、煙塵、硫化氫、氯化氫、重金屬等污染物進(jìn)行凈化控制。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種低溫等離子體復(fù)合污染物控制 方法，該方法包括以下步驟(1)煙氣先進(jìn)入干式等離子體反應(yīng)器，利用高壓電源產(chǎn)生的電暈放電，使煙氣中 顆粒物荷電，并由于靜電作用凝并、聚集，形成粗顆粒，同時一氧化氮被氧化為高價氮氧化 物；
(2)隨后煙氣進(jìn)入電除塵器進(jìn)行電除塵；(3)除塵煙氣進(jìn)入吸收裝置，二氧化硫、氮氧化物分別形成亞硫酸鹽和硝酸鹽，部 分吸收液和處理后煙氣進(jìn)入濕式等離子體反應(yīng)器；(4)在濕式等離子體反應(yīng)器中，吸收液中的亞硫酸鹽被氧化為硫酸鹽，煙氣被除霧 凈化；(5)凈化后的煙氣被引入煙囪排出。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的方法采用干式等離子體反應(yīng)器，同時凝并顆粒物， 氧化一氧化氮，裝置成本低，空間利用率高，除塵和氧化效率高，濕式等離子體反應(yīng)器可以 同時凈化尾氣，氧化吸收產(chǎn)物。裝置成本低，氧化效率高。整套方法一體化程度高，每個單元 同時具有多個控制凈化功能，占地面積小，除塵、脫硫、脫硝效率高，副產(chǎn)物產(chǎn)率高，能量消 耗低，即可整套使用。也可以選擇部分單元組合作用，易于用于新設(shè)備安裝和舊設(shè)備改造。


圖1為采用本發(fā)明方法的低溫等離子體煙氣復(fù)合污染物控制流程示意圖；圖2為第一環(huán)節(jié)煙氣氣態(tài)污染物氧化及煙塵凝并除塵裝置流程示意圖；圖3為第二環(huán)節(jié)煙氣氣態(tài)污染物吸收及吸收產(chǎn)物氧化裝置流程示意圖；圖4為采用袋式除塵器時，本發(fā)明方法的低溫等離子體煙氣復(fù)合污染物控制流程 示意圖；圖5為僅采用干式等離子體反應(yīng)器、電除塵器和吸收裝置時，本發(fā)明方法的低溫 等離子體煙氣復(fù)合污染物控制流程示意圖；圖6為僅采用吸收裝置和濕式等離子體反應(yīng)器時，本發(fā)明方法的低溫等離子體煙 氣復(fù)合污染物控制流程示意圖；圖7為干式等離子體反應(yīng)器的裝置示意圖；圖8為濕式等離子體反應(yīng)器的裝置示意圖；其中，鍋爐1、干式等離子體反應(yīng)器2、第一反應(yīng)器3、第一高壓電源4、電除塵器5、 電除塵器高壓電源6、電除塵器灰斗7、吸收裝置8、濕式等離子體反應(yīng)器9、第二反應(yīng)器10、 第二高壓電源11、集液槽12、泵13、煙囪14、袋式除塵器15、除塵裝置16、反應(yīng)通道17、高壓 放電電極18、低壓電極19、低壓極板20、噴嘴21。
具體實施例方式低溫等離子體煙氣復(fù)合污染物控制方法由以干式、濕式等離子體反應(yīng)器為主的多 個單元聯(lián)用組合而成。低溫等離子體復(fù)合污染物控制方法包括以下步驟1)將高溫?zé)煔庖敫墒降入x子體反應(yīng)器，對顆粒物進(jìn)行預(yù)荷電，強化凝并聚集，形 成粗顆粒。同時對氮氧化物進(jìn)行氧化，一氧化氮轉(zhuǎn)為二氧化氮等高價易于吸收的形態(tài)；2)凝并氧化后的煙氣進(jìn)入電除塵器，由電源提供高電壓，顆粒物被捕集清除；3)除塵后的煙氣進(jìn)入吸收裝置，被堿性物質(zhì)(溶液、漿液、粉末)吸收，生成吸收產(chǎn) 物亞硫酸鹽和硝酸鹽，吸收產(chǎn)物流入產(chǎn)物收集裝置進(jìn)行結(jié)晶回收等處理，如有吸收液，則部 分吸收液流入濕式等離子體反應(yīng)器，；4)脫硫脫硝后的煙氣進(jìn)入濕式等離子體反應(yīng)器，步驟3產(chǎn)生的部分吸收液也進(jìn)入
4濕式反應(yīng)器，亞硫酸鹽溶液被氧化為硫酸鹽溶液，硫酸鹽溶液通過集液槽出口流入產(chǎn)物收 集裝置，同時煙塵也被除霧凈化；5)清除控制污染物后的煙氣引入煙囪，排入大氣。以上的低溫等離子體煙氣復(fù)合污染物控制方法包括兩個環(huán)節(jié)，共4個單元，全部 單元可順次連接，組成煙氣除塵、脫硫、脫硝一體化系統(tǒng)。針對具體的工程要求，各單元也 可單獨作用或部分組合，用于除塵、脫硫、脫硝和副產(chǎn)物生產(chǎn)等煙氣凈化功能中的一個或幾 個。低溫等離子體復(fù)合污染物控制方法的包括兩個環(huán)節(jié)，第一環(huán)節(jié)進(jìn)行煙氣氣態(tài)污染 物氧化及煙塵凝并除塵，第二環(huán)節(jié)進(jìn)行煙氣氣態(tài)污染物吸收及吸收產(chǎn)物氧化。其中第一環(huán) 節(jié)包括干式等離子體反應(yīng)器和電除塵器2個單元，第二環(huán)節(jié)包括吸收裝置和濕式等離子體 反應(yīng)器2個單元。1)干式等離子體反應(yīng)器，將煙氣中的煙塵凝并聚集，形成粗顆粒；將煙氣中的一 氧化氮氧化為二氧化氮等高價氮氧化物，利于后續(xù)裝置除塵、脫硝等。包括至少一個反應(yīng)通道，煙氣由反應(yīng)通道入口進(jìn)入反應(yīng)通道，處理后的煙氣由反 應(yīng)通道出口排出。反應(yīng)通道包括至少一個第一反應(yīng)室，反應(yīng)室內(nèi)布置至少一組電極。反應(yīng) 器由第一高壓電源供電。所述的第一高壓電源的供電方式包括直流、交流、脈沖、直流疊加脈沖，直流疊加 高頻交流、直流疊加混頻或直流疊加交流。供電方式可以為連續(xù)，也可以為間歇；2)電除塵器。將煙氣中的顆粒物捕集去除。含塵煙氣由裝置入口進(jìn)入電除塵器，由裝置出口進(jìn)入下一裝置。電除塵器可以為管式或板式中的任意一種。3)吸收裝置。將煙氣中的氣態(tài)污染物通過吸收劑、中和劑進(jìn)行捕集去除，對可利用 的吸收、中和產(chǎn)物進(jìn)行收集利用。通常吸收裝置為氨法脫硫法、石灰石/膏濕法、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法吸收裝置。所述的吸收裝置為液膜表面吸收器、氣泡表面吸收器或液滴表面吸收器中的任意一種。4)濕式等離子體反應(yīng)器，控制煙氣中的氣溶膠，提高除塵除霧效果；如有吸收裝 置流入的亞硫酸鹽吸收液，還起到氧化亞硫酸鹽的作用。包括至少一個反應(yīng)通道，煙氣由反應(yīng)通道入口進(jìn)入反應(yīng)通道，處理后的煙氣由反 應(yīng)通道出口進(jìn)入下一裝置。每個反應(yīng)通道包括至少一個第二反應(yīng)室。反應(yīng)室內(nèi)安裝至少一 組高壓放電電極和至少一組低壓極板，由第二高壓電源供電。反應(yīng)室底部安裝至少一個集 液槽。集液槽中的吸收液由泵抽提至反應(yīng)室頂板，循環(huán)流動。所述的第二高壓電源的供電方式包括直流、交流、脈沖、直流疊加脈沖，直流疊加 高頻交流、直流疊加混頻或直流疊加交流。供電方式可以為連續(xù)，也可以為間歇；煙氣先進(jìn)入干式等離子體反應(yīng)器，利用高壓放電設(shè)備產(chǎn)生的電暈放電，使煙氣中 顆粒物荷電，并由于靜電作用凝并聚集成粗顆粒物，同時一氧化氮被氧化為高價氮氧化物。 隨后煙氣進(jìn)入電除塵器進(jìn)行電除塵。除塵煙氣進(jìn)入吸收裝置，二氧化硫、氮氧化物分別形成 亞硫酸鹽和硝酸鹽，部分吸收液和處理后煙氣進(jìn)入濕式等離子體反應(yīng)器，吸收液中的亞硫 酸鹽被氧化為硫酸鹽，煙氣被除霧凈化，由煙 排出。
針對同時除塵、脫硫、脫硝的工程，可以采取上述干式等離子體反應(yīng)器、電除塵器、 吸收裝置、濕式等離子體反應(yīng)器順次連接的系統(tǒng)。針對具體的工程需要，第一環(huán)節(jié)，煙氣氣 態(tài)污染物氧化及煙塵凝并除塵和第二環(huán)節(jié)，煙氣氣態(tài)污染物吸收及吸收產(chǎn)物氧化可以單獨 安裝作用。針對僅有除塵安裝或改造需要的工程，可以采取干式等離子體反應(yīng)器和電除塵器 順次連接的第一環(huán)節(jié)，煙氣氣態(tài)污染物氧化及煙塵凝并除塵裝置。針對僅有脫硫安裝或改 造需要的工程，可以采取煙氣氣態(tài)污染物吸收及吸收產(chǎn)物氧化裝置順次連接，即第二環(huán)節(jié)， 煙氣氣態(tài)污染物吸收及吸收產(chǎn)物氧化。針對已有袋式除塵器的改造工程，可以在袋式除塵 器后順次安裝干式等離子體反應(yīng)器、吸收裝置和濕式等離子體反應(yīng)器。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。如圖1所示，低溫等離子體煙氣復(fù)合污染物控制裝置安裝在鍋爐1后，煙氣由鍋爐 1排出后，進(jìn)入干式等離子體反應(yīng)器2。在第一反應(yīng)器3中，煙氣中的煙塵在高壓電暈作用下 帶電，部分煙塵荷正電，另一部分荷負(fù)電，并由于靜電作用進(jìn)行凝并，使細(xì)塵粒子數(shù)減少，粉 塵粒徑增大，由于煙氣風(fēng)速一般在10-20m/s之間，在干式等離子體反應(yīng)器2中不需收集煙 塵，預(yù)荷電提高了后續(xù)電除塵器的除塵效率。在干式等離子體反應(yīng)器2中，由于電暈放電產(chǎn) 生大量活性物質(zhì)，煙氣中的一氧化氮被氧化為以二氧化氮等高價態(tài)氮氧化物，一氧化氮的 氧化提高了后續(xù)吸收裝置控制氮氧化物的效率。在電除塵器5中，煙氣中的粉塵被分離出 來從電除塵器灰斗7排出。除塵后的煙氣進(jìn)入吸收裝置8，煙氣中的二氧化硫、氮氧化物分 別與堿性吸收劑形成亞硫酸鹽、硝酸鹽，若有吸收液，則吸收液部分流出吸收裝置制取副產(chǎn) 品，一部分流入濕式等離子體反應(yīng)器9，成為其吸收液。除塵、脫硫、脫硝后的煙氣進(jìn)入濕式 等離子體反應(yīng)器9進(jìn)行進(jìn)一步凈化和除霧。吸收液從低壓極板流下，與煙氣接觸反應(yīng)。由 于電暈放電產(chǎn)生的大量活性物質(zhì)，吸收液中的亞硫酸鹽被氧化為硫酸鹽，部分殘余氮氧化 物被還原形成氮氣。凈化后的煙氣從煙囪14排出。吸收液流入濕式等離子體反應(yīng)器集液 槽中12，并通過泵13抽提至低壓極板頂端，循環(huán)流動。吸收液還可以通過集液槽12排出至 吸收產(chǎn)品收集處理裝置。其中，干式等離子體反應(yīng)器2由第一高壓電源4供電，電除塵器5 由高壓電源6供電，濕式等離子體反應(yīng)器9由第二高壓電源11供電。如圖2所示，第一環(huán)節(jié)，煙氣氣態(tài)污染物氧化及煙塵凝并除塵裝置由干式等離子 體反應(yīng)器2和電除塵器5組成。煙氣先進(jìn)入干式等離子體反應(yīng)器2，高壓電暈放電將一氧化 氮氧化為二氧化氮等高價態(tài)氮氧化物，同時也使粉塵帶電，通過靜電作用凝并聚集，形成粗 顆粒。在電除塵器5中，粉塵被捕集去除，氮氧化物的氧化效果得到進(jìn)一步的加強。隨后煙 氣由電除塵器5的出口排至下一裝置。干式等離子體反應(yīng)器2由第一高壓電源4供電，電 除塵器5由高壓電源6供電。如圖3所示，第二環(huán)節(jié)，煙氣氣態(tài)污染物吸收及吸收產(chǎn)物氧化裝置由吸收裝置8和 濕式等離子體反應(yīng)器9組成。煙氣先進(jìn)入吸收裝置8，二氧化硫和氮氧化物被吸收劑反應(yīng)吸 收，形成亞硫酸鹽和硝酸鹽。若有吸收液，則反應(yīng)后的吸收液進(jìn)入濕式等離子體反應(yīng)器9，由 泵13抽提至反應(yīng)器頂部循環(huán)流下。同時，煙氣也排入濕式等離子體反應(yīng)器9。高壓電暈放 電產(chǎn)生的活性物質(zhì)將吸收液中的亞硫酸鹽氧化為硫酸鹽，由集液槽12排出處理。同時，高 壓電暈放電也將煙氣中的吸收劑液滴等氣溶膠捕集。凈化后的空氣進(jìn)入煙囪14排放。濕 式等離子體反應(yīng)器9由第二高壓電源11供電。
如圖4所示，當(dāng)使用袋式除塵器15代替電除塵器5時，袋式除塵器15布置在干式 等離子體反應(yīng)器2入口前。煙氣通過袋式除塵器15，由于袋式除塵器15的濾料作用，煙塵 被捕集脫除。除塵后的煙氣進(jìn)入干式等離子體反應(yīng)器2，一氧化氮被氧化為以二氧化氮等高 價態(tài)氮氧化物。氧化后的煙氣進(jìn)入吸收裝置8，煙氣中的二氧化硫、氮氧化物分別與堿性吸 收劑形成亞硫酸鹽、硝酸鹽，吸收液部分流入濕式等離子體反應(yīng)器9，吸收液中的亞硫酸鹽 被氧化為硫酸鹽。除塵、脫硫、脫硝后的煙氣也進(jìn)入濕式等離子體反應(yīng)器0進(jìn)行進(jìn)一步凈化 和除霧，吸收液通過泵13循環(huán)，還可以通過集液槽12排出。凈化后的煙氣從煙囪14排出。 其中，干式等離子體反應(yīng)器2由第一高壓電源4供電，濕式等離子體反應(yīng)器9由第二高壓電 源11供電。如圖5所示，當(dāng)僅采用干式等離子體反應(yīng)器2、電除塵器5和吸收裝置8時，鍋爐1 排出的煙氣經(jīng)過干式等離子體反應(yīng)器2，在第一反應(yīng)器3中，煙氣中的煙塵進(jìn)行凝并聚集， 粉塵粒徑增大。同時，煙氣中的一氧化氮被氧化為二氧化氮等高價態(tài)氮氧化物。在電除塵 器5中煙塵被分離出來從電除塵器灰斗7排出。除塵后的煙氣進(jìn)入吸收裝置8，煙氣中的二 氧化硫、氮氧化物分別與堿性吸收劑形成亞硫酸鹽、硝酸鹽，液態(tài)的吸收液由吸收裝置底部 流出，制取副產(chǎn)品。除塵、脫硫、脫硝后的煙氣經(jīng)煙囪12排出。其中干式等離子體反應(yīng)器2 由第一高壓電源4供電，電除塵器5由高壓電源6供電。如圖6所示，當(dāng)僅采用吸收裝置8和濕式等離子體反應(yīng)9時，鍋爐1排出的煙氣經(jīng) 過除塵裝置16后，進(jìn)入吸收裝置8，煙氣中的二氧化硫被吸收裝置8中的堿性物質(zhì)吸收，形 成亞硫酸鹽。若有吸收液，則吸收液部分由吸收裝置8底部流出，部分流入濕式等離子體反 應(yīng)器9。脫硫后的煙氣進(jìn)入濕式等離子體反應(yīng)器9，進(jìn)一步除霧，控制其他污染物。由于電 暈放電產(chǎn)生的大量活性物質(zhì)，反應(yīng)器頂部噴出的吸收液中，亞硫酸鹽被氧化為硫酸鹽。吸收 液流入濕式等離子體反應(yīng)器9底部的集液槽12，吸收液被泵13抽提至反應(yīng)器頂部進(jìn)行循環(huán) 吸收，也可以由集液槽12流出，制取副產(chǎn)物。凈化后的煙氣從煙囪14排出。其中，濕式等 離子體反應(yīng)器9由第二高壓電源11供電。如圖7所示，煙氣由干式等離子體反應(yīng)器反應(yīng)通道17進(jìn)入第一反應(yīng)器3，煙氣中的 煙塵在高壓電暈作用下帶電，部分荷正電，部分荷負(fù)電，并由于靜電作用凝并聚集，細(xì)塵粒 子數(shù)減少，煙塵粒徑增加。同時，煙氣中的一氧化氮被電暈放電產(chǎn)生的活性物質(zhì)氧化，轉(zhuǎn)變 為二氧化氮等高價態(tài)氧化物形式。凝并、氧化后的煙氣排出反應(yīng)器。高壓放電電極18與第 一高壓電源3的輸出高壓端相連，低壓電極19與第一高壓電源3的輸出低壓端相連，當(dāng)電 極表面場強大于30kV/cm時，產(chǎn)生電暈放電，同組電極間的距離一般在20mm-200mm之間，異 組電極間的距離在50mm-300mm之間，高壓電源電壓一般在士20-士 150kV之間。如圖8所示，煙氣由濕式等離子體反應(yīng)器反應(yīng)通道17進(jìn)入第二反應(yīng)器10，吸收液 由低壓極板20上方流下，可以通過噴嘴21噴灑，也可以通過溢流流出。在高壓放電電極18 和低壓極板20之間，由于高壓電暈放電而產(chǎn)生活性物質(zhì)，吸收液中的亞硫酸鹽被氧化為硫 酸鹽。氧化效率可以達(dá)到98%，能耗最低為17瓦時/摩爾。隨后吸收液流入集液槽12，被 泵13循環(huán)抽提至反應(yīng)室頂部，也可由集液槽12排出處理。
權(quán)利要求
1. 一種低溫等離子體復(fù)合污染物控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)煙氣先進(jìn)入干式等離子體反應(yīng)器，利用高壓電源產(chǎn)生的電暈放電，使煙氣中顆粒物 荷電，并由于靜電作用凝并、聚集，形成粗顆粒，同時一氧化氮被氧化為高價氮氧化物。(2)隨后煙氣進(jìn)入電除塵器進(jìn)行電除塵。(3)除塵煙氣進(jìn)入吸收裝置，二氧化硫、氮氧化物分別形成亞硫酸鹽和硝酸鹽，部分吸 收液和處理后煙氣進(jìn)入濕式等離子體反應(yīng)器。(4)在濕式等離子體反應(yīng)器中，吸收液中的亞硫酸鹽被氧化為硫酸鹽，煙氣被除霧凈化。(5)凈化后的煙氣被引入煙囪排出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低溫等離子體煙氣復(fù)合污染物控制方法，該方法通過高壓放電，在干式和濕式反應(yīng)器中產(chǎn)生低溫等離子體，與傳統(tǒng)除塵方法、氨法脫硫、石灰石/石膏濕法、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法等進(jìn)行組合聯(lián)用，控制煙氣中的煙塵、二氧化硫、氮氧化物、硫化氫、氯化氫、重金屬等污染物，氧化副產(chǎn)物。其中干式等離子體反應(yīng)器與除塵裝置聯(lián)用，可以提高除塵效率，氧化一氧化氮。吸收裝置與濕式等離子體反應(yīng)器聯(lián)用，可以去除氣態(tài)污染物，氧化氨吸收劑的脫硫產(chǎn)物亞硫酸銨，除霧凈化尾氣；本方法可以用于各類鍋爐或焚燒爐等的煙氣復(fù)合污染物控制。
文檔編號B01D53/75GK102059050SQ201010573030
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者李樹然, 章旭明, 閆克平, 陳偉蘭 申請人:浙江大學(xué)