專利名稱：介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器、煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)及脫硫脫硝工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于火力發(fā)電廠煙氣處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器、 煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)及脫硫脫硝工藝。
背景技術(shù)：
火力發(fā)電廠煙氣中的SA和NOx是大氣中主要的氣體污染物，其不僅對人體帶來各種各樣的危害，而且會對動植物的生長以及對天氣和氣候產(chǎn)生很大的影響，因此必須采取措施加以控制。而一項優(yōu)秀的煙氣凈化技術(shù)不僅需要滿足高效的脫除率，而且還要考慮技術(shù)上的經(jīng)濟性以及系統(tǒng)的簡單可操作性，目前眾多的研究者一致認同的是SO2和NOx的一體化脫除。而目前火電廠普遍采用兩套裝置分別對煙氣進行脫硫脫硝處理，煙氣脫硫主要采用的是濕法煙氣脫硫工藝(Wet-FGD)，煙氣脫硝則采用的是以NH3為還原劑的選擇性催化還原技術(shù)(SCR)，其中濕法煙氣脫硫工藝用石灰石或石灰做脫硫吸收劑，石灰石破碎后與水混合，磨成粉狀制成吸收漿液。在吸收塔內(nèi)，煙氣中的SO2與漿液中的CaCO3以及鼓入的氧化空氣進行化學(xué)反應(yīng)生成二水硫酸鈣即石膏，使煙氣中的得以脫除。濕法脫硫工藝過程中的主要反應(yīng)方程式為2CaC03+H20+2S02 — 2CaS03 · 1/2H20+2C02 個2CaC03 · 1/2Η20+02+3Η20 — 2CaS04 · 2H20濕法煙氣脫硫的主要缺點有(1)系統(tǒng)復(fù)雜，運行維護量大；(2)水消耗大，且存在廢水的處理問題；(3)系統(tǒng)投資較大，運行費用高，裝置的占地面積大。選擇性催化還原技術(shù)是指在&和非均相催化劑存在的條件下，以NH3作為還原劑， 在省煤器與空氣預(yù)熱器之間的煙氣溫度下將NOx還原為無害的氮氣和水。主要的反應(yīng)方程式如下
4N0+4NH3+02 — 4N2+6H202N02+4NH3+02 — 3N2+6H20N0+N02+2NH3+02 — 2N2+3H20選擇性催化還原技術(shù)的主要缺點有(1)初期投資費用高，設(shè)備造價高昂；(2)催化劑易中毒；(3)燃燒高硫煤時容易造成空氣預(yù)熱器的積灰及堵塞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器、煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)及脫硫脫硝工藝，其目的是減少設(shè)備占地面積、實現(xiàn)HNO3和的資源綠色回收利用、提高脫硫脫硝的經(jīng)濟效益、減少水的消耗量、減少尾部煙道的磨損以及空預(yù)器的積灰及堵塞問題。本發(fā)明所述的介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，由若干個單體介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器交錯排列組合而成；所述單體介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器采用雙介質(zhì)層，分為環(huán)形的外介質(zhì)層和內(nèi)介質(zhì)層， 內(nèi)介質(zhì)層內(nèi)設(shè)置高壓電極，外介質(zhì)層外面包裹一層作為低壓電極的金屬網(wǎng)。所述外介質(zhì)層和內(nèi)介質(zhì)層的材料均為透明剛玉；所述高壓電極的材料選用不銹鋼棒；所述低壓電極的材料為紫銅。所述單個介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的長度為0. 4m lm，所述高壓電極直徑(I1為3 4mm,內(nèi)介質(zhì)層厚度d2為1 2mm，放電間隙d3為6 9mm，外介質(zhì)層厚度d4為2 4mm。本發(fā)明提供的一種基于介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)，其連接關(guān)系為所述的介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器一端為煙氣入口，另一端與硝酸吸收塔下部的煙氣入口連接；硝酸吸收塔的上部設(shè)置噴淋裝置，底部通過管道與硝酸儲液池連通，硝酸儲液池的出液口通過管道及蠕動泵與所述噴淋裝置連通，硝酸吸收塔的頂部設(shè)置出氣口，通過管道與堿液吸收塔的煙氣入口連接；堿液吸收塔的上部設(shè)置噴淋裝置，底部通過管道與堿液儲液池連通，堿液儲液池的出液口通過管道及蠕動泵與所述噴淋裝置連通，堿液吸收塔的頂部設(shè)置出氣口，通過管道與煙囪連接。本發(fā)明提供的基于所述的煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)的煙氣同時脫硫脫硝工藝，包括以下步驟(1)燃燒后的煙氣進入介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，通過調(diào)節(jié)高壓電源的電壓、頻率控制反應(yīng)器內(nèi)的放電功率，在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生均勻、穩(wěn)定的放電，其中電壓調(diào)節(jié)范圍為6 20kV， 頻率調(diào)節(jié)范圍為7 15kHz ；放電產(chǎn)生大量的高能電子，在高能電子的作用下，煙氣中的02、 H2O分子被激活、裂解或電離，產(chǎn)生包括0、03、0Η、Η02在內(nèi)的高活性的氧化性粒子，使煙氣中的N0、S&氧化，NO的氧化產(chǎn)物主要為NO2以及少量的ΗΝ03、ΗΝ02和其他高價態(tài)的氮氧化物， SO2的氧化產(chǎn)物主要為SO3，在水蒸氣含量較高的情況下會進一步生成硫酸；(2)質(zhì)量分數(shù)為15% 50%的稀硝酸溶液通過蠕動泵由硝酸吸收塔上部經(jīng)噴淋裝置進入硝酸吸收塔內(nèi)，流經(jīng)硝酸吸收塔填料表面由硝酸吸收塔下部排出，進入硝酸儲液槽；經(jīng)介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器處理的煙氣由硝酸吸收塔下部進入，與稀硝酸充分反應(yīng)后由硝酸吸收塔頂排出；(3)為防止隨煙氣帶出硝酸吸收塔的硝酸霧滴對后面設(shè)備的腐蝕，在硝酸吸收塔后面設(shè)置一級帶有堿液噴淋裝置的堿液吸收塔，使用堿液以除去酸霧；堿液通過蠕動泵由堿液吸收塔上部經(jīng)噴淋裝置進入堿液吸收塔內(nèi)，由堿液吸收塔下部排出，進入堿液儲液槽； 經(jīng)硝酸吸收塔處理后的煙氣從堿液吸收塔下部進入，與堿液反應(yīng)后由堿液吸收塔頂部排出至煙囪。所述步驟O)中的稀硝酸溶液中添加質(zhì)量分數(shù)為0. 2% 的KMnO4,以進一步強化在硝酸溶液中的氧化反應(yīng)，避免HNO2的分解。所述步驟(3)中的堿液包括石灰石漿液、NaOH溶液、Na2CO3和NaHCO3溶液。本發(fā)明的有益效果為(1)中煙氣首先經(jīng)低溫等離子體處理，然后由硝酸溶液進一步氧化吸收最后再由堿液對煙氣進行尾部處理，處理后的煙氣排入大氣，其中NOx的脫除率可達85%以上，SO2的脫除率可達95%以上。
(2)減少了設(shè)備占地面積；(3)減少了水的消耗量；(4)燃燒高硫煤時不會造成尾部煙道的磨損以及空預(yù)器的積灰及堵塞問題； H2S04、HN03作為產(chǎn)物回收，實現(xiàn)了資源的綠色回收利用，同時增加了經(jīng)濟效益。


圖1 (a)和圖1 (b)分別為單個介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)橫截面圖和縱向截面圖；圖2為介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器箱體的截面圖；圖3為該煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)的連接示意圖。圖中標號1-外介質(zhì)層；2-內(nèi)介質(zhì)層；3-高壓電極；4-金屬網(wǎng)；5-介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器； 6-硝酸吸收塔；7-硝酸儲液池；8-堿液吸收塔；9-堿液儲液池；10-煙囪。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器、煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)及脫硫脫硝工藝，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。圖1為單個介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)截面圖，所述單體介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器采用雙介質(zhì)層，分為環(huán)形的外介質(zhì)層1和內(nèi)介質(zhì)層2，內(nèi)介質(zhì)層2內(nèi)設(shè)置同軸布置的棒狀高壓電極3，外介質(zhì)層1外面包裹一層作為低壓電極的金屬網(wǎng)4。其中，外介質(zhì)層1和內(nèi)介質(zhì)層2 的材料均為透明剛玉；高壓電極3的材料選用不銹鋼棒，棒徑與內(nèi)介質(zhì)層內(nèi)徑大致相等；金屬網(wǎng)4的材料為紫銅。單個介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的長度為0. ^! lm，中心高壓電極3的直徑Cl1為3 4mm，內(nèi)介質(zhì)層2厚度d2為1 2mm，放電間隙d3為6 9mm，外介質(zhì)層1厚度 d4 為 2 4mm。圖2為介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器箱體的截面圖，箱體截面為正方形，里面嵌有若干個交錯排列組合的單體介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，工業(yè)應(yīng)用中可以根據(jù)不同機組的煙氣量來選擇箱體的尺寸以及內(nèi)部所嵌單體介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的數(shù)量。圖3為使用介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)的連接示意圖。介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器5 —端為煙氣入口，另一端與硝酸吸收塔6下部的煙氣入口連接；硝酸吸收塔6的上部設(shè)置噴淋裝置，底部通過管道與硝酸儲液池7連通，硝酸儲液池7的出液口通過管道及蠕動泵與所述噴淋裝置連通，硝酸吸收塔6的頂部設(shè)置出氣口，通過管道與堿液吸收塔8的煙氣入口連接；堿液吸收塔8的上部設(shè)置噴淋裝置，底部通過管道與堿液儲液池9連通，堿液儲液池9的出液口通過管道及蠕動泵與所述噴淋裝置連通，堿液吸收塔9的頂部設(shè)置出氣口，通過管道與煙囪10連接。本發(fā)明還提供了一種基于所述的煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)的煙氣同時脫硫脫硝工藝，包括以下步驟(1)燃燒后的煙氣進入介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，通過調(diào)節(jié)高壓電源的電壓(調(diào)節(jié)范圍6 20kV)、頻率(調(diào)節(jié)范圍7 15kHz)控制反應(yīng)器內(nèi)的放電功率，在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生均勻、穩(wěn)定的放電，放電產(chǎn)生大量的高能電子，在高能電子的作用下，煙氣中的02、H2O分子被激活、裂解或電離，產(chǎn)生包括0、03、OH、HO2在內(nèi)的高活性的氧化性粒子，使煙氣中的NO、SO2 氧化，NO的氧化產(chǎn)物主要為NO2以及少量的ΗΝ03、ΗΝ02和其他高價態(tài)的氮氧化物，SO2的氧化產(chǎn)物主要為SO3,在水蒸氣含量較高的情況下會進一步生成硫酸，相關(guān)的反應(yīng)方程式如下， 其中M為參與反應(yīng)的第三體Ν0+0+Μ — Ν02+Μ ；Ν0+Η02 — Ν02+0Η ；Ν0+Η02 — ΗΝ0+02 ；Ν0+0Η+Μ — ΗΝ02+Μ ；N02+0H+M — HN03+M ；03+N0 — N02+02 ；03+N02 — N03+02 ；0H+S02 — HOSO2 ；0H+H0S02 — H2SO4 ；H0S02+02 — S03+H02 ；H02+S02 — SO3+OH ；S02+0+02 — S03+02 ；03+S02 — 02+S03 ；H2CHSO3 — H2SO4 ；(2)質(zhì)量分數(shù)為15% 50%的稀硝酸溶液通過蠕動泵由硝酸吸收塔上部經(jīng)噴淋裝置進入硝酸吸收塔內(nèi)，流經(jīng)硝酸吸收塔填料表面由硝酸吸收塔下部排出，進入硝酸儲液槽；經(jīng)介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器處理的煙氣由硝酸吸收塔下部進入，與稀硝酸充分反應(yīng)后由硝酸吸收塔頂排出，相關(guān)的反應(yīng)式如下2N02 —N2O4;NCHNO2 — N2O3 ；2N02+H20 — ΗΝ02+ΗΝ03 ；Ν204+Η20 — ΗΝ02+ΗΝ03 ；Ν203+Η20 — 2HN02 ；3HN02 — 2N0+HN03+H20 ；S02+H20 — H2SO3 ；S03+H20 — H2SO4 ；2H2S03+02 — 2H2S04 ；(3)為防止隨煙氣帶出硝酸吸收塔的硝酸霧滴對后面設(shè)備的腐蝕，在硝酸吸收塔后面設(shè)置一級帶有堿液噴淋裝置的堿液吸收塔，使用堿液以除去酸霧；堿液通過蠕動泵由堿液吸收塔上部經(jīng)噴淋裝置進入堿液吸收塔內(nèi)，由堿液吸收塔下部排出，進入堿液儲液槽； 經(jīng)硝酸吸收塔處理后的煙氣從堿液吸收塔下部進入，與堿液反應(yīng)后由堿液吸收塔頂部排出至煙囪?？梢栽诓襟EO)中的稀硝酸溶液中添加質(zhì)量分數(shù)為0. 2% 的KMnO4,以進一步強化在硝酸溶液中的氧化反應(yīng)，避免HNO2的分解。步驟(3)中的堿液可以選用熟石灰懸濁液。
權(quán)利要求
1.一種介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，其特征在于，該反應(yīng)器由若干個單體介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器交錯排列組合而成；所述單體介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器采用雙介質(zhì)層，分為環(huán)形的外介質(zhì)層和內(nèi)介質(zhì)層，內(nèi)介質(zhì)層內(nèi)設(shè)置高壓電極，外介質(zhì)層外面包裹一層作為低壓電極的金屬網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，其特征在于，所述外介質(zhì)層和內(nèi)介質(zhì)層的材料均為透明剛玉；所述高壓電極的材料選用不銹鋼棒；所述低壓電極的材料為紫銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，其特征在于，所述單個介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的長度為0. 4m lm，所述高壓電極直徑(I1為3 4mm，內(nèi)介質(zhì)層厚度d2為1 2mm,放電間隙d3為6 9mm，外介質(zhì)層厚度d4為2 4mm。
4.一種基于介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)，其特征在于，如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器一端為煙氣入口，另一端與硝酸吸收塔下部的煙氣入口連接；硝酸吸收塔的上部設(shè)置噴淋裝置，底部通過管道與硝酸儲液池連通，硝酸儲液池的出液口通過管道及蠕動泵與所述噴淋裝置連通，硝酸吸收塔的頂部設(shè)置出氣口，通過管道與堿液吸收塔的煙氣入口連接；堿液吸收塔的上部設(shè)置噴淋裝置，底部通過管道與堿液儲液池連通， 堿液儲液池的出液口通過管道及蠕動泵與所述噴淋裝置連通，堿液吸收塔的頂部設(shè)置出氣口，通過管道與煙囪連接。
5.一種基于權(quán)利要求4所述的煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)的煙氣同時脫硫脫硝工藝，其特征在于，包括以下步驟(1)燃燒后的煙氣進入介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，通過調(diào)節(jié)高壓電源的電壓、頻率控制反應(yīng)器內(nèi)的放電功率，在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生均勻、穩(wěn)定的放電，其中電壓調(diào)節(jié)范圍為6 20kV，頻率調(diào)節(jié)范圍為7 15kHz ；放電產(chǎn)生大量的高能電子，在高能電子的作用下，煙氣中的02、H2O 分子被激活、裂解或電離，產(chǎn)生包括0、03、OH、HO2在內(nèi)的高活性的氧化性粒子，使煙氣中的 NO^SO2氧化，NO的氧化產(chǎn)物主要為NO2以及少量的ΗΝ03、ΗΝ02和其他高價態(tài)的氮氧化物，SO2 的氧化產(chǎn)物主要為SO3，在水蒸氣含量較高的情況下會進一步生成硫酸；(2)質(zhì)量分數(shù)為15% 50%的稀硝酸溶液通過蠕動泵由硝酸吸收塔上部經(jīng)噴淋裝置進入硝酸吸收塔內(nèi)，流經(jīng)硝酸吸收塔填料表面由硝酸吸收塔下部排出，進入硝酸儲液槽；經(jīng)介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器處理的煙氣由硝酸吸收塔下部進入，與稀硝酸充分反應(yīng)后由硝酸吸收塔頂排出；(3)為防止隨煙氣帶出硝酸吸收塔的硝酸霧滴對后面設(shè)備的腐蝕，在硝酸吸收塔后面設(shè)置一級帶有堿液噴淋裝置的堿液吸收塔，使用堿液以除去酸霧；堿液通過蠕動泵由堿液吸收塔上部經(jīng)噴淋裝置進入堿液吸收塔內(nèi)，由堿液吸收塔下部排出，進入堿液儲液槽；經(jīng)硝酸吸收塔處理后的煙氣從堿液吸收塔下部進入，與堿液反應(yīng)后由堿液吸收塔頂部排出至煙囪。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種煙氣同時脫硫脫硝工藝，其特征在于，所述步驟( 中的稀硝酸溶液中添加質(zhì)量分數(shù)為0. 2% 的KMnO4,以進一步強化在硝酸溶液中的氧化反應(yīng)，避免HNO2的分解。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種煙氣同時脫硫脫硝工藝，其特征在于，所述步驟C3)中的堿液包括石灰石漿液、NaOH溶液、Na2CO3和NaHCO3溶液。
全文摘要
本發(fā)明屬于火力發(fā)電廠煙氣處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器、煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)及脫硫脫硝工藝。鍋爐燃燒后的煙氣進入介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)煙氣中的SO2、NOX被放電所產(chǎn)生的強氧化性自由基催化氧化，生成高價態(tài)的氮氧化物、SO3以及少量的H2SO4、HNO3等，處理后的煙氣進入硝酸吸收塔，其中的氮氧化物、硫氧化物被硝酸進一步氧化吸收，之后的煙氣經(jīng)堿液洗滌排入大氣。該工藝流程具有較高的脫除效率，而且較目前的電廠中常用的濕法脫硫和選擇性催化還原脫硝組合具有更高的經(jīng)濟效益，而且該工藝的運行不會影響鍋爐的安全問題，且HNO3、H2SO4作為產(chǎn)物回收也實現(xiàn)了污染物的綠色回收利用。
文檔編號B01D53/60GK102160961SQ20111004689
公開日2011年8月24日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者杜旭, 肖海平 申請人:華北電力大學(xué)