本發(fā)明屬于能源環(huán)境工程污染減排技術領域，具體涉及一種多種污染物一體化深度脫除系統(tǒng)。

背景技術：

我國大氣污染物排放總量巨大，大氣污染形勢依然嚴峻，霧霾、酸雨等大氣環(huán)境問題頻發(fā)，尤其是京津冀、長三角等重點地區(qū)城市PM_2.5年均濃度遠超國家標準，北京等城市冬季最高PM_2.5小時濃度超過1000μg/m³。燃煤排放的污染物是造成大氣污染物的重要原因之一。實現(xiàn)燃煤污染物的高效減排是解決當前大氣灰霾問題的關鍵。當前，全世界最嚴格的火電廠大氣污染物排放標準(GB 13223-2011)已經(jīng)執(zhí)行，同時提出了燃煤電廠超低排放的要求，在2020年前，我國要完成對燃煤機組全面實施超低排放和節(jié)能改造，污染物排放控制技術面臨挑戰(zhàn)。

燃煤電廠大氣污染物排放的主要成分，包括氮氧化物、硫氧化物、顆粒物，重金屬等，通過煙氣脫硝、脫硫與除塵裝置，可以達到很大程度得實現(xiàn)污染物的控制。但隨著污染物排放標準的不斷提高，各種污染物的脫除要求也更加嚴格，現(xiàn)有污染減排裝置的污染脫除能力上升空間有限，運行過程中存在以下問題：(1)現(xiàn)有煙氣污染物減排過程中，針對氮氧化物、硫氧化物、顆粒物等污染物，分別需要煙氣脫硝、脫硫、除塵等不同設備，隨著環(huán)保要求的提高，占地面積不斷增大；(2)新排放標準的嚴格限制下，當前的污染物減排系統(tǒng)長期穩(wěn)定滿足排放要求難度較大；(3)單個污染物脫除系統(tǒng)受到其設計水平與運行原理的限制，效率提升空間十分有限，效率提升投資與運行成本高。

因此，集成多種污染物深度脫除的一體化系統(tǒng)是實現(xiàn)多種污染物深度脫除的重要手段?，F(xiàn)有煙氣污染物減排系統(tǒng)中，單一裝置針對單一污染物，其污染物轉化與脫除能力有限，難以滿足日益提高的污染物減排需求。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有煙氣污染物減排裝置脫除能力單一、效率有限，效率提升空間小、成本高問題，本發(fā)明提出一種多種污染物一體化深度脫除系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)在放電極與收塵板之間產(chǎn)生高頻率的高密度能量脈沖，結合高壓靜電場，強化空氣電離與顆粒物荷電，同時產(chǎn)生大量自由基，進而強化與氮氧化物、硫氧化物等污染物的脫除反應；利用噴淋系統(tǒng)提供潤濕的傳質環(huán)境，實現(xiàn)多種污染物在一個裝置中的同時強化吸收與脫除，并避免污染物的再次進入排放煙氣。本發(fā)明可布置于濕法脫硫塔或者半干法脫硫塔后，將等離子體的污染物轉化與高壓電場的污染物脫除相結合，較傳統(tǒng)的等離子體反應器與臭氧發(fā)生器實現(xiàn)污染物控制的種類更豐富，能量利用效率更高，同時實現(xiàn)在污染物轉化過程中實現(xiàn)污染物的吸收，有效解決前置氧化方式的多種污染物協(xié)同吸收過程中污染物再釋放的問題，突破前置氧化方式多種污染物協(xié)同脫除的效率瓶頸，實現(xiàn)污染物的高效、協(xié)同、一體化脫除。

為達到上述目的，本發(fā)明提供以下技術方案：

一種多種污染物一體化深度脫除系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)、污染物高壓靜電脫除反應系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng)，所述污染物高壓靜電脫除反應系統(tǒng)包括反應器，所述反應器內設有電極系統(tǒng)；所述高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)具有輸出端子，輸出端子周圍通過絕緣子與反應器外殼絕緣，輸出端子通過導線與污染物高壓靜電脫除反應系統(tǒng)的電極系統(tǒng)相連通；所述噴淋系統(tǒng)包括循環(huán)水箱和噴嘴，所述噴嘴設置在反應器內，噴嘴通過循環(huán)水泵與循環(huán)水箱相連通，所述循環(huán)水箱還分別與廢水箱、堿液罐相連通，所述廢水箱與反應器相連通。

本發(fā)明高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)利用高能量密度脈沖發(fā)生器與磁開關技術，產(chǎn)生多種污染物強化轉化吸收脫除所需的高密度能量；污染物高壓靜電脫除反應系統(tǒng)為污染物脫除提供反應空間，并通過極線-極板的優(yōu)化配置強化高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)的能量釋放；噴淋系統(tǒng)為反應系統(tǒng)提供污染物深度脫除條件，增強多種污染物脫除效果。

作為優(yōu)選，所述高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)使用諧振脈沖發(fā)生技術與磁開關技術，產(chǎn)生高重復頻率的脈沖功率，所述脈沖功率在0～1000Hz連續(xù)可調，其脈沖上升沿在500ns以內，其脈沖寬度在10μs以內，其輸出電壓在20kV～120kV連續(xù)可調，其瞬時脈沖功率達到200MW以上，其能量轉化效率在80％以上。強化高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)放電，使高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)在脫除反應系統(tǒng)的電極與極板之間產(chǎn)生高能量密度電場，并產(chǎn)生自由基與電暈風。

作為優(yōu)選，所述反應器為外殼密封的線板式反應器，其極板間距在150mm～350mm之間，其材料為耐腐蝕的鋼材，其放電極線為強化放電的魚骨線、針刺線或芒刺線，其放電極線間距在同極距的一半以上。

作為優(yōu)選，煙氣在污染物高壓靜電脫除反應系統(tǒng)中停留時間不低于1.5s。保證污染物的轉化和吸收在同一個反應器中完成，使噴淋吸收液滴的捕集效率不低于90％。

作為優(yōu)選，絕緣子處布置加熱及熱風吹掃裝置。保證電氣安全。

作為優(yōu)選，所述噴嘴為實心錐噴嘴。噴淋系統(tǒng)可以保證污染物高壓靜電脫除反應系統(tǒng)的空間噴淋液體分布，采用精細霧化實心錐噴嘴，保證吸收液的吸收效率。

作為優(yōu)選，所述噴嘴布置于極板上方，距極線懸掛裝置的距離為2.5倍的異極距。保證高壓放電穩(wěn)定性，同時利用高壓放電強化吸收液的傳質吸收速率。

作為優(yōu)選，噴淋系統(tǒng)的噴淋方式為間斷噴淋與連續(xù)噴淋可調，其噴淋量連續(xù)可調，其噴淋角度與反應器匹配，噴淋循環(huán)水的pH值可控可調。

作為優(yōu)選，所述高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)采用的一級或兩級磁開關壓縮技術。

本發(fā)明高壓脈沖放電在污染物高壓靜電脫除反應器內空間產(chǎn)生OH自由基、O₃等高活性物質；反應系統(tǒng)中的OH自由基、O₃等高活性物質與NO、Hg⁰等進行氧化反應，產(chǎn)生易吸收的NO₂、N₂O₅、Hg²⁺等物質；反應系統(tǒng)中的SO₂在電暈風的作用下，直接向極板運動并被捕集；反應系統(tǒng)中的顆粒物在高壓脈沖電場的強化荷電與遷移作用下，直接向極板運動并被捕集；反應系統(tǒng)中的SO₂，NO₂，SO₃，顆粒物和Hg²⁺等被堿性循環(huán)水吸收，實現(xiàn)NO₂，SO₃和Hg²⁺高效捕集，實現(xiàn)SO₂及顆粒物的強化捕集。

作為優(yōu)選，控制高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)的脈沖功率保持在800Hz，脈沖上升沿為300ns，脈沖寬度為7μs，輸出電壓為80kV，控制煙氣在污染物高壓靜電脫除反應系統(tǒng)中停留時間為2.5s。

本專利所申明的高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)與反應器布置均具有強化OH自由基、O₃等高活性物質產(chǎn)生的作用。

本發(fā)明不同于傳統(tǒng)的濕式靜電除塵器，傳統(tǒng)濕式靜電除塵器受到供電形式與工作環(huán)境限制，能量注入密度與注入效果有限，本發(fā)明通過強化污染物轉化結合靜電場與噴淋的方式，不易受電暈屏蔽影響，可實現(xiàn)污染物的一體化脫除，污染物轉化效率與脫除效率高，能耗低。本發(fā)明利用脈沖能量增強的方式，實現(xiàn)高密度能量的注入，進一步提高污染物的轉化與脫除效率，從而實現(xiàn)煙氣中多種污染物的一體化高效轉化與脫除。

本發(fā)明在現(xiàn)有濕式靜電除塵器的基礎上，通過高能量密度脈沖供電技術，結合堿液精細霧化技術，強化污染脫除過程能量注入和堿液吸收傳質速率，同時實現(xiàn)在污染物轉化過程中實現(xiàn)污染物的吸收，有效解決前置氧化方式的多種污染物協(xié)同吸收過程中污染物再釋放的問題，突破前置氧化方式多種污染物協(xié)同脫除的效率瓶頸，進而提升包括氮氧化物、硫氧化物、顆粒物和汞等多種污染物的一體化高效脫除效果。本發(fā)明能有效提升煙氣污染減排裝置的多種污染物一體化高效脫除效果，降低運行成本，提升多種工況下的運行適應性，具有較高的技術與應用價值。

說明書附圖

圖1為本發(fā)明多種污染物深度脫除系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明所要保護的范圍并不限于此。

參照圖1，一種多種污染物一體化深度脫除系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)1、污染物高壓靜電脫除反應系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng)，所述高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)1通過導線與污染物高壓靜電脫除反應系統(tǒng)相連通，所述污染物高壓靜電脫除反應系統(tǒng)包括反應器5，所述反應器5內設有電極系統(tǒng)3，所述高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)具有輸出端子，輸出端子周圍通過絕緣子2與反應器5外殼絕緣，輸出端子通過高壓導線與污染物高壓靜電脫除反應系統(tǒng)的電極系統(tǒng)相連通；絕緣子處布置加熱及熱風吹掃裝置，保證電氣安全。所述反應器為外殼密封的線板式反應器，其極板間距在150mm～350mm之間，其材料為耐腐蝕的鋼材，其放電極線為強化放電的魚骨線、針刺線或芒刺線，其放電極線間距在同極距的一半以上。

所述噴淋系統(tǒng)包括循環(huán)水箱6和噴嘴10，所述噴嘴10設置在反應器5內，所述噴嘴布置于極板上方，距極線懸掛裝置的距離為2.5倍的異極距。保證高壓放電穩(wěn)定性，同時利用高壓放電強化吸收液的傳質吸收速率。噴嘴10通過循環(huán)水泵9與循環(huán)水箱6相連通，所述循環(huán)水箱6還分別與廢水箱7、堿液罐8相連通，所述廢水箱7與反應器5相連通。

所述高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)使用諧振脈沖發(fā)生技術與磁開關技術，產(chǎn)生高重復頻率的脈沖功率，所述脈沖功率在0～1000Hz連續(xù)可調，其脈沖上升沿在500ns以內，其脈沖寬度在10μs以內，其輸出電壓在20kV～120kV連續(xù)可調，其瞬時脈沖功率達到200MW以上，其能量轉化效率在80％以上。強化高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)放電，使高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)在脫除反應系統(tǒng)的電極與極板之間產(chǎn)生高能量密度電場，并產(chǎn)生自由基與電暈風。

煙氣在污染物高壓靜電脫除反應系統(tǒng)中停留時間不低于1.5s，保證污染物的轉化和吸收在同一個反應器中完成，使噴淋吸收液滴的捕集效率不低于90％。

噴淋系統(tǒng)的噴淋方式為間斷噴淋與連續(xù)噴淋可調，其噴淋量連續(xù)可調，其噴淋角度與反應器匹配，噴淋循環(huán)水的pH值可控可調。

參照圖2，高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)是實現(xiàn)本發(fā)明所申明的一種多種污染物一體化深度脫除系統(tǒng)的核心設備之一。該系統(tǒng)將能量儲存在儲能電容C₀，并通過高壓半導體開關，使C₀與電感L₀諧振電路導通，通過諧振脈沖發(fā)生的方式產(chǎn)生高壓脈沖。之后，經(jīng)過電容C₁和磁開關I與電容C₂和磁開關II，使脈沖能量得到兩次壓縮，進一步提高脈沖瞬時功率，降低脈沖寬度，并加載至反應器，產(chǎn)生高能量密度脈沖。本發(fā)明所申明的高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)采用的一級/兩級磁開關壓縮技術，可以有效提升脈沖能量，降低脈沖寬度，防止高壓脈沖過程閃絡的發(fā)生。

污染物高壓靜電脫除反應系統(tǒng)為煙氣多種污染物一體化深度脫除的反應發(fā)生提供環(huán)境。如圖1所示，煙氣從反應系統(tǒng)左側進入，潔凈煙氣從右側排出；

其中，高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)1通過高壓導線，將脈沖能量加載至由絕緣子2支撐的電極系統(tǒng)3，并由電極向極板4放電，產(chǎn)生高能量密度脈沖與高壓電場，同時產(chǎn)生大量OH自由基/O₃等高活性物質，對煙氣中的氮氧化物、硫氧化物、顆粒物和汞等多種污染物進行反應與脫除；

噴淋系統(tǒng)通過循環(huán)水泵9將循環(huán)水加壓輸送至反應器噴嘴10，在污染物高壓靜電脫除反應系統(tǒng)內形成噴淋環(huán)境，進一步吸收煙氣中的氮氧化物、硫氧化物、顆粒物和汞等多種污染物及其反應產(chǎn)物。反應系統(tǒng)內的循環(huán)水經(jīng)由廢水箱7收集，經(jīng)過沉淀后的循環(huán)水進入循環(huán)水箱6實現(xiàn)循環(huán)水的循環(huán)利用，堿液罐8向循環(huán)水箱輸送堿液，實現(xiàn)循環(huán)水的pH控制。

本發(fā)明實施案例提出的一種多種污染物一體化深度脫除系統(tǒng)安裝在傳統(tǒng)煙氣污染物控制系統(tǒng)濕法脫硫系統(tǒng)之后，煙囪入口之前。本系統(tǒng)在煙氣進入煙囪之前，通過強化污染物轉化結合靜電場與噴淋的方式，實現(xiàn)煙氣多污染物的一體化深度脫除，進一步減少煙氣污染物排放。

通過以上實施方案，本發(fā)明可以實現(xiàn)二氧化硫脫除效率達到90％以上，氮氧化物脫除效率80％以上，顆粒物脫除效率90％以上，汞脫除效率80％以上。

實施例2

本實施例中，控制高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)的脈沖功率保持在800Hz，脈沖上升沿為300ns，脈沖寬度為7μs，輸出電壓為80kV，控制煙氣在污染物高壓靜電脫除反應系統(tǒng)中停留時間為2.5s，強化高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)放電，使高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)在脫除反應系統(tǒng)的電極與極板之間產(chǎn)生高能量密度電場，并產(chǎn)生自由基與電暈風，對煙氣中的氮氧化物、硫氧化物、顆粒物和汞等多種污染物進行反應與脫除；經(jīng)過噴淋系統(tǒng)進一步吸收煙氣中的氮氧化物、硫氧化物、顆粒物和汞等多種污染物及其反應產(chǎn)物，實現(xiàn)二氧化硫脫除效率達到98％以上，氮氧化物脫除效率90％以上，顆粒物脫除效率99％以上，汞脫除效率90％以上，具體數(shù)值分別為：二氧化硫排放濃度20mg/m³，氮氧化物排放濃度35mg/m³，顆粒物排放濃度2.2mg/m³，汞排放濃度0.0015mg/m³。

實施例3

本實施例與實施例2的區(qū)別在于，控制高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)的脈沖功率保持在900Hz，脈沖上升沿為400ns，脈沖寬度為8μs，輸出電壓為100kV，控制煙氣在污染物高壓靜電脫除反應系統(tǒng)中停留時間為2s，強化高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)放電，使高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)在脫除反應系統(tǒng)的電極與極板之間產(chǎn)生高能量密度電場，并產(chǎn)生自由基與電暈風，對煙氣中的氮氧化物、硫氧化物、顆粒物和汞等多種污染物進行反應與脫除；經(jīng)過噴淋系統(tǒng)進一步吸收煙氣中的氮氧化物、硫氧化物、顆粒物和汞等多種污染物及其反應產(chǎn)物，實現(xiàn)二氧化硫脫除效率達到97.2％以上，氮氧化物脫除效率88.6％以上，顆粒物脫除效率98.6％以上，汞脫除效率85％以上，具體數(shù)值分別為：二氧化硫排放濃度28mg/m³，氮氧化物排放濃度40mg/m³，顆粒物排放濃度3mg/m³，汞排放濃度0.002mg/m³。

實施例4

本實施例與實施例2的區(qū)別在于，控制高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)的脈沖功率保持在700Hz，脈沖上升沿為200ns，脈沖寬度為6μs，輸出電壓為60kV，控制煙氣在污染物高壓靜電脫除反應系統(tǒng)中停留時間為3.5s，強化高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)放電，使高頻高壓脈沖供電系統(tǒng)在脫除反應系統(tǒng)的電極與極板之間產(chǎn)生高能量密度電場，并產(chǎn)生自由基與電暈風，對煙氣中的氮氧化物、硫氧化物、顆粒物和汞等多種污染物進行反應與脫除；經(jīng)過噴淋系統(tǒng)進一步吸收煙氣中的氮氧化物、硫氧化物、顆粒物和汞等多種污染物及其反應產(chǎn)物，實現(xiàn)二氧化硫脫除效率達到97.5％以上，氮氧化物脫除效率88％以上，顆粒物脫除效率98.7％以上，汞脫除效率85％以上，具體數(shù)值分別為：二氧化硫排放濃度25mg/m³，氮氧化物排放濃度42mg/m³，顆粒物排放濃度2.8mg/m³，汞排放濃度0.002mg/m³。