本實用新型涉及一種燃煤鍋爐煙氣治理超低排放反應(yīng)塔，具體地說是一種多級等離子體強化煙氣超低排放控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

“一煤獨大”是我國能源突出特點，在本世紀(jì)前30年內(nèi)，煤炭在我國一次能源構(gòu)成中仍將占主體地位。而燃煤過程中會產(chǎn)生大量的SO₂、NOx(主要為NO、NO₂)、煙塵等大氣污染物。這些大氣污染物，由于其集中排放、排放濃度高、排放總量大，對人類和生態(tài)環(huán)境危害很大。如SO₂被氧化成硫酸霧或形成硫酸鹽后，與空氣中的細(xì)小顆粒物結(jié)合在一起進(jìn)入人體呼吸道和肺部，可引起支氣管炎、肺炎、肺水腫等惡性疾??；同時，SO₂是形成“酸雨”危害的元兇。NO濃度較大時，可與血液中血紅蛋白結(jié)合成亞硝酸基血紅蛋白或高鐵血紅蛋白，從而降低血液輸氧能力，引起組織缺氧，甚至?xí)p害中樞神經(jīng)系統(tǒng)；NOx還可直接侵入呼吸道深部的細(xì)支氣管和肺泡，誘發(fā)哮喘病；一定條件下還能與大氣中揮發(fā)性有機物形成“光化學(xué)煙霧”，進(jìn)一步對人體健康和生態(tài)系統(tǒng)造成損害；還可形成硝酸，與SO₂形成的硫酸一起，加重酸雨對環(huán)境的危害。煙塵中可吸入顆粒物，會吸附各種金屬粉塵、病原微生物，以及苯并芘等致癌物，通過人的呼吸進(jìn)入體內(nèi)，或滯留在呼吸道不同部位，或進(jìn)入肺泡，對人體健康造成極大危害，還能降低大氣透明度，影響植物光合作用，交通運輸?shù)?，并進(jìn)一步加劇霧霾的形成。因此控制SO₂、NOx、煙塵的排放刻不容緩。

為此，我國相繼制定了一系列含NOx、SO₂、粉塵廢氣排放指標(biāo)，對這些污染物的排放量和排放濃度進(jìn)行了限制。最新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)對火電廠煙塵、二氧化硫和氮氧化物的最高允許排放濃度作了新的規(guī)定：重點地區(qū)新建電廠燃煤鍋爐排放煙氣中煙塵、二氧化硫和氮氧化物排放濃度分別不得高于20，50和100mg/m³。2014年9月12日，國家發(fā)展改革委員會、環(huán)境保護部、國家能源局聯(lián)合下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)》(發(fā)改能源(2014)2093號)，要求東部地區(qū)(遼寧、北京、天津、河北、山東、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、海南等11省市)新建燃煤發(fā)電機組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C組排放限值(即在基準(zhǔn)氧含量6％條件下，煙塵、SO₂、NOx排放濃度分別不高于10、35、50mg/Nm³)，實現(xiàn)燃煤機組的超低排放控制。所以，發(fā)展經(jīng)濟可行的煙氣脫硫脫硝除塵技術(shù)勢在必行。研發(fā)高效經(jīng)濟的脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)已成為國內(nèi)外諸多研究機構(gòu)的關(guān)注熱點。

傳統(tǒng)的脫硝技術(shù)有SCR、SNCR，脫硫方法有濕法煙氣脫硫，濕法脫硫裝置具有較高的脫硫效率，但是脫硝效率幾乎可以忽略。這主要是因為煙氣中95％以上為NO，難溶于水，很難被吸收劑所吸收。但是如果能先將NO氧化成NO₂等容易被吸收的高價態(tài)NOx，再通過濕法處理煙氣，那么就有可能實現(xiàn)脫硫脫硝一體化，達(dá)到工藝設(shè)備簡單、降低能耗、處理費用低、節(jié)省空間等效果。但是要最終達(dá)到超低排放目標(biāo)，仍然需要改進(jìn)相關(guān)技術(shù)，特別是對于NOx和微細(xì)粉塵的脫除。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本實用新型提供一種等離子體強化多級吸收煙氣超低排放控制系統(tǒng)，采用等離子體強化多級吸收煙氣超低排放控制系統(tǒng)及方法，能夠充分將NO氧化成NO₂，通過多級噴淋，煙氣中的SO₂、NO₂、煙塵能夠被完全吸收吸附，截留在脫硫脫硝除塵漿液池中，最終出口煙氣達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

一種多級等離子體強化煙氣超低排放控制系統(tǒng)，包括帶有煙氣進(jìn)口和煙氣出口的反應(yīng)塔，所述煙氣進(jìn)口位于反應(yīng)塔的底部，煙氣出口位于反應(yīng)塔頂部，所述反應(yīng)塔內(nèi)由下至上依次為等離子體干式氧化段、氣路轉(zhuǎn)換段、噴淋吸收段、等離子體氧化吸收段，所述煙氣進(jìn)口位于等離子體干式氧化段下方；

所述等離子體干式氧化段和等離子體氧化吸收段內(nèi)均設(shè)置電暈放電等離子體發(fā)生器，所述等離子體氧化吸收段上方設(shè)有極板噴淋器；

所述氣路轉(zhuǎn)換段內(nèi)設(shè)置阻斷煙氣通過的漿液集液裝置、外側(cè)壁上設(shè)置供煙氣通過并進(jìn)入噴淋吸收段的提氣裝置，所述漿液集液裝置外接漿液循環(huán)箱；

所述噴淋吸收段設(shè)置噴淋吸收層，所述噴淋吸收層與漿液循環(huán)箱之間由漿液循環(huán)泵連通。

作為對本實用新型所述的等離子體強化多級吸收煙氣超低排放控制系統(tǒng)的改進(jìn)，優(yōu)選地，所述提氣裝置包括至少兩根位于反應(yīng)塔塔壁外側(cè)且與反應(yīng)塔塔壁貫通的提氣管，每個提氣管的底端貫通漿液集液裝置下方的塔壁、頂端貫通漿液集液裝置與噴淋吸收層之間的塔壁。

提氣管的下端貫通等離子體干式氧化段內(nèi)電暈放電等離子體發(fā)生器與氣路轉(zhuǎn)換段內(nèi)漿液集液裝置之間的塔壁。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述提氣管繞反應(yīng)塔塔壁均勻分布，在提氣管的出口安裝導(dǎo)流構(gòu)件，促使煙氣在噴淋段均勻分布。

優(yōu)選地，所述電暈放電等離子體發(fā)生器為線筒式結(jié)構(gòu)且多管組合后呈蜂窩狀排布或為線板式結(jié)構(gòu)且多單元組合后呈方形排布。

所述等離子體干式氧化段和等離子體氧化吸收段內(nèi)的電暈放電等離子體發(fā)生器排布方式可以相同也可以不同。

所述電暈放電等離子體發(fā)生器為線筒式電暈放電等離子體發(fā)生器或線板式電暈放電等離子體發(fā)生器。

線筒式電暈放電等離子體發(fā)生器由圓筒形極板和位于圓筒形極板中心處的極線組成，極線上均勻分布芒刺，或者由圓筒形極板和位于圓筒形極板中心的圓形極線組成，各圓筒形極板之間呈蜂窩狀排布；所述線板電暈放電等離子體發(fā)生器由方形的極板和位于極板之間的極線組成，極線上均勻分布芒刺，或者由方形的極板及位于極板之間的圓形電極組成，各板狀極板之間組合后呈方形排布。一般等離子體干式氧化段采用正電暈方式，即極線接正高壓，極板接地；等離子體氧化吸收段采用負(fù)電暈方式，即極線接負(fù)高壓，極板接地。

進(jìn)一步優(yōu)選地，等離子體干式氧化段內(nèi)的放電電極為芒刺形電極，等離子體吸收氧化段中的放電電極為圓形電極。

進(jìn)一步優(yōu)選地，等離子體干式氧化段中放電間隙為100～200mm，等離子體吸收氧化段中放電間隙為200～300mm。

優(yōu)選地，所述極板噴淋器與所述漿液循環(huán)箱相連極板噴淋器用于等離子體氧化吸收反應(yīng)器極板的清洗。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述極板噴淋器位于等離子體吸收氧化段頂部，呈30～90°側(cè)向噴向等離子體氧化吸收段內(nèi)電暈放電等離子體發(fā)生器的極板。

等離子體氧化吸收段中極板噴淋器向極板壁噴射，對于圓筒形極板，一般分4-6個方向噴射，噴射角度為30～60°，進(jìn)一步優(yōu)選為45°。對于方形極板，向極板垂直噴射，每對噴嘴間隔200～300mm。

優(yōu)選地，所述噴淋吸收段內(nèi)的噴淋吸收層數(shù)量為2～3層，所述極板噴淋器為1層噴淋層。優(yōu)選地，漿液循環(huán)系統(tǒng)包括漿液循環(huán)泵和新鮮漿液箱，所述漿液集液池和新鮮漿液箱均由管路接入所述漿液循環(huán)箱，所述噴淋吸收層和極板噴淋器均通過所述漿液循環(huán)泵與漿液循環(huán)箱相連。

進(jìn)一步地，連接新鮮漿液箱和漿液循環(huán)箱的管路上也設(shè)有漿液循環(huán)泵。

利用所述多級等離子體強化煙氣超低排放控制系統(tǒng)完成的超低排放方法包括：

(1)將煙氣經(jīng)過靜電或布袋除塵后通過煙氣進(jìn)口進(jìn)入到等離子體干式氧化段，等離子體干式氧化段中電暈放電等離子體發(fā)生器產(chǎn)生強氧化性物質(zhì)對煙氣進(jìn)行氧化，部分NO被氧化成NO₂；

(2)氧化后的煙氣通過氣路轉(zhuǎn)化段進(jìn)入噴淋吸收段，在噴淋段SO₂和NO₂被堿性物質(zhì)吸收，完成SO₂高效脫除和NOx的部分脫除；

(3)隨后進(jìn)入等離子體氧化吸收段，之前未被完全氧化的NO在等離子體氧化吸收段內(nèi)進(jìn)一步氧化成NO₂，同時電暈放電等離子體發(fā)生器的極板上的堿性液膜完成對未完全反應(yīng)的SO₂和NO₂的吸收；煙氣中的粉塵在噴淋吸收段和等離子體氧化吸收段內(nèi)被吸收進(jìn)入漿液中，凈煙氣從煙氣出口流出；

噴淋吸收段產(chǎn)生的副產(chǎn)物及未完全反應(yīng)的堿性物質(zhì)進(jìn)入到噴淋吸收層下部的漿液集液池，然后流入反應(yīng)塔外部的漿液循環(huán)箱，在漿液循環(huán)箱中的上清液通過漿液循環(huán)泵再打入噴淋吸收層和極板噴淋器，繼續(xù)進(jìn)行噴淋吸收，另外新鮮漿液注入到漿液循環(huán)箱，漿液循環(huán)箱內(nèi)的副產(chǎn)物定期由曝氣裝置進(jìn)一步氧化反應(yīng)，完全轉(zhuǎn)化為Na₂SO₄、NaHSO₄和NaNO₃后再進(jìn)行廢水處置。

優(yōu)選地，噴淋吸收段內(nèi)所用堿性吸收液為NaOH溶液，NaOH和(NOx+SO₂)的摩爾比控制在1.5～2.5：1，液氣比為4～6；進(jìn)一步地，噴淋吸收段NaOH和NOx+SO₂的摩爾比控制在2：1。

單獨的干式等離子體氧化工藝只有氧化作用，噴淋吸收工藝只有脫硫作用，濕式等離子體氧化工藝只有除塵作用，本實用新型中集干式等離子體氧化、噴淋吸收和濕式等離子體氧化與一體裝置中，干式等離子體主要是NO的氧化作用，沒有脫硫脫硝功能；氧化后的NO₂和SO₂的噴淋吸收過程有協(xié)同作用，促進(jìn)脫硫脫硝，同時噴淋能促進(jìn)粉塵的脫除；而最后的濕式等離子體能發(fā)揮靜電吸附顆粒物得作用，同時氧化NO，最后電遷移作用促進(jìn)SO₂和NO₂在極板水膜中協(xié)同脫除。

本實用新型將干式等離子體技術(shù)和濕式等離子體技術(shù)結(jié)合，利用干式等離子體強化NO的氧化以及利用濕式等離子體強化粉塵、SO₂、NOx的脫除，實現(xiàn)SO₂、NOx和粉塵的高效脫除，最終達(dá)到超低排放要求；將NO氧化后的產(chǎn)物NO₂和SO₂同時在噴淋吸收層中吸收，有助于發(fā)揮SO₂的協(xié)同作用，提高NOx的整體脫除。

本實用新型中三種處理工藝之間相互促進(jìn)，相互協(xié)同，在同一反應(yīng)塔內(nèi)同時完成NO氧化吸收過程、高效脫硫脫硝過程和精細(xì)除塵過程。同時整個反應(yīng)塔結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，可用于傳統(tǒng)脫硫塔的改造，為煙氣的超低排放提供新的途徑。

本實用新型將干式等離子體氧化、噴淋脫硫脫硝和等離子體氧化吸收裝置集成于同一反應(yīng)塔中，并通過本實用新型特有涉及將干式等離子體氧化段和等離子體氧化吸收段隔斷，還具有如下有益效果：

(1)等離子體氧化是氣相氧化過程，氧化效果好；比在吸收劑中直接添加氧化劑效果要好；

(2)如果不進(jìn)行干濕分離，氧化過程也在濕式情況下進(jìn)行，放電強度減弱，氧化效果不佳，對于較高濃度的NOx脫除不利；

(3)噴淋吸收過程中SO₂和NO₂能協(xié)同脫除，促進(jìn)脫硫脫硝效果；

(4)漿液循環(huán)過程在塔外實行，減少塔內(nèi)漿液體積，即減少吸收塔體積，反應(yīng)塔的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

(5)干式等離子體氧化和濕式等離子體氧化相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)NOx的高效脫除。

(6)濕式等離子體氧化吸收過程適合低濃度SO₂、NOx和粉塵的脫除，所以在濕式等離子體氧化吸收過程之前必須將SO₂、NOx和粉塵進(jìn)行脫除。

附圖說明

圖1是本實用新型的主要結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1所示等離子體干式氧化段截面俯視結(jié)構(gòu)圖。

圖3是圖1所示等離子氧化吸收段截面俯視圖。

圖4圖1所示氣路轉(zhuǎn)化段的俯視結(jié)構(gòu)圖；

圖5是圖1所示電暈放電等離子體發(fā)生器內(nèi)的噴淋方向示意圖。

圖中所示附圖標(biāo)記如下：

1-等離子體干式氧化段 2-氣路轉(zhuǎn)化段 3-噴淋吸收段

4-等離子氧化吸收段 5-極板噴淋器 6-第一電暈放電等離子體發(fā)生器

7-提氣裝置 8-漿液集液池 9-噴淋吸收層

10-漿液循環(huán)箱 11-噴頭 12-新鮮漿液箱

13-第二電暈放電等離子體發(fā)生器 14-煙氣進(jìn)口 15-煙氣出口

16-反應(yīng)塔 71-提氣管 1301-陽極板

具體實施方式

如圖1所示，一種等離子體強化多級吸收煙氣超低排放控制系統(tǒng)，其主體結(jié)構(gòu)為反應(yīng)塔16，反應(yīng)塔內(nèi)自下而上依次設(shè)置為等離子體干式氧化段1(進(jìn)行NO氧化)、氣路轉(zhuǎn)化段2(隔離噴淋吸收段和等離子體干式氧化段)、噴淋吸收段3(進(jìn)行煙氣脫硫脫硝除塵)、等離子體氧化吸收段4(煙氣進(jìn)一步脫硫脫硝除塵)和極板噴淋器5(噴淋NaOH)。

等離子體干式氧化段1內(nèi)設(shè)置若干第一電暈放電等離子體反生器6，本實施方式中，此處單個的電暈放電等離子體發(fā)生器為線筒式結(jié)構(gòu)，由圓筒形的極板和位于圓筒形極板中心的圓形極線組成，所有的第一電暈放電等離子體反生器呈蜂窩狀排布，排布方式如圖2所示。

氣路轉(zhuǎn)換段內(nèi)設(shè)置漿液集液池8，漿液集液池貫穿整個反應(yīng)塔的橫截面，且底部封閉，在反應(yīng)塔內(nèi)，煙氣不能貫穿漿液集液池由等離子體干式氧化段1進(jìn)入噴淋吸收段3，氣路轉(zhuǎn)換段的外側(cè)壁上設(shè)置提氣裝置7，提氣裝置包括至少兩根提氣管71，每根提氣管的底端貫通第一電暈放電等離子體反生器6和漿液集液池8之間的塔壁、頂端貫通漿液集液池8與噴淋吸收層9之間的塔壁，煙氣穿過該提氣管由等離子體干式氧化段1進(jìn)入噴淋吸收段3。提氣管71繞反應(yīng)器塔壁外周均勻設(shè)置(如圖4所示)。

漿液集液池由漿液管路外接漿液循環(huán)箱10，噴淋吸收段內(nèi)設(shè)置2～3層噴淋吸收層9，噴淋吸收層9與漿液循環(huán)箱之間通過漿液循環(huán)泵相連，新鮮漿液箱12為漿液循環(huán)箱內(nèi)提供新鮮漿液，由漿液泵打入。

等離子體氧化吸收段4內(nèi)設(shè)置若干第二電暈放電等離子體發(fā)生器13，本實施方式中，此處單個的電暈放電等離子體發(fā)生器為線筒式結(jié)構(gòu)，由圓筒形的極板1301、位于圓筒形極板中心的極線以及均勻固定在極線上的芒刺組成，所有的第一電暈放電等離子體反生器呈蜂窩狀排布，排布方式如圖3所示。

第二電暈放電等離子體發(fā)生器上方設(shè)置極板噴淋器5，極板噴淋器為一層極板噴淋層，極板噴淋層也接入上述漿液循環(huán)箱，極板噴淋層的噴頭11與第二電暈放電等離子體發(fā)生器一一對應(yīng)，從圓筒形極板的中心處向極板的內(nèi)壁噴淋(如圖5所示)，在極板內(nèi)壁上形成均一的液膜。

本實施方式的裝置中進(jìn)行NO氧化過程、脫硫脫硝過程和除塵過程，具體步驟如下：

一、NO氧化過程包括如下步驟：

(1)將煙氣經(jīng)過初步除塵后通過煙氣進(jìn)口進(jìn)入到等離子體干式氧化段1；

(2)等離子體干式氧化段1中等離子體發(fā)生器產(chǎn)生臭氧、活性氧原子的活性基團；

(3)煙氣中NO與臭氧、活性氧原子充分接觸，部分NO被氧化成NO₂；

(4)氧化后的煙氣通過氣路轉(zhuǎn)化段2的提氣裝置7進(jìn)入噴淋吸收段3，隨后進(jìn)入等離子體氧化吸收段4，等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧、活性氧原子進(jìn)一步將未被氧化的NO氧化成NO₂，完成NO的完全氧化。

本次NO氧化過程步驟中，主要的化學(xué)反應(yīng)過程如下所示：

NO+O₃＝NO₂+O₂、NO+O＝NO₂(NO氧化過程主要反應(yīng))。

二、脫硫脫硝過程包括如下步驟：

(1)煙氣進(jìn)行初步除塵后通過等離子體干式氧化段1，隨后上提氣流通過氣路轉(zhuǎn)化段2的提氣裝置7進(jìn)入到漿液集液池8和噴淋吸收層9之間，之后煙氣進(jìn)入等離子體氧化吸收段4和極板噴淋器5之間；

(2)將NaOH吸收液從漿液循環(huán)箱10由脫硫脫硝除塵循環(huán)泵打入噴淋吸收層9和極板噴淋器5，由噴淋吸收層9和極板噴淋器5噴淋NaOH吸收液；

(3)煙氣中的SO₂、NO₂和NaOH發(fā)生吸收反應(yīng)，完成脫硫脫硝過程；

(4)在此步驟中產(chǎn)生的副產(chǎn)物Na₂SO₃回到脫硫脫硝除塵漿液循環(huán)池8，通過脫硫脫硝除塵循環(huán)泵從脫硫脫硝除塵漿液循環(huán)池8直接打入噴淋吸收層9和極板噴淋器5，繼續(xù)進(jìn)行噴淋；Na₂SO₃和NO₂充分接觸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，進(jìn)一步完成脫硝過程；

(5)脫硫脫硝完成后，最終由煙氣出口排出，再經(jīng)過一系列氣體成分檢測，最后將達(dá)標(biāo)的煙氣從煙囪排出。

(6)脫硫脫硝除塵后漿液池8內(nèi)的副產(chǎn)物定期排到曝氣裝置12進(jìn)一步氧化反應(yīng)，完全轉(zhuǎn)化為Na₂SO₄、NaHSO₄和NaNO₃后再進(jìn)行廢水處置；

本次脫硫脫硝過程步驟中，主要的化學(xué)反應(yīng)過程如下所示：

2NaOH+SO₂＝Na₂SO₃+H₂O(脫硫過程主要反應(yīng))；

2NaOH+2NO₂＝NaNO₃+H₂O+NaNO₂(脫硝過程主要反應(yīng))；

NaOH+SO₂＝NaHSO₃(脫硫過程副反應(yīng))。

4Na₂SO₃+2NO₂＝4Na₂SO₄+N₂(脫硝過程主要反應(yīng))

4NaHSO₃+2NO₂＝4NaHSO₄+N₂(脫硝過程副反應(yīng))

三、除塵過程包括如下步驟：

(1)將煙氣進(jìn)行初步除塵后通過等離子體干式氧化段1，隨后上升氣流通過氣路轉(zhuǎn)化段2提氣裝置7進(jìn)入到脫硫脫硝除塵漿液循環(huán)池8和噴淋吸收層9之間，之后煙氣進(jìn)入等離子體氧化吸收段5和極板噴淋器5之間；

(2)將NaOH吸收液從脫硫脫硝除塵漿液循環(huán)池8由脫硫脫硝除塵循環(huán)泵打入噴淋吸收層9和極板噴淋器5，由噴淋吸收層9和極板噴淋器噴淋NaOH吸收液；

(3)煙氣中的粉塵和NaOH液膜發(fā)生吸附反應(yīng)，完成粉塵的進(jìn)一步去除過程；

以上所述僅為本實用新型專利的具體實施案例，但本實用新型專利的技術(shù)特征并不局限于此，任何相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型的領(lǐng)域內(nèi)，所作的變化或修飾皆涵蓋在本實用新型的專利范圍之中。