一種二氧化硫氣體的脫除收集裝置及其脫除收集方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種廢氣處理裝置及方法，具體地說(shuō)涉及一種二氧化硫氣體的脫除收 集裝置及其脫除方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，尤其是重工業(yè)的飛速發(fā)展，大氣污染已經(jīng)成為了一個(gè)全球 性的嚴(yán)峻問(wèn)題。在大氣污染物中，人為的污染物主要來(lái)源于燃料燃燒和許多工業(yè)生產(chǎn)，我國(guó) 煤炭消費(fèi)總量約40億噸，占能源消費(fèi)總量的65. 7%，由于煤和石油通常都含有硫化合物，因 此燃燒時(shí)會(huì)生成大量的二氧化硫。當(dāng)二氧化硫溶于水中，會(huì)形成亞硫酸(酸雨的主要成分)， 對(duì)人體呼吸器官、皮膚有刺激，可引起支氣管炎和肺氣腫等疾病，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和社 會(huì)經(jīng)濟(jì)損失。
[0003] 近年來(lái)，我國(guó)不斷的建立健全、完善大氣環(huán)境保護(hù)法規(guī)、煤炭消費(fèi)的總量控制、大 氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)等，還大力發(fā)展清潔能源，積極推廣風(fēng)能、太陽(yáng)能、核能等新能源和可再 生能源的應(yīng)用，同時(shí)在大氣污染治理上，也加大了投入力度，相繼出現(xiàn)了很多治理方法。到 目前為止，二氧化硫的脫除方法主要分為：濕法、半干法和干法。
[0004] 其中濕法脫硫技術(shù)中，石灰石-石膏法脫硫工藝是世界上普遍使用的煙氣脫硫技 術(shù)，在行業(yè)中占90%以上。該法以石灰石為脫硫劑，通過(guò)向吸收塔內(nèi)噴入吸收劑漿液，使之 與煙氣充分接觸、混合，并對(duì)煙氣進(jìn)行洗滌，使得煙氣中的30 2與漿液中CaCO3以及鼓入的 強(qiáng)制氧化空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最后生成石膏，達(dá)到脫硫的目的。該法具有脫硫反應(yīng)速度快、 設(shè)備簡(jiǎn)單、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)。但是，濕法普遍存在腐蝕嚴(yán)重、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高，特別是二次 污染問(wèn)題，由于煙氣中30 2的濃度始終處于變化中，脫硫劑石灰粉末或漿液的投入量難以精 確控制，致使吸收塔中的吸收液不能處于最佳吸收狀態(tài)，這就嚴(yán)重影響了脫硫率以及石膏 的質(zhì)量，致使石膏結(jié)構(gòu)松軟和使用價(jià)值低，不能進(jìn)入消費(fèi)市場(chǎng)。據(jù)報(bào)道，火電廠堆存的脫硫 石膏已有上億噸，所占用的土地已超過(guò)百萬(wàn)畝，并且還在不斷增加，已經(jīng)造成嚴(yán)重的白色污 染。
[0005] 半干法脫硫技術(shù)主要包括噴霧干燥法脫硫、半干半濕法脫硫、粉末-顆粒噴動(dòng)床 脫硫、煙道噴射脫硫等。這些方法普遍具有工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，設(shè)備無(wú)腐蝕和嚴(yán)重堵塞情況、設(shè) 備易運(yùn)行和維護(hù)、副產(chǎn)物容易處理等特點(diǎn)、但是由于這些方法中普遍存在氣、液、固三相狀 態(tài)下進(jìn)行，所以其各自用量的進(jìn)程難以控制，自動(dòng)化要求比較高，吸收劑的吸收效率較低， 脫硫效率也較低。
[0006] 干法脫硫主要有噴霧干燥法、煙道噴鈣法、循環(huán)硫化床法、催化氧化法、荷電法、氧 化銅法、堿性鋁酸鹽法、熔融鹽吸收法及等離子體法等。其中，等離子體法是行業(yè)內(nèi)干法脫 硫中研宄較多、發(fā)展前景最為廣闊的方法。等離子體按溫度分類(lèi)可分為高溫等離子體和 低溫等離子體，低溫等離子體又分為熱等離子體和冷等離子體。其中粒子溫度達(dá)到IO 6~ 109κ，屬于高溫等離子體，粒子溫度從室溫到IO4K屬于低溫等離子體。在低溫等離子體中， 當(dāng)重粒子溫度與電子溫度達(dá)到熱力學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，稱(chēng)為熱平衡等離子體或熱等離子體，如 電弧或高頻等離子體；當(dāng)重粒子溫度為室溫而電子溫度達(dá)到上萬(wàn)度時(shí)，重粒子溫度與電子 溫度遠(yuǎn)離熱平衡狀態(tài)，稱(chēng)為非熱平衡等離子體或低溫等離子體，如輝光放電或微波等離子 體。
[0007] 近年來(lái)，低溫等離子體法已經(jīng)成為國(guó)際上公認(rèn)的具有極大市場(chǎng)潛力和良好應(yīng)用前 景的新方法。低溫等離子體法主要包括電子束照射法、脈沖電暈放電法、直流電暈放電法、 介質(zhì)阻擋放電法、介質(zhì)填充床放電等。特點(diǎn)是電子溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于重粒子溫度，通常采用微波 放電、電暈放電或無(wú)聲放電、輝光放電，產(chǎn)生高能電子與自由基，使氣體分子發(fā)生電離，引發(fā) 化學(xué)反應(yīng)。眾所周知，隨著電壓的升高，直流放電模式依次為起始流光、輝光、預(yù)擊穿流光、 火花放電。輝光放電充滿(mǎn)整個(gè)電極空間，電流密度一般為1~5mA/cm 2,整個(gè)間隙仍呈上升 的伏安特性，其平均電子能量2~8eV。輝光放電的電流要比電暈放電高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，由于 輝光的能耗高且化學(xué)效應(yīng)很小，電暈放電平均電子能量小于3eV，火花放電平均電子能量約 為leV，并且宏觀氣體溫度特別高，容易燒毀裝置，所以在使用中應(yīng)當(dāng)避免輝光和火花放電 的出現(xiàn)。但是，由于電暈放電、微波放電的強(qiáng)度又較低，產(chǎn)生的活性粒子的能量和濃度較低， 所激發(fā)的化學(xué)反應(yīng)的效能低，導(dǎo)致氣體處理的效率低，實(shí)用性較差。所以，行業(yè)內(nèi)的研宄多 集中在脈沖電暈法。
[0008] 脈沖電暈法，是利用在電暈與電暈反應(yīng)器電極的氣隙間放電，使迀移率高的電子 在自由程中受到突發(fā)強(qiáng)電場(chǎng)的加速而獲得足夠的能量（高于8. 4eV)來(lái)電離煙氣，在常溫下 獲得非平衡等離子體，進(jìn)而對(duì)SO2進(jìn)行氧化去除。該方法最大優(yōu)點(diǎn)就是能起到電子束法同 樣的作用而又克服了電子束法的缺點(diǎn)，它省掉了大功率、需長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的昂貴電子槍?zhuān)?免了電子槍壽命和X射線(xiàn)屏蔽問(wèn)題。該方法雖然脫硫效率較高，但是整體能耗也較高，并且 目前脈沖電源頻率一般為幾百Hz，電源的功率也只有幾百kW，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足工業(yè)化應(yīng)用的要 求。
[0009] 為解決傳統(tǒng)脈沖電暈法存在的問(wèn)題，隨著研宄的不斷加深，近年來(lái)行業(yè)內(nèi)的學(xué)者 們也研宄了一些能夠產(chǎn)生流光放電來(lái)脫除二氧化硫的方法，如將放電極與交直流電疊加而 成的高壓電源連接來(lái)產(chǎn)生流光放電。雖然這些方法可以證明流光放電的可行性，但是由于 目前人們還沒(méi)有能力生產(chǎn)出交流頻率大于100kHz，功率大于1000 kW的高頻、大功率的電 源，以致于使所產(chǎn)生的流光放電功率較小，電源裝置復(fù)雜，僅處在實(shí)驗(yàn)階段，無(wú)法將其投入 到工業(yè)廢氣處理的實(shí)際應(yīng)用中。因此，能夠研發(fā)出一種脫硫效率高、能耗低、操作維護(hù)簡(jiǎn)單、 無(wú)二次污染、滿(mǎn)足投產(chǎn)工業(yè)煙氣二氧化硫的脫除中使用的裝置和方法是行業(yè)內(nèi)亟待解決的 問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的之一就是提供一種二氧化硫氣體的脫除收集裝置，以解決現(xiàn)有流光 放電脫除收集裝置的電源功率低、電源裝置復(fù)雜，無(wú)法投入工業(yè)應(yīng)用，而且產(chǎn)生的副產(chǎn)物存 在二次污染的問(wèn)題。
[0011] 本發(fā)明的目的之二就是提供一種二氧化硫氣體的脫除收集方法，以解決現(xiàn)有二氧 化硫氣體脫除方法脫硫工序繁瑣、脫硫效率低的問(wèn)題。
[0012] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種二氧化硫氣體的脫除收集裝置，包括氧硫離解 器和硫固體聚集器； 所述氧硫離解器包括微波諧振腔、絕緣子、離解電暈線(xiàn)、微波發(fā)生器以及微波屏蔽罩， 所述微波屏蔽罩分別設(shè)置在所述微波諧振腔的上、下兩端，在所述微波屏蔽罩內(nèi)側(cè)的上、下 端分別設(shè)置有1個(gè)絕緣子，所述兩個(gè)絕緣子之間固定設(shè)置有所述離解電暈線(xiàn)；所述離解電 暈線(xiàn)位于所述微波諧振腔的幾何中心；所述微波發(fā)生器設(shè)置在所述微波諧振腔的腔體上； 所述離解電暈線(xiàn)接電源正極，所述微波諧振腔接電源負(fù)極或接地；所述電源為高壓直流電 或脈沖直流電中的一種，所述電源的起暈電壓為5 kV -40 kV;所述高壓直流電源的電壓為 5 kV -50 kV ;所述脈沖直流電源的電壓為5 kV -50 kV、頻率為10 kHz -15 kHz ; 所述硫固體聚集器包括外套筒、若干筒子電極、金屬通風(fēng)管、冷卻液以及設(shè)置在所述外 套筒上部的絕緣密封蓋，所述筒子電極設(shè)置在所述外套筒內(nèi)，所述每個(gè)筒子電極中心處設(shè) 置有所述金屬通風(fēng)管，所述金屬通風(fēng)管的上端穿出所述絕緣密封蓋，所述金屬通風(fēng)管與筒 子電極相互絕緣且分別連接電壓為4 kV -20 kV直流電源的正極和負(fù)極； 所述氧硫離解器的下端設(shè)有煙氣進(jìn)氣口，所述外套筒與所述微波諧振腔通過(guò)變徑接頭 將所述氧硫離解器的與所述硫固體聚集器連為一體。
[0013] 本發(fā)明中所述微波發(fā)生器包括磁控管和波導(dǎo)管，所述磁控管為一個(gè)或若干個(gè)，所 述若干磁控管通過(guò)所述波導(dǎo)管連接在一起；所述微波發(fā)生器的頻率為915 MHz，所述磁控管 通過(guò)所述波導(dǎo)管設(shè)置在所述微波振諧腔上。
[0014] 本發(fā)明中所述絕緣子為陶瓷絕緣子；所述離解電暈線(xiàn)為鎢絲或不銹鋼絲；所述微 波屏蔽罩為帶有小孔的金屬板或不銹鋼金屬網(wǎng)；所述微波諧振腔為不銹鋼材料制成。
[0015] 本發(fā)明中所述外套筒的直徑是微波諧振腔直徑的1. 5-2. 5倍，所述外套筒的容積 是所述微波諧振腔容積的3-5倍。
[0016] 本發(fā)明中所述微波諧振腔的直徑30 cm -90 cm，所述離解電暈線(xiàn)的半徑為0.5 mm-L 5mm〇
[0017] 本發(fā)明中所述筒子電極的內(nèi)壁上涂覆有一層0. 5 mm-1. 5mm厚的單質(zhì)硫，用于更為 有效地誘導(dǎo)吸附解離的硫原子。
[0018] 本發(fā)明中所述外套筒與所述筒子電極外圍的間隙處設(shè)有循環(huán)冷卻液。
[0019] 本發(fā)明還提供了一種二氧化硫氣體的脫除收集方法，包括以下步驟： (a) 按所述二氧化硫氣體的脫除收集裝置組裝設(shè)備；其中設(shè)置所述微波諧振腔的直徑 30-90 cm，所述離解電暈線(xiàn)的半徑為0.5 mm -I. 5mm;所述微波發(fā)生器的頻率為915 MHz ;所 述外套筒的直徑是微波諧振腔直徑的1. 5-2. 5倍；所述外套筒內(nèi)設(shè)置有若干個(gè)筒子電極， 在所外套筒與所述筒子電極外圍之間的間隙處設(shè)置有循