专利名称：一种等离子体烟气脱硫脱硝装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种等离子体烟气脱硫脱硝装置。
背景技术：
在石油炼制、石油化工与煤化工等领域，加热炉既是生产装置的耗能大户，又是 排放烟气污染物的大户。烟气是加热炉燃料的燃烧产物，主要含有氧化硫(sox)、氧化氮 (N0X)；不完全燃烧时还存在一氧化碳(CO)和烟尘等。要是指so2，要是指NO。 为解决加热炉烟气排放的污染问题，目前常采用以下几种技术措施对加热炉所用燃料进 行脱硫处理、采用低N0X燃烧技术。还有一种是燃料燃烧后脱硫脱硝，主要指烟气脱硫脱硝。 存在的问题分别是资金及设备投资较高、技术复杂、需要使用昂贵的催化剂，等等。近年来， 等离子体烟气脱硫脱硝技术越来越引起人们的重视。与常规的烟气脱硫脱硝技术相比，等 离子体烟气脱硫脱硝是一种高效率、低成本的方法，也是国际上公认的最有前途的新一代 脱硫脱硝技术。中国专利CN101422692A公开了一种脉冲电晕等离子体反应及吸附催化脱硫脱硝 方法和装置。烟气进入到调质塔，调节后的烟气进入到等离子体反应器内，同时加入添加 剂氨进行脱硫脱硝，生成硫酸铵和硝酸铵(用作化肥)；硫酸铵和硝酸铵微粒再随烟气进入 到物料收集器内被收集。对从物料收集器排出的烟气进行预热，然后烟气进入吸附催化系 统内进行吸附催化脱硫脱硝。由于需要进行吸附催化脱硫脱硝，就使该方法变得比较复杂、 装置比较庞大，且增加了工业应用的成本。另外还存在余氨问题，即为了提高脱净率，向等 离子体反应器内注入的氨气是过量的；没有反应完的多余氨气不能被吸附催化系统处理， 会随烟气通过烟囱排入大气，造成二次污染。CN1088390C公开的利用低温等离子反应器进 行脱硫脱氮(即脱硫脱硝)的工艺，是向等离子体反应器内注入氨气，与气溶胶式酸性盐反 应，转化生成硫酸铵和硝酸铵，收集在电集尘器中。脱硫脱氮后的烟气用废气排风机排出。 该工艺也存在余氨问题，等离子体反应器内没有反应完的多余氨气会随脱硫脱氮后的烟气 排入大气。
发明内容本实用新型的目的是提供一种等离子体烟气脱硫脱硝装置，以解决现有等离子体 烟气脱硫脱硝技术分别存在的方法复杂、装置庞大、没有反应完的多余氨气会随烟气排入 大气从而造成二次污染等问题。为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是一种等离子体烟气脱硫脱硝装 置，其特征在于它依次设有烟气进口通道、烟气整流器、烟气辉光放电反应器、冷凝器和烟 气出口通道，还设有混合反应器和收集箱，烟气辉光放电反应器内交替地设有垂直平板形 的复合电极和金属电极，相邻的复合电极与金属电极之间形成烟气反应区，冷凝器内设有 冷凝管，并设有烟气通道和空气通道，烟气通道的入口端和出口端分别与烟气辉光放电反 应器和烟气出口通道相连，在冷凝器靠近烟气通道出口端的底部壳板与混合反应器之间设有冷凝液导管，混合反应器与收集箱之间设有反应产物导管，混合反应器上设有注氨管。采用本实用新型，具有如下的有益效果(1)操作过程中，烟气进入烟气辉光放电 反应器，在烟气反应区内流动。复合电极和金属电极通电后，两者之间会产生辉光放电(窄 间隙放电)现象。在辉光放电的作用下，烟气反应区内的烟气产生等离子体并发生反应。具 体来说，电子与烟气中的氧、水蒸汽、S0x、N0x等气体分子产生频繁碰撞、打开其化学键，使之 生成单原子分子(如氮原子、碳颗粒等)，同时生成强氧化性的 0H、 0H2、 03等自由基。 这些单原子分子和自由基再与烟气中剩余的S0x、N0x发生反应，最终将S0x、N0x转变成H2S04 和HN03。脱硫脱硝后的烟气以再进入冷凝器被冷却、冷凝。冷却后的烟气 为净化烟气，排放至大气。H2SO4和HNO3冷凝成液体，经冷凝液导管流入混合反应器内，与注 入的氨气进行反应，最终生成硫酸铵和硝酸铵；硫酸铵和硝酸铵最后经反应产物导管进入 收集箱。由本实用新型技术方案及以上的说明可知，本实用新型不必对烟气进行吸附催化 脱硫脱硝、不设置吸附催化系统。虽然设有冷凝器、混合反应器，但整体来看所用方法比较 简单，装置也比较小，工业应用成本较低。(2)本实用新型不是向烟气辉光放电反应器内注 入氨气，而是将注氨位置后移，向混合反应器内注入氨气。排放的烟气中不含氨气，混合反 应器内的氨气不向外排放，避免了现有技术所存在的没有反应完的多余氨气随烟气排入大 气从而造成二次污染的问题。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。附图和具体实 施方式并不限制本实用新型要求保护的范围。
图1是本实用新型等离子体烟气脱硫脱硝装置的结构示意图。图2是图1中烟气辉光放电反应器的A-A剖视图。图1和图2中，相同附图标记表示相同的技术特征。
具体实施方式
参见图1，本实用新型的等离子体烟气脱硫脱硝装置，依次设有烟气进口通道1、 烟气整流器2、烟气辉光放电反应器3、冷凝器4和烟气出口通道6，还设有混合反应器8和 收集箱9。烟气辉光放电反应器3是等离子体烟气脱硫脱硝装置的核心，烟气脱硫脱硝反应 就在这里完成。参见图2，烟气辉光放电反应器3内交替地设有垂直平板形的复合电极10 和金属电极11，相邻的复合电极10与金属电极11之间形成烟气反应区。烟气辉光放电反 应器3的其它部件还有上电极定位板131、下电极定位座132、壳体14和密封板12，以及高 频高压电源16。复合电极10由金属板和设于金属板表面(两个表面)的阻挡介质组成； 阻挡介质的材料一般为石英玻璃或陶瓷等，通常是烧结或黏结于金属板表面，厚度一般为 1 3. 5毫米。复合电极10中的金属板以及烟气辉光放电反应器3内所设金属电极11的 材料一般为紫铜或黄铜。相邻的复合电极10与金属电极11之间的距离一般为2 20毫 米。由于复合电极10和金属电极11之间的辉光放电是在很狭窄的区域发生，所以复合电 极10采用阻挡介质阻挡放电(又称为无声放电)，使辉光放电稳定且大面积化，消除辉光放 电不稳定、容易产生电弧等问题。原因有2个一是放电电流所产生的电荷积累在阻挡介质表面，会形成一反向电场，防止火花放电；二是阻挡介质能促进放电电荷集中于放电间隙当 中。上述的复合电极10与金属电极11还有易于制造的特点。密封板12 —般为绝缘的陶瓷纤维板或石棉板；上电极定位板131和下电极定位座 132采用绝缘材料，通常采用改性聚四氟乙烯。复合电极10和金属电极11固定于上电极定 位板131和下电极定位座132上，分别通过导线15与高频高压电源16的两端相连。高频 高压电源16为交流或直流电源，输出电压一般为20 100kV(千伏特)，频率一般为20 40kHz (千赫兹)。参见图1，冷凝器4内设有冷凝管41，并设有烟气通道和空气通道。烟气通道的入 口端和出口端分别与烟气辉光放电反应器3和烟气出口通道6相连。各冷凝管41的内腔 组成空气通道，空气通道的两端分别设有空气进口通道5和空气出口通道7。冷凝器4的四 周设有壳板，在靠近烟气通道出口端的底部壳板与混合反应器8之间设有冷凝液导管171， 用于使冷凝成液体的H2S04和HN03流入混合反应器8。混合反应器8与收集箱9之间设有 反应产物导管172，混合反应器8上设有注氨管173。冷凝液导管171与混合反应器8相连 的一端一般是连接于混合反应器8的顶部，反应产物导管172的两端一般是分别连接于混 合反应器8的底部与收集箱9的顶部，注氨管173 —般是连接于混合反应器8的底部。烟气整流器2内通常是设有板条或丝状材料组成的整流网，作用是保证烟气能均 勻地进入烟气辉光放电反应器3中的各烟气反应区。具有此种作用的其它结构形式的烟气 整流器也可以使用。本实用新型等离子体烟气脱硫脱硝装置中的各部件，基本上均为工业上所常用 的。为防止发生腐蚀，所有与烟气或H2so4和hno3冷凝液接触的部位均应采用相应的耐腐 蚀材料，或采用各种耐腐蚀保护层。防腐蚀的措施是常规的，详细说明从略。其中，冷凝器 4内所设冷凝管41的材料最好为石墨或聚四氟乙烯；它们既有良好的传热性能，又有优良 的抗酸腐蚀能力，可以长期、安全地使用。本实用新型主要用于石油炼制、石油化工与煤化工等领域的加热炉装置，对其排 放的烟气进行脱硫脱硝。一般是安装在加热炉空气预热器的末端，即烟气进口通道1与加 热炉空气预热器的烟气出口端相连。下面以本实用新型用于石油炼制领域中的加热炉为 例，说明其操作过程。参见图1，来自加热炉空气预热器烟气出口端的低温烟气18(140°C左 右)经烟气进口通道1进入等离子体烟气脱硝装置。经过烟气整流器2整流后，烟气均勻 地进入烟气辉光放电反应器3中的各烟气反应区并均勻流动。开通高频高压电源16，复合 电极10和金属电极11就加载上了高压电流。在高频高压电流作用下，复合电极10和金属 电极11之间就会产生辉光放电现象。在辉光放电的作用下，烟气反应区内的烟气产生等离 子体并发生反应。主要的反应方程式如下02 —20H20 —0H+HH+0 — H2002+0 —03S02+0 — S03S03+H20 — H2S04S02+0H — HS03[0025]HS03+0H — H2S04N0+0 — N02N02+0H — HN03N0+03 — N02+02N0+0H — HN02HN02+0 — HNO3经过上述反应，烟气中的S0X、N0X最终转变成H2S04和HN03。接着，脱硫脱硝后的 烟气以及H2S04和HN03再进入冷凝器4的烟气通道，在冷凝管41外部流动。经空气进口通 道5向冷凝器4的空气通道(各冷凝管41的内腔)通入空气19，与烟气通道内的烟气以及 H2S04*HN03换热。被加热的空气19由空气出口通道7流出，进入加热炉空气预热器的空 气进口通道中。烟气通道内的烟气以及1^04和顯03被冷却、冷凝至酸露点温度以下。冷却 后的烟气18为脱硫脱硝后的净化烟气，由烟气出口通道6流出，经烟囱排放至大气。H2S04 和HN03冷凝成液体，汇集于冷凝器4靠近烟气通道出口端的底部壳板上，再经冷凝液导管 171流入混合反应器8内。通过注氨管173向混合反应器8内注入氨气20，与H2S04和HN03 进行反应；反应方程式如下H2S04+2NH3 — (NH4) 2S04HNO3+NH3 — NH4N03反应生成的硫酸铵和硝酸铵(用作化肥)，最后经反应产物导管172进入收集箱 9。
权利要求一种等离子体烟气脱硫脱硝装置，其特征在于它依次设有烟气进口通道(1)、烟气整流器(2)、烟气辉光放电反应器(3)、冷凝器(4)和烟气出口通道(6)，还设有混合反应器(8)和收集箱(9)，烟气辉光放电反应器(3)内交替地设有垂直平板形的复合电极(10)和金属电极(11)，相邻的复合电极(10)与金属电极(11)之间形成烟气反应区，冷凝器(4)内设有冷凝管(41)，并设有烟气通道和空气通道，烟气通道的入口端和出口端分别与烟气辉光放电反应器(3)和烟气出口通道(6)相连，在冷凝器(4)靠近烟气通道出口端的底部壳板与混合反应器(8)之间设有冷凝液导管(171)，混合反应器(8)与收集箱(9)之间设有反应产物导管(172)，混合反应器(8)上设有注氨管(173)。
2.根据权利要求1所述的等离子体烟气脱硫脱硝装置，其特征在于烟气辉光放电反 应器(3)内所设的复合电极(10)由金属板和设于金属板表面的阻挡介质组成，阻挡介质的 材料为石英玻璃或陶瓷，金属板以及烟气辉光放电反应器(3)内所设金属电极(11)的材料 为紫铜或黄铜。
3.根据权利要求2所述的等离子体烟气脱硫脱硝装置，其特征在于相邻的复合电极 (10)与金属电极(11)之间的距离为2 20毫米。
4.根据权利要求1所述的等离子体烟气脱硫脱硝装置，其特征在于冷凝器(4)内所 设冷凝管(41)的材料为石墨或聚四氟乙烯。
5.根据权利要求1至4中任何一项所述的等离子体烟气脱硫脱硝装置，其特征在于 烟气整流器(2)内设有板条或丝状材料组成的整流网。
专利摘要本实用新型公开了一种等离子体烟气脱硫脱硝装置，以解决现有技术分别存在的方法复杂、装置庞大、没有反应完的多余氨气会随烟气排入大气从而造成二次污染等问题。本实用新型依次设有烟气进口通道(1)、烟气整流器(2)、烟气辉光放电反应器(3)、冷凝器(4)和烟气出口通道(6)。烟气辉光放电反应器内交替地设有垂直平板形的复合电极和金属电极。在冷凝器靠近烟气通道出口端的底部壳板与混合反应器(8)之间设有冷凝液导管(171)，混合反应器与收集箱(9)之间设有反应产物导管(172)，混合反应器上设有注氨管(173)。本实用新型主要用于石油炼制、石油化工与煤化工等领域的加热炉装置，对其排放的烟气进行脱硫脱硝。
文档编号B01D53/76GK201578978SQ200920258148
公开日2010年9月15日 申请日期2009年11月17日 优先权日2009年11月17日
发明者孙志钦, 张玉玲, 段彦明, 王作红, 郑战利, 郜建松, 高晓红, 高跃成, 黄进焕 申请人:中国石油化工集团公司;中国石化集团洛阳石油化工工程公司