专利名称：一种结合脉冲电晕放电和添加剂活化技术的脱硝方法
技术领域：
本发明属于流光电晕放电等离子体烟气脱硝技术领域。
背景技术：
在工业锅炉、火电厂、汽车的内燃机等热力、动力设施的工作过程中，在燃烧的高温区将会生成氮氧化物(主要是NO、NO2)，其中一氧化氮(NO)约占到95％，二氧化氮(NO2)占到5％。含有氮氧化物的烟气排放到大气中后，氮氧化物在太阳光线中的紫外光照射下，会与大气中的其他污染物继续反应造成光化学烟雾污染和酸雨污染。同时，更为严重的是一氧化氮还可与臭氧反应从而破环大气中的臭氧层。我国目前主要监测酸雨的主要污染源—二氧化硫，对氮氧化物的污染没有进行监测和统计。但是已有专家指出，由于多年污染排放的积累，氮氧化物污染的监控和治理必须尽快实施起来。
目前控制氮氧化物的方法主要有两大类一类是燃料燃烧中控制燃烧炉内的温度、燃料和氧气的燃烧比例等措施降低氮氧化物的生成量。但是这种方法只能减少氮氧化物的生成，并不能从根本上治理氮氧化物的生成；二是排放尾气的治理。目前西方发达国家开发出了一些含氮氧化物烟气的治理技术，其中比较成熟的是选择性催化还原脱硝技术。该技术的主要原理是在高温下，在加入一些添加剂(如氨气、烃类等)，在催化剂的催化下，氮氧化物被还原成氮气。但是该方法存在的问题是昂贵的催化剂的运行需要严格的条件，容易失活，操作复杂、投资大、运行费用高等缺点。
脉冲电晕放电等离子体烟气治理技术可同时脱除烟气中的二氧化硫和氮氧化物，并且具有投资低、操作简便、适应强等特点。目前国内外利用该技术脱除氮氧化物的研究中，一般在烟气中加入氨气、碳氢化合物等添加剂以提高污染物的脱除效率。目前还有研究采用脉冲电晕放电技术结合化学洗涤的方法，即在脉冲电晕放电脱硝反应器后部连接一个碱液洗涤装置，采用氢氧化钠、氢氧化钙等碱性溶液吸收氮氧化物而提高脱除效率。但是该种工艺虽然提高了烟气中氮氧化物的脱除，但是增加了庞大的吸收塔以及动力设施等等额外设备，并且产生了需要处理的废水污染，这就降低了脉冲电晕放电烟气处理技术的优势—干法，无需废液处理。本发明的工艺采用添加剂活化和脉冲流光电晕放电烟气处理技术相结合的工艺，治理烟气中的氮氧化物，取得了很好的效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种脱硝效率高、能耗低的结合脉冲电晕放电和添加剂活化技术的脱硝方法。
本发明的烟气脱硝方法采用的反应器为线板式，反应器含有添加剂活化电极系统和脉冲电晕放电系统，添加剂为氨气、丙烯、水蒸气。添加剂活化电极系统包括添加剂活化电极、高压电源、平板电极和绝缘子以及附属的氨气瓶、丙烯气瓶、水蒸气发生器组成。脉冲电晕放电系统包括电晕线电极、电晕线电极框架、脉冲高压电源、平板电极和绝缘子构成。
其连接关系是添加剂活化电极通过高压导线连接高压电源，氨气瓶、丙烯气瓶、水蒸气发生器和添加剂活化电极的主管之间采用防腐胶管连接，防腐胶管之间连接绝缘管绝缘。脉冲电晕放电系统的连接方法是电晕线电极以均匀的间距焊接固定在电晕线电极框架上，电晕线电极框架通过高压导线连接脉冲高压电源。
本发明的烟气脱硝工艺中的脱硝反应器内电极的布置方式为反应器最前部布置烯烃活化电极装置，然后布置氨气活化电极装置、脉冲流光电晕放电脱硝系统，反应器的最后边布置水蒸气活化电极装置。
添加剂活化装置可采用脉冲高压电源供电、直流高压电源、交流高压电源等多种电源供电，脉冲电晕放电烟气脱硝系统采用脉冲高压电源供电。
本工艺的工作原理是当添加剂活化电极上施加高电压，乙烯、丙烯等烯烃从添加剂活化电极喷出时，活化生成过氧烷基、氧烷基等氧化性的自由基，生成的自由基氧化一部分一氧化氮为二氧化氮；烟气经过后边的氨气活化装置时，烟气中的一部分一氧化氮、二氧化氮与氨气活化装置生成的氨基自由基、氨气反应生成氮气、硝酸铵脱除；然后烟气进入脉冲电场，未反应的一氧化氮、二氧化氮和氨气、丙烯在脉冲电场中进一步发生氧化、还原反应，此时一氧化氮已经大部分转化成硝酸铵、氮气和二氧化氮；最后烟气进入反应器后部的水蒸气活化装置，烟气中残余的二氧化氮、少量的一氧化氮与水蒸气活装置生成的羟基自由基、水蒸气继续反应，主要转化为硝酸，然后与烟气中未反应的氨气反应生成硝酸铵。
本发明的烟气脱硝工艺的优点是1.同选择性催化还原烟气脱硝技术相比，本工艺具有工艺简单，不需昂贵的催化剂以及操作费用低等优点；2.同单纯的脉冲流光电晕烟气脱硝技术相比，增加添加剂活化装置可以提高添加剂的利用效率，生成更多的自由基，并且减少添加剂的泄漏，提高烟气的脱硝效率；3.单纯采用流光电晕放电烟气处理系统，为达到较高的脱硝效率，能耗高，本工艺可以在较低的能耗下，达到较高的烟气脱硝效率；4.同脉冲电晕放电烟气脱硝技术和化学洗涤法结合使用的工艺相比，本工艺的水蒸气活化装置可以起到类似化学洗涤的作用，同时又保证了干法的优点。所以该工艺既保证了脉冲电晕放电烟气处理技术的优点，同时利用氨气、丙烯、水蒸气活化技术提高了烟气的脱硝效率。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的烟气脱硝装置示意图。
图2是本发明的添加剂活化装置中添加剂活化电极的喷嘴14和平板电极13平行布置示意图。
图3是本发明的添加剂活化装置中添加剂活化电极的喷嘴14和平板电极13垂直布置示意图。
图4是本发明的添加剂活化装置中的添加剂活化电极的剖面图。
图5是本发明的脱硝反应器中脉冲电晕放电烟气脱硝系统的结构示意图。
图中，1.高压电源，2.绝缘管，3.添加剂活化电极，4.电晕线电极框架，5.接地线，6.脱硝反应器，7.绝缘子，8.氨气瓶，9.丙烯气瓶，10.水蒸气发生器，11.高压导线，12.脉冲高压电源，13.平板电极，14.添加剂活化电极的喷嘴，15.添加剂活化电极的主管，16.电晕线电极。
具体实施例方式
图1是本发明的烟气脱硝装置示意图。本发明的烟气脱硝方法采用的装置为线板式，反应器主要由添加剂活化电极系统和脉冲电晕放电系统组成。添加剂活化电极系统包括添加剂活化电极3、高压电源1、平板电极13和绝缘子7以及附属的氨气瓶8、丙烯气瓶9、水蒸气发生器10组成。脉冲电晕放电系统包括电晕线电极16、电晕线电极框架4、脉冲高压电源12、平板电极13和绝缘子7构成。添加剂活化电极3通过高压导线11连接高压电源1，氨气瓶8、丙烯气瓶9、水蒸气发生器10和添加剂活化电极3的主管15之间采用防腐胶管连接，防腐胶管之间连接绝缘管2绝缘。脉冲电晕放电系统的电晕线电极16以均匀的间距焊接固定在电晕线电极框架4上，电晕线电极框架4通过高压导线11连接脉冲高压电源12。
图2是本发明的添加剂活化装置中添加剂活化电极的喷嘴14和平板电极13平行布置示意图。固定在添加剂活化电极的主管15上的添加剂活化电极的喷嘴14与平板电极13按平行方向布置。
图3是本发明的添加剂活化装置中添加剂活化电极的喷嘴14和平板电极13垂直布置示意图。固定在添加剂活化电极的主管15上的添加剂活化电极的喷嘴14与平板电极13按平行方向布置。
图4是本发明的添加剂活化装置中的添加剂活化电极的剖面图。添加剂活化电极3的制作方法为，在添加剂活化电极的主管15上打孔，添加剂活化电极的喷嘴14焊接在添加剂活化电极主管15的孔上，焊接方法为氩弧焊法。添加剂活化电极的喷嘴14、添加剂活化电极的主管15和平板电极13均为不锈钢材质。添加剂活化电极的喷嘴14采用的尺寸为外径(A)4mm，壁厚1mm，长度20mm；添加剂活化电极的喷嘴的间距(B)为50mm。绝缘子7采用高压绝缘瓷瓶。
图5是本发明的脱硝反应器中脉冲电晕放电烟气脱硝系统的结构示意图。脉冲电晕放电烟气脱硝系统主要由电晕线电极16和电晕线电极框架4组成的脉冲电晕放电电极，脉冲高压电源12，平板电极13，绝缘子7组成。电晕线电极16以均匀的间距焊接在电晕线电极框架4上，电晕线电极框架4采用高压导线11连接到脉冲高压电源12上。电晕线电极16、电晕线电极框架4和平板电极13均为不锈钢材质。电晕线电极16采用4mm？mm的方形电晕线，电晕线电极16之间的距离C、电晕线电极16和平板电极13之间的距离D应满足以下关系C＝(1.0～1.2)D，D的尺寸范围为15cm。
在一个处理量为200Nm3/h的流光电晕放电烟气脱硝和脱硫反应器中，采用此工艺进行了验证实验。反应器中的烟气温度在60～85℃，一氧化氮浓度为60～160ppm，二氧化硫浓度为1200～1800ppm，氨气和酸性气体(二氧化硫、一氧化氮)的化学剂量比为1.5∶1，丙烯的添加量为30～320ppm，水蒸气添加量保证烟气湿度在5～10％(V％)。实验结果表明采用此工艺方法，在能耗小于2.5Wh/Nm3，一氧化氮和氮氧化物的脱除率可以分别达到85％和60％以上。
权利要求
1.一种结合脉冲电晕放电和添加剂活化技术的脱硝方法，其特征在于，a.本发明采用的烟气脱硝系统由添加剂活化电极系统和脉冲电晕放电系统两部分组成；添加剂活化电极系统包括添加剂活化电极(3)、高压电源(1)、平板电极(13)和绝缘子(7)以及附属的氨气瓶(8)、丙烯气瓶(9)、水蒸气发生器(10)构成；添加剂活化电极(3)由添加剂活化电极的主管(15)和添加剂活化电极的喷嘴(14)组成；添加剂活化电极系统的连接方法是添加剂活化电极(3)固定在绝缘子(7)的中心，绝缘子(7)固定在脱硝反应器(6)内的两块平板电极(13)之间，添加剂活化电极的主管(15)通过高压导线(11)连接高压电源(1)，氨气瓶(8)、丙烯气瓶(9)、水蒸气发生器(10)和添加剂活化电极(3)的主管(15)之间采用防腐胶管连接，防腐胶管之间连接绝缘管(2)绝缘；添加剂活化电极的喷嘴(14)采用的尺寸参数为外径A为3-4mm，壁厚0.5-1mm，长度10-20mm，添加剂活化电极上喷嘴的间距B为30-50mm；脉冲电晕放电系统包括电晕线电极(16)、电晕线电极框架(4)、脉冲高压电源(12)、平板电极(13)和绝缘子(7)构成；脉冲电晕放电系统的连接方法是电晕线电极(16)以均匀的间距焊接固定在电晕线电极框架(4)上，电晕线电极框架(4)通过绝缘子(7)固定在脱硝反应器(6)内的两块平板电极(13)的中间，电晕线电极(16)通过高压导线(11)连接脉冲高压电源(12)；脉冲电晕放电电极系统的结构参数为电晕线电极(16)之间的间距C、电晕线电极(16)和平板电极(13)之间的距离D应满足以下关系C＝(1.0～1.2)D，D的尺寸范围为75-150mm；添加剂活化电极(3)和脉冲电晕放电系统的布置方式为脱硝反应器(6)的前端依次布置丙烯活化电极和氨气活化电极，其后布置脉冲电晕放电电极系统，反应器后部安装水蒸气活化电极；b.采用引风机引入脱硝反应器(6)的烟气，采用循环水冷却，控制烟气温度在60-85℃；在反应器采样口采样测试烟气中氮氧化物和二氧化硫的浓度，计算需要的添加剂量；氨气按照和酸性气体(二氧化硫、一氧化氮)的摩尔比比为1.5∶1-2∶1添加，酸性气体为二氧化硫、一氧化氮，丙烯按照与一氧化氮的摩尔比为1∶1-2∶1添加，水蒸气添加量保证烟气湿度＜15％，氨气、丙烯和水蒸气分别经过电晕放电的添加剂活化电极注入脱硝反应器；烟气依次经过发生流光电晕放电添加剂活化电极(3)、脉冲电晕放电电极(16)和添加剂水蒸气活化电极(3)时，烟气中的氮氧化物被添加剂活化电极和脉冲电晕放电电极生成的自由基转化为硝酸盐等物质脱除，二氧化硫转化为硫酸盐脱除；生成硝酸盐、硫酸盐等颗粒物质收集处理。
2.根据权利要求1所述的一种结合脉冲电晕放电和添加剂活化技术的脱硝方法，其特征在于，脱硝反应器内，电晕放电添加剂活化电极的主管(15)采用直流高压电源供电。
3.根据权利要求1所述的一种结合脉冲电晕放电和添加剂活化技术的脱硝方法，其特征在于，脱硝反应器内，电晕放电添加剂活化电极的主管(15)采用脉冲高压电源供电。
4.根据权利要求1所述的一种结合脉冲电晕放电和添加剂活化技术的脱硝方法，其特征在于，脱硝反应器内，电晕放电添加剂活化电极的主管(15)采用交流高压电供电。
5.根据权利要求1所述的一种结合脉冲电晕放电和添加剂活化技术的脱硝方法，其特征在于，脱硝反应器内，电晕放电添加剂活化电极的主管(15)采用直流高压叠加脉冲高压电源供电。
6.根据权利要求1所述的一种结合脉冲电晕放电和添加剂活化技术的脱硝方法，其特征在于，脉冲电晕放电电极(16)采用正高压脉冲电源供电的供电方式。
全文摘要
一种结合脉冲电晕放电和添加剂活化技术的脱硝方法属于流光电晕放电等离子体烟气脱硝技术领域。此烟气脱硝工艺方法由电晕放电添加剂活化技术和脉冲电晕放电烟气脱硝技术组成。烟气脱硝反应器为线板式，脱硝反应器内的烟气依次经过流光电晕放电的丙烯活化电极、氨气活化电极、脉冲电晕放电系统和水蒸气活化电极时，烟气中的一氧化氮与添加剂活化电极和脉冲放电系统生成物发生一系列的链式反应，最终生成硝酸盐、氮气、少量的硝酸酯和氧化亚氮而脱除。本发明的工艺在能耗低于2.5Wh/Nm
文档编号B01D53/56GK1817413SQ200510200419
公开日2006年8月16日 申请日期2005年7月21日 优先权日2005年7月21日
发明者商克峰, 李国锋, 吴彦, 王宁会 申请人:大连理工大学