基于介质阻挡放电反应器的氮氧化物脱除装置及其脱除方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于介质阻挡放电反应器的氮氧化物脱除装置，包括烟气脱硫反应装置、氨气注入系统、介质阻挡放电反应器、混合气体反应器和烟仓，所述烟气脱硫反应装置、氨气注入系统的出气口均与介质阻挡放电反应器的进气口连通，介质阻挡放电反应器的出气口与混合气体反应器的进气口连通，混合气体反应器的出气口与烟仓连通。本发明还涉及采用该装置脱除氮氧化物的方法。本发明所述的介质阻挡放电反应器能够在常温下通过高频高压电源放电产生低温等离子体，等离子体中的自由电子、离子、活性基团等粒子轰击介质阻挡放电反应器中的金属涂层，金属失去电子产生金属离子，金属离子具有极强的预活化功能，促使氨气将烟气中的氮氧化物转化成氮气和水。
【专利说明】基于介质阻挡放电反应器的氮氧化物脱除装置及其脱除方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境工程研究领域，具体涉及氮氧化物脱除领域，更具体的涉及一种基于介质阻挡放电反应器的氮氧化物脱除装置及其脱除方法。
技术背景
[0002]我国电厂能源主要以煤为燃料，燃煤锅炉伴随着大量的污染气体如硫化物、氮氧化物及粉尘经烟道排放到空气中。目前，处理氮氧化物比较成熟技术是选择性催化还原法(SCR)，该技术是在催化剂的作用下，利用还原剂(如氨水、液氨、尿素)“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的队和H2O,处理效率可达到80% — 90%。
[0003]但是，SCR脱硝技术存在两大缺点:(I)催化剂会随时间的增加而失去活性，必须定期更换。又由于催化剂价格昂贵，这就增加了运营成本；(2)操作温度窗口窄，一般为300°C — 400°C，这对氨气的喷入位置和催化剂位置有很高的要求，导致余热锅炉的补燃会受到限值。
【发明内容】
[0004]为了克服以上缺点，本发明提出了一种基于介质阻挡放电反应器的氮氧化物脱除装置，采用该装置后，去除了价格昂贵且随着时间的增加失去活性的催化剂，氮氧化物脱除效率闻，而且稳定。
[0005]本发明的具体技术方案如下:
一种基于介质阻挡放电反应器的氮氧化物脱除装置，包括烟气脱硫反应装置、氨气注入系统、介质阻挡放电反应器、混合气体反应器和烟仓，所述烟气脱硫反应装置、氨气注入系统的出气口均与介质阻挡放电反应器的进气口连通，介质阻挡放电反应器的出气口与混合气体反应器的进气口连通，混合气体反应器的出气口与烟仓连通；
所述介质阻挡放电反应器包括高频高压电源、绝缘外壳，设在绝缘外壳内的至少一个模组，所述模组包括两个相互平行的绝缘介质板，设于两个绝缘介质板之间的介质层板，所述介质层板与绝缘介质板平行并且其外表面设有金属涂层；
两个相互平行的绝缘介质板分别与高频高压电源的正极和负极相连，各个绝缘介质板内均埋设等间距排列的金属电极，各个金属电极采用导线并联设置。
[0006]所述介质层板由绝缘介质构成的网状结构，大小与绝缘介质板相当，厚度不超过2mm，等间距固定放置于两绝缘介质板之间并且固定连接在绝缘外壳上。
[0007]所述绝缘介质板的尺寸为500mm?1000mmX500mm?1000mm,厚度为30mm?50mm ;金属电极的直径为25mm?45mm,长度为400mm?900mm。绝缘介质板的具体尺寸要根据具体的工况而定，上述给出的范围是既包括小型实验所需的尺寸，也包括大型工业所需的尺寸。而金属电极的直径和长度根据绝缘介质板的厚度和长度而定，金属电极的直径略小于绝缘介质板的厚度，长度略小于绝缘介质板的长度。
[0008]为了防止金属电极之间的间隙太小而相互干扰，并且使介质阻挡放电反应器放电均勻；优选的各个绝缘介质板内部埋设10?20个金属电极，间隙为50mm?100mm。
[0009]为了达到最大的有效放电,优选的两个绝缘介质板的间距为2mm?500mm。
[0010]采用上述基于介质阻挡放电反应器的氮氧化物脱除装置脱除氮氧化物的方法，包括如下步骤:
(1)将含氮氧化物的烟气脱硫后与氨气混合，然后进入介质阻挡放电反应器中；
(2)接通介质阻挡放电反应器的电源，通过高频高压电源转换成I?30KV的电压，在两个绝缘介质板之间产生低温等离子体，等离子体中的自由电子、离子、活性基团轰击介质层板中的金属涂层，金属失去电子产生金属离子，金属离子具有极强的预活化功能，促使氨气将烟气中的氮氧化物转化成氮气和水；
(3)介质阻挡放电反应器中未来得及反应的氨气、烟气中的氮氧化物、金属离子进入混合气体反应器中继续反应，反应完后的烟气进入烟仓从烟仓排出。
[0011]为了使氨气与氮氧化物充分反应，防止氨气逸漏；优选的步骤(I)中，氨气的加入量与烟气中氮氧化物的体积比为1:2?3:2。
[0012]步骤(2)中，绝缘介质板的材质为玻璃、陶瓷、石英中的一种。
[0013]步骤(2)中，金属涂层为金、钼、镍中的一种；上述金属的金属离子活化能力强，更容易促使氨气将烟气中的氮氧化物转化成氮气和水。金属涂层厚度无明显要求，但不能太厚，类似于油漆层的厚度即可；目的是使金属均匀分布在介质层板上。
[0014]本发明对于排烟量大的燃煤锅炉，可以同时使用多个模组，多个模组并列固定在一个绝缘外壳内，外接高频高压电源。
[0015]本发明的目的是为了解决现有SCR脱硝技术中催化剂活性时间短、操作温度窗口窄的问题。本发明提出的新型脱硝技术主要是利用介质阻挡放电反应器来代替现有SCR技术中的催化剂；介质阻挡放电反应器能够在常温下通过高频高压电源放电产生低温等离子体，等离子体中的自由电子、离子、活性基团等粒子轰击介质阻挡放电反应器中的金属涂层，金属失去电子产生金属离子，金属离子具有极强的预活化功能，促使氨气将烟气中的氮氧化物转化成氮气和水。本发明去除了价格昂贵且随着时间的增加失去活性的催化剂，另夕卜，本发明技术对温度的要求不高，即使在常温下也可以通过施加高压产生低温等离子体，处理效率高且稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明脱硝技术的整体流程图；
图2为介质阻挡放电反应器内模组的结构示意图；
图3为绝缘介质板的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]参见图1至图3，本发明所述的基于介质阻挡放电反应器的氮氧化物脱除装置，包括烟气脱硫反应装置、氨气注入系统、介质阻挡放电反应器a、混合气体反应器5和烟仓6，所述烟气脱硫反应装置、氨气注入系统的出气口均与介质阻挡放电反应器a的进气口连通，介质阻挡放电反应器a的出气口与混合气体反应器5的进气口连通，混合气体反应器5的出气口与烟仓6连通。
[0018]本发明所述的烟气脱硫反应装置可以包括依次串接的静电除尘器2和脱硫装置3，静电除尘器2的进气口与锅炉I的出气口连通，脱硫装置3的出气口与介质阻挡放电反应器a的进气口连通。
[0019]本发明所述的介质阻挡放电反应器a包括高频高压电源4、绝缘外壳12，设在绝缘外壳12内的至少一个模组，所述模组包括两个相互平行的绝缘介质板14、15，设于两个绝缘介质板14、15之间的介质层板13，所述介质层板13与绝缘介质板14、15平行并且其外表面设有金属涂层；两个相互平行的绝缘介质板14、15分别与高频高压电源4的正极和负极相连，各个绝缘介质板内均埋设等间距排列的金属电极16，各个金属电极采用导线并联设置。
[0020]本发明所述的氨气注入系统包括依次串接的液氨罐11、液氨蒸发槽10、液氨缓冲槽9和混合器7，混合器7的入口还与风机8连接，风机8吹入空气用于稀释氨气的浓度；混合器7的出口与介质阻挡放电反应器a的进气口连通。
[0021]所述绝缘介质板14、15的尺寸为500mm?1000mm X 500mm?1000mm,厚度为30mm?50mm ;金属电极16的直径为25mm?45mm,长度为400mm?900mm ;各个绝缘介质板内部埋设10?20个金属电极，间隙为50mm?10mm ;两个绝缘介质板的间距为2mm?500mmo
[0022]采用上述基于介质阻挡放电反应器的氮氧化物脱除装置脱除氮氧化物的方法，包括如下步骤:
(1)将含氮氧化物的烟气脱硫后与氨气混合，然后进入介质阻挡放电反应器中；
(2)接通介质阻挡放电反应器的电源，通过高频高压电源转换成I?30KV的电压，在两个绝缘介质板之间产生低温等离子体，等离子体中的自由电子、离子、活性基团轰击介质层板中的金属涂层，金属失去电子产生金属离子，金属离子具有极强的预活化功能，促使氨气将烟气中的氮氧化物转化成氮气和水；
(3)介质阻挡放电反应器中未来得及反应的氨气、烟气中的氮氧化物、金属离子进入混合气体反应器中继续反应，反应完后的烟气进入烟仓从烟仓排出。
[0023]步骤(I)中，氨气的加入量与烟气中氮氧化物的体积比为1:2?3:2。
[0024]步骤(2)中，绝缘介质板的材质为玻璃、陶瓷、石英中的一种。
[0025]步骤(2)中，金属涂层为金、钼、镍中的一种。
[0026]实施例1
本发明所述的烟气脱硫反应装置、氨气注入系统、介质阻挡放电反应器、混合气体反应器和烟仓按照图1连接各装置，设置各气体的流量，使氨气、烟气中氮氧化物、空气的体积分数分别为10%、15%、75%。
[0027]介质阻挡放电反应器按照图2、图3所示，其中，绝缘介质板的材质为玻璃材料，尺寸500mmX500mm,厚度30mm。两绝缘介质板平行放置，间距为10mm。金属电极为铜电极，直径25mm，长度为400mm。金属电极埋藏于绝缘介质板内部，且所有金属电极等间距平行放置，间隙50mm，每块绝缘介质板埋设10个电极，各金属电极用导线并联，导线埋设于绝缘介质层中，两绝缘介质板中的电极分布对应。
[0028]介质层板的外表面涂有金属钼涂层,介质层板为500mmX 500mm,厚度2mm。模组被绝缘外壳包裹并固定。接通外接电源,调节高频高压电源输入电压为10kv。
[0029]待其反应一段时间，待放电电压稳定时，利用德国菲索烟气分析仪检测脱硝效率。脱硝效率高达90.3%，且非常稳定。
[0030]实施例2
本发明所述的烟气脱硫反应装置、氨气注入系统、介质阻挡放电反应器、混合气体反应器和烟仓按照图1连接各装置，设置各气体的流量，使氨气、烟气中氮氧化物、空气的体积分数分别为10%、15%、75%。
[0031]介质阻挡放电反应器按照图2、图3所示，其中，绝缘介质板的材质为玻璃材料，尺寸800mmX800mm,厚度40mm。两绝缘介质板平行放置，间距为8mm。金属电极为铜电极,直径35mm，长度为700mm。金属电极埋藏于绝缘介质板内部，且所有金属电极等间距平行放置，间隙50_，每块绝缘介质板埋设15个电极，各金属电极用导线并联，导线埋设于绝缘介质层中，两绝缘介质板中的电极分布对应。
[0032]介质层板的外表面涂有金属钼涂层,介质层板为800mmX800mm,厚度2mm。模组被绝缘外壳包裹并固定。接通外接电源,调节高频高压电源输入电压为15kv。
[0033]待其反应一段时间，待放电电压稳定时，利用德国菲索烟气分析仪检测脱硝效率。脱硝效率高达95.6%，且非常稳定。
[0034]实施例3
本发明所述的烟气脱硫反应装置、氨气注入系统、介质阻挡放电反应器、混合气体反应器和烟仓按照图1连接各装置，设置各气体的流量，使氨气、烟气中氮氧化物、空气的体积分数分别为10%、15%、75%。
[0035]介质阻挡放电反应器按照图2、图3所示，其中，绝缘介质板的材质为玻璃材料，尺寸100mmX 1000mm,厚度50mm。两绝缘介质板平行放置，间距为5mm。金属电极为铜电极，直径45mm，长度为900mm。金属电极埋藏于绝缘介质板内部，且所有金属电极等间距平行放置，间隙50mm，每块绝缘介质板埋设20个电极，各金属电极用导线并联，导线埋设于绝缘介质层中，两绝缘介质板中的电极分布对应。
[0036]介质层板的外表面涂有金属钼涂层，介质层板为100mmX 1000mm,厚度2mm。模组被绝缘外壳包裹并固定。接通外接电源，调节高频高压电源输入电压为20kv。
[0037]待其反应一段时间，待放电电压稳定时，利用德国菲索烟气分析仪检测脱硝效率。脱硝效率高达97.8%，且非常稳定。
【权利要求】
1.一种基于介质阻挡放电反应器的氮氧化物脱除装置，其特征在于包括烟气脱硫反应装置、氨气注入系统、介质阻挡放电反应器、混合气体反应器和烟仓，所述烟气脱硫反应装置、氨气注入系统的出气口均与介质阻挡放电反应器的进气口连通，介质阻挡放电反应器的出气口与混合气体反应器的进气口连通，混合气体反应器的出气口与烟仓连通； 所述介质阻挡放电反应器包括高频高压电源、绝缘外壳，设在绝缘外壳内的至少一个模组，所述模组包括两个相互平行的绝缘介质板，设于两个绝缘介质板之间的介质层板，所述介质层板与绝缘介质板平行并且其外表面设有金属涂层； 两个相互平行的绝缘介质板分别与高频高压电源的正极和负极相连，各个绝缘介质板内均埋设等间距排列的金属电极，各个金属电极采用导线并联设置。
2.根据权利要求1所述的氮氧化物脱除装置，其特征在于所述绝缘介质板的尺寸为500mm?1000mm X 500mm?1000mm,厚度为30mm?50mm ;金属电极的直径为25mm?45mm，长度为400mm?900mm。
3.根据权利要求2所述的氮氧化物脱除装置，其特征在于各个绝缘介质板内部埋设10?20个金属电极，间隙为50_?100mm。
4.根据权利要求1至3任一项所述的氮氧化物脱除装置，其特征在于两个绝缘介质板的间距为2謹?500mm。
5.采用权利要求1至4任一项所述的基于介质阻挡放电反应器的氮氧化物脱除装置脱除氮氧化物的方法，其特征在于包括如下步骤: (1)将含氮氧化物的烟气脱硫后与氨气混合，然后进入介质阻挡放电反应器中； (2)接通介质阻挡放电反应器的电源，通过高频高压电源转换成I?30KV的电压，在两个绝缘介质板之间产生低温等离子体，等离子体中的自由电子、离子、活性基团轰击介质层板中的金属涂层，金属失去电子产生金属离子，金属离子具有极强的预活化功能，促使氨气将烟气中的氮氧化物转化成氮气和水； (3)介质阻挡放电反应器中未来得及反应的氨气、烟气中的氮氧化物、金属离子进入混合气体反应器中继续反应，反应完后的烟气进入烟仓从烟仓排出。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于步骤(I)中，氨气的加入量与烟气中氮氧化物的体积比为1:2?3:2。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于步骤(2)中，绝缘介质板的材质为玻璃、陶瓷、石英中的一种。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于步骤(2)中，金属涂层为金、钼、镍中的一种。
【文档编号】B01D53/56GK104437040SQ201410773469
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月16日 优先权日:2014年12月16日
【发明者】黄靖宇, 严伟, 王伟, 何绪庆, 李军伟 申请人:江苏淞瀚新能源有限公司