一种烟气净化方法与流程

本发明属于环境保护领域，具体涉及一种烟气净化方法。

背景技术：

近年来，由于环境保护工作形势日益严峻，国家及地方出台的污染物排放标准愈加严格。煤炭大国的位置使得在我国对于燃煤的烟气处理尤其重要，燃煤产生的so2、nox是酸雨、光化学烟雾的主要物质，给生态环境和居民健康带来严重危害，国家在各个发展阶段分阶段实施了so2减排战略、更加严格的so2和nox排放控制标准，而且不仅so2、nox以及粉尘等传统污染物的排放浓度限值进一步降低，在未来，还会对烟气中的汞和pm2.5提出控制要求。

目前，烟气脱硫技术中，湿法石灰石/石膏脱硫（fgd）是应用最广泛的技术。该方法具有反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点。但是普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等问题。脱硝技术广泛采用的是选择性催化还原法(scr)，其脱氮率可高达90%以上，但我国的脱硝催化剂生产技术和原材料还依赖国外，催化剂价格十分昂贵，成本高。

等离子体技术能同时去除烟气中的细小颗粒、so2、nox和重金属，被认为是最具发展前景的烟气净化技术，已成为我国重点支持的科技发展方向之一。等离子体脱硫脱硝的方法主要有电子束辐照烟气脱硫脱硝技（ea-fgd）、脉冲电晕脱硫脱硝技术和流光放电等离子体脱硫脱硝技术等。各种等离子体技术的原理基本相同，均利用放电或电子束辐照产生由电子、离子、原子、分子和自由基等粒子组成的一种新的集聚态物质，通过物理和化学作用实现脱硫脱硝，其可用性已经在近年来的科学研究过程中得到证实。

例如，已授权或正在审查的专利包括集散控制式流光放电烟气脱硫的半湿法(zl02116300.6)、立式流光放电烟气脱硫湿式反应器(zl02208831.8)、流光放电等离子体烟气污染物同步净化方法(zl200410029622.3)、一种等离子体燃煤锅炉烟气净化新工艺(zl200310121117.7)、资源化同时脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物的臭氧氧化干法(cn101337152)等。其中，涉及烟气中so2、no和hg等多种污染物脱除的技术路线是，借助放电产生的等离子体同步氧化no和元素态hg为no2和氧化态hg，然后，在吸收塔中利用水溶性吸收液同步脱除so2、nox和氧化态hg。

又如中国专利cn103263845b，其公开了一种同时脱硫脱硝除汞装置，其特征在于设有模拟烟气发生单元、等离子体氧化单元、活性炭吸附单元和烟气组分检测单元；模拟烟气发生单元、等离子体氧化单元、活性炭吸附单元和烟气组分检测单元的管路之间通过旋转阀门和y型三通接头连接；所述模拟燃煤烟气发生单元设有n2气瓶、co2气瓶、so2气瓶、o2气瓶、no2气瓶、hcl气瓶、no气瓶、质量流量控制器、hg0渗透管和恒温水浴锅；所述恒温水浴锅内设有洗气瓶，洗气瓶内装有水，所述hg0渗透管设在恒温水浴锅内并产生气相汞；n2气瓶、co2气瓶、so2气瓶、o2气瓶、no2气瓶、hcl气瓶、no气瓶分别提供相应的气体，n2气瓶、co2气瓶、so2气瓶、o2气瓶、no2气瓶、hcl气瓶、no气瓶分别与质量流量控制器连接；所述等离子体氧化单元设有高压电源和等离子体反应器；所述等离子体反应器设有石英双介质层，所述石英双介质层包括内层石英管和外层石英管，内层石英管套在不锈钢棒上作为内介质；外层石英管上下两端均设有螺纹段，与聚四氟乙烯固定件连接作为外介质，外层石英管下端设有进气口，外层石英管上端设有出气口；所述高压电源与等离子体反应器电连接；所述活性炭吸附单元设有恒温烘箱和吸附反应器；所述吸附反应器分上下两部分，上半部分插入下半部分，吸附反应器的主体下端镶嵌有砂芯片，吸附反应器置于恒温烘箱内，所述恒温烘箱的顶部开有两个圆孔，用于通有模拟燃煤烟气的管路进出；经过等离子氧化单元氧化后的烟气经过两个y型三通拆分为三条管路，通过控制旋转阀门可以旋转使气流从三条管路中通过；三条管路分别与烟气分析仪相连，通过碱液吸收瓶和干燥瓶后与hg0检测仪相连，与吸附反应器相连；所述检测单元设有烟气分析单元和hg0分析单元，烟气分析单元与hg0分析单元通过两个y型三通与等离子体氧化单元和活性炭吸附单元连接；hg0分析单元设有含naoh溶液的吸收瓶、干燥瓶和用于连续测定汞浓度的jerome测汞仪，所述吸收瓶中的naoh的作用均为吸收酸性气体和hg²⁺。

然而，目前的烟气处理技术中，或多或少的都存在以下的问题：1、普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等问题；2、单一脱硫、单一脱硝或重金属，三者不能很好的消除，顾此失彼；3、单一处理效率高、联合处理效率低；4、等离子体处理效率不高，易受其它因素影响。

因此，如何提供一种烟气处理方法，使其具有处理效果好、效率高以及较低的能耗及成本，具有更好的经济性，成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。

技术实现要素：

本发明旨在提出一种新型的烟气净化方法，以改进现有技术在处理效果、处理效率以及经济性等方面的不足，实现高效、安全、便捷的处理效果，减少能耗及成本，灵活应对不同情况，尤其是可以一体化均衡高效消除氮氧化物、含硫污染物、灰尘以及重金属（汞等）。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案如下：

一种烟气净化方法，用于脱除烟气中的氮氧化物、含硫污染物、灰尘和重金属，所述烟气净化方法包括：

1）预处理，用洗涤液将烟气中的部分的灰尘颗粒、氮氧化物、含硫污染物吸收除去；

2）气液分离处理，用于将经所述步骤1）处理过后的烟气中含有的液滴去除；

3）催化处理，将经所述步骤2）处理后的烟气通入催化反应室，所述催化反应室的内部具有多个阵列分布的固定有催化剂载体的移动支架，所述催化剂载体上的催化剂用于催化烟气中的氮氧化物、含硫污染物发生还原反应；

4）等离子体处理，将经所述步骤3）处理过的烟气沿平行于等离子体发生装置的等离子体发生电极的电场方向通过所述等离子体发生电极，使得烟气中产生包括电子、正离子、中性粒子、自由基的整体呈电中性的等离子体；并且使得烟气中的灰尘颗粒表面带电；等离子体与烟气中的氧分子、水分子作用，生成具有强氧化性的h、o、oh、o3活性粒子，烟气中的so2、nox、hg在活性粒子的作用下进行化学反应，生成高价的no3^—和so4^2—，以及氧化态hg；

其中，等离子体发生电极包括一组高电压电极和一组接地电极，所述高电压电极与接地电极均包覆有绝缘介质，所述高电压电极与接地电极均呈线型排列；

5）化学反应处理，在所述步骤4）处理后的烟气中通入氨气，氨气与烟气中的高价no3^—和so4^2—反应生成带电铵盐颗粒；

6）电场吸附处理，将经所述步骤5）处理过的烟气通过施加直流偏置电场的装置，使其中的带电灰尘颗粒、带电铵盐颗粒被吸附除去；

净化后的烟气通过烟囱排出。

现有技术中的脱硝脱硫除尘技术中，等离子体处理工艺大多直接加入整个处理工艺中，而现实情况却事与愿违，整个处理工艺并没有达到理想的效果，本发明在等离子体处理工艺前段将烟气中的雾滴和液滴、水汽除去，极好的避免等离子体处理效率受到影响。

在本发明的一些实施方式中，在所述步骤1）中，所述洗涤液为碱溶液或水溶液；

初始的烟气中必然含有大量的灰尘颗粒，本实施方式中设置预处理步骤，用碱性水溶液或者直接用水溶液先洗出大量的颗粒物，以及部分的氮氧化物、含硫污染物，可用极低的成本为后续的操作减轻压力，同时还可间接的提升后续步骤的净化率。

在本发明的一些实施方式中，在所述步骤4）中，所述高电压电极连接高压电源，所述高压电源为正极性直流高压电源、正极性脉冲高压电源或正极性直流叠加交流高压电源中的一种或其组合，所述接地电极采用管式或板式，所述高电压电极为板式、星形线、芒刺线或锯齿线，当所述高电压电极与所述接地电极之间持续施加电压时，即可产生等离子体；

将等离子体的电场方向设置成与烟气气流的方向一致，增大了烟气气流与等离子体束流的接触时间、接触面积，提高了脱硫脱硝脱重金属的效率。而基于前面三个步骤的处理，当需要进行本步骤4）时，烟气中的氮氧化物、含硫污染物的浓度已经来到了一个理想值，可避免等离子体中的活性粒子只和氮氧化物、含硫污染物反应，不至于当烟气流出等离子体处理位置处时，重金属（如汞）还没和活性粒子反应以至于不能脱除。

在本发明的一些实施方式中，在所述步骤4）中，在所述等离子体发生装置的气体通道中还设有催化剂填充床，所述催化剂填充床内固设有催化剂载体。

在本发明的一些实施方式中，在进行所述步骤4）时，所述等离子体发生装置还包括压力传感器和温度传感器，在所述等离子体处理的整个过程中通过所述压力传感器、温度传感器实时监测所述等离子体发生装置内的压力和温度，并将压力、温度数据传输至操作室。

在本发明的一些实施方式中，在所述步骤6）中，所述施加直流偏置电场的装置的直流偏置电场为多组正、负电极板交替分布排列而形成，所述正、负电极板的设置方向垂直于等离子体发生电极的设置方向，使得直流偏置电场的方向与烟气流通方向垂直。

在本发明的一些实施方式中，所述烟气净化方法由如下烟气净化系统实现，所述烟气净化系统包括：

依次连接联通的预洗涤器、气液分离器、催化反应室、等离子体发生装置、化学反应室、施加直流偏置电场的装置；

所述催化反应室包括多个阵列分布的固定有催化剂载体的移动支架，所述移动支架滑动的设置在所述催化反应室的底部表面；

所述等离子体发生装置包括等离子体发生电极、高压电源、压力传感器和温度传感器，所述等离子体发生电极包括一组高电压电极和一组接地电极，所述高电压电极与所述接地电极均包覆有绝缘介质，所述高电压电极与接地电极均呈线型排列，所述高电压电极连接所述高压电源，所述高压电源为正极性直流高压电源、正极性脉冲高压电源或正极性直流叠加交流高压电源中的一种或其组合，所述接地电极采用管式或板式，所述高电压电极为板式、星形线、芒刺线或锯齿线；所述压力传感器和温度传感器，用于实时监测所述等离子体发生装置内的压力和温度；所述等离子体发生装置的气体通道中还设有催化剂填充床，所述催化剂填充床内固设有催化剂载体；

所述化学反应室包括氨气进气管道，用于向其内部通入氨气；

所述施加直流偏置电场的装置包括直流偏置电场，所述直流偏置电场为多组正、负电极板交替分布排列而形成，所述正、负电极板垂直于等离子体发生电极表面设置，使得直流偏置电场的方向与烟气流通方向垂直；有利于带电粒子的吸附。

在本发明的一些实施方式中，所述烟气净化系统还包括储液槽，所述储液槽包括变频泵、输入管道和输出管道，所述输入管道连通所述气液分离器的底部液体出口；所述输出管道连通所述预洗涤器，通过所述变频泵的控制将所述储液槽中的液体由所述输出管道输送至所述预洗涤器。

在本发明的一些实施方式中，所述正、负电极板上均设置由振动装置，所述振动装置用于将颗粒物从所述正、负电极板上抖落。

在本发明的一些实施方式中，所述烟气净化系统还包括与所述施加直流偏置电场的装置的烟气出口连通的吸收塔，所述吸收塔用水作为循环吸收液，用于吸收烟气中残留的酸性气体与氧化态hg，以及氨气。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明解决了传统的烟气处理技术中氮氧化物和重金属的消除存在顾此失彼的问题，在本发明中先用预处理和催化处理将烟气中的氮氧化物除去一部分，降低其在烟气中的含量，然后再经过等离子体处理，可实现氮氧化物和元素态hg的同步消除。

2、本发明优先预处理，最大化的去除了颗粒物，以及除去了少部分的氮氧化物和含硫污染物，同时再将烟气经过气液分离步处理，以除去雾滴和/或液滴，避免了水汽等因素影响了等离子体处理的处理效率。

3、本发明在催化处理中设置了固设有催化剂载体的移动支架，等离子体处理中也安装有内部固设有催化剂载体的催化剂填充床，一方面，可减少催化剂的使用，只需加入极少部分催化剂即可，节约了成本，另一方面，将催化剂填充床设置等离子体发生装置的气体通道中可极大地节约空间占地。

4、本发明在等离子体发生装置的位置处加设了温度传感器和压力传感器，极大地避免了等离子发生装置工作时内部的温度升高、压力变化而引起的安全问题，保证了人身安全和财产安全。

5、本发明将烟气流动方向设置成与等离子体发生装置的等离子体发生电极的电场方向平行，克服了烟气流速的过大或过小时造成的等离子体处理效果的降低，增大烟气与等离子体的接触时间、接触面积，以实现等离子体的高效利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的烟气净化方法的流程示意图；

图2为本发明的烟气净化方法的其中一个具体实施方式的示意图；

图3为本发明的等离子体发生装置的示意图。

具体实施方式

下面结合具体的优选实施例和附图对本发明的技术方案及其优点做详细的说明。

实施例如下：

对某工厂的烟气进行采样分析，其烟气的基本性质为：nox：420~600mg/m³；so2：1500~2100mg/m³；汞：90~180μg/m³；灰尘：18000~30000mg/m³。

如图1-3所示，按照以下步骤对该烟气进行处理：

1）预处理：通过预洗涤器1中的洗涤液将烟气中的部分的灰尘颗粒、氮氧化物、含硫污染物吸收除去；其中，所述吸收液为碱溶液，选用naoh水溶液；

初始的烟气中必然含有大量的灰尘颗粒，用碱性水溶液先洗出大量的灰尘颗粒物，以及部分的氮氧化物、含硫污染物，可用极低的成本为后续的操作减轻压力，同时还可间接的提升后续步骤的净化率；

2）气液分离处理：通过气液分离器2将经所述步骤1）处理过后的烟气中含有的液滴去除；

在等离子体处理工艺前段将烟气中的雾滴和液滴、水汽除去，极好的避免等离子体处理效率受到影响；

3）催化处理：将经所述步骤2）处理后的烟气通入催化反应室，所述催化反应室3的内部具有多个阵列分布的固定有催化剂载体的移动支架31，所述催化剂载体上的催化剂用于催化烟气中的氮氧化物、含硫污染物发生还原反应；目的是除去部分氮氧化物和含硫污染物以降低烟气中氮氧化物和含硫污染物在烟气中的浓度；

4）等离子体处理：将经所述步骤3）处理过的烟气沿平行于等离子体发生装置4的等离子体发生电极的电场方向通过所述等离子体发生电极，使得烟气中产生包括电子、正离子、中性粒子、自由基的整体呈电中性的等离子体；并且使得烟气中的灰尘颗粒表面带电；等离子体与烟气中的氧分子、水分子作用，生成具有强氧化性的h、o、oh、o3活性粒子，烟气中的so2、nox、hg在活性粒子的作用下进行化学反应，生成高价的no3^—和so4^2—，以及氧化态hg；其中，等离子体发生电极包括一组高电压电极42和一组接地电极43，所述高电压电极42与接地电极43均包覆有绝缘介质41，所述高电压电极42与接地电极43均呈线型排列；所述高电压电极42连接高压电源46，所述高压电源46为正极性直流高压电源，所述接地电极43采用管板式，所述高电压电极42为板式，当所述高电压电极42与所述接地电极43之间持续施加电压时，即可产生等离子体；所述等离子体发生装置4还包括压力传感器44和温度传感器45，在所述等离子体处理的整个过程中通过所述压力传感器44、温度传感器45实时监测所述等离子体发生装置4内的压力和温度，并将压力、温度数据传输至操作室；在所述等离子体发生装置4的气体通道中还设有催化剂填充床，所述催化剂填充床内固设有催化剂载体；氧化态汞被所述接地电极43捕集；

5）化学反应处理：在所述步骤4）处理后的烟气中通入氨气，氨气与烟气中的高价no3^—和so4^2—反应生成带电铵盐颗粒；

6）电场吸附处理：将经所述步骤5）处理过的烟气通过施加直流偏置电场的装置6，使其中的带电灰尘颗粒、带电铵盐颗粒被吸附除去；所述施加直流偏置电场的装置6的直流偏置电场为多组正、负电极板61,62交替分布排列而形成，所述正、负电极板61,62的设置方向垂直于等离子体发生电极的设置方向，使得直流偏置电场的方向与烟气流通方向垂直；

净化后的烟气通过烟囱排出。

采样上述处理方法对烟气中的氮氧化物、含硫污染物、灰尘和重金属进行脱除，最后烟气的各项指标效果显著，满足现实工业需求。

具体烟气性质：nox：50~90mg/m³；so2：40~80mg/m³；汞：2~5μg/m³；灰尘：10~25mg/m³。

从上述处理结果可以看出，按照本发明的处理方法可实现对烟气中的氮氧化物、含硫污染物、灰尘和重金属去除率很高，完全满足国家对污染物的排放要求，同时其处理操作简单、成本低，可被企业所接受，而且本发明实现了氮氧化物、含硫污染物、灰尘和重金属的均衡脱除，并无现有技术中的顾此失彼，并且本发明还具有安全防护功能，可最大的减少生产安全事故的发生，因此对烟气净化领域具有极大意义。

本实施例还提供一种烟气净化系统，所述烟气净化方法由所述烟气净化系统实现，所述烟气净化系统包括：

依次连接联通的预洗涤器1、气液分离器2、催化反应室3、等离子体发生装置4、化学反应室5、施加直流偏置电场的装置6；

所述催化反应室3包括多个阵列分布的固定有催化剂载体的移动支架31，所述移动支架31滑动的设置在所述催化反应室3的底部表面；

所述等离子体发生装置4包括等离子体发生电极、高压电源、压力传感器44和温度传感器45，所述等离子体发生电极包括一组高电压电极42和一组接地电极43，所述高电压电极42与所述接地电极43均包覆有绝缘介质41，所述高电压电极42与接地电极43均呈线型排列，所述高电压电极42连接所述高压电源46，所述高压电源46为正极性直流高压电源、正极性脉冲高压电源或正极性直流叠加交流高压电源中的一种或其组合，所述接地电极43采用管式或板式，所述高电压电极42为板式、星形线、芒刺线或锯齿线，所述等离子体发生装置4的气体通道中还设有催化剂填充床，所述催化剂填充床内固设有催化剂载体；所述压力传感器44和温度传感器45，用于实时监测所述等离子体发生装置4内的压力和温度；

所述化学反应室5包括氨气进气管道，用于向其内部通入氨气；

所述施加直流偏置电场的装置6包括直流偏置电场，所述直流偏置电场为多组正、负电极板61,62交替分布排列而形成，所述正、负电极板61,62垂直于等离子体发生电极表面设置，使得直流偏置电场的方向与烟气流通方向垂直；有利于带电粒子的吸附。

进一步地，所述烟气净化系统还包括储液槽，所述储液槽包括变频泵、输入管道和输出管道，所述输入管道连通所述气液分离器2的底部液体出口；所述输出管道连通所述预洗涤器1，通过所述变频泵的控制将所述储液槽中的液体由所述输出管道输送至所述预洗涤器1。

进一步地，所述正、负电极板61,62上均设置由振动装置，所述振动装置用于将颗粒物从所述正、负电极板上抖落。

进一步地，所述烟气净化系统还包括与所述施加直流偏置电场的装置6的烟气出口连通的吸收塔7，所述吸收塔7用水作为循环吸收液，用于吸收烟气中残留的酸性气体与氧化态hg，以及氨气。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。