一种基于低温等离子体的脱硫脱硝装置及其脱硫脱硝方法

1.本发明涉及尾气脱硫脱硝技术领域，具体涉及一种基于低温等离 子体的脱硫脱硝装置及其脱硫脱硝方法。


背景技术：

2.大气污染的主要来源是生活和尾气排放，主要污染物是颗粒物和 so2。
3.柴油机中的燃油经过高温燃烧后，会产生氮氧化物(nox)、硫氧 化物(sox)，造成占整个大气污染源的5％～10％的污染。因此，设 计一款柴油机尾气一体化处理的脱硫脱硝装置有利于解决现目前大 气污染问题。
4.同时，现目前的尾气处理主流方法是分别针对nox和sox的选择 性催化还原(scr)法和湿法洗涤，但均存在不能高效脱硫脱硝的问 题。除此之外，尾气处理也存在如还原催化转化、氧化催化转化和微 粒捕集等方法，但其催化剂价格昂贵、活性低和条件苛刻等不足。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于等 离子体处理柴油机尾气实现高效脱硫脱硝的尾气处理装置，将传统的 分步脱硫脱硝扩展到利用臭氧和气态水同步氧化so2和no，使得氧化 时间缩短；其后，又结合增设文丘里结构式的洗涤塔实现高效尾气洗 涤，其工艺稳定可靠，操作简单。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种基于低温等离子体的脱硫脱硝装置，包括增湿降温装置、等 离子氧化装置及文丘里洗涤装置，所述增湿降温装置与等离子氧化装 置之间通过尾气运输管道相连，所述等离子氧化装置与文丘里洗涤装 置之间通过尾气运输管道相连；通过增湿降温装置对柴油机尾气进行 增湿降温处理并且增加氧气量；通过等离子氧化装置对尾气的净化处 理；通过文丘里洗涤装置实现尾气的的脱硫脱硝；所述增湿降温装置 包括水箱、水泵、增湿降温管道及氧化风机，所述增湿降温管道底部 设有柴油机尾气入口，顶部设有柴油机尾气出口，所述增湿降温管道 一侧设有入水口，另一端设有进气口；所述水泵将水箱中的水从入水 口喷入增湿降温管道中，所述氧化风机将空气从进气口补入增湿降温 管道中；所述等离子氧化装置包括等离子体反应器及与等离子体反应 器电路连接的脉冲高频电源；所述的一种基于低温等离子体的脱硫脱 硝装置，其特征在于，所述文丘里洗涤装置包括文丘里洗涤器、外壳、 气相接口、液相接口、尾气出口及洗涤水出水口，所述文丘里洗涤器 固定设置在外壳中部，所述气相接口及液相接口分别设置在外壳侧 面，所述尾气出口设置在外壳顶部，所述洗涤水出口设置在外壳底部。
8.所述的一种基于低温等离子体的脱硫脱硝装置，其特征在于，所 述等离子体反应器包括壳体、放电极及接地极，所述壳体侧部设有尾 气入口，顶部设有尾气出口；所述放电极通过高压绝缘瓷套挂于壳体 内，并通过放电极接口线与脉冲高频电源相连，所述接地极
固定在壳 体上，并与放电极进行绝缘，所述接地极通过接地接口线与脉冲高频 电源相连。
9.所述的一种基于低温等离子体的脱硫脱硝装置，其特征在于，所 述文丘里洗涤器顶部设有洗涤水入口，所述洗涤水入口处安装喷嘴， 并正对文丘里洗涤器的文丘里喉管轴线；所述文丘里喉管侧部有气道 进口，与文丘里喉管轴线成90
°
夹角，所述文丘里喉管下端设有洗 涤水出口和气道出口。
10.所述的一种基于低温等离子体的脱硫脱硝装置，其特征在于，所 述外壳内在位于文丘里洗涤器下方位置设有过滤器。
11.一种基于低温等离子体的脱硫脱硝装置的脱硫脱硝方法，包括如 下步骤：
12.1)对尾气进行降温增湿并且增加氧气量：
13.首先尾气从柴油机尾气入口进入增湿降温管道，水泵工作，使得 水箱1里面的水被喷入增湿降温管道4中，高温尾气与少量的水接触 换热以后，水变成气态水；
14.在尾气经过增湿降温以后，在增湿降温管道的上半区，通过氧化 风机工作向增湿降温管道中吹入空气，完成尾气的补气工作，即增加 氧气的含量；
15.2)等离子体反应器处理尾气：
16.将经过增湿降温和补气后的尾气从尾气入口进入等离子体反应 器，脉冲高频电源通过放电极接口线向等离子反应器中的放电极输送 脉冲高压电，使得产生交变高压电场，电场中存在大量的高能电子， 与尾气中的h2o、o2、n2等分子发生如下反应：
17.e+n2→
e+n+n
18.e+o2→
e+o+o
19.e+h2o
→
e+h+oh
20.产生大量的n、o、oh自由基，同时产生的自由基与尾气中的氧气发 生反应产生臭氧o3，反应如下：
21.·
o+o2→
o322.然后其大量的自由基构成的氧化性极强活性粒子和臭氧与尾气 中so2和no氧化为硫酸和硝酸，从而实现对尾气的净化；反应如下：
23.no+
·
o
→
no224.no+2oh
→
no2+h2o
25.3no+o3→
3no226.4no2+o2+2h2o
→
4hno327.so2+
·
o+n2→
so3+n228.so3+h2o
→
h2so429.净化后的尾气带有溶于水蒸气的硫酸和硝酸从尾气出口离开等 离子体反应器7；
30.3)文丘里洗涤装置处理尾气中的硫酸和硝酸：
31.经过等离子装置处理过后的尾气从气道进口93进入文丘里洗涤 器，洗涤水从洗涤水入口通过喷嘴正对文丘里喉管轴线向下喷入，与 尾气成直角，这样可以充分的使得洗涤水与尾气混合，起到更好的洗 涤效果，尾气中的硫酸和硝酸溶于洗涤水，脱离尾气；尾气和洗涤水 的混合物经过文丘里喉管一路向下，离开后，尾气自由向上从尾气出 口最终排出，进入空气中，完成尾气的脱硫脱硝；洗涤废液在重力作 用下来到过滤器，过滤掉可能存在的固体杂质，最终从洗涤水出口排 出。
32.本发明的有益效果是：本发明基于气体放电的低温等离子体技 术，能有效降低柴油机尾气污染物排放,并且无无二次污染，且具有 低能耗、大量处理废气、一体化脱硫脱硝的特点。
附图说明
33.图1为本发明尾气脱硫脱硝装置系统图；
34.图2为本发明等离子体反应器装置图；
35.图3为本发明文丘里洗涤器装置图；
36.图中：1、水箱；2、水泵；3、柴油机尾气入口；4、增湿降温管 道；5、氧化风机；6、尾气运输管道；7、等离子体反应器；71、尾 气入口；72、接地极接口线；73、放电极；74、接地极；75、尾气出 口；76、放电极接口线；8、脉冲高频电源；9、文丘里洗涤器；91、 洗涤水入口；92、喷嘴；93、尾气入口；94、文丘里喉管；10、过滤 器；11、壳体；12、洗涤水出口；13、尾气出口。
具体实施方式
37.以下结合说明书附图，对本发明作进一步描述。
38.如图1
‑
3所示，一种基于低温等离子体的脱硫脱硝装置，主要包 括尾气增湿降温装置、等离子体氧化装置及文丘里洗涤装置。
39.增湿降温装置，包括水泵2、水箱1、增湿降温管道4、氧化风 机5。水泵2结合水箱1运转，将水抽取喷入增湿降温管道4中，柴 油机尾气也进入增湿降温管道4中，喷入的水将高温尾气降温，并且 尾气排放的热量直接将水由液态变为气态，可用比热容计算尾气的排 放热量和“焓“求水由液态变为气态所需要吸收的热量；氧化风机连 接在增湿降温管道4中上段，即其入口在增湿降温管道4中上段。氧 化风机5是为尾气补气，因柴油机尾气中氧气含量较低，而等离子体 反应器7中需要较高的氧含量，因此需要对尾气补充空气。
40.等离子氧化装置，其中包括等离子体反应器7以及高频交流电源8。等离子体反应器7包括尾气入口71、尾气出口75、壳体、放电级 73及接地极74。尾气从等离子反应器7下端尾气入口71进，上端尾 气出口75出，放电极73通过高压绝缘瓷套挂于壳体内，本身采用不 锈钢材质，其高频交流电源连接在等离子体反应器的中部；接地极 74固定在反应器壳体上，并与放电极73进行绝缘设计。交变高压电 是由脉冲高频电源8提供，直接连接等离子体反应器7内的放电级 73。在交变高压电场中，电晕中的自由高能离子离解02分子，再经过 碰撞聚合产生03分子，即臭氧，此方法称为电晕放电法；低温等离子 属于物质的第四态，这种状态和液态，固态、气态是不同的。低温等 离子对污染物的降解是通过自由基和高能电子等活性粒子完成的，在 很短的时间内污染物会发生分解，再通过后续反应对污染物进行降 解。
41.文丘里洗涤装置包括文丘里洗涤器9、外壳11、气相接口、液相 接口、尾气出口13及洗涤水出水口12，文丘里洗涤器9固定设置在 外壳中部，气相接口及液相接口分别设置在外壳11侧面，尾气出口 13设置在外壳11顶部，洗涤水出口12设置在外壳11底部；文丘里 洗涤器9顶部设有洗涤水入口91，水管从液相接口穿入外壳11与洗 涤水入口91相连，洗涤水入口91处安装喷嘴92，并正对文丘里洗 涤器9的文丘里喉管94轴线；文丘里喉管94侧部有气道进口93， 气道进口93与气相接口位置相对应，文丘里喉管94轴线成90
°
夹 角，文丘
里喉管94下端设有洗涤水出口和气道出口；外壳11内在位 于文丘里喉管94下方位置设有过滤器10。
42.一种基于低温等离子体的脱硫脱硝装置的脱硫脱硝方法，具体步 骤如下：
43.1)尾气预处理在增湿降温区：
44.首先尾气从柴油机尾气入口3进入增湿降温管道4，在水泵2工 作使得水箱1里面的水被喷入增湿降温管道4中，高温尾气与少量的 水接触换热以后，水变成气态水。
45.在尾气经过一定增湿降温以后，在增湿降温管道4的上半区，氧 化风机5工作向增湿降温管道4中吹入空气，完成尾气的补气工作， 即增加氧气的含量。
46.2)等离子体反应器处理尾气。
47.将经过增湿降温和补气后的尾气从尾气入口71进入等离子体反 应器7，脉冲高频电源8通过放电极接口线76向等离子反应器7中 的放电极73输送脉冲高压电，使得产生交变高压电场，电场中存在 大量的高能电子，与尾气中的h2o、o2、n2等分子发生如下反应：
48.e+n2→
e+n+n
49.e+o2→
e+o+o
50.e+h2o
→
e+h+oh
51.产生大量的n、o、oh等自由基。同时产生的自由基与尾气中的 氧气发生反应产生臭氧o3，反应如下：
52.·
o+o2→
o353.然后其大量的自由基构成的氧化性极强活性粒子和臭氧与尾气 中so2和no氧化为硫酸和硝酸，从而实现对尾气的净化。反应如下：
54.no+
·
o
→
no255.no+2oh
→
no2+h2o
56.3no+o3→
3no257.4no2+o2+2h2o
→
4hno358.so2+
·
o+n2→
so3+n259.so3+h2o
→
h2so460.净化后的尾气带有溶于水蒸气的硫酸和硝酸从尾气出口75离开 等离子体反应器7。
61.3)文丘里洗涤装置塔处理尾气中的硫酸和硝酸，实现尾气的的脱 硫脱硝。
62.经过等离子装置处理过后的尾气从尾气入口93进入文丘里洗涤 器9，洗涤水从洗涤水入口9通过喷嘴92正对文丘里喉管94轴线向 下喷入，与尾气成直角，这样可以充分的使得洗涤水与尾气混合，起 到更好的洗涤效果，尾气中的硫酸和硝酸溶于洗涤水，脱离尾气。 尾气和洗涤水的混合物经过文丘里喉管94一路向下，离开后，尾气 自由向上从尾气出口13最终排出，进入空气中，完成尾气的脱硫脱 硝；洗涤废液在重力作用下来到过滤器10，过滤掉可能存在的固体 杂质，最终从洗涤水出口12排出。