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1、全 国 电 力 行 业 脱 硫 脱 硝 技 术 协 作 网 暨 技 术 研 讨 会 论 文 集 脉冲电晕放电烟气脱硫脱硝的技术研究 华北电力大学环境科学与工程学院 刘靖 张天敏 摘要：摘要： 本文介绍了脉冲电晕等离子体法(PPCP)烟气脱硫脱硝技术反应机理，并概述了国内外在这方面的研究情况，并指出该技术目前的工艺现状和存在的难点。 1、前言 脉冲电晕法是80年代日本学者Masuda2在研究电子束法过程中提出来的，属干法脱硫。该技术利用高压脉冲电源产生的高能电子激活燃煤烟气中的二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOX)，加入氨作为反应剂，生成硫酸铵(NH4)2SO4)和硝酸铵(NH4NO3)肥料。该
2、技术成本较低，无二次污染，可同时脱硫脱硝，形成的副产物可回收利用，有较好的应用前景。 2、国内外研究状况 1987年12月至1989年11月， 欧共体资助意大利国家电气委员会在Marghera电厂利用脉冲电晕放电进行了烟气量1000m3h的工业中试，脱除效率SO2为80，NOx为5060。1990年7月至1993年的6月，欧共体又继续追加投资，将其发展到了10000m3h的中试3。Dinell G等指出脉冲电晕放电脱除SO2主要靠热反应起作用，电晕放1全 国 电 力 行 业 脱 硫 脱 硝 技 术 协 作 网 暨 技 术 研 讨 会 论 文 集 电过程能增强SO2脱除效果4。 而国内的学者也作
3、了这方面大量的研究56，特别是在四川绵阳某热电厂自行设计和建造了我国第一套脉冲电晕等离子烟气脱硫脱硝中试装置， 烟气处理量1200020000m3h， SO2脱除率超过了857，进一步证明了脉冲电晕等离子法在脱硫脱氮方面的优越性和实际应用性。 3、脉冲电晕脱硫脱硝机理 脉冲电晕放电同时脱硫脱硝技术是利用高压电源与电源负载电晕电极系统(电晕反应器)组合产生电晕等离子体，通过一系列的复杂反应使S02和NOx从烟气中脱除。它可分为三个阶段8： 烟气进入脉冲电晕极组成的强电场中，烟气中的O 、H O等分子被裂解产生大量的氧化性粒子(如O、O3、OH基和HO2基等)。 O2+e* 2O+e H2O+e*
4、 H+OH+e O2 + O O3 H+ O2 HO2 其中：e*为高能电子；e为一般电子。 活性粒子与SO2、NOX分子，经过一系列复杂的化学反应被氧化生成SO3、NO2，并很快与烟气中的水反应生成相应的酸。 SO2+OSO3 SO3+H2OH2SO4 SO2+OHHSO3- HSO3-+OHH2SO4NO+ONO2 NO2+OHHNO3 NO+O3NO2+O2 NO+HO2HNO3在添加NH3的条件下，生成终产品铵盐，并由电除尘器或布袋2全 国 电 力 行 业 脱 硫 脱 硝 技 术 协 作 网 暨 技 术 研 讨 会 论 文 集 除尘器收集，由此来达到脱除烟气中SO2和NOx的目的。 2
5、NH3+H2SO4 (NH4)2SO4 NH3+HNO3NH4NO3 4、工艺研究现状 4.1 烟气成分 OH自由基对脱硫反应贡献最大,而决定OH自由基数量的主要因素为烟气含水量,但烟气含水量过大，易造成电场被击穿，而脱硫效率降低。有的指出当水分含量低于8时，脱除率随水分增加而增大：当水分含量在10左右时，脱除率达到最大；当水分含量到15时，脱除率呈下降趋势9。 如果烟气中存在着大量的CO2也可使脱硫脱硝效率下降，主要原因是高能电子与它碰撞的机率要大很多，而且CO2也捕获大量高能电子，使用于氧化SO2、NOX的高能电子数目大大减少。 4.2 烟气温度 脉冲放电等离子体烟气脱硫反应过程中,温度对
6、脱硫效率和能耗都有较大影响。温度高于80时,温度越高,要提高脱硫效率越困难,这是因为:一方面,温度越高,气体分子动能增大,热运动加剧；另一方面,(NH4)2SO3熔点55,70左右,(NH4)2SO3较易分解10。实验表明，在相同的脉冲峰压下，脱除效率和输入功率随烟气温度升高而增大，但相同输入功率下，脱除效率随烟气温度升高而降低。温度升高使击穿电压降低，能耗迅速增大，综合考虑脱除率和能耗，通常可选65100。 4.3氨添加剂 3全 国 电 力 行 业 脱 硫 脱 硝 技 术 协 作 网 暨 技 术 研 讨 会 论 文 集 氨不仅可以本身可以脱硫， 而且还能促进氧化物与铵盐之间的转化。加上脉冲电
7、晕能促进SO2、NO向SO3、NO2转化，加氨后的生成物(NH4)2SO4的热稳定性高， 可作为化肥使用。 Dinelli11进行了1000m3h的脉冲放电脱硫实验，当注入NH3，注入能量为1214whNm3时，获得了80的脱硫率。 4.4 脉冲条件的影响 脉冲峰值对等离子体的裂解和电离有很大的影响， 实验得出在烟温相同的条件下，SO2、NOX去除率随脉冲电压峰值的增加而增大。因为脉冲峰压的增大会使活性基团的数目增加， 氧化反应进行的更强烈。 脉冲宽度大的波形的脉冲电晕脱硫脱硝效果好于脉宽小的波形，但能耗会增大；脉宽小的波形可以使峰压加得较高而不发生击穿现象。所以脉宽的选择应对脱除量和能耗做经
8、济比较。 随着频率增太，输入功率几乎呈线性增大，但脱除量并非线性增大，而呈饱和趋势，说明仅有一部分能量为气体所吸收。所以应同时考虑脱除效率和能耗，一般最优频率范围在300600Hz12。 4.5 电极结构 电极形状对脱除效率和能量利用率有重要影响， 实践证明在一定的输入功率下，电晕放电最强烈能使更多的烟气分子处于受激状态，并且不易发生频繁击穿的电极最适合。 目前线筒电极因电晕激活的空间更大、更均匀而较适合脉冲电晕脱硫脱氮的应用。 5、结语 4全 国 电 力 行 业 脱 硫 脱 硝 技 术 协 作 网 暨 技 术 研 讨 会 论 文 集 脉冲电晕法脱硫脱氮优点显著， 具有很大的潜在经济、 社会效
9、益。但该法应用于工业还有待于进一步深入的研究。例如：机理还存在不一致的观点、脱硫脱硝和除尘结合的实现方式、产物的回收利用、能耗和烟气脱除率的优化等。 参考文献：参考文献： 1 徐旭常中国燃煤NOX、SO2污染防治及生态优化.第七届全国大气环境学术 论文集，19981L57l一577. 2 S.Masuda，et al.Pulse induced plasma chemical process：a horizon of new chemical technologiesJ.Pure&Appl Chem.1988,60:727731. 3 Dinell G，et a1.Industia1 expe
10、riment 0n pluse corona simultaneous removal of SO2 and NOX from flue gasJIEEE Trans on Ind,26(3):535541. 4 Dinell G,et al.Pluse power electrostatic technologies for the control of flue gas emissionJ.J Electrostatics,1990,25(1):2340. 5 李谦，宁成等脉冲供能集烟气除尘和脱硫脱硝为一体的机理J.环境保护科 学，l99521（1)：1116. 6 戚栋,李春荣等.用高压
11、脉冲电晕技术脱硫脱硝的研究进展J高电压技 术2003，29(12)：3234. 7 赵君科，王保健等脉冲电晕等离子体烟气脱硫脱硝中试装置J环境工 程.2001，19(6)：4345. 8 王银生， 季学李等 脉冲电晕等离子体脱硫脱氮与除尘技术J.上海环境科学， 2000，19（1）：1719. 9 赵君科，王保健等脉冲电晕等离子体烟气脱硫工业试验研究J.中国工程科 学，2002，4（2）：7478. 10 陈伟华，任先文等.脉冲放电等离子体烟气脱硫脱硝工业试验J.能源环境保 护，2006，20（1）：1722. 11 Ohkubo T，Kanazawa IEEE TransIndAppl，1994，30：856 12 李谦，李胜利等脉冲电晕排烟脱硫应用的技术关键J.高电压技术，1995， 21（2）：2730. 13 李谦，李劲等. 脉冲电晕等离子体脱硫反应条件的优化J.环境科学与技术， 1995，70（3）：1317. 作者 刘靖 1982.6 出生 女 华北电力大学环境科学与工程学院在读研究生 5
