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1、2 0 0 4 中国国际腑脱南技术与设备晨冀会技术研讨会2 0 0 4C h i n aI n t e r n a t l o u a ld e S O xd e N O xE x h i b i t i o n & C o n f e r e n c e利用非平衡态等离子体技术同时消除多种污染物的研究张强许世森国电热工研究院发电新技术中心，陕西西安，7 1 0 0 3 2l 叠：论述翻用咏 中放电等离子体技术溥除燃烧烟气中s 0 2 、N O x 、P M 2 “ H g 的舔理及I艺特点并s 其它联合消除方法进行比较指出发展等离子体恳时消除s o nN O x 、P M 2 ”H g 技术
2、是一项有前途的多静污染物筏翻技术。关l ：等离子薅污染物1 引言由于真实烟气中含有二氧化硫( s 0 2 ) 、氮氧化物( N O x ) 、颗粒物及痕量元素等污染物，为使等离子法能在实际工程中使用，从上世纪8 0 年代起即开始了等离子体烟气脱硫、脱硝及除尘一体化技术的可行性研究。1 9 8 5 年，O h t s u k a 首先对s 0 2 和N O x 在脉冲放电场中同时脱除进行了专门的研究，结果 表明反应器中的O 、O H 、H 0 2 等自由基可同时将$ 0 2 和N O x 氧化成S 0 3 和N 0 2 或( N 2 0 5 ) ，当体系中有碱性物质存在时，发生异相反应生成液体或
3、固体盐而被除去。而M u s u d a 等人发现脉冲电晕放电不仅可使飞灰粒子的荷质比提高2 3 倍，同时又抑制反电晕的产生，因此，可达到较高的除尘效率。这就在理论上证明了开发等离子体烟气脱硫、脱硝、除尘一体化装置是可行的。2 清除机理与工艺通过脉冲放电，产生了大量的高能电子( e ) 、活性离子0 、O H 等。该方法对污染物的处理过程分成3 步：第一步是通过脉冲放电产生的活性离子对污染物进行进一步的氧化，形成更 高价态的氧化物，即N O 被氧化成N 0 2 或H N 0 2 ,S 0 2 被氧化成S 0 3 ，少量被氧化成H 2 S 0 4 ；H g 被氧化成H g O 。为提高清除效率，
4、第二步用氨( N H 3 ) 吸收没有氧化的S 0 2 及N O 。第三 步经过一个静电湿法洗涤阶段，将上述产生的酸性气体、颗粒物及H g O 洗涤干净。最后，将排出的洗涤液经回收处理后排放。2 1 多种污染物的氧化脉冲放电产生了大量的高能电子，这些电子和烟气中的0 2 、H 2 0 等反应生成了活性离子 O 、O H 等。 0 2 + e o + o + e ( 1 )H 2 0 + e O H + H + e 。( 2 ) H 2 0 + O 一2 0 H( 3 )在烟气中这些自由离子氧化污染物N O x 、s 0 2 和H g ，使它们分别成为N 0 2 、H N 0 3 、H 2 S
5、0 4及H g O 等形式，反应方程式为：S 0 2 + O H H S 0 3( 4 )H S 0 3 + 0 2 一H 0 2 + s 0 3( 5 )S 0 3 + a 2 0 一H 2 S 0 4( 6 ) N O + H 0 2 ，N 0 2 + O H( 7 )2 6 52 0 0 4 中豫腮脱硝技术与设鲁J 鼍会技术研讨会 2 0 咐C h i n aI n t e r n a t i o n a ld e S O xd e N O xE x h i b i t i o n & C o n f e r e n c eO + N O N 0 2 O H + N 0 2 一H N 0
6、 3 O + H g H g O以上反应可在6 5 1 7 0 “ C 范围内进行。2 2 氯吸收( 8 )( 9 )( 1 0 )为进一步提高清除N O x 、s 0 2 效率，用氨吸收在上述反应器中没有氧化的N O 、S 0 2 。吸 收后形成的硫酸铵及硝盐都是很好的化肥副产品。化学反应过程如下所示，即氨在水溶液中先形成氨离子，然后再和S 0 2 反应形成H S 0 3 、H S 0 3 。、s 0 3 玉和H 3 0 + 离子。 N H 3 + H 2 0 N H 4 + + O H 。( 1 1 ) S 0 2 + H 2 0 一H 2 S 0 3( 1 2 )H 2 S 0 3 +
7、H 2 0 H S 0 3 。+ H 3 0 t( 1 3 )H S 0 3 + H 2 0 一S 0 3 。+ H 3 0( 1 4 )O H - 离子和H 3 0 + 离子反应维持中性p H 值： O H - + H 3 0 + 一H 2 0( 1 5 )综合化学反应( 1 1 ) ( 1 4 ) ，总体S 0 2 清除反应为：N H 3 + H 2 0 + S 0 2 2 N H 4 + + S 0 3 ( 1 6 ) 式( 1 6 ) 中产生的S 0 3 2 。和N 0 2 反应，还原N 0 2 成N 2 ，S 0 3 2 氧化成s o ? ，如下式：2 S 0 3 + + N 0 2
8、 。S 0 4 “ + 0 5 N 2( 1 7 )为提高吸收效果，保证足够的S 0 3 二浓度，通过添加适量氨来控制溶液的p H 值。2 3 湿法洗涤湿法洗涤主要用于洗涤烟气中的H g O 、细微颗粒物及氨吸收过程产生的副产品。细微颗粒物总是以气体或气溶胶的形式悬浮于废气中。颗粒大小一般有3 个范围：一是直径大于1 0l lm ；二是直径大于2 5um 而小于或等于1 0um ；三是超细颗粒，直径小于或等于2 5I Im 。其中，超细颗粒对人体危害最大。目前常用的除尘设备一般分成机械式除尘和静电除尘2 类。机械式除尘一般只适用于一级除尘，能沉降的除尘颗粒要求较大，一般要在1 0l lm 以上
9、。传统的干式经典除尘器( E S P ) 的收尘效率有一个限度，特别是对于P M 2 5 级的超细粉尘，传统干法E S P 根本无法收集。而采用脉冲放电等离子体技术就可有效地脱除这些颗粒物。其处理机理是：通过非均匀放电，形成非平衡态等离子体，产生的电子和离子在梯度场的作用下和烟气中的颗粒物相互碰撞并附着在这些粒子上，成为荷电粒子，经定向运动，进而被集尘板收集。处理过程表现为如下3 个阶段：第1 阶段：，e + M M第2 阶段：M + s P ( 固体颗粒) 一( S P M ) 第3 阶段：( S P M ) 一一S P M ( 沉积在集尘板上)2 4 酎产品的回收在这种处理过程中产生的硫酸
10、铵及硝盐可制成肥料商业出售。在废液回收过程中，灰和不溶性的金属化合物可通过过滤清除。废液通过泵输送到活性炭吸收床吸收汞，吸附剂吸附汞污染物达到饱和后，采用加热法，使温度升到3 0 0 “ C 进行再生，纯汞加以回收。3 讨论随着烟气净化技术的发展，世界各国都开展了同时脱除燃烧污染物技术的研究，目的是开发具有脱除效率高且费用低的新的联合脱除技术。目前大多数工艺处在开发阶段，尚未得到商狮中国际脱麓脱南技术与设备晨量会技术研讨会2 0 0 4C h i n aI n t e r n a t i o n a ld e S O xd e N O xE x l n b i d o n & C o n f
11、e r e n c e业化应用。在同时脱硫脱硝方面，工业化的S 0 2 N O x 联合脱除工艺是采用高性能石灰石灰石 烟气脱硫系统( F ( 渺) 来脱除S 0 2 和用S C R 工艺脱除N O x 。该联合工艺可达到脱除9 0 以上的s 0 2 和8 0 以上的N O x 。石灰，石灰石烟气F G D 属湿式工艺，S C R 工艺属干式工艺。F G D和S C R 采用不同技术各自独立工作，且己在日本、德国、瑞典、丹麦等国家被工业应用，但暴露出来的主要问题是S 0 2 在S C R 反应器中氧化，即在烟气中有0 0 2 2 的S 0 2 氧化成s 0 3 ，而S 0 3 与游离C a O
12、 和氨反应生成C a S 0 4 和铵盐引起催化剂表面结垢，降低了S C R 脱硝率，同时会增加空气预热器和气，气换热器中的堵塞和腐蚀。因此，新的联合脱除工艺都是以寻求比F G D 和S C R 工艺分开治理有更高的经济效益为目标。至今，还是很少有这样的装置在大规模应用。然而，联合脱除工艺仍在较快地发展。典型的工艺有干法和湿法：干法工艺有固相吸收和再生法、气固催化工艺、辐射法、碱性喷雾干燥法等；湿法工艺有氧化，吸收法、铁的螯合物吸收法等。近年来，具有处理彻底、无二次污染、费用低，并能同时处理多种燃烧污染物的等离子体脱除技术得到了较快发展。同其它与之相竞争的方法相比，工业等离子体提供了更有利的处理方法，能在不需大量原料的情况下达到高效清除污染物的目的。国电热工研究院张强领导的课题组，有效地将脉冲等离子体和催化转化技术有机结合起来，形成了独特的研究方法和技术路线，愿与国内其它机构合作，联合开发，将这项技术尽快应用到实际工程中去。参考文献 1 】张强燃烧烟气中的氮氧化物( N O x ) 在非平衡态等离子体中分解与转化的试验研究【R 】博士后研究报告，2 0 0 1【2 】赵化侨等离子体化学与工艺D 咽合肥，中国科技大学出版社，1 9 9 3
