[发明专利]利用低温等离子体净化湿法脱硫气雾中氮氧化物和雾粒的方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种净化湿法脱硫气雾中氮氧化物和雾粒的方法与装置，属于环境保护技术领域。更具体地说，涉及一种利用低温等离子体的氧化、运动粒子诱导气流定向运动以及雾粒和电极液膜的吸收作用，净化湿法脱硫气雾中氮氧化物和雾粒的方法与装置。

背景技术

众所周知，煤炭约占我国一次能源消费的70％，燃煤烟气SO₂和NO_x(x＝1,2)是造成大气污染严重的主要原因。为了控制燃煤污染，我国先针对火电锅炉，随后延伸到工业锅炉和窑炉，开展了烟气脱硫脱硝工作。主流技术是选择性催化还原(SCR)脱硝后，再采用湿法脱硫(WFGD)。其优势是脱硫脱硝效率高，技术成熟，运行可靠。然而，脱硝系统复杂、催化剂易失活且用到管理难度大的危险化学品-液氨或氨类化合物，因而投资和运行费用皆较高。另一方面，湿法脱硫尽管具有运行稳定，投资和运行费用适中的优势，但湿法脱硫后排放的气体或多或少携带酸雾或石膏浆液，而形成酸雨和“石膏雨”现象，引起大气污染和设备腐蚀。同时，湿法脱硫烟气排放后形成的气溶胶，进入大气后形成雾霾，也是近年来频发的雾霾天气的成因之一。常见的湿法脱硫脱硝参见参考文献：钟秦，燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例：第二版(M).北京：化学工业出版社，2007:24‐166.

为了解决湿法烟气脱硫气雾引发的问题，通常采用机械除雾配合气‐气换热升温(GGH)的方法。然而，这种除雾方式效率并不可靠，酸雾和石膏雨之类大气污染问题依然存在，而且GGH换热器故障频出。正是在这种背景下，温式静电除雾技术应运而生，湿式静电除雾是借助高压放电使雾粒荷电，并在电场力作用下定向运动，最终从气流中分离出来。这一除雾方式可以从根本上解决湿法烟气脱硫排出气雾的问题，而且通过设置静电除雾系统，有望取消GGH这一建设费用和运行故障率皆偏高的湿法烟气脱硫配套单元，降低对于吸收塔机械除雾的要求。

湿式脱硫气雾环境中含有大量雾粒，电极表面附着有液膜，提供了气液接触吸收脱除气雾所含气态污染物的环境。然而，各类燃烧过程产生的氮氧化物NO_x主要为NO，由于NO的亲水性差，为了借助湿式吸收方法脱除NO_x，需要将NO氧化为亲水性强的NO₂。而传统的湿式静电除雾技术基于负高压放电产生高能电子，主要目的是分离雾粒，这种放电方式产生的高能电子化学效应弱，并不能高效氧化NO，因而脱硝效率并不高。因此，为了实现除雾的同时，高效脱除NO_x之目的，需要采用新的技术方法。本发明正是在这样的背景下提出的。

发明内容

本发明提供了一种利用低温等离子体净化湿法脱硫气雾所含氮氧化物，并同步脱除湿法脱硫气雾所含雾粒的方法与装置。这意味着在解决湿法脱硫后气雾携带酸雾或石膏浆液的同时高效脱除NOx(x＝1,2)，在投资和运行费用较低的情况下，实现多种污染物的脱除。

本发明提供的利用低温等离子体净化湿法脱硫气雾中氮氧化物和雾粒的方法通过以下方案实现：从湿法脱硫塔排出的气雾进入低温等离子体反应器内，利用高压电源进行正高压放电产生化学活性强的低温等离子体(包括电子、离子、活性基团和激发态分子)，这类低温等离子体具有强氧化活性，将气雾所含NO高效氧化为亲水性强的NO₂。另一方面，气雾所含雾粒在低温等离子体场荷电，并在高压电场力作用下定向运动至电极表面，接触电极液膜从而从气雾中分离出来。同时在高压电场力作用下，低温等离子体和荷电雾粒定向运行会诱导气流(此时的气流为包含了雾粒和低温等离子体的气雾)形成小涡流，不断冲击电极表面上的电极液膜。正是在气流的定向运动和冲击电极液膜的过程中，气流中的二氧化氮(包括自身携带的二氧化氮和氧化生成的NO₂)不断接触雾粒和电极液膜，继而被其吸收脱除。实际上，借助低温等离子体的氧化作用和高压电场力作用下的气流和荷电粒子定向运动，也可脱除气雾中的气态汞、三氧化硫溶胶和烟尘等污染物。因此本发明解决了湿法脱硫气雾中多污染物的同时脱除问题，即在一个低温等离子体反应器内，实现多种污染物的同时脱除，从而大大降低烟气处理的投资和运行费用。