等离子体荷电干式喷钙烟气脱硫技术研究

摘要

大气中的SO2气体及其形成的酸沉降，是当今人类面临的重大环境问题之一。我国的能源结构以煤炭为主，燃煤型的SO2污染已成为我国大气污染的主要特征。因此，治理SO2大气污染已迫在眉捷，势在必行。探求技术上先进、经济上合理的脱硫技术是现阶段环保领域广泛关注的焦点之一。本文在传统的荷电干式脱硫剂喷射脱硫系统（CDSI）基础上，提出采用强电离放电产生等离子体形成高浓度强氧化游离基，来活化Ca（OH）2脱硫剂颗粒的方法，进行烟气脱硫。 传统的荷电干式脱硫剂喷射脱硫系统（CDSI）主要采用高压直流电晕放电的方法，使脱硫剂表面荷电来提高其活性。在高压直流电晕放电电场中，电子的平均能量较低，仅为1．5eV左右。而在采用强电离气体放电后产生的非平衡等离子体中，电子的平均能量高达13eV。高能电子能将烟气中的H2O、O2等分子激活、裂解，产生大量活性粒子，把HO—H及O—O键打开，使之成为自由基或活化粒子，这些自由基或活化粒子与高能电子一起处理脱硫剂，可大大提高脱硫剂的活性，从而一方面提高了烟气的脱硫效率，另一方面又提高了脱硫剂的利用率，降低了Ca/S比，可使运行成本降低10％—20％， 本文主要研究了介质阻挡强电离放电的形成方法，等离子体对脱硫剂的活化原理以及脱除SO2的反应机理，设计了一套烟气处理量为100m3/h模拟烟气脱硫实验系统。并对脱硫过程中的影响因素如：含水量、Ca/S比值、脱硫剂粒度、烟气停留时间（或烟气管道长度）、施加在等离子体反应器放电极上的电压、能耗等进行了实验研究。 实验结果表明，在等离子体荷电干式喷钙脱硫过程中，Ca/S比值的增加、脱硫剂粒度的减小、外加激励电压的加大、放电功率以及H2O的增加、停留时间的延长，这些都有利于SO2的脱除。当烟气中SO2的原始浓度大约控制在2250×10—6（v/v）左右，气体中含氧量为21％（v/v），含水量为1．8％（v/v），Ca/S比值为1．48，烟气停留时间为2．4S；施加在等离子体发生器放电极上的电压为3．4kV，频率为10kHz，在烟气流量为100m3/h的条件下，SO2脱除率达到82．5％。在适当的条件下，SO2脱除率更高达98．9％。 此外，通过实验证明了采用强电离放电产生的非平衡等离子体处理Ca（OH）2脱硫剂，使其活性得到了很大提高。降低了同SO2完全反应所需的滞留时间，一般在2秒左右即可完成慢硫化反应，从而有效地提高了SO2的脱除率。与传统的荷电干式脱硫剂喷射脱硫系统（CDSI）相比较，SO2的脱除率提高了10％～20％以上。而且能耗很低，每处理1m3烟气仅消耗0．129Wh电能。此种方法有望成为治理酸雨灾害的一项有效的新方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪言

1.1课题的重要性、目的和意义

1.2等离子体烟气脱硫技术的发展趋势

1.3本课题的主要研究内容

第二章等离子体荷电干式喷钙脱硫的理论基础

2.1非平衡等离子体的产生方法

2.1.1直流电晕放电法

2.1.2脉冲放电法

2.1.3介质阻挡放电法

2.1.4强电场电离放电法

2.2几种放电形式的比较

2.3等离子体荷电干式喷钙脱硫的基本理论

2.3.1粒子的荷电及其运动

2.3.2带电粒子间的相互作用

2.3.3等离子体对脱硫剂粒子活性的影响

2.3.4等离子体荷电干式喷钙脱硫机理

第三章等离子体荷电干式喷钙脱硫系统的设计

3.1等离子体荷电喷钙脱硫系统的组成

3.2喷射供料单元的设计

3.2.1喷射供料器的设计

3.2.2空压机的选择

3.3等离子体发生器的设计

3.3.1电介质材料的选择

3.3.2放电室的结构设计

3.4电除尘器的设计

3.4.1选择电除尘器的依据

3.4.2电除尘器的工作原理

3.4.3电除尘器设计

3.5脱硫烟气管路的选择

3.6系统压力损失的计算

3.7鼓风机、电机的选型

第四章等离子体荷电干式喷钙脱硫实验研究

4.1实验系统

4.2实验结果与讨论

4.2.1烟气含水量对脱硫效率的影响

4.2.2 Ca/S比值对脱硫效率的影响

4.2.3脱硫剂粒度对脱硫效率的影响

4.2.4烟气停留时间(或烟气管道长度)对脱硫效率影响

4.2.5等离子体放电电压对脱硫效率的影响

4.2.6能耗实验

4.2.7粉尘收集实验

4.3小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2今后工作展望

致谢

参考文献