电晕放电与液相氧化脱除燃煤烟气中SO2和NOX的方法

摘要

本发明公开了一种电晕放电与液相氧化联合同时脱除燃煤烟气中SO2和NOX的方法，它是首先将待处理燃煤烟气通入电晕放电反应器人口，经过预氧化喷淋系统处理后进入电晕放电反应器电场中，高压电晕电场放电产生的自由基和活性物质将烟气中部分SO2、NO分别氧化SO3、NO2；通过电场和扩散的共同作用下，SO3与NO2以及未被氧化的SO2、NO迁移进入反应器内喷淋水形电极的液体内，SO2进一步被液相催化氧化为S(VI)，最终形成高价态酸类，NO与NO2被尿素溶液吸收还原，达到净化燃煤烟气的目的。本发明方法可实现煤烟同时脱硫脱硝，投资小，运行经济，具有脱硫脱硝效率高，电晕放电的能量利用率高，溶液循环利用，可回收硫资源，具有广阔的应用前景。

说明书

技术领域

    本发明涉及烟气净化领域的一种电晕放电与液相氧化联合同时脱除燃煤烟气中SO₂和NO_X的方法。

背景技术

随着社会发展和人民生活水平的日益提高，环境问题越来越引起人们的重视。能源、环境是现在人类生存和发展所要解决的紧迫问题。我国是一个以燃煤为主的发展中国家，也是世界上最大的煤炭生产和消费国，并且每年全国的煤炭消费量不断增加，煤炭在能源结构中的比重在很长时间内不会改变。

目前我国的能源消费结构中煤炭占68%，石油占23.45%，天然气仅占3%。到2007年底我国发电装机已达到7.1329亿千瓦，其中2007年新装机已超过1亿千瓦，能源资源条件决定了我国以煤为主的能源消费结构在短期内难以转变，未来煤炭仍将在整个能源过程中发挥不可替代的作用。由此导致污染物排放居高难下：从有关部门的统计来看，全国二氧化硫排放量的90%、氮氧化物的67%都来自于燃煤。除了能源消费过程中的污染物排放外，能源在开采、炼制及供应过程中，也会产生大量有害气体，严重影响着大气环境质量，世界银行根据目前发展趋势预计，2020年中国燃煤污染导致的疾病需付出经济代价达3900亿美元，占国内生产总值的13%，发达国家在工业化中后期出现的污染公害已经在我国普遍出现，它导致贫富分化加剧，社会矛盾激化，酸雨污染严重，因此迫切需要进一步的开发更先进的烟气脱硫脱硝工艺技术。

最近二十年是烟气同时脱硫脱硝技术发展最快的时期，研究开发的新技术达几十种，但其中多数尚处于中间试验或实验室研究阶段。这些技术按脱除机理可分为两大类：联合脱硫脱硝技术和同时脱硫脱硝技术。所谓联合脱硫脱硝技术是指将单独脱硫和脱硝技术进行整合后而形成的一体化技术，如石灰/石灰石—SCR技术、活性炭脱硫脱硝技术等；同时脱硫脱硝技术是指用一种反应剂在一个过程内将烟气中的SO₂和NO_x 同时脱除的技术, 如钙基同时脱硫脱硝、电子束法、电晕放电法等技术。目前应用比较广泛的是采用传统的烟气脱硫技术(FGD)联合选择性催化还原技术(SCR)分别脱除烟气中的SO₂ 和NO_x的联合脱硫脱硝技术。该类技术在脱除机理上与传统的单独脱硫、脱硝相比并没有新的突破，SO₂ 和NO_x 的脱除仍是在两个不同单元中进行。其中SO₂ 的脱除有两类：一是和钙基( 或钠基、海水等) 吸收剂反应脱除，二是将SO₂催化氧化为SO₃后富集再处理(包括液相催化氧化法)；NO_x的脱除通常为SCR 或SNCR 法，吸收剂为氨气。此类技术中的每个脱除单元都已有成熟的技术，便于整合开发，应用较普遍，一般均有较理想的脱硫脱硝效率，但由于采用两套装置分别进行脱硫和脱硝，SCR技术要适用于大型燃煤电场烟气脱硝，催化剂价格昂贵，需定期更换，运行费用高，且存在着催化剂抗硫性与抗水性差、易中毒失活与氨气逃逸等问题，同时占地面积大、流程复杂、投资与运行费用高等缺点，因此具有结构紧凑，低费用，投资和运行成本少、脱除效率高、能耗低等优点的同时脱硫脱硝技术受到越来越多的重视，是今后烟气脱硫脱硝技术重要的发展趋势。

 

发明内容

本发明提供一种电晕放电与液相氧化联合同时脱除燃煤烟气中SO₂和NO_X的方法，可以同时脱除烟气中SO₂和NO_X。

一种电晕放电与液相氧化联合同时脱除燃煤烟气中SO₂和NO_X的方法，其特征在于：首先将待处理燃煤烟气通入电晕放电反应器人口，经过氧化剂预氧化喷淋系统处理后进入由高压电源供电系统产生的在反应器塔体内的电晕放电电场中，高压电晕电场放电产生的自由基和活性物质将烟气中部分SO₂、NO分别氧化SO₃、NO₂，通过电场和扩散的共同作用下，SO₃与NO₂以及未被氧化的SO₂、NO迁移进入反应器内由喷淋水电极形成循环系统形成的喷淋水电极的液体内，喷淋水电极的液体含有催化吸收液，SO₂进一步被催化吸收液催化氧化为S(VI)，最终形成高价态酸类，NO与NO₂被尿素溶液吸收还原，达到净化燃煤烟气的目的；烟气脱硫脱硝反应后产生的废水经中和剂水处理系统处理后可回用循环使用，可从废水中回收硫酸盐与部分硝酸盐。

本发明方法可通过电晕放电反应器来实现，电晕放电反应器的中心设置放电极，再同心设置1-3排环形笼式放电极，放电极之间设置喷淋水形电极环状管道系统，并向其中通入溶液形成水帘作为流水极板；放电极接负脉冲高压，流水极板接正脉冲高压，在放电极与流水极板之间形成强烈的脉冲电晕，此时，烟气中的水蒸气和氧气在放电下被激活，产生O、OH、O₃、OH₂等氧化性自由基，将烟气中的SO₂氧化成易于被水吸收的高价态物质；将部分NO氧化成NO₂。通过电场和扩散的共同作用下，SO₃与NO₂以及未被氧化的SO₂、NO迁移进入反应器内喷淋水形电极的液体内，SO₂进一步被液相催化氧化为S(VI)，最终形成高价态酸类，NO与NO₂被尿素溶液吸收还原，达到净化燃煤烟气的目的；反应的吸收液经水处理系统处理后可循环使用。本发明方法实现了SO₂和NO_X的同时脱除，具有脱除效率高，不产生二次污染等特点，具有广阔的工业应用前景。

所述的电晕放电反应器主要由反应器塔体、喷淋水形电极环状管道系统、放电极、烟气脱水器组成。反应器塔体由不锈钢或钢筋混泥土制成，塔体内径2000-3000mm，塔体长7000-8000mm；喷淋水形电极环状管道系统由不锈钢管加工成环形管道，在环形轴线管壁表面的垂直向下方向每隔15mm等距离布置直径为10mm的喷淋孔，环形管道数量2-3（具体由反应塔内径大小确定），环形管道与循环溶液系统相联接；放电极是圆笼型放电极，是由多根芒刺型放电极等距离构成的，芒刺型放电极采用外径为20-36mm的不锈钢管，其长度与反应器塔体相匹配，芒刺长15mm，间距为50-60mm。烟气脱水器是折流片式脱水器，垂直安装在反应塔出口处。

所述的高压电源供电系统是由高压电源、ESPC-II 型智能控制器组成，额定输出电压为100kV，额定输出电流800mA，控制器可调节输出电压参数与选择脉冲供电方式。

所述的水处理系统是由废水收集中和池、浓缩结晶池、循环液缓冲池组成，废水收集中和池、浓缩结晶池、循环液缓冲池通过管道或溢流沟渠连接，循环液缓冲池回用水的pH值控制在5-6。

所述的中和剂是采用工业用石灰石颗粒或石灰或碱性冲渣水，工业用石灰石颗粒的粒径范围为5mm-20mm。

所述的喷淋水电极形成循环系统是由循环水池、循环水泵组成。循环水泵、循环水池和环形喷水管通过管道连接，循环水池的容量与水泵的规格根据处理烟气量需要选定。

所述的催化吸收液是一种过渡性金属离子Mn²⁺与尿素溶液的混合溶液，Mn²⁺溶液质量百分比浓度为0.3%至0.5%，尿素溶液的质量百分比浓度3%至8%。

所述的预氧化喷淋系统是由氧化剂槽罐、氧化剂水泵、喷嘴组成，氧化剂槽罐、氧化剂水泵、喷嘴通过管道连接，氧化剂槽罐的容量与水泵的规格根据处理烟气量需要选定；喷嘴采用不锈钢螺旋喷嘴，喷水雾方向与烟气流动方向相对，喷水量由烟气中SO₂、NO_X的浓度来确定。

所述的氧化剂是H₂O₂或次氯酸钠，其喷淋溶液的质量百分比浓度为3%至7%。

本发明的优点：

本发明方法充分利用放电烟气脱硫脱硝、液相催化氧化烟气脱硫脱硝、化学氧化脱硫脱硝各自的优势，将三者优势有机结合起来，有别于将电晕放电烟气脱硫脱硝、液相催化氧化、化学氧化烟气脱硫脱硝的简单组合。它通过电场产生的电晕风能够促进SO₂、NO_X的吸收，增加电迁移效果，提高了能量利用率；通过H₂O₂、电晕放电产生的自由基、液相催化氧化吸收剂增强了SO₂、NO_X的氧化作用效果，通过尿素溶液将部分NO_X还原成无害气体。本发明方法使用一体式处理解决了SO₂和NO_X的同时脱除，混合溶液实际操作过程中可循环利用，减少了投资成本，具有结构简单，脱硫脱硝效率高，电晕放电能量利用率高，溶液循环利用，投资运行成本低等特点，具有很大的实用价值和广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的燃煤烟气同时脱硫脱硝系统图。

图示说明：1-反应器塔体，2-喷淋水形电极环状管道系统，3-放电极；4-烟气脱水器，5-高压电源供电系统，6-废水收集中和池，7-浓缩结晶池，8-循环液缓冲池，9-循环水池，10-中和剂， 11-循环水泵，13-氧化剂槽罐，14-氧化剂水泵，15-喷嘴，16-氧化剂。

具体实施方案：

一种电晕放电与液相氧化联合同时脱除燃煤烟气中SO₂和NO_X的方法，其特征在于：首先将待处理燃煤烟气通入电晕放电反应器人口，经过氧化剂16预氧化喷淋系统处理后进入由高压电源供电系统5产生的在反应器塔体内的电晕放电电场中，高压电晕电场放电产生的自由基和活性物质将烟气中部分SO₂、NO分别氧化SO₃、NO₂，通过电场和扩散的共同作用下，SO₃与NO₂以及未被氧化的SO₂、NO迁移进入反应器内由喷淋水电极形成循环系统2形成的喷淋水电极的液体内，喷淋水电极的液体含有催化吸收液，SO₂进一步被催化吸收液12催化氧化为S(VI)，最终形成高价态酸类，NO与NO₂被尿素溶液吸收还原，达到净化燃煤烟气的目的；烟气脱硫脱硝反应后产生的废水经中和剂10水处理系统处理后可回用循环使用，可从废水中回收硫酸盐与部分硝酸盐。

所述的电晕放电反应器主要由反应器塔体1、喷淋水形电极环状管道系统2、放电极3、烟气脱水器4组成，反应器塔体1由不锈钢或钢筋混泥土制成，塔体内径2000-3000mm，塔体长7000-8000mm；喷淋水形电极环状管道系统2由不锈钢管加工成环形管道，在环形轴线管壁表面的垂直向下方向每隔15mm等距离布置直径为10mm的喷淋孔，环形管道数量2-3（具体由反应塔内径大小确定），环形管道与循环溶液系统相联接；放电极3是圆笼型放电极，是由多根芒刺型放电极等距离构成的，芒刺型放电极采用外径为20-36mm的不锈钢管，其长度与反应器塔体相匹配，芒刺长15mm，间距为50-60mm；烟气脱水器4是折流片式脱水器，垂直安装在反应塔出口处。

所述的高压电源供电系统5是由高压电源、ESPC-II 型智能控制器组成，额定输出电压为100kV，额定输出电流800mA，控制器可调节输出电压参数与选择脉冲供电方式。

所述的水处理系统是由废水收集中和池6、浓缩结晶池7、循环液缓冲池8组成，废水收集中和池6、浓缩结晶池7、循环液缓冲池8通过管道或溢流沟渠连接，循环液缓冲池回用水的pH值控制在5-6。

所述的中和剂10是采用工业用石灰石颗粒或石灰或碱性冲渣水，工业用石灰石颗粒的粒径范围为5mm-20mm。

所述的喷淋水电极形成循环系统是由循环水池9、循环水泵11组成，循环水泵11、循环水池9和环形喷水管2通过管道连接，循环水池的容量与水泵的规格根据处理烟气量需要选定。

所述的催化吸收液12是一种过渡性金属离子Mn²⁺与尿素溶液的混合溶液，Mn²⁺溶液质量百分比浓度为0.3%至0.5%，尿素溶液的质量百分比浓度3%至8%。

所述的预氧化喷淋系统是由氧化剂槽罐13、氧化剂水泵14、喷嘴15、氧化剂16组成，氧化剂槽罐13、氧化剂水泵14、喷嘴15通过管道连接，氧化剂槽罐的容量与水泵的规格根据处理烟气量需要选定；喷嘴15采用不锈钢螺旋喷嘴，喷水雾方向与烟气流动方向相对，喷水量由烟气中SO₂、NO_X的浓度来确定。

所述的氧化剂16是H₂O₂或次氯酸钠，其喷淋溶液的质量百分比浓度为3%至7%。

实施例1

某公司自备15吨燃煤沸腾炉，燃煤烟气量45000m³/h，烟气SO₂浓度为2030mg/m³，烟气NO_X浓度为350mg/m³，原采用浓度10%石灰浆水与喷淋塔进行烟气除尘脱硫脱硝，实际运行水气比大，达10L/m³，脱硫效率为85.2%，脱硝效率15.2%。烟气脱硫脱硝系统存在石灰浆堵塞管道、结垢等问题严重影响脱硫系统正常运行，并存在脱硫运行费用高等问题。改造后，保留原有塔体，采用电晕放电与液相氧化联合同时脱硫脱硝工艺，运行水气比为1.6L/m³，Mn²⁺、尿素溶液质量百分比浓度为别为0.5%、3.5%，循环溶液的pH值控制在5-6，氧化剂是H₂O₂，其喷淋溶液的质量百分比浓度为6.5%，适当补充氧化剂与尿素，溶液循环使用。经环保监测部门检测，脱硫效率达到98.0%，脱硝效率达到72.5%，系统运行可靠，脱除效果好，减少了脱硫脱硝运行费用。

实施例2

某公司自备10吨抛煤炉，燃煤烟气量35000m³/h，烟气SO₂浓度为2300mg/m³，烟气NO_X浓度为405mg/m³，原采用浓度15%石灰浆水与喷淋塔进行烟气除尘脱硫脱硝，实际运行水气比大，达12L/m³，脱硫效率为83.2%，脱硝效率16.6%。烟气脱硫脱硝系统存在石灰浆堵塞管道、结垢等问题严重影响脱硫系统正常运行，并存在脱硫运行费用高等问题。改造后，保留原有塔体，采用电晕放电与液相氧化联合同时脱硫脱硝工艺，运行水气比为1.5L/m³，Mn²⁺、尿素溶液质量百分比浓度为别为0.4%、5.5%，循环溶液的pH值控制在5-6，氧化剂是次氯酸钠，其喷淋溶液的质量百分比浓度为3%，适当补充氧化剂与尿素，溶液循环使用。经环保监测部门检测，脱硫效率达到98.5%，脱硝效率达到75.8%，系统运行可靠，脱除效果好，减少了脱硫脱硝运行费用，达到了烟气有关排放标准要求。