專利名稱：一種等離子體煙氣脫硫脫硝裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種等離子體煙氣脫硫脫硝裝置。
背景技術：
在石油煉制、石油化工與煤化工等領域，加熱爐既是生產裝置的耗能大戶，又是 排放煙氣污染物的大戶。煙氣是加熱爐燃料的燃燒產物，主要含有氧化硫(sox)、氧化氮 (N0X)；不完全燃燒時還存在一氧化碳(CO)和煙塵等。要是指so2，要是指NO。 為解決加熱爐煙氣排放的污染問題，目前常采用以下幾種技術措施對加熱爐所用燃料進 行脫硫處理、采用低N0X燃燒技術。還有一種是燃料燃燒后脫硫脫硝，主要指煙氣脫硫脫硝。 存在的問題分別是資金及設備投資較高、技術復雜、需要使用昂貴的催化劑，等等。近年來， 等離子體煙氣脫硫脫硝技術越來越引起人們的重視。與常規的煙氣脫硫脫硝技術相比，等 離子體煙氣脫硫脫硝是一種高效率、低成本的方法，也是國際上公認的最有前途的新一代 脫硫脫硝技術。中國專利CN101422692A公開了一種脈沖電暈等離子體反應及吸附催化脫硫脫硝 方法和裝置。煙氣進入到調質塔，調節后的煙氣進入到等離子體反應器內，同時加入添加 劑氨進行脫硫脫硝，生成硫酸銨和硝酸銨(用作化肥)；硫酸銨和硝酸銨微粒再隨煙氣進入 到物料收集器內被收集。對從物料收集器排出的煙氣進行預熱，然后煙氣進入吸附催化系 統內進行吸附催化脫硫脫硝。由于需要進行吸附催化脫硫脫硝，就使該方法變得比較復雜、 裝置比較龐大，且增加了工業應用的成本。另外還存在余氨問題，即為了提高脫凈率，向等 離子體反應器內注入的氨氣是過量的；沒有反應完的多余氨氣不能被吸附催化系統處理， 會隨煙氣通過煙囪排入大氣，造成二次污染。CN1088390C公開的利用低溫等離子反應器進 行脫硫脫氮(即脫硫脫硝)的工藝，是向等離子體反應器內注入氨氣，與氣溶膠式酸性鹽反 應，轉化生成硫酸銨和硝酸銨，收集在電集塵器中。脫硫脫氮后的煙氣用廢氣排風機排出。 該工藝也存在余氨問題，等離子體反應器內沒有反應完的多余氨氣會隨脫硫脫氮后的煙氣 排入大氣。
發明內容本實用新型的目的是提供一種等離子體煙氣脫硫脫硝裝置，以解決現有等離子體 煙氣脫硫脫硝技術分別存在的方法復雜、裝置龐大、沒有反應完的多余氨氣會隨煙氣排入 大氣從而造成二次污染等問題。為解決上述問題，本實用新型采用的技術方案是一種等離子體煙氣脫硫脫硝裝 置，其特征在于它依次設有煙氣進口通道、煙氣整流器、煙氣輝光放電反應器、冷凝器和煙 氣出口通道，還設有混合反應器和收集箱，煙氣輝光放電反應器內交替地設有垂直平板形 的復合電極和金屬電極，相鄰的復合電極與金屬電極之間形成煙氣反應區，冷凝器內設有 冷凝管，并設有煙氣通道和空氣通道，煙氣通道的入口端和出口端分別與煙氣輝光放電反 應器和煙氣出口通道相連，在冷凝器靠近煙氣通道出口端的底部殼板與混合反應器之間設有冷凝液導管，混合反應器與收集箱之間設有反應產物導管，混合反應器上設有注氨管。采用本實用新型，具有如下的有益效果(1)操作過程中，煙氣進入煙氣輝光放電 反應器，在煙氣反應區內流動。復合電極和金屬電極通電后，兩者之間會產生輝光放電(窄 間隙放電)現象。在輝光放電的作用下，煙氣反應區內的煙氣產生等離子體并發生反應。具 體來說，電子與煙氣中的氧、水蒸汽、S0x、N0x等氣體分子產生頻繁碰撞、打開其化學鍵，使之 生成單原子分子(如氮原子、碳顆粒等)，同時生成強氧化性的 0H、 0H2、 03等自由基。 這些單原子分子和自由基再與煙氣中剩余的S0x、N0x發生反應，最終將S0x、N0x轉變成H2S04 和HN03。脫硫脫硝后的煙氣以再進入冷凝器被冷卻、冷凝。冷卻后的煙氣 為凈化煙氣，排放至大氣。H2SO4和HNO3冷凝成液體，經冷凝液導管流入混合反應器內，與注 入的氨氣進行反應，最終生成硫酸銨和硝酸銨；硫酸銨和硝酸銨最后經反應產物導管進入 收集箱。由本實用新型技術方案及以上的說明可知，本實用新型不必對煙氣進行吸附催化 脫硫脫硝、不設置吸附催化系統。雖然設有冷凝器、混合反應器，但整體來看所用方法比較 簡單，裝置也比較小，工業應用成本較低。(2)本實用新型不是向煙氣輝光放電反應器內注 入氨氣，而是將注氨位置后移，向混合反應器內注入氨氣。排放的煙氣中不含氨氣，混合反 應器內的氨氣不向外排放，避免了現有技術所存在的沒有反應完的多余氨氣隨煙氣排入大 氣從而造成二次污染的問題。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。附圖和具體實 施方式并不限制本實用新型要求保護的范圍。
圖1是本實用新型等離子體煙氣脫硫脫硝裝置的結構示意圖。圖2是圖1中煙氣輝光放電反應器的A-A剖視圖。圖1和圖2中，相同附圖標記表示相同的技術特征。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型的等離子體煙氣脫硫脫硝裝置，依次設有煙氣進口通道1、 煙氣整流器2、煙氣輝光放電反應器3、冷凝器4和煙氣出口通道6，還設有混合反應器8和 收集箱9。煙氣輝光放電反應器3是等離子體煙氣脫硫脫硝裝置的核心，煙氣脫硫脫硝反應 就在這里完成。參見圖2，煙氣輝光放電反應器3內交替地設有垂直平板形的復合電極10 和金屬電極11，相鄰的復合電極10與金屬電極11之間形成煙氣反應區。煙氣輝光放電反 應器3的其它部件還有上電極定位板131、下電極定位座132、殼體14和密封板12，以及高 頻高壓電源16。復合電極10由金屬板和設于金屬板表面(兩個表面)的阻擋介質組成； 阻擋介質的材料一般為石英玻璃或陶瓷等，通常是燒結或黏結于金屬板表面，厚度一般為 1 3. 5毫米。復合電極10中的金屬板以及煙氣輝光放電反應器3內所設金屬電極11的 材料一般為紫銅或黃銅。相鄰的復合電極10與金屬電極11之間的距離一般為2 20毫 米。由于復合電極10和金屬電極11之間的輝光放電是在很狹窄的區域發生，所以復合電 極10采用阻擋介質阻擋放電(又稱為無聲放電)，使輝光放電穩定且大面積化，消除輝光放 電不穩定、容易產生電弧等問題。原因有2個一是放電電流所產生的電荷積累在阻擋介質表面，會形成一反向電場，防止火花放電；二是阻擋介質能促進放電電荷集中于放電間隙當 中。上述的復合電極10與金屬電極11還有易于制造的特點。密封板12 —般為絕緣的陶瓷纖維板或石棉板；上電極定位板131和下電極定位座 132采用絕緣材料，通常采用改性聚四氟乙烯。復合電極10和金屬電極11固定于上電極定 位板131和下電極定位座132上，分別通過導線15與高頻高壓電源16的兩端相連。高頻 高壓電源16為交流或直流電源，輸出電壓一般為20 100kV(千伏特)，頻率一般為20 40kHz (千赫茲)。參見圖1，冷凝器4內設有冷凝管41，并設有煙氣通道和空氣通道。煙氣通道的入 口端和出口端分別與煙氣輝光放電反應器3和煙氣出口通道6相連。各冷凝管41的內腔 組成空氣通道，空氣通道的兩端分別設有空氣進口通道5和空氣出口通道7。冷凝器4的四 周設有殼板，在靠近煙氣通道出口端的底部殼板與混合反應器8之間設有冷凝液導管171， 用于使冷凝成液體的H2S04和HN03流入混合反應器8。混合反應器8與收集箱9之間設有 反應產物導管172，混合反應器8上設有注氨管173。冷凝液導管171與混合反應器8相連 的一端一般是連接于混合反應器8的頂部，反應產物導管172的兩端一般是分別連接于混 合反應器8的底部與收集箱9的頂部，注氨管173 —般是連接于混合反應器8的底部。煙氣整流器2內通常是設有板條或絲狀材料組成的整流網，作用是保證煙氣能均 勻地進入煙氣輝光放電反應器3中的各煙氣反應區。具有此種作用的其它結構形式的煙氣 整流器也可以使用。本實用新型等離子體煙氣脫硫脫硝裝置中的各部件，基本上均為工業上所常用 的。為防止發生腐蝕，所有與煙氣或H2so4和hno3冷凝液接觸的部位均應采用相應的耐腐 蝕材料，或采用各種耐腐蝕保護層。防腐蝕的措施是常規的，詳細說明從略。其中，冷凝器 4內所設冷凝管41的材料最好為石墨或聚四氟乙烯；它們既有良好的傳熱性能，又有優良 的抗酸腐蝕能力，可以長期、安全地使用。本實用新型主要用于石油煉制、石油化工與煤化工等領域的加熱爐裝置，對其排 放的煙氣進行脫硫脫硝。一般是安裝在加熱爐空氣預熱器的末端，即煙氣進口通道1與加 熱爐空氣預熱器的煙氣出口端相連。下面以本實用新型用于石油煉制領域中的加熱爐為 例，說明其操作過程。參見圖1，來自加熱爐空氣預熱器煙氣出口端的低溫煙氣18(140°C左 右)經煙氣進口通道1進入等離子體煙氣脫硝裝置。經過煙氣整流器2整流后，煙氣均勻 地進入煙氣輝光放電反應器3中的各煙氣反應區并均勻流動。開通高頻高壓電源16，復合 電極10和金屬電極11就加載上了高壓電流。在高頻高壓電流作用下，復合電極10和金屬 電極11之間就會產生輝光放電現象。在輝光放電的作用下，煙氣反應區內的煙氣產生等離 子體并發生反應。主要的反應方程式如下02 —20H20 —0H+HH+0 — H2002+0 —03S02+0 — S03S03+H20 — H2S04S02+0H — HS03[0025]HS03+0H — H2S04N0+0 — N02N02+0H — HN03N0+03 — N02+02N0+0H — HN02HN02+0 — HNO3經過上述反應，煙氣中的S0X、N0X最終轉變成H2S04和HN03。接著，脫硫脫硝后的 煙氣以及H2S04和HN03再進入冷凝器4的煙氣通道，在冷凝管41外部流動。經空氣進口通 道5向冷凝器4的空氣通道(各冷凝管41的內腔)通入空氣19，與煙氣通道內的煙氣以及 H2S04*HN03換熱。被加熱的空氣19由空氣出口通道7流出，進入加熱爐空氣預熱器的空 氣進口通道中。煙氣通道內的煙氣以及1^04和顯03被冷卻、冷凝至酸露點溫度以下。冷卻 后的煙氣18為脫硫脫硝后的凈化煙氣，由煙氣出口通道6流出，經煙囪排放至大氣。H2S04 和HN03冷凝成液體，匯集于冷凝器4靠近煙氣通道出口端的底部殼板上，再經冷凝液導管 171流入混合反應器8內。通過注氨管173向混合反應器8內注入氨氣20，與H2S04和HN03 進行反應；反應方程式如下H2S04+2NH3 — (NH4) 2S04HNO3+NH3 — NH4N03反應生成的硫酸銨和硝酸銨(用作化肥)，最后經反應產物導管172進入收集箱 9。
權利要求一種等離子體煙氣脫硫脫硝裝置，其特征在于它依次設有煙氣進口通道(1)、煙氣整流器(2)、煙氣輝光放電反應器(3)、冷凝器(4)和煙氣出口通道(6)，還設有混合反應器(8)和收集箱(9)，煙氣輝光放電反應器(3)內交替地設有垂直平板形的復合電極(10)和金屬電極(11)，相鄰的復合電極(10)與金屬電極(11)之間形成煙氣反應區，冷凝器(4)內設有冷凝管(41)，并設有煙氣通道和空氣通道，煙氣通道的入口端和出口端分別與煙氣輝光放電反應器(3)和煙氣出口通道(6)相連，在冷凝器(4)靠近煙氣通道出口端的底部殼板與混合反應器(8)之間設有冷凝液導管(171)，混合反應器(8)與收集箱(9)之間設有反應產物導管(172)，混合反應器(8)上設有注氨管(173)。
2.根據權利要求1所述的等離子體煙氣脫硫脫硝裝置，其特征在于煙氣輝光放電反 應器(3)內所設的復合電極(10)由金屬板和設于金屬板表面的阻擋介質組成，阻擋介質的 材料為石英玻璃或陶瓷，金屬板以及煙氣輝光放電反應器(3)內所設金屬電極(11)的材料 為紫銅或黃銅。
3.根據權利要求2所述的等離子體煙氣脫硫脫硝裝置，其特征在于相鄰的復合電極 (10)與金屬電極(11)之間的距離為2 20毫米。
4.根據權利要求1所述的等離子體煙氣脫硫脫硝裝置，其特征在于冷凝器(4)內所 設冷凝管(41)的材料為石墨或聚四氟乙烯。
5.根據權利要求1至4中任何一項所述的等離子體煙氣脫硫脫硝裝置，其特征在于 煙氣整流器(2)內設有板條或絲狀材料組成的整流網。
專利摘要本實用新型公開了一種等離子體煙氣脫硫脫硝裝置，以解決現有技術分別存在的方法復雜、裝置龐大、沒有反應完的多余氨氣會隨煙氣排入大氣從而造成二次污染等問題。本實用新型依次設有煙氣進口通道(1)、煙氣整流器(2)、煙氣輝光放電反應器(3)、冷凝器(4)和煙氣出口通道(6)。煙氣輝光放電反應器內交替地設有垂直平板形的復合電極和金屬電極。在冷凝器靠近煙氣通道出口端的底部殼板與混合反應器(8)之間設有冷凝液導管(171)，混合反應器與收集箱(9)之間設有反應產物導管(172)，混合反應器上設有注氨管(173)。本實用新型主要用于石油煉制、石油化工與煤化工等領域的加熱爐裝置，對其排放的煙氣進行脫硫脫硝。
文檔編號B01D53/76GK201578978SQ200920258148
公開日2010年9月15日 申請日期2009年11月17日 優先權日2009年11月17日
發明者孫志欽, 張玉玲, 段彥明, 王作紅, 鄭戰利, 郜建松, 高曉紅, 高躍成, 黃進煥 申請人:中國石油化工集團公司;中國石化集團洛陽石油化工工程公司