專利名稱：氧活性粒子注入煙道中的羥基自由基氧化脫硫脫硝設備的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于氣體電離放電、等離子體化學和環境工程應用技術領域，涉及氧活性粒子、引發劑注入煙道中的羥基自由基氧化脫硫脫硝設備。
背景技術：
我國一次能源中70%是煤炭，煤炭燃燒過程中形成S02、NOx等氣體致使環境污染日趨嚴重，現有技術難以達到日趨嚴格的排放標準，因此不少學者進行探索性研究，其研究結果表明現有技術存在不同程度的問題，氣體電離放電方法應時而生。早在1971年美國波克大學就進行了高頻脈沖等離子體化學脫硫研究，SO2轉化率[(Cin-C。ut)/Cin]達到96%。 Masuda(1988，1989)和Giorgio Dinelli (1990)進行高壓窄脈沖電暈放電非平衡等離子體化學脫硫脫硝研究，在添加NH3吸收劑條件下模擬工業試驗，脫硫率達到80 %，脫硝率達到 60%。2000年中國工程物理研究院也進行了類似的12000m3/h的脈沖放電煙氣脫硫脫硝模擬工業試驗，試驗結果表明其技術上仍然存在不少問題，尚處于試驗階段。2008年曹瑋等人明確指出脈沖放電脫硫脫硝還需依靠傳統的液相洗滌吸收，催化氧化、活性劑吸附等技術相結合，才可解決目前脈沖電暈放電煙氣脫硫脫硝方法存在的問題，而后者還是主體反應。 這是由于脈沖電暈放電通道中的電子具有平均能量僅為2eV左右，此能量大多用于隊振動激勵上而消耗掉，脈沖放電并沒有用于煙氣脫硫脫硝反應上。早在1995年定方正毅就認定脈沖放電脫硫脫硝是熱化學反應，產物是亞硫酸銨，可見增設的脈沖放電環節并沒有解決污染物和吸收劑的氧化回收問題。從多國眾多研究結果也表明了脈沖電暈放電技術存在的產物是亞硫酸銨。在煙氣運行溫度條件下，亞硫酸銨是以氣態存在，回收不了，相反又新增加了氨的污染，這就表明了脈沖電暈放電并沒有起主導作用，也沒有解決氨干法脫硫脫硝方法中的銨鹽回收難題。另一個被公認為先進的氣體電離放電方法是電子束協同活性吸收劑、氧化還原劑 NH3法，并于1997年在我國成都200MW機組上進行30X 104m3/h煙氣量的工業試驗。試驗煙氣溫度在58°C，添加吸收劑、氧化還原劑NH3條件下，其脫硫率達到了 80%以上，脫硝率僅為18%，試驗結果表明解決了脈沖脫硫脫硝中銨鹽回收難題，回收率達到95%以上，比脈沖脫硫脫硝的銨鹽回收率高出90%左右，而煙氣脫硝率低下的問題并沒有解決。目前的氣體電離放電脫硫脫硝存在問題1)燃煤、燃油煙氣需全部通過等離子體反應器，因而存在等離子體反應器體積龐大、能耗高等問題；2)煙氣中N2通過等離子體反應器(源)的電場時，被離解、電離后與氧反應生成新的N0X，一邊脫除NOx而一邊又生成新的N0X，可見氣體電離放電無法解決脫除NOx效率低下的難題；3)電子束法真空系統等設備龐大，X射線輻射污染嚴重；4)煙氣脫硫脫硝反應溫度低，需增設先降溫后升溫的龐大熱交換器；能耗又進一步增加；[0009]5)在脫硫脫硝反應過程，需添加氨等吸收、氧化還原劑及催化劑，以便增加其反應速率。
發明內容本實用新型的目的是克服現有氣體電離放電煙氣脫硫脫硝設備及方法不足之處， 提供氧活性粒子注入煙道中的羥基自由基氧化脫硫脫硝技術及設備。此法是把氧活性粒子產生器提供的小流量、高濃度氧活性粒子(O2^OyO(1D)、0(3P)等〕注入煙道中，氧活性粒子中O2+與煙氣中水反應生成高初始反應速率常數2. 2XlOVmol -s的過氧羥基離子H02_引發劑，氧活性粒子與引發劑進行等離子體反應生成以· OH為主的活性粒子基團，氧化脫除大流量煙氣中微量的S02、NOx，并生成微小顆粒(霧)；再經荷電凝并電場凝并后輸入到電除酸霧器，回收成酸液；最后再用化學方法分離提純成硫酸、硝酸。本實用新型解決了目前煙氣脫硫脫硝技術及設備存在的問題，實現了不用催化劑、吸收劑和還原劑，不產生任何再污染的副產品，不對環境產生任何負面影響的資源化干法同時脫硫脫硝的新設備。本實用新型解決其技術所采用技術方案是該設備是由氧活性粒子產生器、高頻高壓電源、荷電凝并器、電除酸霧器、煙道或反應器等組成；荷電凝并器由設置在煙道中的離子產生源和荷電凝并交變電場組成，離子產生源放電極為芒刺或星形線，接地極為平板式；電除酸霧器是由電暈極和接地極組成，其電暈極是用鈦鋼制成芒刺、星形、帶角刺、圓線形狀，接地極是采用鈦或316L不銹鋼制成圓桶形狀。本實用新型產生的02+、O3等氧活性粒子3注入煙道2 (或反應器)中與含S02、 NOx煙氣1中的水分子發生等離子體化學反應生成酸的方案如
圖1所示。本實用新型中的氧活性粒子產生器是采用強電場電離放電方法，制取小流量高濃度的02+、O3等氧活性粒子 3〔02+、03、O(1D)、O(3P)等〕注入煙道2(或反應器)中，氧活性粒子中O2+與含SO2, NOx煙氣1中的水發生等離子體化學反應生成高濃度(60mg/L 300mg/L)、高初始反應速率常數 (2. 2XlOVmol · s)的H02_過氧羥基離子引發劑，O2+、O3等氧活性粒子3與引發劑H02_反應生成高濃度·0Η(30π^/1 150mg/L)，在長度 20m煙道中·0Η氧化脫除煙氣中S02、 NOx，實現不用催化劑、吸收劑、還原劑及其它傳統脫硫脫硝方法協同作用，· OH氧化脫除含 SO2、NOx煙氣1中的SO2、NOx并生成酸霧，脫除率分別達到80% 98%、85% 99. 8%，生成酸霧經具有荷電凝并性能的電除酸霧器8回收成H2S04、HNO3混合的酸液9，從
圖1可見， 在煙道中形成規模、高濃度· OH是本實用新型的關鍵技術與裝置。本實用新型的活性粒子注入煙道中的等離子體脫硫脫硝反應模式如圖2所示。此方案將為解決目前煙氣脫硫脫硝設備與技術的存在問題提供一種有效、可行的新設備、新技術。實施本技術設備的具體步驟是1.氧活性粒子產生器的氧活性粒子制取。本實用新型關鍵技術是新研制產生高濃度02+、03等氧活性粒子3的氧活性粒子產生器5，其結構如圖3所示。它是由放電極板14、接地極12、電介質層16和隔片15等部件組成。放電極板是由中間涂覆金屬材料和外層是極薄(330μπι)的電介質層16燒結而成的，也可用不銹鋼薄板加工成放電極板14，并在放電一側貼覆電介質層16 ；接地極12是用鈦或不銹鋼加工成空腔板件，并在冷卻液體或O2氣入口 17輸入冷卻劑來調控等離子體反應過程的溫度，在接地極表面上也可噴冶一層薄的電介質層16，電介質材料為超微細的純凈Al2O3粉體。本實用新型采用介質阻擋強電場電離放電方法把O2制成濃度達到80mg/L 400mg/L的氧活性粒子，在放電極與接地極之間的0. 5mm 0. Olmm放電間隙中建立折合電場強度在200Td 400Td范圍內電離放電場，電子從電場中獲得平均能量達到6eV 9eV， 其中大部分電子所具有的最有用能量(8. ^V 12. 5eV)將沉積在O2上，足以把O2離解、 電離成高濃度活性粒子，并在電場參數調控下分別定向合成氧活性粒子O2^OyO(1D)W(3P) 等。產生氧活性粒子等離子體反應模式如圖2中A所示，其等離子體反應式
權利要求1. 一種氧活性粒子注入煙道中的羥基自由基氧化脫硫脫硝設備，是由氧活性粒子產生器(5)、高頻高壓電源(6)、荷電凝并器(23)、電除酸霧器(8)、煙道(2)或反應器等組成，其特征是a.氧活性粒子產生器是由放電極(14)、接地極(12)、電介質薄層(16)和隔片(15)組成，形成強電離放電電場，其供電電源為高頻高壓電源；b.煙道為電除塵器出口的普通煙氣輸送管道，長an 20m；c.荷電凝并器是由設置在煙道中的離子產生源和荷電凝并交變電場組成，離子產生源放電極為芒刺或星形線，接地極為平板式；d.電除酸霧器是由電暈極和接地極組成，其電暈極是用鈦鋼制成芒刺、星形、帶角刺、 圓線形狀，接地極是采用鈦或316L不銹鋼制成圓桶形狀。
專利摘要一種氧活性粒子注入煙道中的羥基自由基氧化脫硫脫硝設備，屬于氣體電離放電、等離子體化學和環境工程應用技術領域。其特征是氧活性粒子產生器是由放電極、接地極、電介質薄層和隔片組成，形成濃度為80mg/L～400mg/L氧活性粒子〔O2+、O3、O(1D)、O(3P)等〕，注入煙道中的O2+與煙氣中H2O反應生成HO2-引發劑，氧活性粒子與HO2-進行等離子體反應生成·OH，氧化脫除煙氣中SO2、NOx并生成亞微粒酸霧；電除酸霧器是由電暈極、接地極形成靜電場，把酸霧荷電凝并后收集成混合酸液，酸資源回收率達到50％～98％。本實用新型的效果和益處是解決了目前煙氣脫硫脫硝存在問題，實現不用催化劑、吸收劑和還原劑，不產生再污染的副產品，不對環境產生負影響資源化干法同時脫硫脫硝的新設備。
文檔編號B01D53/76GK202087223SQ20102063267
公開日2011年12月28日 申請日期2010年11月22日 優先權日2010年11月22日
發明者冷宏, 張芝濤, 楊波, 白敏冬, 白敏菂, 薛曉紅 申請人:大連海事大學