專利名稱：一種等離子體燃煤鍋爐煙氣凈化新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種采用等離子體技術(shù)，即電暈放電和電子束輻照串聯(lián)、中間注氨來凈化燃煤鍋爐煙氣的方法，可高效脫除煙氣中的SO2和NOX，使之生成(NH4)2SO3和NH4NO3，并加以回收和綜合利用。
背景技術(shù)：
自從我國實(shí)行改革開放以來，國民經(jīng)濟(jì)已取得了飛速的發(fā)展，與此同時(shí)，我國的能源工業(yè)更是發(fā)展迅猛。但由于我國的國情是以燃煤為主要能源的國家，而且這種局面將是長期的。燃煤同時(shí)產(chǎn)生大量的SO2、NOX和可揮發(fā)性的有機(jī)物(VOC)等，它們對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，并且制約著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。為此，近年來，人們不斷地探索脫除有害物質(zhì)的工藝技術(shù)，特別是二十世紀(jì)末期，世界各國在研究運(yùn)用等離子體技術(shù)處理燃煤鍋爐煙氣和綜合利用方面取得了重大進(jìn)展，如美國專利US5.695.616、日本在中國注冊(cè)的專利CN1225035A、中國專利CN1332029A、CN1373558A等。在利用高壓脈沖電暈放電處理燃煤煙氣方面已達(dá)到半工業(yè)試驗(yàn)的階段；電子束干法處理燃煤煙氣方法(即EBA法)已運(yùn)用于工業(yè)實(shí)踐(如成都熱電廠、杭州協(xié)聯(lián)電廠等)。與此同時(shí)，我公司與清華大學(xué)核能技術(shù)設(shè)計(jì)研究院合作，已研究出了電子束半干法燃煤煙氣凈化新工藝，它克服了電子束干法能耗高、副產(chǎn)品易板結(jié)出料難、同步運(yùn)行率低等缺點(diǎn)，并進(jìn)入了工業(yè)示范階段。但是，上述方法，仍然還存在著能耗較高、脫除率低(特別是氮氧化物的脫除率低)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是利用等離子體技術(shù)，即電暈放電和加速器電子束串聯(lián)結(jié)合來深度氧化燃煤鍋爐煙氣中的SO2、NOX等有害物質(zhì)，使其與在電暈反應(yīng)后和電子束反應(yīng)室前注入的氨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成銨鹽，并用高效捕收塔-—斜孔板塔捕集副產(chǎn)品和凈化煙氣與裝置。
其工藝(參見附圖)是將燃煤鍋爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓?jīng)電廠自備靜電除塵器除塵后，進(jìn)入氣-氣換熱器①，在這里與凈化后的煙氣進(jìn)行熱交換，使凈化后的煙氣溫度升至80℃左右，以利其在大氣中擴(kuò)散。未凈化煙氣的溫度有所降低，并進(jìn)入噴霧干燥塔②。在此，用后續(xù)工藝收集的富含硫銨和硝銨的溶液，從塔頂部霧化器以旋轉(zhuǎn)式或氣流式順流噴入高溫?zé)煔庵校F滴與煙氣混合而產(chǎn)生傳質(zhì)和傳熱過程，使煙氣得到進(jìn)一步的降溫和增濕，使含鹽霧滴得到干燥而形成固體顆粒，較大粒徑(＞50μm)的顆粒在重力作用下，收集于塔底部料倉中，間斷排出成副產(chǎn)品——化肥。較小粒徑(＜50μm)的顆粒隨煙氣進(jìn)入電暈放電反應(yīng)室③。增濕、降溫的煙氣在電暈放電產(chǎn)生的自由基的作用下，使其中的SO2和NOX部分氧化成極細(xì)的硫酸和硝酸霧滴混于煙氣中。為清除沉于反應(yīng)室底部的固體，以除堵塞，須間斷用水清洗。煙氣流出電暈反應(yīng)室后，在煙道中與由液氨系統(tǒng)④注入的氨均勻混合后，進(jìn)入電子束反應(yīng)室⑤，煙氣在電子束作用下，產(chǎn)生強(qiáng)氧化基O、OH、HO2，使煙氣中的SO2、NOX以及煙道里生成的亞硫酸鹽((NH4)2SO3)等進(jìn)行深度氧化，生成(NH4)2SO4和NH4NO3的混合物，呈膠體微顆粒狀混合于煙氣中，煙氣進(jìn)入捕收塔——斜孔板塔⑥進(jìn)行銨鹽捕集。由于采用了這種用水和鹽循環(huán)液作為捕收劑的高效捕收設(shè)備，硫銨和硝銨的捕收率可達(dá)到99.8％。同時(shí)，對(duì)在工藝中未參加反應(yīng)的氨也起到了有效的捕收，使逸氨量＜3ppm，煙氣得到了充分的凈化。凈化后的煙氣與高溫?zé)煔鈸Q熱后由增壓風(fēng)機(jī)排入大氣。
捕收塔的鹽溶液與其它設(shè)備及煙道中的沖洗液收集于集液槽⑦中，濃度較高的鹽溶液由泵⑧輸送到噴霧干燥塔，用于未凈化煙氣的增濕、降溫，并利用未凈化煙氣將鹽溶液造粒、干燥成合格的副產(chǎn)品——化肥。
由于該工藝過程采用了電暈放電和電子束輻照兩級(jí)串聯(lián)的等離子技術(shù)，并在兩級(jí)串聯(lián)中間注入了液氨，這就較大幅度地提高了煙氣中的SO2、NOX和可揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)的脫除率。其脫除率可分別達(dá)到98％、70％、98％。同時(shí)該工藝的適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)于各種硫份的燃料煤產(chǎn)生的煙氣均能進(jìn)行有效的凈化。
由于副產(chǎn)品生成物易溶于水，工藝采用了濕法收集生成物，設(shè)備和管道都可以間斷用水沖洗，這就避免了設(shè)備板結(jié)、堵塞等問題，提到了脫硫裝置與發(fā)電系統(tǒng)的同步運(yùn)行率。
該工藝過程采用了高效能的斜孔板塔，它捕集銨鹽的效率高達(dá)99.8％，并對(duì)粉塵、未反應(yīng)的SO2、逸氨等同時(shí)進(jìn)行有效的吸收和捕集，使煙氣得到很好的凈化。
與其它方法相比，本工藝能耗較低。


附圖是本發(fā)明等離子體燃煤鍋爐煙氣凈化工藝流程圖。
圖中1氣氣換熱器、2噴霧干燥器、3電暈室、4液氨儲(chǔ)罐、5電子束反應(yīng)室、6斜孔板塔、7集液槽、8泵。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一臺(tái)100MW發(fā)電機(jī)組的燃煤鍋爐的原始煙氣量約為45×104Nm3/h，通過除塵器除塵后，其煙溫約150℃，含SO2-2900mg/L，NOX-500mg/L，含塵量≤200mg/Nm3，與凈化后的煙氣(溫度≥55℃)在氣-氣換熱器(如圖1)進(jìn)行熱交換，使煙氣溫度降為130-135℃；從噴霧干燥塔(2)頂部的煙氣分配器均勻進(jìn)入，與霧化的后續(xù)工藝富含副產(chǎn)品循環(huán)溶液混合，使煙氣在直徑為9.5m高為36m的塔中增濕(9％-11％)、降溫(70℃-85℃)，以達(dá)到工藝要求；同時(shí)對(duì)副產(chǎn)品進(jìn)行造粒和干燥，粒徑≥50mm(約70％)的顆粒，順流而下，沉降于塔的錐體部位，間斷的排出；而粒徑≤50mm的副產(chǎn)品顆粒物，則隨煙氣一同進(jìn)入Φ4m×Lgm的電暈室(3)，經(jīng)過電暈功率約為20KW的流光放電，產(chǎn)生自由基并作用于煙氣中有害物質(zhì)SO2、NOx，使部分氧化生成酸性物質(zhì)，生成物和煙氣在進(jìn)入電子束反應(yīng)室(5)之前，在煙道中注入當(dāng)量的并預(yù)熱至65℃的液氨(4300t/年，8t/天)，均勻混合后，立即進(jìn)入電子束反應(yīng)室(Φ2.6m×L12m)；在電子加速器功率為200-300KW，其能量為1.2Mev，束流強(qiáng)度為80mA-400mA，輻照強(qiáng)度為1-3kGy的情況下進(jìn)行輻照，煙氣中再次產(chǎn)生強(qiáng)氧化自由基，使SO2、NOx以及可揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)進(jìn)一步得到氧化，并和氨發(fā)生中和反應(yīng)，生成很細(xì)的膠體顆粒物。含脫除物的煙氣在高效的斜孔板塔(Φ5.5m×H12·5m)(6)內(nèi)用工藝循環(huán)液和新水(17t/h)進(jìn)行凈化，其凈化效率可達(dá)99.75％，逸氨量≤3ppm。濃度達(dá)30％-40％的循環(huán)溶液，用泵(8)輸送至噴霧干燥塔頂部的高速旋轉(zhuǎn)噴霧器，用于煙氣的降溫、增濕和副產(chǎn)品回收。在上述的工藝條件下年產(chǎn)硫銨和硝銨混合物(硝銨占8％)17000t，每天產(chǎn)68t。煙氣經(jīng)除霧后溫度在55℃-60℃，與初始的熱煙氣在氣—?dú)鈸Q熱器加熱≥75℃后排空。整個(gè)工藝過程的煙氣中二氧化硫脫除率達(dá)到98％，氮氧化物達(dá)70％，VOC達(dá)98％以上。
權(quán)利要求
1.一種等離子體燃煤鍋爐煙氣凈化新工藝，包括以下工序1)燃煤鍋爐的高溫?zé)煔饨?jīng)靜電除塵器除塵后，通過氣-氣換熱器進(jìn)入噴霧干燥塔，煙氣在這里用后續(xù)工序收集的銨鹽溶液對(duì)煙氣進(jìn)行增濕、降溫，同時(shí)用煙氣本身的熱能將硫銨和硝銨進(jìn)行造粒、烘干，較大的顆粒收集于塔底部，間斷排出成副產(chǎn)品。2)增濕降溫的煙氣首先進(jìn)入電暈室，電暈放電產(chǎn)生強(qiáng)氧化的自由基，對(duì)煙氣中的SO2和NOX等物質(zhì)進(jìn)行初步氧化，并同時(shí)收集由噴霧干燥塔未能收集的部分小顆粒的副產(chǎn)品。3)煙氣和當(dāng)量注入的氨在煙道中進(jìn)行均勻混合。4)和氨混合后的煙氣進(jìn)入電子束反應(yīng)室，由電子束輻照產(chǎn)生的自由基對(duì)煙氣中在電暈放電過程中未被氧化的SO2、NOx、VOC以及過程中生成的亞硫酸銨進(jìn)行深度氧化，使之生成硫酸銨和硝酸銨等物質(zhì)。5)含有硫銨和硝銨的煙氣進(jìn)入斜孔板塔，用水和循環(huán)鹽溶液進(jìn)行有效捕收。由于其捕收效率高，不僅能很好地捕集副產(chǎn)品，同時(shí)對(duì)逸氨和粉塵也進(jìn)行捕收，以獲得較高凈化程度的煙氣。
2.一種等離子體燃煤鍋爐煙氣凈化新工藝的主要工藝參數(shù)范圍1)該工藝能處理燃煤鍋爐的煙氣條件處理煙氣量500～75×105Nm3/h二氧化硫(SO2)濃度450～6000ppm氮氧化物(NOx)濃度150～1700ppm溫度120～250℃2)噴霧干燥塔采用順流方式和高速旋轉(zhuǎn)噴霧。進(jìn)口煙氣溫度＞120℃，出口煙氣溫度60～85℃。3)電暈室采用可控硅直流高壓電源，功率為20～80kW。4)液氨加熱至50～80℃，在進(jìn)入加速器反應(yīng)室前用壓縮空氣輸入與煙氣混合均勻。5)電子加速器的電功率為100～600kW，輸出功率為0.8～1.2MeV，束流強(qiáng)度為40～400mA，輻照劑量為1～3kGy，氣速為1～33m/s，進(jìn)入電子束反應(yīng)室的煙氣溫度為60～80℃。6)斜孔板塔的捕收效率為99.8％，逸氨量＜3ppm。7)集液池溶液需加溫至50～70℃。
全文摘要
本發(fā)明是采用電暈放電和電子束等離子體綜合技術(shù)凈化燃煤鍋爐煙氣的新工藝和裝置。鍋爐的煙氣經(jīng)過靜電除塵器除塵后與凈化后的煙氣在氣－氣換熱器(1)換熱，再在噴霧干燥塔(2)進(jìn)行增濕、降溫，隨后進(jìn)入電暈室(3)，經(jīng)電暈放電產(chǎn)生的自由基作用于煙氣中的有害物質(zhì)SO
文檔編號(hào)B01D53/32GK1628892SQ20031012111
公開日2005年6月22日 申請(qǐng)日期2003年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月15日
發(fā)明者張?chǎng)舞I, 何萬齡, 石根, 徐麗珠 申請(qǐng)人:北京國網(wǎng)電力技術(shù)有限公司