CN104801159B - 一种等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置，包括壳体、净化装置以及控制系统；其中，净化装置设置在壳体内，包括凝聚装置以及等离子反应装置，凝聚装置包括用于形成凝聚电场的凝聚电场装置以及用于向凝聚电场提供水雾颗粒的反应水装置，等离子反应装置包括用于形成等离子反应电场的等离子电场装置以及用于对等离子电场装置收集的污染物进行冲洗的冲洗水装置；控制系统包括凝聚电源、等离子电源以及用于控制反应水装置喷水量及电源供电功率的控制器；上述装置不仅结构简单，占地面积小，而且采用了湿法反应，能够形成气溶胶，为SO2、NOX等气体污染物的吸收提供反应表面，提高反应效率，降低能耗及成本，具有更好的经济性。
Description
技术领域
本发明涉及烟气净化设备技术领域，特别涉及一种等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置。
背景技术
近年来，由于环境保护工作形势日益严峻，国家及地方出台的污染物排放标准愈加严格，不仅SO2、NOX以及粉尘等传统污染物的排放浓度限值进一步降低，在未来，还会对烟气中的汞和PM2.5提出控制要求。
为了满足不断提高的污染物排放标准，火力发电厂等工业烟气排放企业在历经一次次的环保升级改造后，厂区内往往用地紧张，因此，一种新型的占地面积较小的等离子体烟气多种染污物一体化净化技术成为人们关注的焦点。现有技术中，等离子体烟气多种染污物一体化净化技术是利用气体放电产生的等离子体来产生化学反应的技术。气体放电在电极间产生等离子体，把中性的分子激发成自由基，然后利用自由基将SO2变成SO3，NOX变成HNO3，单质Hg变成HgO。SO3和HNO3可以进一步与加入反应器中的NH3气体转化成硫酸铵和硝酸铵，硫酸铵、硝酸铵和HgO都是固态物质，能在气体放电产生的静电场中被收集下来，从而实现烟气的脱硫脱硝除尘功能，然而，上述技术的化学反应发生在气相中，为干式反应，装置的能耗较高，电耗约为电厂发电量的2％。最近虽然出现了对该方法的改进研究，将等离子体结合催化剂来脱除SO2和NOX，但催化剂的制备复杂、价格昂贵，不适合大规模的工程应用。
因此，如何提供一种烟气脱硫脱硝除尘装置，使其具有较低的能耗及成本，具有更好的经济性，成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置，以达到使其具有较低的能耗及成本，具有更好的经济性的目的。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案：
一种等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置，包括：
壳体，其上设置有用于与烟气管道连通的出口及入口，底部设置有排水口；
设置在所述壳体内的净化装置，包括沿所述壳体入口到出口方向分布的凝聚装置以及等离子反应装置，所述凝聚装置包括用于形成凝聚电场使烟气中的颗粒状物质带电的凝聚电场装置以及用于向凝聚电场提供水雾颗粒的反应水装置，所述等离子反应装置包括用于形成等离子反应电场的等离子电场装置以及用于对所述等离子电场装置收集的污染物进行冲洗的冲洗水装置；
控制系统，包括用于向所述凝聚电场装置供电的凝聚电源、用于向所述等离子电场装置供电的等离子电源以及用于控制反应水装置喷水量及凝聚电源和等离子电源供电功率的控制器。
优选的，所述凝聚电场装置以及所述等离子电场装置均包括固定在所述壳体上长度方向沿所述壳体入口到出口方向布置且宽度方向垂直于纸面的多个平行的接地极板排及位于相邻两个接地极板排中心的放电极线。
优选的，所述冲洗水装置包括通过供水管路与水源相连的冲洗水分布水管，所述冲洗水分布水管设置在所述等离子电场装置的接地极板排的上方，其上设置有多个沿烟气流动方向分布的出水孔。
优选的，所述凝聚电源的供电极性为正极，直流基压部分的额定电压为50kV，脉冲电压为50KV，脉冲前沿小于100ms，重复频率大于100Hz。
优选的，所述等离子电源的供电极性为负极，直流基压部分的额定电压为50kV，脉冲电压为50KV，脉冲前沿小于100ns，脉宽小于500ns，重复频率1000Hz。
优选的，所述凝聚电场装置以及所述等离子电场装置的异极距为150mm。
优选的，所述放电极线包括线体以及分布在线体两侧朝向所述接地极板排的多个放电尖端。
优选的，位于所述线体同侧的两个相邻放电尖端之间的距离为异极距的1.2～1.4倍。
优选的，所述壳体包括烟气净化反应段、气体进口扩散段、气体出口收缩段以及污水收集斗，所述净化装置设置在所述烟气净化反应段，所述气体进口扩散段、所述气体出口收缩段以及所述污水收集斗均为具有大端及小端的锥台结构，所述壳体的入口及出口分别设置在所述气体进口扩散段的小端以及所述气体出口收缩段的小端，所述气体进口扩散段的大端以及所述气体出口收缩段的大端分别连接在所述烟气净化反应段的两端，所述壳体的排水口设置在所述污水收集斗的小端，所述污水收集斗的大端与所述烟气净化反应段的底部连通。
优选的，所述烟气净化反应段与所述气体进口扩散段之间以及所述烟气净化反应段与所述气体出口收缩段之间均设置有气流均布板。
优选的，所述控制系统还包括与所述控制器相连的压力传感器以及温度传感器，所述压力传感器以及所述温度传感器的探测端均位于所述壳体内的所述凝聚电场装置以及所述等离子电场装置之间。
优选的，所述控制系统还包括与所述控制器相连的污染物浓度传感器，所述污染物浓度传感器的探测端设置在所述壳体的出口处。
从上述技术方案可以看出，本发明提供的等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置，包括壳体、净化装置以及控制系统；其中，壳体上设置有用于与烟气管道连通的出口及入口，底部设置有排水口；净化装置设置在壳体内，包括沿壳体入口到出口方向分布的凝聚装置以及等离子反应装置，凝聚装置包括用于形成凝聚电场使烟气中的颗粒状物质带电的凝聚电场装置以及用于向凝聚电场提供水雾颗粒的反应水装置，等离子反应装置包括用于形成等离子反应电场的等离子电场装置以及用于对等离子电场装置收集的污染物进行冲洗的冲洗水装置；控制系统包括用于向凝聚电场装置供电的凝聚电源、用于向等离子电场装置供电的等离子电源以及用于控制反应水装置喷水量及凝聚电源和等离子电源供电功率的控制器；
在使用过程中，当含有粉尘、SO2、NOX、汞和PM2.5等污染物的烟气通过壳体入口进入壳体内凝聚电场装置形成的凝聚电场时，与反应水装置喷出的水雾混合，控制器控制凝聚电源向凝聚电场装置供电，在凝聚电场的作用下，烟气中的细粉尘、PM2.5等颗粒状物质，一部分与等离子体中的电子碰撞后带负电，另一部分与等离子体中的原子核碰撞后带正电。带电后的颗粒状物质与水雾发生凝聚作用，细粉尘、PM2.5和水雾凝聚成较大的颗粒，这种较大的颗粒在后级电场更容易被收集。而这些悬浮在烟气中的水雾和大颗粒，形成大量的气溶胶，提供了吸收SO2、NOX等气体污染物的反应表面；随后，经过凝聚电场处理过的烟气与水雾的混合物进入等离子反应电场，吸附到气溶胶表面的SO2和NOX在自由基的催化作用下，转化成更高的氧化态被水吸收，而烟气中的单质Hg被气体放电产生的等离子体氧化生成了固态物质HgO，与前级电场凝聚的粉尘、PM2.5等颗粒一同在等离子反应电场中被收集下来，从而实现了烟气的净化，净化后的烟气，由壳体出口排出；由此可见，本发明提供的等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置不仅结构简单，占地面积小，而且采用了湿法反应，能够形成气溶胶，为SO2、NOX等气体污染物的吸收提供反应表面，提高反应效率，降低能耗及成本，具有更好的经济性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置，以达到使其具有较低的能耗及成本，具有更好的经济性的目的。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置结构示意图。图中箭头方向为烟气流动方向。
本发明提供了一种等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置，包括壳体1、净化装置以及控制系统4。
其中，壳体1的作用是形成供烟气流动的通道和支撑并保护其内的电极装置，壳体1上设置有用于与烟气管道连通的出口及入口，底部设置有排水口；净化装置设置在壳体1内，包括沿壳体1入口到出口方向分布的凝聚装置2以及等离子反应装置3，凝聚装置2包括用于形成凝聚电场使烟气中的颗粒状物质带电的凝聚电场装置21以及用于向凝聚电场提供水雾颗粒的反应水装置22，等离子反应装置3包括用于形成等离子反应电场的等离子电场装置31以及用于对等离子电场装置31收集的污染物进行冲洗的冲洗水装置32；控制系统4包括用于向凝聚电场装置21供电的凝聚电源41、用于向等离子电场装置31供电的等离子电源45以及用于控制反应水装置22喷水量及凝聚电源41和等离子电源45供电功率的控制器43。
与现有技术相比，本发明提供的等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置，在使用过程中，当含有粉尘、SO2、NOX、汞和PM2.5等污染物的烟气通过壳体入口进入壳体1内凝聚电场装置21形成的凝聚电场时，与反应水装置22喷出的水雾混合，控制器43控制凝聚电源41向凝聚电场装置21供电，在凝聚电场的作用下，烟气中的细粉尘、PM2.5等颗粒状物质，一部分与等离子体中的电子碰撞后带负电，另一部分与等离子体中的原子核碰撞后带正电。带电后的颗粒状物质与水雾发生凝聚作用，细粉尘、PM2.5和水雾凝聚成较大的颗粒，这种较大的颗粒在后级电场更容易被收集。而这些悬浮在烟气中的水雾和大颗粒，形成大量的气溶胶，提供了吸收SO2、NOX等气体污染物的反应表面；随后，经过凝聚电场处理过的烟气与水雾的混合物进入等离子反应电场，吸附到气溶胶表面的SO2和NOX在自由基的催化作用下，转化成更高的氧化态被水吸收，而烟气中的单质Hg被气体放电产生的等离子体氧化生成了固态物质HgO，与前级电场凝聚的粉尘、PM2.5等颗粒一同在等离子反应电场中被收集下来，从而实现了烟气的净化，净化后的烟气，由壳体1出口排出，冲洗水装置32对等离子电场装置31收集下来的污染物进行冲洗，污染物随冲洗水经壳体1排水口排出；由此可见，本发明提供的等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置不仅结构简单，占地面积小，而且采用了湿法反应，能够形成气溶胶，为SO2、NOX等气体污染物的吸收提供反应表面，提高反应效率，降低能耗及成本，具有更好的经济性。
凝聚电场装置21以及等离子电场装置31可以采用多种结构，在本发明实施例中，凝聚电场装置21以及等离子电场装置31均包括固定在壳体1上长度方向沿壳体1入口到出口方向布置且宽度方向垂直于纸面的多个平行的接地极板排及位于相邻两个接地极板排中心的放电极线。
进一步的，为了保证气态和固态污染物的同时脱除，在本发明实施例中，等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置所使用的凝聚电源41及等离子电源45均为脉冲电源，所输出的电压由直流基压加脉冲合成。其中的直流基压主要为粉尘等固态污染物的收集而设置，脉冲部分是为了给脱硝和脱硫用等离子体的产生而设置。电源可以根据等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置的大小及烟气的处理量而采用不同的规格，在本发明实施例中，凝聚电源41的直流基压部分的额定电压为50kV，脉冲电压为50KV，脉冲前沿小于100ms，重复频率大于100Hz；等离子电源45的直流基压部分的额定电压为50kV，脉冲电压为50KV，脉冲前沿小于100ns、脉宽小于500ns，重复频率1000Hz，这种规格的电源，不仅能够保证电场的性能，而且以现有技术比较容易实现。
根据静电场基本原理可知，如果电场中烟气的水蒸气含量大、或者粉尘浓度高，都会使电场内的空间电荷保持在一个较高的水平，而这就容易形成电晕封闭现象，严重时会使电场的二次电流接近零，特别是在像等离子反应电场这样使用脉冲电源供电的电场中，发生电晕封闭的可能性更高，因此，为了使等离子反应电场的运行更稳定，降低烟气入口侧电场的电晕封闭的可能性，在本发明实施例中，冲洗水装置32不对整个等离子反应电场进行冲洗，而是使用通过供水管路与水源相连的冲洗水分布水管，冲洗水分布水管设置在等离子电场装置31的接地极板排的上方，其上设置有多个沿烟气流动方向分布的出水孔，在使用过程中，水在一定压力下从出水孔流出，只对接地极板排进行冲洗，在实现对收集下来的污染物进行冲洗的同时，降低了烟气中的水蒸气含量，避免了电晕封闭现象的发生。
电源的供电极性通常有正极性和负极性，当电源的供电极性为负极性时，产生的电晕极性为负，这使得电场的电压操作区间变宽，即起晕电压和击穿电压之差较大，这就导致其只对粗粉尘有很好的荷电和收集效果，虽然能够满足一般的电除尘器的使用要求，但其对于细颗粒荷电效果较差，难以满足等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置的使用要求，因此，在本发明实施例中，凝聚电源41的供电极性为正极，以利用正电晕加强对细粉尘和PM2.5的脱除效果，而等离子电源45的供电极性为负极。
为了电场装置能稳定运行，需要使放电极线保持在接地极板排之间的中心位置。设备在制造和安装过程中的误差会造成放电极线偏离接地极板排之间的中心位置，而越是大型的装置，误差会越大。为了保证较小的位置相对偏差，大型设备需要更大的异极距，即放电极线距离接地极板排的距离，才能保证装置的稳定运行。另一方面，越大的异极距，又需要越高电压等级的电源来供电，就会导致增加电源设备的成本，因此，在综合考虑电场运行稳定性和成本因素后，本发明实施例中的凝聚电场装置21以及等离子电场装置31的异极距为150mm。
放电极线可以采用多种结构，在本发明实施例中，放电极线包括线体以及分布在线体两侧朝向接地极板排的多个放电尖端。进一步的，位于线体同侧的两个相邻放电尖端之间的距离为异极距的1.2～1.4倍，这样，即能够避免距离过远导致电场产生的电晕变少，又能够避免距离过近导致放电尖端相互抑制，从而使电场装置产生的电场的电晕功率更大，能够在小空间中发挥较好的性能。
壳体1可以采用多种结构，在本发明实施例中，壳体1包括烟气净化反应段14、气体进口扩散段11、气体出口收缩段15以及污水收集斗13，净化装置设置在烟气净化反应段14，气体进口扩散段11、气体出口收缩段15以及污水收集斗13均为具有大端及小端的锥台结构，壳体1的入口及出口分别设置在气体进口扩散段11的小端以及气体出口收缩段15的小端，气体进口扩散段11的大端以及气体出口收缩段15的大端分别连接在烟气净化反应段14的两端，壳体1的排水口设置在污水收集斗13的小端，污水收集斗13的大端与烟气净化反应段14的底部连通。
进一步的，为了使烟气扩散，使其在电场中均匀分布，以使反应更加充分，提高反应效率，在本发明实施例中，烟气净化反应段14与气体进口扩散段11之间以及烟气净化反应段14与气体出口收缩段15之间均设置有气流均布板12。
为了等离子反应的稳定进行，需要将等离子反应电场内的烟气温度控制在水的沸点以下，以保证在该区域内有液态水存在，为了达到这一目的，在本发明实施例中，控制系统4还包括与控制器43相连的压力传感器44以及温度传感器42，压力传感器44以及温度传感器42的探测端均位于壳体1内的凝聚电场装置21以及等离子电场装置31之间，在使用过程中，压力传感器44以及温度传感器42对从凝聚电场流向等离子反应电场的烟气的压力及温度进行检测并将数据反馈到控制器43中，控制器43根据检测到的烟气压力值计算在该压力下对应的水的沸点温度，然后将计算出的沸点温度与检测到的烟气温度进行比较，如果烟气温度高于计算出的沸点温度，控制器43加大反应水装置22对凝聚电场的喷水量，直到烟气温度降低到沸点温度以下，从而保证等离子反应能稳定进行。
进一步的，在本发明实施例中，控制系统4还包括与控制器43相连的污染物浓度传感器46，污染物浓度传感器46的探测端设置在壳体1的出口处，在使用时，当出口烟气中的固态污染物浓度高于目标值时，增加电源的直流基压；当出口烟气中的气态污染物浓度高于目标值时，增加电源的脉冲频率，这样，控制器43根据污染物浓度传感器46检测到的出口烟气的污染物浓度来控制等离子电源45和凝聚电源41的供电功率，从而保证适合的脱除效率，降低能耗。
为了等离子反应能稳定进行，电场内烟气的流型需要保持湍流，而过快的烟气流速又会造成内部电极的震动，影响装置的安全和稳定。因此，电场内烟气的理想流速为1-3m/s。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (12)
1.一种等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置，其特征在于，包括：
壳体(1)，其上设置有用于与烟气管道连通的出口及入口，底部设置有排水口；
设置在所述壳体(1)内的净化装置，包括沿所述壳体(1)入口到出口方向分布的凝聚装置(2)以及等离子反应装置(3)，所述凝聚装置(2)包括用于形成凝聚电场使烟气中的颗粒状物质带电的凝聚电场装置(21)以及用于向凝聚电场提供水雾颗粒的反应水装置(22)，所述等离子反应装置(3)包括用于形成等离子反应电场的等离子电场装置(31)以及用于对所述等离子电场装置(31)收集的污染物进行冲洗的冲洗水装置(32)；
控制系统(4)，包括用于向所述凝聚电场装置(21)供电的凝聚电源(41)、用于向所述等离子电场装置(31)供电的等离子电源(45)以及用于控制反应水装置(22)喷水量及凝聚电源(41)和等离子电源(45)供电功率的控制器(43)，所述凝聚电源(41)及所述等离子电源(45)均为脉冲电源，且所述凝聚电源(41)的供电极性为正极，所述等离子电源(45)的供电极性为负极。
2.根据权利要求1所述的等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置，其特征在于，所述凝聚电场装置(21)以及所述等离子电场装置(31)均包括固定在所述壳体(1)上长度方向沿所述壳体(1)入口到出口方向布置且宽度方向垂直于纸面的多个平行的接地极板排及位于相邻两个接地极板排中心的放电极线。
3.根据权利要求2所述的等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置，其特征在于，所述冲洗水装置(32)包括通过供水管路与水源相连的冲洗水分布水管，所述冲洗水分布水管设置在所述等离子电场装置(31)的接地极板排的上方，其上设置有多个沿烟气流动方向分布的出水孔。
4.根据权利要求2所述的等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置，其特征在于，所述凝聚电源(41)的直流基压部分的额定电压为50kV，脉冲电压为50KV，脉冲前沿小于100ms，重复频率大于100Hz。
5.根据权利要求2所述的等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置，其特征在于，所述等离子电源(45)的直流基压部分的额定电压为50kV，脉冲电压为50KV，脉冲前沿小于100ns，脉宽小于500ns，重复频率1000Hz。
6.根据权利要求2所述的等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置，其特征在于，所述凝聚电场装置(21)以及所述等离子电场装置(31)的异极距为150mm。
7.根据权利要求6所述的等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置，其特征在于，所述放电极线包括线体以及分布在线体两侧朝向所述接地极板排的多个放电尖端。
8.根据权利要求7所述的等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置，其特征在于，位于所述线体同侧的两个相邻放电尖端之间的距离为异极距的1.2～1.4倍。
9.根据权利要求1所述的等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置，其特征在于，所述壳体(1)包括烟气净化反应段(14)、气体进口扩散段(11)、气体出口收缩段(15)以及污水收集斗(13)，所述净化装置设置在所述烟气净化反应段(14)，所述气体进口扩散段(11)、所述气体出口收缩段(15)以及所述污水收集斗(13)均为具有大端及小端的锥台结构，所述壳体(1)的入口及出口分别设置在所述气体进口扩散段(11)的小端以及所述气体出口收缩段(15)的小端，所述气体进口扩散段(11)的大端以及所述气体出口收缩段(15)的大端分别连接在所述烟气净化反应段(14)的两端，所述壳体(1)的排水口设置在所述污水收集斗(13)的小端，所述污水收集斗(13)的大端与所述烟气净化反应段(14)的底部连通。
10.根据权利要求9所述的等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置，其特征在于，所述烟气净化反应段(14)与所述气体进口扩散段(11)之间以及所述烟气净化反应段(14)与所述气体出口收缩段(15)之间均设置有气流均布板(12)。
11.根据权利要求1所述的等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置，其特征在于，所述控制系统(4)还包括与所述控制器(43)相连的压力传感器(44)以及温度传感器(42)，所述压力传感器(44)以及所述温度传感器(42)的探测端均位于所述壳体(1)内的所述凝聚电场装置(21)以及所述等离子电场装置(31)之间。
12.根据权利要求11所述的等离子烟气脱硫脱硝除尘脱汞一体化装置，其特征在于，所述控制系统(4)还包括与所述控制器(43)相连的污染物浓度传感器(46)，所述污染物浓度传感器(46)的探测端设置在所述壳体(1)的出口处。
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