CN1064119C - 除去燃烧废气内某些成份的方法以及所用装置 - Google Patents
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Abstract
通过电子束辐射和以连续波和/或脉冲流形式施加的微波的作用，从燃烧废气中除去SO2和NOx。在辐射区域由电子束辐射的废气流在其整个横截面上被微波能量所作用，使得在同等剂量率下“电子束平均功率”减少，降低加速器的成本，而保持同样的除去效率。在辐射方法中除去燃烧废气中SO2和NO2的设备，其中同时采用加速电子流和微波能量流。
Description
本发明涉及利用辐射法除去特别是热电站产生的废气中的酸性污染如SO2和NOx的方法，以及用于从废气中除去SO2和NOx的装置。
热电站中从煤和矿物燃料产品的燃烧衍生出的气体所引起的污染，提出了一个全球性的问题。一个典型电站发电500MW将产生大约每小时3至5吨的污染物，它们对周围环境具有累积性的有害影响。人们已经开发出一些技术对废气进行有效的净化。
用一些化学方法除去废气中的酸性污染是基于酸性杂质在碱性溶液即石灰水中的吸收性原理。但是这些湿性方法除了仅能消除SO2之外，也会导致大量副产品的附着。而大量的NOx仍然残留于废气之中，特别是一氧化氮NO，它和氟氯烷化合物一起被认为是造成臭氧层破洞现象的祸首。所以，有必要建立分离设备，来除去烟气中的NOx。这些设备基于不同的原理，但主要是基于催化还原的原理。
辐射技术是利用被加速的电子束产生自由根。它可以得到同时从废气中除去SO2和NOx的结果。
利用辐射方法能够在一套设备中消除95％的SO2和80％的NOx。在辐射技术中，提高反应效率是非常重要的，这些反应取决于气体混合物的量、温度和成分。如波兰专利第153259号和1990年4月27日提交的波兰专利申请第284996号所述，通过在进行辐射处理之前引入水份和一些氨，可以获得较高的反应效率。这些方法基于由辐射产生的同步反应，并可导致固态产品的形成。这些产品可用作为化肥。
在有水悬浮粒的情况，废气的辐射可以导致原子和分子根以及自由电子的形成。OH′、O′和H2O′根引起SO2和NOx氧化成SO3NO2，而且进一步在存在水的情况下，形成H2SO4和HNO3。最后，这些化合物与氨发生反应，形成固态产品NH4NO3和(NH4)2SO4，这些固态产品可以用作为化肥。这一过程的温度保持在65℃至100℃的范围之间。
优化选择取决于气体成份及其流连的温度、加水和氨成份的程序，会略微改变从废气中除去酸污染成份的效率。
研究已经进入到提高辐射方法效率的程度。这种改进利用附加静电场和电磁砀，利用静电场和电磁场增加自由电子和自电根的数量，改变化学反应过程。
专利第DD-243-216A(87-170590)号描述的已知方法提出了(除了具有50-500kev能量的电子束之外)利用其强度高达100v／cm的静电场来降低处理过程中的电能消耗。在这一方法中，净化效率得到提高。这种方法的缺点是在反应罐内需要安装附加栅格电极。这些电极互相之间以16cm的距离设置，从而将电场引入反应进行之处。在辐射期间或辐射之后所形成的固态产品以及飞灰将会沉积在电极之上并阻塞反应罐。
前述方法的缺陷可以由专利号JO-1099-633-A(89-156548／21)所披露的方法克服。在这种方法中，使用了一种辐射罐激光束(具有193nm波长的ArF激光)，并且加入了CH3OH。由光激励CH3OH产生OH′根，它们与NO和SOI结合生成固态产品，使它们能被除去。虽然使用激光束效果很好，但在工业上的应用却非常复杂和昂贵。由于水的存在，使得UV光在反应罐内的穿透率非常有限，所以效率相当低。而且很难获得良好的光束空间分布均匀性，并需要使用CH3OH化合物。
对于工业化规模的设备而言，降低电能消耗是一个特别重要的问题，因为在一个电站所产生的总电能中，有百分之二至四被消耗于除去废气中的酸性污染。
本发明的目的，是利用微波能量，与电子束一起，来提高净化过程的效率，并为些目的降低能耗。
根据本发明的方法的基本特征是再次利用辐射期间感生的自由电子，它们以被加速的电子束的形式引入系统之中，用以产生氧化根，利用微波能量增加自由电子数量，并使其能量保持于最佳程度。由此可以导致在同样剂量率下所需电子束平均能量的降低，从而降低加速器的造价，获得同样的去除效率。
因此，本发明涉及一种从废气是除去SO2和NOx的方法，其中用电子束对废气流进行辐射，并以均匀、连续和／或脉冲流的形式施加微波。在辐射区域内被电子束辐射的废气流在其整个横截面上被微波能量所作用，而且微波以Ei＞300vcm的电场强度，τ=-7至10-3S的宽冲长度以及200至10，000MH∑的频率引入。微波脉冲的重复频率应为f＞v／αk，其中V为气体流速，αk为辐射区域长度。
或者，可以同时使用一均匀连续微波能量Ec流，其强度可以在100至300v／cm／cm范围之内，频率为200至10，000MH∑。
本发明中最大可用的电子束剂量为1-20kGy，当然剂量是根据所要的结果设定的。例如，在污染减少约50％的情况下，理想的剂量范围可在5-10kGy。
处理中的采用的电子束也可以是脉冲式的，脉冲宽度为τe=10-8至10-sS。
对反应罐中的废气的加氨量取决于SO2和NOx的含量并应当有约为化学当量的总量。水含量最好占8-12％的体积并可根据系统中当时情况优化。
本发明进一步的方面涉及利用辐射方法除去燃烧废气中的SO2和NOx的设备，其中同时采用被加速电子束和微波能量。为实现这一目的，必须为反应罐提供至少一个电子束源，以及至少一个微波源。微波能量源与电子束源的置位并不严格，但是必须保证电子束和微波被引入到反应罐的同一区域。微波能量输入口可以设置在反应罐的轴线上，垂直于该轴或者以任何适当的角度设置。
图1为根据本发明的一个带有集中电子束的反应罐的实例的示意图；
图2为图1的平面图；
图3为根据本发明的带有电子加速器的反应罐实例的例视图，其上安装有一个线性扫描系统；
图4为根据本发明的实验装置的流程图。
在废气进入反应罐之前，根据辐射方法的标准过程进行处理(过滤飞灰粒子、加湿、注入氨气)。被附加引入由电子束辐射的反应区域的、其频率为200至10，000MH∑的微波能量，将增加这一区域内的自由电子和自由根的数量。这有利于更好地除去废气中的酸性污染。该过程的固态产品通过过滤收集起来。这些过程中，微波能量流的电分量被引入到辐射废气的反应区域。微波能量通过虑导的输入和输出引入反应罐，波导被固定在反应罐的侧壁上进入加速电子流。连接在矩形波导的窄侧进行。可以设有两个附加波导的设备使得净化过程更加有效。在较佳实施例中，引入反应罐的微波能量垂直于反应罐的轴线，但根据特定几何结构，它也可以被控制为任何其它角度。如图1-3所示，微波能量流被引入反应罐4，以与前述相同的方式横穿其侧壁，通过波导5加到电子束上，在波导5的窄侧进行连接。微波能量脉冲的存在，导致了该体积下自由电子与自由根数量的增加，这使得净化过程更加有效。
为了支持自由电子能量，在反应罐4与加速器1或1′之间的电子输出室2上安装了两个附加波导3。在波导的窄壁上实现连接，波导被固定在3-bB装置(微波分配器)的两个输出臂上，在此，一臂连接到一个微波适配负载(在该装置中微波被吸收而无反射)，另一臂与一微波发生器相连接。这种均匀微波能量流可以支持自由电子能量参与该过程。尽管没有向反应罐中增加并安装电极，本发明产生自由根及其净化过程比先有技术(德国专利DD243216 A1)中的过程更加有效。
根据本发明除了电子束以外，还采用了频率为200-10，000MH∑的微波能量流。在反应罐的入口处的废气，与其它辐射方法中一样，是无飞灰加潮了的。使用微波能量拍中，由于具有较多数量的自由电子，故而增加了OH′根的数量。自由电子的数量由下式表述：
ne=Neoevit其中：
neo表示使用微波能量之前的自由电子数；
vi表示取决于微波能量脉冲之内电场强度的电离碰撞数；以及
t为时间。
微波脉冲的使用导致了自由电子的增殖效应，而均匀微波能量流则将这些自由电子的能量保持在所希望的水平上。
实例
用图4所示的装置对本发明进行了测试。这种从废气中除去SO2和NOx和装置已经在ILU6加速器1′的基础上建立起来。该装置由两个独立的微波发生器完成。它可以以同时使用电子束和微波能量流，在反应罐中产生自由根为基础测试组合除去原理。
各自为一水管锅炉的两个加热炉6被用来产生燃气。被测试废气的成分已经通过向气流中加入如SO2、NO和NH3这类的成分而获得。
该测试装置包括：一个输入系统-装有一加热炉的两个锅炉，锅炉压力调节器、SO2、NO和NH3配量系统，分解设备；一个反应罐，在此，可以同时或分别从ILU6加速器1′中引入电子束，从脉冲发生器7和连续波(C、W)发生器8中引入微波流；以及一个输出系统-隔离室9、过滤装置(如袋式过滤器)10、风扇11，排气孔12和分解设备。在排气孔和反应罐的几处设有一些温度传感器，穿过该测试装置的流速为Nm3／h。反应罐内的气体温度可通过锅炉的水冷却系统在70℃至100℃范围内调节。
表1给出了加速电子束源和微波能量流源的基本参数。表1
输入到反应罐中的废气成份由表2给出：表2
| 参数 | 加速器 | 脉冲发生器 | 连续波发生器 |
| 电子能量频率重复率峰值功率脉宽平均功率 | 0.7-2 MeV-达 50 Hz1 MW400 us20 kw | -1.886 GHz达 200 Hz10 MW5 us25 kw | -2.45 GHz---5 kw |
| 废气成份 | 加入成份 |
| CO2 6.1-7.4％N2 72.2-74.2％O2 7.2-8.0％H2O 12.2％CO 48ppmNOx 39ppm | SO2 高达 2000 ppmNO 高达 2500 ppmNH3 高达 4500 ppm |
废气被送入形状为圆柱体结构、其直径为200mm的反应罐中。微波流沿轴向传播。电子束被垂直于罐之轴线引入反应体积内，穿过一个50μm厚的钛窗口。多于75％的微波能量集中在放电体积内。废气流原输入和输出口位于罐的侧壁。气流可以直线流动也可以做成环状。在反应罐出口处废气的温度不超过100℃。
还进行了一些测试，估算从废气中消除SO2和NOx的效率，以及以相等的气相掺入的微波流和电子束功率水平估算获得同样净化效率时，仅用电子束和利用电子束与作为连续波和／或脉冲源形式的微波能量相结合的情况相比，能耗的降低。
在同样功耗下，废气净化作用的效率示于表3：表3在同样输入功率要求下，SO2和NOx的除去效率的改善A SO2除去效率SO2(％)
B．NOx除去效率ηNOx(％)
| 电子束 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 91 | 95 |
| 电子束+微波吸收总能量(KGy) | 571.0 | 661.3 | 722.1 | 812.7 | 893.4 | 924.6 | 975.5 |
用于电子束和微波相组合所需的输入功率如下：
SO295％-输入功率5．5kGy
NOx80％-输入功率7kGy
在同等条件下，相对于kGy剂量所需功率的减少示于下表4。所谓同等条件意思是，在实验期间，全部有关所用气体量和成份、以及温度和压力的参数都相同。
表4RGy剂量减少
所得的结果表明，本方法在净化效率和减少功耗两方面都是非常有价值的。
本发明由所附的权利要求书所定义。在不离开本发明精神的前提下可能做出各种修改。
本发明在工业上的实用性表现在一种从特别是热电站的燃气中除去诸如SO2和NOx和酸性污染的方法，本发明利用微波能量，与电子束一起提高净化过程的效率，并为此目的降低能耗。
Claims (21)
1．一种从燃烧废气中除去SO2和NOx的方法，其特征在于包括下述步骤：提供一燃烧废气流；用电子束照射所述燃烧废气流；并以微波辐射照射所述燃烧废气流。
2．根据权利要求1的方法，其中所述燃烧废气流流经一反应罐，所述用电子束和微波照射的步骤发生在反应罐中，该方法还包括在燃烧废气流进入反应罐之前向废气流至少加湿和氨中的一种。
3．根据权利要求1的方法，还包括收集由于电子束和微波照射而使废气流中化学物质发生化学反应所形成的反应物。
4．根据权利要求3的方法，还包括从反应物形成化肥的步骤。
5．根据权利要求1的方法，其中用微波辐射照射废气流的步骤还包括用脉冲微波辐射照射废气流。
6．根据权利要求5的方法，其中脉冲微波辐射在废气流中产生一个电场强度大于300v／cm的电场，脉冲微波辐射的脉冲长度为τ=10-7至10-3秒，重复频率f大于ν／ακ，其中v为气体流速，ακ为辐射区域的长度，在此长度内，电子束和微波辐射与废气流发生反应。
7．根据权利要求1的方法，其中微波频率在200-10，000MHz的范围之间。
8．根据权利要求5的方法，还包括用连续微波照射废气流，其中连续微波在废气流中产生的电场强度小于300v／cm，连续微波辐射的频率为200至10，000MHz之间。
9．根据权利要求8的方法，其中连续微波辐射，脉冲微波辐射以及电子束在废气流的一个叠加区域中在空间上相互叠加。
10．根据权利要求1的方法，其中，电子束和微波辐射在废气流中的一个叠加区域中相互叠加。
11．根据权利要求1的方法，其中用电子束照射废气流的步骤包括用脉宽为10-8至10-5秒的脉冲式电子束照射废气流。
12．根据权利要求11的方法，其中，用微波辐射照射废气流的步骤包括用脉冲微波照射废气流；脉冲电子束和脉冲微波的重复频率是同步的，脉冲电子束在脉冲微波与废气流相互作用之前与废气流相互作用。
13．一种用于从燃烧废气中去除SO2和NOx的设备，其特征在于包括：
一个具有一反应区域的反应罐；
用于产生电子束的装置，该装置在结构上与反应罐相连，使所产生的电子束朝向所述反应区域；
用于产生微波的装置，该装置与反应罐相连，使产生的微波朝向所述反应区域；
用于将所述废气汉传输到反应罐中反应区域的装置。
14．根据权利要求13的设备，其中所述传输装置包括一具有第一和第二端口的管路，第一端口与反应区域连通，第二端口被构造成能从一反应废气流源接收反应废气流。
15．根据权利要求14的设备，还包括产生反应废气流的反应废气源。
16．根据权利要求15的设备，其中所述反应废气源包括一电热功率发生器。
17．根据权利要求16的设备，其中，电热功率发生器被构造成能燃烧矿物燃料以产生废气流。
18．根据权利要求13的设备，其中微波能量通过一波导被引入反应区域，微波的方向与反应区域中的废气流的方向垂直。
19．根据权利要求13的设备，其中微波能量通过至少两个波导被引入反应区域。
20．根据权利要求19的设备，还包括两个置于电子束发生装置相对两侧的附加的波导，用于支持废气流中的自由电子。
21．根据权利要求20的设备，其中所述两个附加波导的管壁上有微波窗用于将微波能量耦合到反应区域；还有一个输出臂与一3DB装置相连接，从而防止微波反射回产生微波辐射的装置。
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| CN (1) | CN1064119C (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0847618A (ja) * | 1994-06-03 | 1996-02-20 | Ebara Corp | 排ガス処理用電子線照射方法 |
-
1992
- 1992-05-21 CN CN92103922A patent/CN1064119C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1067724A (zh) | 1993-01-06 |
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