CN106474886A - 一种低温等离子体联合两级动力波的工业废气净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多污染物联合处理的方法和控制装置。包括动力波第一级洗涤系统：泡沫塔、除沫器、循环泵；等离子体反应器，电源系统；动力波第二级洗涤系统：循环泵、动力波洗涤塔、喷嘴、反应液贮槽、液沫分离器等。冶炼工业废气经过除尘处理后，进入系统，在第一级洗涤系统冷凝，初步洗涤后，经除沫器进入等离子体净化器；等离子净化器出口和风机相连接，连接处设置检测口和压力监控点；风机直接与第二级动力波洗涤塔进气口相连接，动力波装置出气口设置液沫分离器，然后废气经排气筒直接排出。本发明净化系统中可同时进行废气中多种污染物的无害化处理，去除效率高，能耗低。

Description

一种低温等离子体联合两级动力波的工业废气净化装置

技术领域

本发明公开涉及多种混合气体污染物的净化装置，具体涉及污染物协同控制去除装置和方法，属于环境保护领域。

背景技术

随着工业发展和能源消耗量的不断增长，由工业废气造成的环境污染问题也日益严重。有色金属冶炼行业作为我国的基础工业，得到了巨大的发展。而伴随着有色金属采选、冶炼以及加工过程中产生的有色金属工业废气中,其中含有工业粉尘，含汞废气，含氟、硫、或氯的有害气体和烟尘，还有酸、碱和油雾。这些废气拥有污染物排放量，污染面积大；组织复杂，治理难度大；以无机物为主的特性。例如铅锌冶炼过程，产生的大气污染物主要包括汞等重金属、二氧化硫和氮氧化物。二氧化硫会刺激人体的呼吸道，引起人体呼吸道疾病的发生；氮氧化物对人体和环境的危害表现为它会在光的作用下产生化学烟雾形成二次污染；此外，二氧化硫和氮氧化物还会在紫外线照射和其他污染物的作用下发生化学反应，进而形成酸雨。

目前，我国通常使用吸收、吸附、气相反应、冷却以及联合净化等方法去除烟气中的汞；而脱硝技术分为气相脱除的SCR(选择性催化还原)、SNCR(选择性非催化还原)和液相吸收法；而针对有色冶炼过程中产生的高浓度SO2烟气往往通过接触氧化法转化成硫酸，有湿法和干法两种脱硫技术。现今烟气中多种污染物的协同控制技术主要是许多治理技术的结合，而电晕放电等离子体技术应用于烟气中多种污染物的协同控制，可以有效应用于针对颗粒物、NOX以及SOX的协同去除。等离子体中存在的大量高能粒子或活性粒子，这些粒子可以破坏污染气体中的难降解物质，生成无毒的或毒性较低的物质。

动力波洗涤技术最早是20世纪70年代美国杜邦公司开发的“动力波泡沫洗涤器”。动力波洗涤技术是指通过液柱与气流对冲而形成高速湍流的泡沫区来强化气液传热、传质过程，达到气相高效净化的效果。采用泡沫洗涤的方式,既利用气流的能量,也巧妙地利用了液流的能量，节省能量损耗且做到充分吸收。第一台工业应用装置于1986年建成投产,目前已有几百套装置用于废酸回收、煅烧炉、二氧化钛酸解槽、硫代硫酸铵、发烟硫酸、硫酸转鼓式浓缩器、粉煤锅炉、硅卤化物、HCl和氯化镍回收等40多个不同的生产场合。目前,我国在冶炼烟气制酸工业中已引进该项技术,建立了多套大型的动力波洗涤装置,取得了良好的使用效果。

低温等离子体技术可以实现多种污染物的协同控制，不仅降低了工艺系统的复杂程度而且使运营成本降低；而低温等离子体结合碱液吸收的动力波技术是目前控制烟气中多种污染物最有前景的综合控制技术。

发明内容

本发明专利包括等离子体处理部分：进气口、导流板、等离子处理单元、电源系统；动力波技术吸收部分：循环泵、动力波洗涤塔、喷嘴、反应液贮槽、液沫分离器等。冶炼工业废气经过除尘处理后，经第一级动力波洗涤塔冷却洗涤预处理，通入等离子体净化器处理，等离子净化器出口和风机相连接，连接处设置检测口和压力监控点；风机直接与第二级动力波洗涤塔进气口相连接，动力波装置出气口设置液沫分离器，然后废气经出气口排出。

进一步说明，所述的等离子体净化器内是线筒式等离子体处理单元，线筒直径是50-100mm壁厚6mm，采用金属外电极并接地；圆筒内电极采用预防酸性气体腐蚀的不锈钢棒，连接0～50KV的高压直流电源。

第一级洗涤塔冷却洗涤预处理废气经布风导流板，均匀的进入等离子体处理单元，在电晕放电区域，在较高的电场强度下，气体产生“电子雪崩”，大量的高能电子以极快的速度反复轰击废气中的气体分子，发生一系列的激活、裂解、电离、氧化等一系列复杂的化学反应，使SO₂、NO_X和Hg⁰废气得到低温等离子体装置的处理。

针对Hg⁰处理，等离子体通过活性自由基的氧化处理，把易挥发的Hg⁰氧化成高价态的汞。

Hg⁰+O→HgO

Hg⁰+OH→HgOH

Hg⁰+O₃→HgO

第一级洗涤处理为等离子体净化器的发生环境提供了支持，不但进一步净化了反应器中的颗粒粉尘含量而且能够调节进入等离子体反应器中的水分，充分发挥等离子体净化器的最大效能。等离子体处理系统承担了大部分Hg⁰和NO_X废气的处理，对SO₂也有相当的处理作用。

进一步说明，等离子体处理系统中，并联两个反应塔，在气量小或气体相对较容易处理时，可以只使用一个反应塔，做到一用一备。而气量大时，可以并联使用，能够满足不同气量的使用要求。

进一步说明，等离子体净化器烟气出口与第二级洗涤塔之间连接有风机，可以对进入动力波洗涤装置中的气相进行调节，用于提供气相的输送动力，可以在一定范围内进行控制，对整体风量、风速有一个控制作用，对处理负荷可以做到一个相匹配的调节。调控动力波洗涤阶段合适的液气比，使气相湍流程度足够大，明显地降低传质的气膜阻力，使更新速度够快，形成良好的洗涤吸收泡沫区。

进一步说明，动力波洗涤筒中，喷嘴方向与气流方向是相逆的；循环泵连接着洗涤液贮存槽和洗涤筒，洗涤吸收处理后的气流通过洗涤塔的上部进入下一阶段，充分利用过后的洗涤液从洗涤塔下部管道，流入洗涤液贮存槽。循环槽中的洗涤液通过投料口和排污口对循环洗涤液的酸碱度或吸收富液进行调节或排污更新。

第一级预处理洗涤塔中，废气气流从动力波洗涤塔的底部进入，经塔板导流，气流有节奏的向上流动。洗涤吸收液通过向下的喷嘴自上而下逆着气流喷入洗涤塔中，气流与洗涤液发生第一步接触吸收。洗涤液在进一步向下流的过程中，由于塔板的导流控制，能够使气流保持一定的流速，当气液两相动力的动量达到平衡时，在塔板间的气液界面混合区域容易形成高速湍动的泡沫区。在泡沫区内，气体与迅速更新的液体表面接触，两相接触的界面中两相的传质系数变大，气相的传质速率变快，使气体SO₂、NO_X高效吸收。进一步由于泡沫区拥有较大的缓冲范围，所以能够适应气体处理负荷较大范围的变动。

进一步说明，动力波洗涤液经过循环管道通过动力波喷嘴进入洗涤筒，喷嘴将洗涤液雾化成小液滴，均匀地分散于气相中，增大液相的比表面积，提高气液相的碰撞。此外，动力波喷嘴是射流喷嘴，喷嘴结构简单，喷头孔径大，不易堵塞；液体不发生雾化，排气中的液体雾沫极少。系统能够在比较大的范围内调节，控制水平和循环水含固量要求不高，循环液可以达到20％的含固量，针对某些特殊的气体甚至可以在洗涤液中添加催化剂，并且洗涤液重复利用率高。

进一步说明，在第二级动力波洗涤塔中，使用的是大的动力波喷嘴，洗涤液向上喷射而出。气液两相在气流疏导装置的下方的合适位置产生一个大的泡沫区，泡沫区内气液两相传质吸收迅速，废气在此处充分洗涤吸收。充分吸收的洗涤液顺着洗涤塔从下部管道流出，洗涤吸收处理干净的气体则从洗涤塔上部的气体出口排出。

本发明装置系统，处理效果高，洗涤液重复利用效果好，适用处理的气体种类和气量范围广，能够同时处理多种污染物，并且处理负荷的波动范围宽，占地面积少，能耗少，无二次污染物。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图。

图2是等离子体处理部分等离子单元示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，有色冶炼烟气净化系统装置，包括动力波洗涤预处理系统，等离子体放电反系统，动力波洗涤吸收系统。所述的废气净化处理体系,：包括除沫器1，进气口，预处理塔动力波喷头2，塔板3，第一级动力波冷却洗涤塔4，增压循环泵5、19，流量计和开关阀门6、8、13、16，洗涤液贮存槽7，洗涤液9，PH监测计或压力表10，投料口14，等离子体反应器11，等离子体电源12，风机15，洗涤吸收塔动力波喷头17，第二级吸收洗涤塔18，净化气体排出口。烟气从进风口进入第一级预处理洗涤塔中，废气气流从动力波洗涤塔的底部进入，经塔板导流，气流向上流动。洗涤吸收液通过向下的喷嘴自上而下逆着气流喷入洗涤塔中，气流与洗涤液发生第一步接触吸收，并进一步在塔板间形成泡沫区。初步冷却洗涤的向上气流经除沫器，气沫分离后，进入等离子体反应区。洗涤液则在重力作用下，顺着塔底的管道流向贮存槽。废气在等离子体反应器中发生一系列的电离、裂解、氧化反应。等离子体处理过后的气体在引风风机的调控下，废气进入第二级动力波洗涤吸收塔。在塔中气流疏导装置的作用下，与经动力波喷头喷射上升的洗涤液碰撞，在下方形成一个大的洗涤泡沫区。洗涤吸收处理过后的干净气体冲塔顶的出气口排出，洗涤液沿塔底管道流向贮存槽。

等离子体反应器中，通过布风导流板，均匀的进入每个低温等离子体处理单元，做到对等离子体反应区的最大均匀利用。等离子体中由于放电作用产生大量的高能电子、中性粒子、羟基自由基、氧自由基、臭氧等活性粒子，与烟道废气中的Hg⁰、NOx和SO₂粒子发生反应，氧化生成易溶于水的Hg⁺、NO₂、SO₃等。部分的烟气污染物在等离子体中未完全降解，生成其他的中间产物或在污染物的相互影响下，一部分未完全降解的污染物可以通过动力波洗涤装置洗涤吸收。经过低温等离子体放电处理过后的烟气自上而下进入直筒型洗涤塔中，而吸收液自下而上逆流喷射进入洗涤塔与气体发生强烈的撞击形成泡沫区，然后顺流混合，在动力波洗涤装置中经过三级洗涤，处理废气直接排出。洗涤液可以通过投料口14，进行添加和调节PH值，通过排污口8进行排除更新。洗涤液在贮存槽通过增压循环泵运输，在洗涤塔中从液相喷射嘴中喷出。

如图2所示，为集成的线筒式反应器模块，金属外电极，高压内电极，模块化的高压直流电源。废气进入直筒式反应器中，在放电等离子体区段发生氧化还原反应。气流方向与内电极的方向相同，外电极直接接在圆筒上的金属段，形成一个稳定放电的等离子体处理区。所述反应器小单元为不锈钢金属管，直径50-100mm壁厚6mm，高压内电极直径为1～30mm，长度为300～1100mm。每个模块集成反应器可根据需要，配备相应筒数的等离子体反应单元。

在洗涤液贮存槽中的洗涤液，可以通过进料口和PH计进行观察和洗涤液的碱度调节。洗涤液吸收饱和了，可以再进行新的碱液添加或更新洗涤液，饱和或污染的洗涤液从贮存槽排污口排出，添加或更新的洗涤液从贮存槽上部进料口加入。循环液自身不仅拥有很好的循环重复利用功能，而且洗涤液的循环更新系统能够简便长时间的运行。

本套装置系统拥有第一级逆向洗涤装置，等离子体反应器，第二级逆向洗涤装置，三级废气处理系统。全程干湿法废气处理搭档合理，气液两相充分洗涤吸收，阻力压降小，能耗相对较少，占地空间小。

参照图1，对单管的等离子体反应器联合动力波进行实验测试。实验电压为16KV，流量为20L/min，液气比L/G为20L/m³，碱液PH值为11条件下，烟气中多种污染物(SO₂、NO和Hg⁰初始浓度分别为360ppm,350ppm和100μg/m³)具有很好的协同脱出效果。SO₂去除效率为98.1％，NO去除效率为50.9％，Hg⁰去除效率为51.3％。此系统克服了传统烟气污染物治理技术去除污染物的单一性；另一方面利用动力波高效湿法脱除系统在不影响脱硫效率的同时实现了氮氧化物和汞的协同控制，NO和Hg⁰的去除效率均可达到50％以上，具有广阔的应用前景。

本发明的所述内容仅是新型构思的实现形式的举例，凡采用同等替换或等效变换，改进的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种低温等离子体联合动力波的工业废气净化装置，其特征在于：装置系统分为动力波初级洗涤冷却部分，等离子体处理部分和动力波再吸收部分。等离子体处理部分：进气口，布风导流板，等离子体净化器，电源系统；动力波吸收部分：循环泵，贮液槽，排污口，第一级动力波洗涤塔，喷嘴、泡沫吸收区、除沫器、第二级洗涤塔，喷嘴、液沫分离装置，出气口。排放的废气先经过第一级动力波洗涤冷却，通过除沫器控制水分；然后进入等离子净化器，废气经过布风导流板在等离子体净化区内均匀分布；等离子体净化器出口连接风机，风机另一端连接第二级动力波洗涤塔，洗涤塔下部连接管道收集洗涤液，两级洗涤塔下部管道直接与洗涤液贮存槽相连，贮存槽中有循环泵管道，连接洗涤塔中的喷嘴。贮存槽下部有排污口，上部设有加料口和压力、PH检测表，洗涤后的干净气体通过第二级洗涤塔上部排气口排出。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：低温等离子体联合动力波技术协同处理多种废气污染物。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述等离子体反应器本体为圆形管结构，由一个个等离子体反应器单元组成，每个单元采用不锈钢金属管，直径50-100mm壁厚6mm，高压内电极直径为1～30mm，长度为300～1100mm，采用高压直流电源。可以模块化组装与拼接，适应不同的气体成分与风量处理要求。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：第一级动力波冷却洗涤，为等离子体氧化去除反应提供了良好的前处理；等离子体净化器与洗涤装置之间设置风机，可进一步调节洗涤塔液气比；等离子体反应产生长寿命的活性物质(如臭氧)或副产物，在第二级洗涤塔中促进氧化或洗涤吸收反应，满足多种复合废气的处理要求。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：整个废气净化处理装置，有两段泡沫洗涤，一级等离子体废气处理系统。全程干湿法废气处理搭配处理合理，整个过程压力损失小，等离子体氧化效果能够得到很好的发挥，洗涤液能够做到对废气的充分吸收且洗涤液能够重复利用，处理效果明显。