CN1067724A - 除去燃烧废气内某些成份的方法以及所用装置 - Google Patents

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 NO_x。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NO_x的方法，以及用于从废气中除去SO₂和NO_x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NO_x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NO_x。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NO_x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NO_x。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NO_x氧化成SO₃和NO₂，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SO_I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NO_x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/a_k，其中V为气体流速，a_k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τ_e＝10^-8至10^-3S。

对反应罐中的废气的加氨量取决于SO₂和NO_x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NO_x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DD243    216    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：

n_e＝N_eoe^vit

其中：

n_eo表示使用微波能量之前的自由电子数;

v_i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NO_x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：一个输入系统一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;以及一个输出系统一隔离室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。

废气被送入形状为圆柱体结构、其直径为200mw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NO_x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：

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

NO_x80%-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。

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NO_x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 (9)

1、一种从燃烧废气中除去SO₂和NO_x的方法，其中所述废气流被电子束辐射并被以连续波或脉冲流形式施加的微波所作用。

2、根据权利要求1的方法，其中在其进入反应罐之前，向脱尘的废气流加湿并加氨。

3、根据权利要求1和2和方法，其中所获得的固态或液态所获得的反应产品被用作为化肥。

4、根据权利要求1的方法，其中向电子束辐射的区域引入脉冲式微波能量流，其电场强度为Ei＞300v/cm，脉冲长度为τ＝10^-7至10^-3S，重复频率为f＞v/ak，其中v为气体流速，ak为辐射区域的长度，反应罐内部压力接近于大气压，微波能量频率在200-10，000MHΣ的范围之间。

5、根据权利要求4的方法，其中其电场强度高于300v/cm，频率为200至10，000MHΣ的连续微波能量流被附加地引入脉冲流之中。

6、根据权利要求1至5中任一方法，其中所采用的电子速为脉宽为τ＝^-8至10^-5S的脉冲式电子束，该脉冲最好被调整为远远超过微波脉冲，因此，通过反应区域的废气首先与电子束能量接触，随后与微波能量接触或同时与电子束和微波能量接触。

7、一种用于除去工业废气流中的SO₂和NO_x的设备，具有一个反应罐，该反应罐带有至少一个电子束源和至少一个微波源。

8、一种用于除去工业废气中的SO₂和NO_x和设备，具有一个电子束源，而且通过两个输入输出波导，额外向其提供有以垂直于该电子束的角度穿过罐壁引入反应罐的微波能量流，所述两个波导通过其窄壁与所述反应罐相连接。

9、根据权利要求7和8的设备，该设备装有两个附在位于反应罐和加速器之间的输出室壁上的附加波导，在此微波窗包括这些波导的窄壁，而波导与3-dB装置的两个输出臂相连接，在此一臂与微波适配负载相连接，而另一臂则与微波发生器相联接。

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