CN104548925A - 矩阵式介质阻挡等离子体协同吸附/催化分解脱硝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种矩阵式介质阻挡等离子体协同吸附/催化分解脱硝装置，属于燃气锅炉脱硝技术领域。该装置包括两组单体介质阻挡放电等离子体协同催化剂吸附/分解脱硝反应器、一组等离子体产生装置、一套气体分配***，等离子体产生装置置于两组单体介质阻挡等离子体协同催化剂吸附/分解脱硝反应器中间，通过调节装置上的进气三通阀和出气三通阀，燃气锅炉产生的NOx首先直接进入一组单体介质阻挡等离子体协同催化剂吸附/分解脱硝反应器中，利用催化剂填充层进行NOx吸附，另一组接通等离子体电源，进行等离子体协同催化剂分解NOx过程，实现脱硝。该装置结构简单，成本低廉，操作易行。
Description
技术领域
本发明涉及燃气锅炉脱硝技术领域，特别是指一种矩阵式介质阻挡等离子体协同吸附/催化分解脱硝装置。
背景技术
随着中国“煤改气”工程持续推进和城市社会经济的发展，城市集中供暖燃气锅炉将成为城市冬季供暖的主要设备，而就此产生的氮氧化物(NOx)排放量也会因此进一步增加。“十二五”期间国家提出的NOx总量控制指标，且对于NOx的排放标准也在逐渐提高。因此，对于城市集中供暖锅炉的NOx排放要求也越来越严格。
目前，常用的商业脱硝方法是选择性催化还原(SCR)技术，该技术通过在300-400℃烟气中加入液氨等还原剂来还原氮氧化物。而商用SCR脱硝技术对于集中燃气供暖锅炉的NOx去除存在许多限制：(1)商用SCR脱硝技术通常的反应温度为300-400℃，而集中燃气锅炉烟气温度主要在100℃左右，低于SCR技术所需的反应温度，需要对烟气进行二次升温，增加能耗和工程费用。(2)SCR脱硝技术主要是针对于烟气排放量大，负荷变化大的燃煤电厂锅炉脱硝，而集中供暖燃气锅炉烟气负荷变化大，容量小，SCR技术无法有效解决。(3)SCR脱硝技术通常以NH3作为主要的脱硝还原剂，需要设置专门的液氨储罐等存储设施。对于城市供暖锅炉而言，其占地较大，且在液氨运输和存储过程中，有可能会造成NH3泄漏等安全隐患。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种矩阵式介质阻挡等离子体协同吸附/催化分解脱硝装置，根据燃气锅炉烟气排放特点和NOx排放要求，运用介质阻挡等离子体技术，以解决现有SCR脱硝装置的不足，实现燃气锅炉的NOx去除。
该装置包括两组单体介质阻挡放电等离子体协同催化剂吸附/分解脱硝反应器，一组等离子体产生装置和一套气体分配***，其中，单体介质阻挡放电等离子体协同催化剂吸附/分解脱硝反应器包括装置外壳、等离子体单管反应器、接地极引出线、高压电极引出线和等离子体电源，装置外壳两端分别设有烟气进气口和烟气出气口，烟气进气口和烟气出气口分别外接进气三通阀和出气三通阀，接地极引出线和高压电极引出线与等离子体电源相连，等离子体产生装置置于两组单体介质阻挡放电等离子体协同催化剂吸附/分解脱硝反应器中间。
等离子体单管反应器包括高压电极、石英管反应器、接地极、催化剂填充层和石英砂板，石英管反应器外层为接地极，高压电极位于石英管反应器中间，石英管反应器内下部有石英砂板，石英管反应器内填充有催化剂填充层。等离子体单管反应器呈矩阵式排列，每排10-100根等离子体单管反应器，相邻的等离子体单管反应器间隔为3-10cm，且每排10-100根等离子体单管反应器共用一个等离子体电源，两套单组单体介质阻挡放电等离子体协同催化剂吸附/分解脱硝装置共用一套等离子体电源。
等离子体单管反应器中的放电介质为石英管反应器，管外径为3-20cm，壁厚为2-5mm，管长80-200cm；高压电极为金属棒或金属管，材质为铜、铝、不锈钢等，直径为3-20mm；接地极为铝箔、铜箔、铝网或铜网，长度为80-200cm，放电区域长度为80-200cm，放电间隙为5-100mm。
在使用过程中，通过调节装置上的进气三通阀和出气三通阀，燃气锅炉产生的NOx首先直接进入一组单体介质阻挡放电等离子体协同催化剂吸附/分解脱硝反应器中，利用催化剂填充层进行NOx吸附作用，达到95％以上的NOx脱除，同时另一组单体介质阻挡放电等离子体协同催化剂吸附/分解脱硝反应器接通等离子体产生装置，进行等离子体协同催化剂分解NOx过程，NOx被分解为N2和O2，同时实现催化剂的再生。之后，调节等离子体产生装置的电路，将之前进行NOx吸附的反应装置接通等离子体协同催化剂分解过程，而另一组装置进行NOx吸附，从而实现脱硝过程的连续运行。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
(1)该装置可以根据烟气量和污染物的浓度调整等离子单管反应器的数量，使得反应装置与烟气量进行匹配，达到最优的NOx去除效果。
(2)此装置的等离子体操作过程为间歇运行，可以有效减少运行过程中的能量损耗。
(3)该装置简单，成本低廉，操作易行。
(4)该装置安全隐患少，易于城市冬季供暖锅炉的安装运行。
附图说明
图1为本发明的矩阵式介质阻挡等离子体协同吸附/催化分解脱硝装置结构示意图；
图2为等离子体单管反应器结构示意图；
图3为单组单体介质阻挡放电等离子体协同催化剂吸附/分解脱硝装置结构示意图；
图4为单体介质阻挡放电等离子体协同催化剂吸附/分解脱硝装置中等离子体单管反应器布置示意图。
图中：
1-进气三通阀；2-单体介质阻挡放电等离子体协同催化剂吸附/分解脱硝反应器；3-等离子体产生装置；4-出气三通阀；5-高压电极；6-石英管反应器；7-接地极；8-催化剂填充层；9-石英砂板；10-烟气进气口；11-装置外壳；12-等离子体单管反应器；13-接地极引出线；14-等离子体电源；15-高压电极引出线；16-烟气出气口。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的燃气锅炉脱硝方法能耗大、安全性差等问题，提供一种矩阵式介质阻挡等离子体协同吸附/催化分解脱硝装置。
如图1、图2、图3所示，该装置包括两组单体介质阻挡放电等离子体协同催化剂吸附/分解脱硝反应器2，一组等离子体产生装置3和一套气体分配***，其中，单体介质阻挡放电等离子体协同催化剂吸附/分解脱硝反应器2包括装置外壳11、等离子体单管反应器12、接地极引出线13、高压电极引出线15和等离子体电源14，装置外壳11两端分别设有烟气进气口10和烟气出气口16，烟气进气口10和烟气出气口16分别外接进气三通阀1和出气三通阀4，接地极引出线13和高压电极引出线15与等离子体电源14相连，等离子体产生装置3置于两组单体介质阻挡放电等离子体协同催化剂吸附/分解脱硝反应器2中间。
等离子体单管反应器12包括高压电极5、石英管反应器6、接地极7、催化剂填充层8和石英砂板9，石英管反应器6外层为接地极7，高压电极5位于石英管反应器6中间，石英管反应器6内下部有石英砂板9，石英管反应器6内填充有催化剂填充层8。如图4所示，等离子体单管反应器12呈矩阵式排列，每排10-100根等离子体单管反应器12，相邻的等离子体单管反应器12间隔为3-10cm，且每排10-100根等离子体单管反应器12共用一个等离子体电源14。
实施例1
以15％Cu-CMS作为催化剂填充层8。以直径10mm，长25cm石英管作为石英管反应器6，3mm铜棒作为高压电极5，铝箔为接地极7。取适量15％Cu-CMS置于反应体系中，将流量为300ml/min含0.05％NO，2.8％O2，N2作为平衡气的混合气通入反应装置，吸附20min后停止通气，进行低温等离子体协同分解反应，等离子体输出电压7.8KV，频率8.9KHz，放电时间10min后停止。之后重新进行上述操作4次，单次NOx去除率为95％。
实施例2
以一种铜改性的活性炭作为催化剂填充层8。以直径50mm，长30cm石英管作为石英管反应器6，8mm铜管作为高压电极5，铜箔为接地极7。取适量10％Cu-AC置于反应体系中，将流量为3000ml/min含0.05％NO，空气作为平衡气的混合气通入反应装置，吸附30min后停止通气，进行低温等离子体协同分解反应，等离子体输出电压7.8KV，频率8.9KHz，放电时间20min后停止。之后重新进行上述操作3次，单次NOx去除率为95％。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种矩阵式介质阻挡等离子体协同吸附/催化分解脱硝装置，其特征在于：该装置包括两组单体介质阻挡放电等离子体协同催化剂吸附/分解脱硝反应器(2)，一组等离子体产生装置(3)和一套气体分配***，其中，单体介质阻挡放电等离子体协同催化剂吸附/分解脱硝反应器(2)包括装置外壳(11)、等离子体单管反应器(12)、接地极引出线(13)、高压电极引出线(15)和等离子体电源(14)，装置外壳(11)两端分别设有烟气进气口(10)和烟气出气口(16)，烟气进气口(10)和烟气出气口(16)分别外接进气三通阀(1)和出气三通阀(4)，接地极引出线(13)和高压电极引出线(15)与等离子体电源(14)相连，等离子体产生装置(3)置于两组单体介质阻挡放电等离子体协同催化剂吸附/分解脱硝反应器(2)中间。
2.根据权利要求1所述的矩阵式介质阻挡等离子体协同吸附/催化分解脱硝装置，其特征在于：所述等离子体单管反应器(12)包括高压电极(5)、石英管反应器(6)、接地极(7)、催化剂填充层(8)和石英砂板(9)，石英管反应器(6)外层为接地极(7)，高压电极(5)位于石英管反应器(6)中间，石英管反应器(6)内下部有石英砂板(9)，石英管反应器(6)内填充有催化剂填充层(8)。
3.根据权利要求1所述的矩阵式介质阻挡等离子体协同吸附/催化分解脱硝装置，其特征在于：所述单组单体介质阻挡放电等离子体协同催化剂吸附/分解脱硝装置(2)中的等离子体单管反应器(12)呈矩阵式排列，每排10-100根等离子体单管反应器(12)，相邻的等离子体单管反应器(12)间隔为3-10cm。
4.根据权利要求1或3所述的矩阵式介质阻挡等离子体协同吸附/催化分解脱硝装置，其特征在于：所述每排10-100根等离子体单管反应器(12)共用一个等离子体电源(14)。
5.根据权利要求1或2所述的矩阵式介质阻挡等离子体协同吸附/催化分解脱硝装置，其特征在于：所述等离子体单管反应器(12)中的石英管反应器(6)，管外径为3-20cm，壁厚为2-5mm，管长80-200cm；高压电极(5)为金属棒或金属管，材质为铜、铝、不锈钢，直径为3-20mm；接地极(7)为铝箔、铜箔、铝网或铜网，长度为80-200cm。
6.根据权利要求1或2所述的矩阵式介质阻挡等离子体协同吸附/催化分解脱硝装置，其特征在于：所述等离子体单管反应器(12)的放电区域长度为80-200cm，放电间隙为5-100mm。
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