CN104587813A - 一种中小型锅炉废气的等离子体脱硝方法 - Google Patents

一种中小型锅炉废气的等离子体脱硝方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中小型锅炉废气的等离子体脱硝方法，将含NO的废气与还原性气体同时添加到等离子体反应装置进行还原法脱硝。该方法可以在常温条件下处理锅炉烟气中的氮氧化物，脱硝效率高，操作简单，运行费用低，使用范围广。脱硝效率高，通过等离子排级控制，可实现脱硝效率90％以上；运行费用低，反应在低温下完成，不需要额外的加热***。

Description

一种中小型锅炉废气的等离子体脱硝方法
技术领域
本发明属于工业废气处理领域，特别涉及一种中小型锅炉废气的等离子体脱硝方法。
背景技术
工业上的废气治理问题,一直是环保部门尚待解决的主要课题。随着我国国民经济的发展,能源利用逐年增加,粉尘及排放也呈逐年上升趋势。截至2012年底，我国在用锅炉62.03万台，其中70％以上是中小型锅炉。中小型锅炉量大面广,烟囱低矮,对大气污染的影响很大。因此,为了防治大气污染,保护和改善生活环境与生态环境,节约能源,研制和开发新型废气净化装置,治理中小型燃煤锅炉对大气的污染具有十分重要的意义。2014年环保部通过了新修订的《锅炉大气污染物排放标准》，被业界称为迄今为止最严的锅炉大气污染排放标准，与现行标准相比，新标准不仅修订了传统的颗粒物和二氧化硫的排放限值，还首次提出了氮氧化物和汞的排放控制标准，倒逼制造企业不得不进行技术升级，从源头上控制锅炉大气污染物的排放。
现有烟气的脱NOx技术包括已经商业化的选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)。在烟气中注入以氨气(NH3)和氨水为主的化合物，氨在催化剂的作用下还原NO并生成无害的氮气和水。氨还有助于后续的电除尘中飞灰的收集从而提高该装置的运行效率。但由于此反应必须在大约300-450℃之间进行，且工程造价较高，因此，目前仅应用于大型锅炉。对于国内大量存在的中小型锅炉来说，始终缺少一种高效、低成本的废气处理方式。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供了一种中小型锅炉废气的等离子体脱硝方法，可以在常温条件下处理锅炉烟气中的氮氧化物，脱硝效率高，操作简单，运行费用低，使用范围广。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种中小型锅炉废气的等离子体脱硝方法，将含NO的废气与还原性气体混合，然后将混合气体带入等离子体反应装置内的电极区或电极区后的反应区，在该区域NO分子、还原性气体分子被活化，然后发生氧化还原反应，反应产物为N2和CO2等无害气体。
优选的是，所述含NO的废气与还原性气体的温度低于80℃。
优选的是，所述还原性气体与NO的分子数之比为1:2-5。
优选的是，所述混合气体等离子化的反应时间为0.01-5秒，电压为6000-10000V，电流为0-2A。
优选的是，所述还原性气体为氢气、氯气、一氧化碳、硫化氢、甲烷、二氧化硫、臭氧、丙烯、乙烯、溴化氢或碘化氢中的至少一种。
优选的是，所述等离子体为电晕放电、电子束或介质阻挡放电等离子体。
优选的是，所述含NO的废气中主要成分为NO。
本发明还提供了一种中小型锅炉废气的等离子体脱硝方法，将含NO的废气导入含有氧化剂的溶液进行氧化吸收，收集处理后的气体与还原性气体混合，然后将混合后的气体带入等离子体反应装置内的电极区或电极区后的反应区，在该区域NO分子、还原性气体分子被活化，然后发生氧化还原反应，反应产物为N2和CO2等无害气体。
优选的是，所述氧化剂为重铬酸钠、重铬酸钾、高锰酸钾、硝酸、氯酸钠、次氯酸钠、双氧水中的至少一种或几种。
优选的是，所述含有氧化剂的溶液中，氧化剂与溶剂的质量比为1-3：100。
优选的是，所述还原性气体与NO的分子数之比为1:2-5.
优选的是，所述混合气体等离子化的反应时间为0.01-5秒，电压为6000-10000V，电流为0-2A。
优选的是，所述还原性气体为氢气、氯气、一氧化碳、硫化氢、甲烷、二氧化硫、臭氧、丙烯、乙烯、溴化氢或碘化氢中的至少一种或几种。
优选的是，所述等离子体为电晕放电、电子束或介质阻挡放电等离子体。
优选的是，所述含NO的废气中主要成分为NO。
本发明还提供了一种中小型锅炉废气的等离子体脱硝方法，将含NO的废气与还原性气体混合，然后将混合气体导入含有氧化剂的溶液进行氧化吸收，将经氧化吸收处理的气体带入等离子体反应装置内的电极区或电极区后的反应区，在该区域NO分子、还原性气体分子被活化，然后发生氧化还原反应，反应产物为N2和CO2等无害气体。
优选的是，所述氧化剂为重铬酸钠、重铬酸钾、高锰酸钾、硝酸、氯酸钠、次氯酸钠、双氧水中的至少一种或几种。
优选的是，所述含有氧化剂的溶液中，氧化剂与溶剂的质量比为1-3：100。
优选的是，所述还原性气体与NO的分子数之比为1:2-5.
优选的是，所述混合气体等离子化的反应时间为0.01-5秒，电压为6000-10000V，电流为0-2A。
优选的是，所述还原性气体为氢气、氯气、一氧化碳、硫化氢、甲烷、二氧化硫、臭氧、丙烯、乙烯、溴化氢或碘化氢中的至少一种或几种。
优选的是，所述等离子体为电晕放电、电子束或介质阻挡放电等离子体。
优选的是，所述含NO的废气中主要成分为NO。
上述的方法在处理工业窑炉或船舶发动机废气中的应用。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1)本发明能实现大风量处理，能处理风量10万方/小时以上，可广泛应用于各种型号锅炉；
2)脱硝效率高，通过等离子排级控制，可实现脱硝效率90％以上；
3)运行费用低，反应在低温下完成，不需要额外的加热***；
4)安全性高，无氨气制备***，消除液氨***隐患。
附图说明
图1为本发明涉及的采用等离子体脱硝的烟气净化工艺流程示意图；其中1锅炉、2除尘器、4等离子体反应装置。
图2为本发明涉及的采用氧化吸收和等离子体脱硝的烟气净化工艺流程示意图；1锅炉、2除尘器、3氧化吸收槽、4等离子体反应装置。
图3为本发明采用的等离子体反应装置的结构示意图。
其中，1-进风口，2-机架，3-喷淋装置，4-等离子盘，5-单体油箱，6-盘压盖装置，7-出风口，8-单体风筒，9-机壳，10-散热装置，11-电源
具体实施方式
以下通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规的方法和条件进行选择。
实施例1一种中小型锅炉废气的等离子体脱硝方法
锅炉排出的废气含有NO，通过静态混合器将其与还原性气体混合，将上述混合气体带入等离子体反应容器内的电极区或电极区后的反应区，在该区域，废气中的NO被还原性气体还原成N2和CO2及水等无害的气体。所述的还原性气体可在等离子体作用下与NO发生还原反应，优选的为氢气、氯气、一氧化碳、硫化氢、甲烷、二氧化硫、臭氧、丙烯、乙烯、溴化氢或碘化氢中的一种或多种的混合气体。
实施例2
将锅炉排出的废气进行降温除尘，使废气的温度低于80℃，再将上述废气与还原性气体混合后带入等离子体反应容器内的电极区或电极区后的反应区，在该区域，废气中的NO被还原成N2和CO2及水等无害的气体。通过控制废气与还原性气体的添加比例可以进一步提高NOx的脱除效率，优选在还原性气体与NO的分子数之比为1:2-5。
实施例3
锅炉排出的废气含有NO，通过静态混合器将其与还原性气体混合，将上述混合气体带入等离子体反应容器内的电极区或电极区后的反应区，在该区域，废气中的NO被还原成N2和CO2及水等无害的气体。所述的等离子体反应容器利用介质阻挡放电原理，在高能电子的作用下，形成带电粒子或分子间的化学键被打断产生自由基等活性粒子，整个放电是由许多在空间和时间上随机分布的微放电构成，这些微放电的持续时间很短，一般在10ns量级。介质层对此类放电有两个主要作用：一是限制微放电中带电粒子的运动，使微放电成为一个个短促的脉冲；二是让微放电均匀稳定地分布在整个面状电极之间，防止火花放电。介质阻挡放电由于电极不直接与放电气体发生接触，从而避免了电极的腐蚀问题。优选在于，所述混合气体等离子化的反应时间为0.01-5秒，电压为6000-10000V，电流为0-2A。
实施例4
将锅炉排出的废气与还原性气体混合后，通入载有氧化剂的氧化吸收槽中，开始时氧化剂将NO氧化为NO2，NO2与水发生歧化反应，生成硝酸，生成的硝酸将后续的通入的NO又氧化成NO2，并生成硝酸，如此往复进行，无需再补加氧化剂，氧化吸收槽中初始载有的氧化剂仅起引发作用。上述过程中，NO的去除率可达50％左右；优选在所述含有氧化剂的溶液中，氧化剂与溶剂的质量比为1-3：100。然后再将上述剩余的气体混合后带入等离子体反应容器内的电极区或电极区后的反应区，在该区域，废气中的NO被还原成N2和CO2及水等无害的气体。
实施例5
将锅炉排出的废气直接通入载有氧化剂的氧化吸收槽中，进行氧化吸收，将处理后的气体再与还原性气体混合，其他步骤与实施例4相同。
实施例6
从锅炉1排出燃煤烟气经除尘处理后，烟气中NOx浓度为520mg/m3；再与310mg/m3CO混合后，流量为12000m3/h，经过等离子体反应装置处理5秒后，处理条件为电压为6000V，电流为1A，NOx的浓度降为51mg/m3。NOx的去除效率为90.2％。
实施例7：
从锅炉1排出燃煤烟气经除尘处理后，烟气中NOx浓度为420mg/m3；再与160mg/m3CO混合后，流量为9000m3/h，经过等离子体反应装置处理0.1秒后，处理条件为电压为8000V，电流为2A，NOx的浓度降为31mg/m3。NOx的去除效率为92.6％。
实施例8：
从锅炉1排出燃煤烟气经除尘处理后，烟气中NOx浓度为490mg/m3；将其通入载有氧化剂的氧化吸收槽(氧化吸收槽中溶液体积为10-15m3)，其中氧化剂为高锰酸钾，质量浓度为3％，处理后，烟气中NOx浓度为240mg/m3；再与60mg/m3CO混合后，流量为11000m3/h，经过等离子体反应装置处理3秒后，处理条件为电压为8000V，电流为2A，NOx的浓度降为4mg/m3。NOx的去除效率为91.7％。
实施例9：
从锅炉1排出燃煤烟气经除尘处理后，烟气中NOx浓度为535mg/m3；将其通入载有氧化剂的氧化吸收槽(氧化吸收槽中溶液体积为10-15m3)，其中氧化剂为双氧水，质量浓度为10％，处理后，烟气中NOx浓度为265mg/m3；再与80mg/m3H2混合后，流量为10000m3/h，经过等离子体反应装置处理3秒后，处理条件为电压为7000V，电流为1.5A，NOx的浓度降为8mg/m3。NOx的去除效率为90％。
实施例10
从锅炉1排出燃煤烟气经除尘处理后，烟气中NOx浓度为535mg/m3；将其与80mg/m3H2混合后，通入载有氧化剂的氧化吸收槽(氧化吸收槽中溶液体积为10-15m3)，其中氧化剂为高锰酸钾，质量浓度为3％，烟气中NOx浓度降为265mg/m3；流量为10000m3/h，再经过等离子体反应装置处理3秒后，处理条件为电压为7000V，电流为1.5A，NOx的浓度降为4mg/m3。NOx的去除效率为95％。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (16)

1.一种中小型锅炉废气的等离子体脱硝方法，其特征在于，将含NO的废气与还原性气体混合，然后将混合气体带入等离子体反应装置内的电极区或电极区后的反应区，在该区域NO分子、还原性气体分子被活化，然后发生氧化还原反应，反应产物为N2和CO2等无害气体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含NO的废气与还原性气体的温度低于80℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原性气体与NO的分子数之比为1:2-5。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,所述混合气体等离子化的反应时间为0.01-5秒，电压为6000-10000V，电流为0-2A。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,所述还原性气体为氢气、氯气、一氧化碳、硫化氢、甲烷、二氧化硫、臭氧、丙烯、乙烯、溴化氢或碘化氢中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,所述等离子体为电晕放电、电子束或介质阻挡放电等离子体。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,所述含NO的废气中主要成分为NO。
8.一种中小型锅炉废气的等离子体脱硝方法，其特征在于，将含NO的废气导入含有氧化剂的溶液进行氧化吸收，收集处理后的气体与还原性气体混合，然后将混合后的气体带入等离子体反应装置内的电极区或电极区后的反应区，在该区域NO分子、还原性气体分子被活化，然后发生氧化还原反应，反应产物为N2和CO2等无害气体。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述氧化剂为重铬酸钠、重铬酸钾、高锰酸钾、硝酸、氯酸钠、次氯酸钠、双氧水中的至少一种或几种。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述含有氧化剂的溶液中，氧化剂与溶剂的质量比为1-3：100。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述还原性气体与NO的分子数之比为1:2-5。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于,所述混合气体等离子化的反应时间为0.01-5秒，电压为6000-10000V，电流为0-2A。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于,所述还原性气体为氢气、氯气、一氧化碳、硫化氢、甲烷、二氧化硫、臭氧、丙烯、乙烯、溴化氢或碘化氢中的至少一种或几种。
14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于,所述等离子体为电晕放电、电子束或介质阻挡放电等离子体。
15.根据权利要求8所述的方法，其特征在于,所述含NO的废气中主要成分为NO。
16.权利要求1-15任一所述的方法在处理工业窑炉或船舶发动机废气中的应用。
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