磁場(chǎng)結(jié)合單介質(zhì)阻擋放電脫除氮氧化物的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煙氣脫硝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種磁場(chǎng)結(jié)合單介質(zhì)阻擋放電脫除氮氧化物的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)我國(guó)霧霾污染非常嚴(yán)重，氮氧化物是霧霾的主要組成部分，嚴(yán)重的霧霾不僅降低了能見(jiàn)度，最重要的是危害了人類的健康。根據(jù)環(huán)保部的報(bào)告，2013年氮氧化物總排放量為2227.4萬(wàn)噸，火電廠就排放896.9萬(wàn)噸，占40.3%。
[0003]目前我國(guó)火電廠普遍采用的煙氣脫硝技術(shù)有選擇性催化還原法SCR(SeleCtiVeCatalytic Reduct1n)和選擇性非催化還原法 SNCR (Selective Non-CatalyticReduct1n) C3SCR原理是在O2和非均相催化劑存在的條件下，利用催化劑(鐵、絡(luò)、鈷等堿金屬)在200?450°C條件下，將NOx還原為無(wú)害的N2:
[0004]4NH3+4N0+02^4N2+6H20 (Rl)
[0005]4ΝΗ3+2Ν02+02^3Ν2+6Η20 (R2)
[0006]SNCR技術(shù)是在沒(méi)有催化劑的情況下，利用還原劑將煙氣中的NOx還原成Ν2。首先將含有NH3的還原劑噴入爐膛內(nèi)溫度為800?1000°C的區(qū)域。在高溫下，還原劑迅速分解成NH3,并與NOx反應(yīng)生成N2和H2:
[0007]4NH3+4N0+02^4N2+6H20 (R3)
[0008]SCR技術(shù)的主要缺點(diǎn)有:催化劑昂貴且容易中毒;投資費(fèi)用高，設(shè)備造價(jià)高昂；燃燒高硫煤時(shí)容易造成空氣預(yù)熱器的積灰及堵塞。SNCR技術(shù)的主要缺點(diǎn)有:系統(tǒng)復(fù)雜，運(yùn)行維護(hù)量大;脫硝效率低;運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性不好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種磁場(chǎng)結(jié)合單介質(zhì)阻擋放電脫除氮氧化物的裝置及方法。
[0010]—種磁場(chǎng)結(jié)合單介質(zhì)阻擋放電脫除氮氧化物的裝置，該裝置的反應(yīng)器I采用單介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，包括介質(zhì)管14，所述介質(zhì)管14外面包裹一層金屬網(wǎng)作為外電極11，內(nèi)電極12采用金屬材料，設(shè)于介質(zhì)管14的中部，沿介質(zhì)管14通長(zhǎng)布置，內(nèi)電極12兩端分別鉆有孔，兩個(gè)孔口分別伸出反應(yīng)器I外，一端的孔為氣體入口，另一端的孔作為氣體出口，并在反應(yīng)器I內(nèi)部，分別沿兩個(gè)孔的孔壁圓周分布有多個(gè)氣孔7;煙氣管路與乙烯管路分別連通至混合氣體管路，混合氣體管路連接至氣體入口，氣體出口通過(guò)堿液吸收裝置5連通至煙囪6;外電極11連接電源3的負(fù)極，內(nèi)電極12連接電源3的正極，并在反應(yīng)器I的外側(cè)，平行反應(yīng)器I放置一個(gè)磁鐵2 ；
[0011]所述介質(zhì)管14采用石英、陶瓷或剛玉材質(zhì);所述金屬為銅、不銹鋼或鎢。
[0012]所述介質(zhì)管14長(zhǎng)500mm，厚度為2mm，內(nèi)徑為24mm，所述外電極11長(zhǎng)400mm，內(nèi)電極12長(zhǎng)600mm，直徑為1mm，兩端的孔直徑為6mm，深度為90mm，在距離孔口 80mm處設(shè)置氣孔7，氣孔7的直徑為2mm ；所述磁鐵2長(zhǎng)300mm，寬30mm，高15mm。
[0013]上述裝置脫除氮氧化物的方法:燃燒后的煙氣與乙烯混合后進(jìn)入氣體入口，由氣孔7進(jìn)入反應(yīng)器I，在介質(zhì)管14和內(nèi)電極12之間的反應(yīng)腔室13內(nèi)由下向上流動(dòng)，調(diào)節(jié)電源4的電壓，混合氣體在反應(yīng)器I內(nèi)通過(guò)等離子體和磁場(chǎng)的共同作用，聯(lián)合脫除氮氧化物，氣體由氣體出口流出，通過(guò)堿液吸收裝置5進(jìn)行清洗吸收后，由煙囪6排出。
[0014]所述堿液為濃度為8?16mol/L的NaOH水溶液。
[0015]所述電壓為8?30kV。
[0016]所述乙烯的加入量為200?2000ppm。
[0017]本發(fā)明的有益效果為:
[0018]1、本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，初期投資費(fèi)用低，減少經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān);且由于內(nèi)電極和介質(zhì)管結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，組裝方便，可以應(yīng)用于不同規(guī)格的反應(yīng)器以及不同的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0019]2、本發(fā)明系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)簡(jiǎn)單，在脫硝過(guò)程中穩(wěn)定性好。
[0020]3、本發(fā)明脫除氮氧化物的效率高，對(duì)NO的脫除率達(dá)到95%以上，且能耗降低，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]圖1為一種磁場(chǎng)結(jié)合單介質(zhì)阻擋放電脫除氮氧化物的工藝流程圖；
[0022]圖2為反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖，其中a為反應(yīng)器橫截面視圖，b為氣孔局部放大圖；
[0023]圖3為反應(yīng)器縱截面視圖；
[0024]圖4為不同乙烯加入量下放電功率-NO脫除效率曲線圖。
[0025]標(biāo)號(hào)說(shuō)明:1_反應(yīng)器，2-磁鐵，3-電源，4-主機(jī)，5-堿液吸收裝置，6-煙囪，7-氣孔，11-外電極，12-內(nèi)電極，13-反應(yīng)腔室，14-介質(zhì)管。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0027]為了實(shí)現(xiàn)氮氧化物的高效脫除，本發(fā)明提供了一種新型的煙氣脫硝方法，流程如圖1所示，燃燒后的煙氣中添加乙烯，混合后進(jìn)入反應(yīng)器I，所述反應(yīng)器I為介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，圖2-3為反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)截面圖，反應(yīng)器I采用單介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，包括介質(zhì)管14，介質(zhì)管14的材料為石英，長(zhǎng)500mm，厚度為2mm，內(nèi)徑為24mm，外面包裹一層400mm長(zhǎng)的紫銅網(wǎng)作為外電極11，通過(guò)主機(jī)4連接電源3的負(fù)極，內(nèi)電極12設(shè)于介質(zhì)管14的中部，采用不銹鋼材料，長(zhǎng)600mm，直徑為10mm，內(nèi)電極12兩端分別鉆有直徑為6mm的孔，深度為90mm，并分別在距離兩個(gè)孔口 80mm處，沿圓周對(duì)稱分布4個(gè)直徑為2mm的氣孔。內(nèi)電極12—端的孔為氣體入口，與混合氣體管路連通，另一端的孔作為氣體出口，通過(guò)堿液清洗裝置5連通至煙囪6，內(nèi)電極12的氣體出口端通過(guò)主機(jī)4連接至電源3的正極。在反應(yīng)器I的附近，平行反應(yīng)器I放置一個(gè)長(zhǎng)300mm，寬30mm，高15mm的磁鐵2。放電后，帶電粒子受到磁場(chǎng)的洛倫茲力，導(dǎo)致等離子體的溫度升高，電流密度分布區(qū)域擴(kuò)大，等離子體的參數(shù)分布更加均勻，電流密度值也增加，使放電功率得到提高。當(dāng)加上磁鐵后，外加電壓為13.2kV時(shí)，放電功率就能達(dá)到1W，從而降低了氮氧化物的脫除能耗。
[0028]當(dāng)混合氣體從氣體入口進(jìn)入，從該側(cè)的4個(gè)氣孔流進(jìn)反應(yīng)器I的反應(yīng)腔室13，使氣流均勻穩(wěn)定，通過(guò)調(diào)節(jié)電壓，使反應(yīng)器I內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度逐漸變大，反應(yīng)器I內(nèi)的電子在電場(chǎng)中獲得較大動(dòng)能，在與氣體分子碰撞過(guò)程中，把能量傳遞給氣體分子，使氣體分子被激活，電離，產(chǎn)生新的活性粒子。這種反應(yīng)不斷重復(fù)進(jìn)行，形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，最終形成電子雪崩，產(chǎn)生放電，放電后生成的等離子體在磁場(chǎng)作用下，使放電穩(wěn)定性提高。N2、02以及C2H4在和高能電子發(fā)生碰撞時(shí)發(fā)生裂解反應(yīng):
[0029]e+N2~>e+N+N (R4)
[0030]e+02^0+0+e (R5)
[0031]e+02^0+0(1D)+e (R6)
[0032]由于O2的化學(xué)鍵能(5.1eV)KN2的化學(xué)鍵能(9.8eV)要小的多，所以，在和高能電子相碰時(shí)，02更容易尚解，產(chǎn)生O原子。O原子與02和C2H4發(fā)生反應(yīng):
[0033]0+02—03 (R7)
[0034]C2H4+0^CH3+HC0 (R8)
[0035]C2H4+O4CH2+HCHO (R9)
[0036]C2H4+OH4HOCH2CH2 (RlO)
[0037]生成的CH3、HC0和HOCH2CH2會(huì)迅速與O2反應(yīng)生成強(qiáng)氧化性的原子團(tuán)HOC2H4OOXH3O2和 HO2:
[0038]HOCH2CH2+O24HOC2H4OO (Rll)
[0039]CH3+02^CH302 (R12)
[0040]HC0+02^H02+C0 (R13)
[0041 ] Η+02^Η02 (R14)
[0042]生成的活性自由基與NO反應(yīng):
[0043]N+N0^N2+0 (R15)
[0044]0+Ν0—Ν02 (R16)
[0045]03+Ν0^Ν02+02 (R17)
[0046]HOC2H4OO+NO4NO2+HOC2H4O (R18)
[0047]CH302+N0^CH30+N02 (R19)
[0048]Η02+Ν0^0Η+Ν02 (R20)
[0049]在添加乙烯后，主要脫除NO的反應(yīng)是R18、R19和R20。反應(yīng)后的CH30、0H與O3反應(yīng)重新生成強(qiáng)氧化性的有機(jī)原子團(tuán):
[0050]CH3O+O34CH3O2+O2 (R21)
[0051 ] 0Η+03^Η02+02 (R22)
[0052]強(qiáng)氧化性的有機(jī)原子團(tuán)CH302、H02循環(huán)參與反應(yīng)R19和R20，促進(jìn)了 NO的脫除。實(shí)驗(yàn)中，混合氣體包含500ppm的NO，6 %的O2，N2為背景氣體，如圖4所示，當(dāng)外加電壓為13.4kV時(shí)，放電功率為1W，NO脫除效率為60%。當(dāng)加入500ppm、lOOOppm、1500ppm C2H4后，相同放電功率下，NO脫除效率分別達(dá)到80%、95%、97%，生成的NO2在堿性溶液中被全部吸收。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明C2H4的加入大大促進(jìn)了 NO的脫除，脫硝率顯著提高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種磁場(chǎng)結(jié)合單介質(zhì)阻擋放電脫除氮氧化物的裝置，其特征在于，該裝置的反應(yīng)器(I)采用單介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，包括介質(zhì)管(14)，所述介質(zhì)管(14)外面包裹一層金屬網(wǎng)作為外電極(II)，內(nèi)電極(12)采用金屬材料，設(shè)于介質(zhì)管(14)的中部，沿介質(zhì)管(14)通長(zhǎng)布置，內(nèi)電極(12)兩端分別鉆有孔，兩個(gè)孔口分別伸出反應(yīng)器(I)外，一端的孔為氣體入口，另一端的孔作為氣體出口，并在反應(yīng)器(I)內(nèi)部，分別沿兩個(gè)孔的孔壁圓周分布有多個(gè)氣孔(7);煙氣管路與乙烯管路分別連通至混合氣體管路，混合氣體管路連接至氣體入口，氣體出口通過(guò)堿液吸收裝置(5)連通至煙囪(6);外電極(11)連接電源(3)的負(fù)極，內(nèi)電極(12)連接電源(3)的正極，并在反應(yīng)器(I)的外側(cè)，平行反應(yīng)器(I)放置一個(gè)磁鐵(2); 所述介質(zhì)管(14)采用石英、陶瓷或剛玉材質(zhì);所述金屬為銅、不銹鋼或鎢。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述介質(zhì)管(14)長(zhǎng)500mm，厚度為2mm，內(nèi)徑為24mm，所述外電極(11)長(zhǎng)400mm，內(nèi)電極(12)長(zhǎng)600mm，直徑為10mm，兩端的孔直徑為6mm，深度為90mm，在距離孔口 80mm處設(shè)置氣孔(7)，氣孔(7)的直徑為2mm;所述磁鐵(2)長(zhǎng)300mm，寬30mm，高15mm。3.權(quán)利要求1或2所述的裝置脫除氮氧化物的方法，其特征在于，燃燒后的煙氣與乙烯混合后進(jìn)入氣體入口，由氣孔(7)進(jìn)入反應(yīng)器(I)，在介質(zhì)管(14)和內(nèi)電極(12)之間的反應(yīng)腔室(13)內(nèi)由下向上流動(dòng)，調(diào)節(jié)電源(3)的電壓，混合氣體在反應(yīng)器(I)內(nèi)通過(guò)等離子體和磁場(chǎng)的共同作用，聯(lián)合脫除氮氧化物，氣體由氣體出口流出，通過(guò)堿液吸收裝置(5)進(jìn)行清洗吸收后，由煙囪(6)排出。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述堿液為濃度為8?16mol/L的NaOH水溶液。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述電壓為8?30kV。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述乙烯的加入量為200?2000ppm。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種磁場(chǎng)結(jié)合單介質(zhì)阻擋放電脫除氮氧化物的裝置及方法。反應(yīng)器采用單介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，介質(zhì)管外面包裹一層金屬網(wǎng)作為外電極，金屬內(nèi)電極在介質(zhì)管中部并沿介質(zhì)管通長(zhǎng)布置，內(nèi)電極兩端各鉆有孔，兩個(gè)孔口分別伸出反應(yīng)器外，一端孔口為氣體入口，另一端孔口作為氣體出口，并在反應(yīng)器內(nèi)部，分別沿兩個(gè)孔的孔壁圓周設(shè)有多個(gè)氣孔；外電極連接電源的負(fù)極，內(nèi)電極連接電源的正極；并在反應(yīng)器外側(cè)，平行反應(yīng)器放置一個(gè)磁鐵；煙氣與乙烯混合后通至氣體入口，由氣孔進(jìn)入反應(yīng)器，通過(guò)等離子體和磁場(chǎng)的共同作用，聯(lián)合脫硝，隨后由氣體出口通至堿液吸收裝置，進(jìn)行清洗吸收后由煙囪排出。本發(fā)明脫硝效率高，NO脫除率≥95％，且能耗降低，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高。
【IPC分類】B01D53/56, B01D53/76
【公開(kāi)號(hào)】CN105457470
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510992450
【發(fā)明人】汪濤, 孫保民, 方永旭, 吳禮寧, 羅肖, 萬(wàn)震天
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年12月24日