濕式高壓放電裝置中脫硫脫硝除霧及氮氧化物發(fā)生.pdf

1、燃煤煙氣多種污染物控制是我國大氣環(huán)境質(zhì)量提高的關(guān)鍵，傳統(tǒng)污染治理多依靠裝置的簡單串聯(lián)，在提高效率、降低能耗和減少占地等方面仍有改進空間。高壓放電能夠產(chǎn)生大量高能電子和活性物質(zhì)，可以用于燃煤煙氣中顆粒物的荷電、捕集和氣態(tài)污染物的氧化。其與氨法脫硫結(jié)合的成套化復(fù)合污染物控制技術(shù)，能夠去除煙氣中的顆粒物、氮氧化物和二氧化硫，并控制尾氣氨逃逸，形成化肥副產(chǎn)物。其中位于氨法脫硫塔和煙囪間的濕式放電反應(yīng)器，可以在捕集尾氣中氣溶膠的同時氧化液相亞硫酸

2、銨。
　　本文以此為背景，對濕式放電反應(yīng)器中亞硫酸銨的氧化過程和氣溶膠捕集效果進行研究，并探索氮氧化物在亞硫酸銨溶液中的吸收過程。還設(shè)計制造了大風量氮氧化物發(fā)生裝置，可以利用空氣直接制造高濃度的氮氧化物混合氣體。通過實驗為濕式放電反應(yīng)器的設(shè)計、放大和優(yōu)化提供科學依據(jù)，可以計算其中亞硫酸銨氧化和氮氧化物吸收速率。氮氧化物發(fā)生裝置在大風量下制備高濃度氮氧化物，還降低氣源成本、提高實驗安全性。
　　濕式放電反應(yīng)器中，亞硫酸銨可以被

3、空氣、放電和氮氧化物氧化。為厘清不同方法對氧化的貢獻，本文采用亞鹽滴定、煙氣分析等方法分別測定了三者氧化亞硫酸銨的反應(yīng)速率。當亞硫酸銨濃度為1 mol/L時，空氣、放電、NO和NO2氧化亞鹽的速率分別為7.25、82.46、0.13和1.5 mol/(m2·h)。亞鹽溶液濃度、pH、放電功率和氮氧化物濃度都影響氧化速率?？諝夂头烹娧趸俾孰S亞鹽濃度和pH提高而先升后降，臨界濃度分別為0.3和0.8mol/L，臨界pH分別為7和9;放電功

4、率越高，放電氧化速率越快。氮氧化物氧化速率則僅隨亞鹽或氮氧化物濃度增加而變大，NO2氧化速率在堿性溶液中高于酸性者，NO氧化反之，且在pH為8時最慢。不同亞鹽陽離子對其氧化速率沒有影響。
　　為探討氧化機理和速率控制因素，采用熒光溶解氧儀測量不同濃度亞鹽溶液中的溶解氧含量，利用溴酚藍分光光度法測量放電進入液相的羥基濃度，還比較了電暈和火花放電、正負極性放電的區(qū)別。亞鹽濃度高于0.01 mol/L時，其中溶解氧含量低至0.01～0.

5、06 mg/L。溶解氧含量低是限制空氣強制氧化亞鹽，尤其是高濃度亞鹽速率的主要原因。在0.6 J/L的能量密度下，電暈和火花放電氧化速率分別為0.33和2.46 mol/(m2·h)。此時擴散至液相的羥基量為1.34×10-8(電暈)和2.72×10-9(火花)mol/min，折合1～10×10-9 mol/J。盡管電暈放電能夠產(chǎn)生更多羥基，但火花放電產(chǎn)生的氮氧化物不僅降低溶液pH，還能氧化亞硫酸銨。由于羥基產(chǎn)率的差別，正極性放電氧化速

6、率是負極性的20倍。
　　實驗還研究了放電和溶液降膜流動對氨法脫硫尾氣中氣溶膠去除的效率。兩者同時進行時對0.1～1μm粒徑段氣溶膠捕集效果最高，對水霧、亞硫酸銨溶液和氨水氣溶膠的總捕集效率分別為36％、55％和96％。放電除霧效果與兩者同時進行效果相近，而僅降膜流時，對氨水氣溶膠在0.1～1μm粒徑段有去除效果，亞硫酸銨氣溶膠的捕集效果不明顯，水霧顆粒個數(shù)則反有增加。此外，亞硫酸銨晶體在高濕度煙氣中容易吸潮而黏附在壁面，不會成為

7、脫硫尾氣顆粒物的主要成分。
　　基于實驗所得數(shù)據(jù)，本文建立了空氣、放電和氮氧化物氧化亞硫酸銨的動力學模型，模擬和實驗結(jié)果顯示空氣強制氧化的速率控制因素是溶解氧含量和亞硫酸銨濃度，放電氧化受溶解氧含量、亞鹽濃度、放電功率的影響，氮氧化物氧化則由氮氧化物和亞鹽濃度控制。可以采用上述模型指導(dǎo)濕式放電反應(yīng)器的放大、設(shè)計和優(yōu)化，并預(yù)測運行效果。在一套自主研發(fā)的180，000 m3/h風量等離子體復(fù)合污染控制示范工程中，于氨法脫硫和煙囪間安裝

8、濕式放電反應(yīng)器，二氧化硫、氮氧化物和顆粒物排放濃度可以控制在9～25、1～30和15～20 mg/m3以下。
　　此外，為了實現(xiàn)在高風量條件下產(chǎn)生高濃度氮氧化物，本文還設(shè)計制造了氮氧化物發(fā)生器，并利用煙氣分析儀、紅外光譜儀、熱像儀和高速相機等設(shè)備分析了交流電弧產(chǎn)生氮氧化物的過程和影響因素。模型樣機可以在0～10 L/min的風量下，生成NO濃度0～3500ppm，NO2濃度0～2000 ppm，NO/NO2在2～30之間;在小試樣