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(guó)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(jiǎn)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(jìn)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(shí)氧化液相亞硫酸

2、銨。
　　本文以此為背景，對(duì)濕式放電反應(yīng)器中亞硫酸銨的氧化過(guò)程和氣溶膠捕集效果進(jìn)行研究，并探索氮氧化物在亞硫酸銨溶液中的吸收過(guò)程。還設(shè)計(jì)制造了大風(fēng)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(guò)實(shí)驗(yàn)為濕式放電反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、放大和優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)，可以計(jì)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(fēng)量下制備高濃度氮氧化物，還降低氣源成本、提高實(shí)驗(yàn)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(duì)氧化的貢獻(xiàn)，本文采用亞鹽滴定、煙氣分析等方法分別測(cè)定了三者氧化亞硫酸銨的反應(yīng)速率。當(dāng)亞硫酸銨濃度為1 mol/L時(shí)，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(shí)最慢。不同亞鹽陽(yáng)離子對(duì)其氧化速率沒(méi)有影響。
　　為探討氧化機(jī)理和速率控制因素，采用熒光溶解氧儀測(cè)量不同濃度亞鹽溶液中的溶解氧含量，利用溴酚藍(lán)分光光度法測(cè)量放電進(jìn)入液相的羥基濃度，還比較了電暈和火花放電、正負(fù)極性放電的區(qū)別。亞鹽濃度高于0.01 mol/L時(shí)，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(qiáng)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(shí)擴(kuò)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(fù)極性的20倍。
　　實(shí)驗(yàn)還研究了放電和溶液降膜流動(dòng)對(duì)氨法脫硫尾氣中氣溶膠去除的效率。兩者同時(shí)進(jìn)行時(shí)對(duì)0.1～1μm粒徑段氣溶膠捕集效果最高，對(duì)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(shí)進(jìn)行效果相近，而僅降膜流時(shí)，對(duì)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(gè)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(huì)成為

7、脫硫尾氣顆粒物的主要成分。
　　基于實(shí)驗(yàn)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(dòng)力學(xué)模型，模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示空氣強(qiáng)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?？梢圆捎蒙鲜瞿Ｐ椭笇?dǎo)濕式放電反應(yīng)器的放大、設(shè)計(jì)和優(yōu)化，并預(yù)測(cè)運(yùn)行效果。在一套自主研發(fā)的180，000 m3/h風(fēng)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(shí)現(xiàn)在高風(fēng)量條件下產(chǎn)生高濃度氮氧化物，本文還設(shè)計(jì)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(jī)等設(shè)備分析了交流電弧產(chǎn)生氮氧化物的過(guò)程和影響因素。模型樣機(jī)可以在0～10 L/min的風(fēng)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