脈沖放電煙氣脫硫脫硝技術(shù)的發(fā)展與探討
摘要:對脈沖電暈放電煙氣脫硫脫硝技術(shù)原理及發(fā)展概況做了歸納總結(jié)，對其發(fā)展趨勢做了分析預(yù)測，提出了一種新的除塵、脫硫脫硝和產(chǎn)物收集相結(jié)合工藝，可降低投資30%以上。
關(guān) 鍵 詞:脈沖電暈放電； 煙氣脫硫； 脫硝
脈沖電暈放電煙氣凈化技術(shù)誕生于上世紀(jì)80年代，經(jīng)過多年發(fā)展和國家組織的“八·五”、“九·五”攻關(guān)和“十·五”“863”計(jì)劃扶持，該技術(shù)已進(jìn)入工業(yè)化試驗(yàn)階段，隨著國家煙氣脫硫脫硝政策的陸續(xù)出臺，這項(xiàng)同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)，由于其工藝過程簡單、凈化成本低而受到關(guān)注，人們一直在對其進(jìn)行研究，致力于使其盡快實(shí)用化。本文對該技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r、技術(shù)原理及其趨勢做總結(jié)分析，根據(jù)以前做的相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)研究，提出了一種新的除塵、脫硫脫硝和產(chǎn)物收集相結(jié)合工藝方案，為該技術(shù)實(shí)用化提供參考。
一、脈沖電暈放電煙氣脫硫脫硝技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及趨勢
脈沖電暈放電等離子體煙氣脫硫脫硝技術(shù)（PPCP）是80年代末由日本科學(xué)家增田閃一在電子束煙氣脫硫脫硝技術(shù)基礎(chǔ)上提出來的[1]，利用ns級窄脈沖放電產(chǎn)生非平衡低溫等離子體，生成強(qiáng)氧化性自由基，在有氨存在情況下引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)最終將SO2、NOx轉(zhuǎn)化為硫銨和硝銨，回收用做農(nóng)肥。與電子束法相比，省掉了昂貴的電子槍，避免了X射線屏蔽等問題，降低了投資。與傳統(tǒng)脫硫脫硝工藝相比，投資少，占地面積小，運(yùn)行費(fèi)用低，工藝過程為干式，沒有廢水處理問題，沒有二次污染？杉骖櫝龎m、脫硫脫硝及產(chǎn)物回收，可簡化煙氣凈化系統(tǒng)，降低煙氣綜合凈化成本，被認(rèn)為是具有極大市場潛力和良好應(yīng)用前景的煙氣脫硫脫硝新工藝。該技術(shù)誕生后各國學(xué)者竟相研究，經(jīng)過近20年的發(fā)展，在脈沖電源和反應(yīng)器及其匹配、脫除反應(yīng)機(jī)理、放電特性、運(yùn)行條件等方面取得了大量有價(jià)值的研究成果。與工業(yè)性應(yīng)用相關(guān)的成果有：正極性放電優(yōu)于負(fù)極性放電；脈沖電壓上升前沿要盡量陡；適當(dāng)?shù)闹绷骰鶋河欣陔娫春头磻?yīng)器匹配；脫除效率隨著單脈沖能量、脈沖頻率的增加而提高；能耗比電子束法低；溫度以60～80 ℃為宜；煙氣中含水量對脫硫脫硝有利；飛灰對脈沖放電脫硫脫硝沒有不利影響；煙氣在反應(yīng)器中停留時(shí)間為10秒左右；旋轉(zhuǎn)火花隙式窄脈沖電源最大輸出功率已達(dá)40 kW，能量轉(zhuǎn)化率能達(dá)到86%；磁壓縮開關(guān)電源最大輸出功率100 kW，脈沖電壓峰值達(dá)100～150 kV [2~5]。
在上述研究基礎(chǔ)上，脈沖放電煙氣脫硫脫硝技術(shù)整體上進(jìn)入了工業(yè)性試驗(yàn)研究階段。意大利國家電氣委員會(ENEL)率先在Marghera 電廠做了100～1000 Nm3/h的工業(yè)性試驗(yàn)，脫除效率：SO2 為80%、NOx 為50%～60%；能耗12～15 Wh/Nm3。1992年又建造了14 000 Nm3/h工業(yè)試驗(yàn)裝置[6]。韓國建造了處理煙氣量2000 Nm3/h的工業(yè)中試裝置。我國將PPCP煙氣脫硫技術(shù)列入“八五”、“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，大連理工大學(xué)靜電所已完成了15Nm3/h、3000Nm3/h的工業(yè)性試驗(yàn)研究，在能耗小于3.5 Wh/Nm3的情況下，SO2脫除率為75%～80%。2000年在中國工程物理研究院自備電廠進(jìn)行了20 000 Nm3/h工業(yè)性試驗(yàn)，在能耗小于5 Wh/Nm3的情況下，SO2脫除率≥85%，ＮＯx脫除率≥50%，出口氨濃度小于35 mg/Nm3[5]。目前國家863計(jì)劃資助該項(xiàng)目進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化研究。
為使脈沖放電低溫等離子體煙氣脫硫脫硝技術(shù)要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，人們正在對以下3方面問題做進(jìn)一步研究：
（1）電源容量和可靠性問題。目前最大脈沖電源功率100 kW，按能耗5 Wh/Nm3計(jì)算，只能處理20 000 Nm3煙氣，與能在燃煤電廠應(yīng)用尚有距離。中國工程物理研究院正在863計(jì)劃下研制采用脈沖變壓器和磁開關(guān)結(jié)合的新型大功率窄脈沖電源，整個(gè)電源系統(tǒng)分為4部分：諧振充電系統(tǒng)、高壓脈沖成形系統(tǒng)、磁銳化系統(tǒng)和控制及監(jiān)控系統(tǒng)。為突破電源限制，武漢安全環(huán)保研究院探討了直流電暈脫硫。閻克平等[12]進(jìn)行了直流基壓疊加適當(dāng)頻率交流電壓的脈沖電暈脫硝實(shí)驗(yàn)研究，在小型實(shí)驗(yàn)裝置上取得了較好的脫硝效果，并進(jìn)行了20 000 Nm3/h脫硫脫硝工業(yè)性實(shí)驗(yàn)，浙江大學(xué)林赫等進(jìn)行了直流電暈自由基鏃射脫硫脫硝技術(shù)研究[13]；
（2）脈沖流光放電產(chǎn)生自由基和脫硫脫硝的微觀機(jī)理及反應(yīng)器和電源匹配研究，以使脫硫脫硝系統(tǒng)最優(yōu)化，降低能耗，大連理工大學(xué)正在863計(jì)劃資助下做這方面研究；
（3）副產(chǎn)物粘接問題。電子束法產(chǎn)物收集電除塵采用增加振打強(qiáng)度方法，中國工程物理研究院在中試裝置上探討了采用鋼刷清理產(chǎn)物，本文作者的專利方法也可解決這個(gè)問題。
隨著相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步和研究的推進(jìn)，這些問題會得到解決，從而進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段。
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