（环境工程专业论文）电子束辐照烟气脱硫工艺及副产物收集的实验研究.pdf

摘要 电子束辐照烟气脱硫脱硝技术( 简称e b p ) 具有传统方法所不具有的优点，是一秭较 有前途的烟气净化技术。 e b p 在应用中存在的关键问题主要有：大功率电子加速器能否稳定连续运行；优化工 艺参数，以提高s 0 2 和n o x 脱除效率并降低运行成本；有效解决副产物收集中出现的问 题。 本文结合北京京丰热电有限公司电子束辐照烟气脱硫工程设计，在位于四川省绵阳市 科学城的中国工程物理研究院工业试验装置上进行了实验，研究了工艺参数和副产物收集 中存在的问题。取得的实验结论如下： 1 影响s 0 2 脱除效率的主要参数为：氨投加化学计量比f ( n h 3 ) 、电子束剂量d o s e 、 反应器入口烟气温度t 、反应器入口烟气中水含量v ： 2 为使s 0 2 和n o x 的脱除效率分别达到8 0 和2 0 以上，在工程中的工艺参数确定 为：反应器入1 ：3 烟气温度6 5 左右，电子束剂量最低为4 5k c ；y ，氨投加化学计量比 0 。8 0 - 1 0 ，反应器入口烟气中水含量8 1 2 5 ( v ) ： 3 对电子束辐照烟气脱硫副产物粉尘的物性进行分析。测试表明，副产物粒子的平 均粒径为0 1 岫左右，其形状主要为圆形和近似圆形； 4 对副产物收集器的极配研究表明放电极采用锯齿线具有起晕电压低、击穿电压高、 工作区宽、线电流密度大等特性，对粉尘浓度的适应性好；收尘极选用4 8 0 c 型板，具有 相对较大的收尘面积、粉尘重返气流较少、气体流速可超过0 8n g s 等特点； 5 在优化的极配条件下，2 m 2 电收集器中的副产物粒子的有效驱进速度最大可达 o 2 7 9 r r d s ；采用优选的极配，两电场收集器可获得高达9 9 2 的收集效率，证明电收集器 可有效收集电子束辐照烟气脱硫脱硝的副产物； 6 使用恒流电源给副产物收集器供电，其性能优于采用可控硅恒压源供电。在电收 集器的供电方式上，得出恒流源供电具有以下优点：起晕电压低，运行电压高，不容易转 化为贯穿性火花放电，电压自动跟踪特性捋。其抗电晕封闭和防止电极肥大方面均优于控 硅电压源： 7 运行实验表明，第一电场采用恒流源供电和第二电场采用控硅电压源供电的方案， 可有效克服电晕封闭现象。 、 此外，对氨投加系统进行了实验研究，为有效防止脱硫脱硝副产物堵塞氨喷头，喷氨 压力至少应大于0 3 m 阳。 关键词：电子束辐照；烟气脱硫；脱硫效率；副产物收集；电除尘器；电极结构 收集效率 a b s t r a o t t h ef l u eg a sd e s u l p h u r a t i o na n dd e n i t r a t i o n t e c h n o l o g yw i t he l e c t r o nb e a mi r r a d i a t i o n ( a b e b p ) i sr e g a r d e da sap r o m i s i n gm e t h o db e c a u s ei th a s a d v a n t a g e so v e r t r a d i t i o n a lt r e a t m e n tf o r f l u eg a s t h e r ea r es o m eb o t t l e n e c k sw h i l ee b ph a sb e e n a p p l i e d t h eb o m e n e e k s a r ea sf o l l o w i n g ： m a k i n gh i g h - p o w e r e l e c t r o n a c c e l e r a t o r , o p t i m i z i n g t e c h n i c a l p a r a m e t e r s a n d c o l l e c t i n g b y p r o d u c t e x p e r i m e n t a ls t u d yo nt e c h n i c a lp a r a m e t e r so f e b pa n dc o l l e c t i n gb y p r o d u c tw e r ec a r r i e d o u to nt h e p i l o tp l a n to f c h i n a a c a d e m y o f e n g i n e e r i n gp h y s i c si nm i a n y a n gs i c h u a np m v i n c o t h em a i n e x p e r i m e n t a l c o n c l u s i o n sa r es u m m a r i z e db e l o w ： 1 t h em a i nf a c t o r sw h i c ha f f e c t d e s 0 2e f f i c i e n c y a r e f o l l o w i n g ：a d d i n ga m m o m a s t o i c h i o m e t r i c ( 矗州3 ) e l e c t r o nb e a m sd o s e ( d o s e ) ，t e m p e r a t u r e ( t ) o ff l u eg a si ni n l e to fr e a c t o r a n d h u m i d i t y ( v ) o f f l u eg a si ni i l l e to f r e a c t o r ； 2 t h ed e s o z e f f i c i e n c yc a nr e a c h e s8 0 a n dt h ed e n o xe f f i c i e n c yi sm o l et h a n2 0 w h i c he x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n sa r ed e s c d b e da s f o l l o w i n g ：a d d i n ga m m o 吐as t o i c h i o m e t r c f f n h 3 ) i so 8 0 - - 1 o ；a n de l e c t r o nb e a m sd o s ei sm o r e t h a n4 5k g y ，a n d t e m p e r a t u r eo f f l u eg a s i ni n l e to f r e a c t o ri sa b o u t6 5 ；a n dh u m i d i t yo f f l u e g a si ni n l e to f r e a c t o r i s8 1 2 5 ( v ) ； 3 t h ec h a r a c t e r s o f b y - p r o d u c t a r ea n a l y z e d d i a m e t e r so f m o s t p o w d e ra r el e s st h a nl p m ， a n da v e r a g ed i a m e t e ro fb y - p r o d u c tp o w d e ri s0 1l l m t h es h a p eo f b y p r o d u c tp o w d e ri s r o u n d r i e s so rn e a rr o u n d n e s s ； 4 d i f f e r e n tc o r o l l aw i r e sa n dc o l l e c t i n gp l a t e sa r ci n v e s t i g a t e d s a w t o o t hs h a p ec o r o n a w i r eh a sa d v a n t a g e ss u c ha sl o wc o r o l l av o l t a g e ，h i g hs p a r kv o l t a g e ，w i d er u n n i n ge x t e n t , b i g c u r r e n t d e n s i t y f r o m s i n g l e c o r o n aw i r ea n d s t r o n ga d j u s t a b i l 姆t oc h a n g i n gp o w d e r s c o n c e n t r a t i o n ；4 8 0 c t y p ep l a t ei su s e d , a n d i th a sa d v a n t a g e sa sf o l l o w i n g ：m o r ec o l l e c t i n ga r e a , l i t t l ep o w d e ro f t h e p l a t e sr e t u r n i n g f l u eg a sa n d v e l o c i t yo f f l u eg a sb e i n g m o r et h a no 8m s 5 w i t ht h es u i t a b l ec o r o n aw i r e sa n dc o l l e c t i n gp l a t e s ，t h em o s te f f e c t i v ev e l o c i t yt h a t c a u s e db yf o r c eo fe l e c t r i cf i e l do fb y - p r o d u c tp a r t i c l e si n2 m ze l e c t r o s t a t i cp r e c i l ：i i t a t o ri s 0 2 7 9 m s ；i n t h ec o n d i t i o n ，t h em a xo fc o l l e c t i n g e f f i c i e n c y i s9 9 - 2 w h e n c o l l e c t i n g b y - p r o d u c t i su s e dt w oe l e c t r i cf i e l d se l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r ； 6 ac u r r e n tp o w e ri sb e t t e rt h a nas i l i c o n c o n t r o l l e d - r e c t i f i e rw h e nt h e ya r cu s e df o rt h e e l e c t r o s t a t i c p r e c i p i t a t o r t h e c u r r e n t p o w e rh a sv i l t u e s s u c ha s ：p r e v e n t i n gf r o mc o r o n a b l o c k i n go u t , l o ws t a r t i n gc o r o l l av o l t a g e ，h i g ho p e r a t i o nv o l t a g e ，a v o i d i n gc o r o n a w i r e sb e i n g o b e s i t y , n o te a s i l yf o r m i n g a r ci ne l e c t r i cf i e l d sa n dg o o dc h a r a c t e r o f t r a c k i n g c o n d i t i o n 7 t h ef i r s te l e c t r i cf i e l dw i t hc u r r a n t p o w e r a n dt h es e c o n de l e c t r i cf i e l d 、i 协 s i l i c o n - c o n t r o l l e d - r e c t i f i e ra r es m t a b l et op r e v e n tf r o mc o r o n a b l o c k i n g o u t f u r t h e r m o r e ，m e t h o d so fa d d i n ga m m o m aa r er e s e a r c h e d t h ep r e s s u r e o fs p m y i n g a m m o n i am u s tb em o r et h a n0 3 m p ai no r d e rt oa v o i dj a m m i n gi nn o z z l e k e y w o r d s ：e i e c t r o nb e a m irr a d i a t i o n ：f i u ag a sd e s u i p h u r a t i o n ：d e s o = e f f i c i e n c y ： c o l l e t i n gb y - p r o d u c t ：e l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r ( e s p ) ：e l e c t r o d ec o n f i g u r a t i o n ； c o il e c t i n ge f f i c i e n c y 电子束辐照烟气脱硫工艺及副产物收集的实验研究 第一章绪论 本章主要介绍我国大气二氧化硫污染现状，燃煤电厂采用的主要烟气脱硫技术及其经 济性比较。 1 ，1 我国大气二氧化硫排放和污染现状 我国是燃煤大国，已成为世界第三大能源生产国和第二大能源消费国“，据1 9 9 9 年 的统计资料显示，煤炭在我国的能源结构中的比例高达6 7 1 ，占世界煤炭消耗量的2 7 。 近年来，我国每年仅燃煤烟气向大气中排入的二氧化硫连续维持在2 0 0 0 万吨左右，居世 界首位。1 9 9 5 年我国二氧化硫排放量为2 3 7 0 万吨；2 0 0 0 年我国的二氧化硫排放量有所降 低，为1 9 9 0 万吨；2 0 0 1 年我国二氧化硫排放量比2 0 0 0 年减少1 0 。2 0 0 1 年全国二氧化 硫排放总量为1 9 4 7 8 万吨，2 0 0 2 年为1 9 2 6 6 万吨。大量二氧化硫的排放使酸雨污染范 围不断扩大，降水p h 值低于5 6 的地区已占全国面积的3 0 左右，每年由酸雨带来的损 失达千亿元。二氧化硫污染和酸雨危害居民健康、腐蚀建筑材料、破坏生态系统，造成巨 大经济损失据统计，1 9 9 5 年我国由于酸雨和二氧化硫污染造成的经济损失约1 i 0 0 多亿 元，接近g d p 的2 啪。 我国的大气污染主要为煤烟型污染，污染的主要原因是局部地区大量燃煤设施排放二 氧化硫所致。1 9 9 8 年二氧化硫排放总量为2 0 9 0 万吨，其中工业来源的排放置为1 5 9 3 万 吨，占7 6 2 。火电厂排放的二氧化硫占全国二氧化硫总排放量的3 7 2 ，且有逐步增加 的趋势。目前，我国的火电工业还呈高速增长，预计2 0 1 0 年我国火电机组容量将达到 4 3 8 5 3 0 m w ，2 0 2 0 年将达到6 5 7 7 9 0 m w ，2 0 5 0 年达到1 1 6 7 2 5 0 m w 5 】。因此，控制燃煤电厂及 其他工业企业排放的二氧化硫已成为我国控制大气二氧化硫污染和酸雨危害的关键。 目前，在大量排放二氧化硫的工业企业中，只有少数燃煤电厂开始建设脱硫装置。至 今已建成和正在建设的燃煤烟气脱硫装置的总容量约3 0 0 0 m w ，所占比例不到全国火电厂 容量的2 。火电厂烟气脱硫，是有效削减二氧化硫排放量的主要措施之一，因此发展经 济实用的烟气脱硫技术显得尤为重要。 1 2 烟气脱硫技术现状 从二十世纪中叶开始，以日本、美国、德国等为代表的工业发达国家开始研究和应用 燃煤烟气二氧化硫脱除技术( f l u eg a sd s u l p h u r a t i o n 简称f g d ) 。目前，世界范围内已获 得应用的烟气脱硫技术达百种以上，主要集中在日本、美国和欧洲的经济发达国家。烟气 脱硫技术主要应用于以煤炭为燃料的工业企业，尤其以燃煤电厂为主。至二十世纪末期， 经济发达国家的主要燃煤电厂大都采取了烟气脱硫措施“1 ”。 烟气脱硫技术，根据水在脱硫过程中的作用可分为湿法、半干法和干法；按脱硫过程 中副产物是否回收可分为回收法和抛弃法；根据脱硫剂的种类可分为钙法、氨法、镁法 等。目前，已有部分成熟技术获得广泛使用，但仍有不少技术在开发和完善中。 目前应用较为广泛的技术有石灰石石膏湿法、简易湿法、旋转喷雾半于法、炉内喷 电子束辐照烟气脱硫工艺及副产物收集的实验研究 钙尾部增湿活化法。海水中和法等，其中以石灰石石膏湿法应用最为广泛4 1 。 据国际能源机构煤炭研究组织调查表明，1 9 9 2 年末，全世界1 7 个国家的燃煤电厂已 安装各种f g d 装置6 4 6 套，总装机容量达1 6 7 g w ，其中美国3 0 8 套，德国2 0 8 套，日本 5 1 套。湿式脱硫占世界安装f g d 的机组总容量的8 1 8 ，在运行的湿法脱硫装置中半 以上副产石膏，喷雾干燥工艺占1 0 5 n ，主要用于锅炉改造的喷吸附剂工艺占3 2 ，再 生工艺在德国和美国建成1 7 套，硫氮联合脱除工艺有1 8 套，总容量3 0 g w ”。 我国的烟气脱硫技术起步较晚，从“七五”开始，通过引进、潸化或攻关，我国在一 些脱硫技术方面已有一定基础，如湿式石灰石石灰一石膏法、旋转喷雾干燥法、循环流化 床、磷铵肥法和电子束法等烟气脱硫技术。但至今我国尚没有自主知识产权且成功获得大 规模应用的工业化脱硫技术，还不完全具备设计和建造大型烟气脱硫装置的能力，其技术 和设备主要依赖进口“”。 我国从二十世纪9 0 年代开始，先后引进各种形式的烟气脱硫技术，表卜i 为“八五” 期间，国家电力公司组织引进的6 种不同工艺的示范项目“”1 。 表l - i 示范工程采用的脱硫工艺 t a b l e l 1d e m o n s t r a t i a ni n s t a l l a t i o n so f f g d 国外先进技术的引进，有力推动着我国烟气脱硫技术的发展。在引进国外先进的烟气 脱硫技术的同时，我国也开展了烟气脱硫的研究工作。1 9 8 6 年开始的“七五”国家科技 攻关项目，将燃煤s 0 , 控制列为重点研究课题，其重点是烟气脱硫，包括旋转喷雾干燥法 烟气脱硫技术研究、磷铵肥法( p a f p ) 烟气脱硫技术、电子束辐照烟气脱硫脱硝技术研究、 锅炉直喷射吸着剂烟气脱硫技术、低硫煤工业锅炉烟气旋转喷雾干法脱硫技术研究。在后 来的国家“八五”、“九五”科技攻关项目中，都包含了燃煤s o ：污染控制方面的研究课题。 目前国内的主要烟气工艺在技术上各有特点，其主要技术特点如表卜2 所示“。 2 电子柬辐照烟气脱硫工艺及副产物收集的实验研究 表1 - 2 国内主要烟气脱硫工艺比较 一! ! ! ! ! ! 曼! 塑! 竺竺堡墅! i ：! ! ：型型竺垡! 堡! ! 旦里塑! 垫! ! ! 墅：垫兰坚! ! 备注：电耗一指占电厂总发电量的比例 投资一指占电厂一次总投资的比例 在引进国外烟气脱硫技术的同时，国内也在加快烟气脱硫技术国产化的进程，表1 3 给出了国产化的烟气脱硫工艺。现在利用国内自行开发或引进的技术和装备已建成多座具 有工业规模、行之有效的脱硫示范装置，我国已基本具备大规模建设烟气脱硫装置的技术 条件。 随若国家对烟气中二氧化硫排放的严格限制，我国对烟气脱硫技术将会有更多的需 求，同时要求技术逐步实现国产化。 据我国的火电结构，在不更换锅炉的情况下，在相当长的时间内，火电厂锅炉尾部烟 气脱硫仍然是控制s 0 2 排放的主要手段。按照“两控区”s 0 2 总量控制的要求，全国电 力系统到2 0 1 0 年要安装烟气脱硫装置约1 8 0 台，装机容量为4 4 0 0 0 m w 。其中，2 0 0 1 2 0 0 5 年约有1 5 7 0 0 m w 装机容量需安装烟气脱硫装置，2 0 0 6 2 0 1 0 年约有1 7 3 0 0 m w 装 机容量需安装烟气脱硫装置 电子束辐照烟气脱硫工艺及副产物收集的实验研究 表1 - 3 国产化的烟气脱硫技术 曼生! ! ! ：坚查! 9 2 堡! 些! ! ! 墅! ! ! ! 量! 虫! 。 一 引进技术类型国内公司名称技术来源图产化工程 石灰石，石膏湿法广州广天明环保奥地利a e 石灰石石膏湿法重庆远达环保( 集团) 公司 石灰石石膏湿法江苏苏源环保 石灰石石膏湿法武汉凯迪电力股份有限公司 日本 m i t s h u b i s h 日本川崎 美国 石灰右石膏湿法国华荏原环境工程有限公司德国b i s e h o f f 石灰石，石膏湿法浙江菲达环保科技股份有限公司美国d u c o n 石灰石，石膏法北京国电龙源环保工程有限公司 德国 s t e d j m 【l e r 海水脱硫法深圳德纳能源与环境研究院 电子束法国华荏原环境工程有限公司 挪威 a b b 日本荏原 深圳西部电厂5 、6 号机组 2 x 3 0 0 m w 烟气脱硫工程。 重庆九龙西厂lx 2 0 0 m w 烟 气脱硫工程，实施中。 扬州电厂2 0 0 m w 烟气脱硫 工程 江苏镇江电厂等十余个烟 气脱硫工程，总容量超过 4 0 0 0 m w ，实施中。 浙江杭州热电厂 3 x 1 3 0 恤0 0 0 m w ) 锅炉烟气 脱硫工程，调试中。 浙江巨化1x 7 0 m w ( 2 8 0 t h ) 燃煤机组烟气脱硫工程。 1 ) 北京京能热电股份有限 公司槲炉2 0 0 m w 机组烟气 脱硫工程于2 0 0 2 年1 2 月运 行； 2 ) 山东黄台火力发电厂2 3 0 0 m w 机组2 0 0 3 年1 2 月运行； 3 ) 江苏江阴苏龙2 1 3 5 m w 机组2 0 0 3 年l o 月 运行； 4 ) 中电国华北京热电分公 司二期l # 、2 # 炉2 0 0 m w 机 组于2 0 0 3 年7 月运行。 深圳西部电厂5 、6 号机组2 x 3 0 0 m w 烟气脱硫工程 浙江杭州协联热电厂 3 x 1 3 0 t h ( 1 0 0 m w ) 锅炉部分 烟气脱硫工程于2 0 0 3 年2 月运行。 若今后十年中以3 0 0 0 4 0 0 0 m w 年的速度来增设烟气脱硫装置，每年约需投资3 0 4 0 亿元。估计今后十年以3 0 0 0 4 0 0 0 m w 规模的烟气脱硫装置主要是新建电厂，少数来自有 4 电子柬辐照烟气脱硫工艺及副产物收集的实验研究 资金的老厂改造。目前重新颁布的火电厂烟气排放标准相当严格，这势必促使更多的电厂 增设烟气脱硫装置以满足日益严格的环保标准。“十五”期间，国家将重点发展燃煤电厂 烟气脱硫技术与设备，其中关键是解决拥有自主知识产权的设计技术，通过研究开发、 引进和消化吸收，到2 0 0 5 年，具备独立完成燃煤电厂2 0 0 m w 及以上机组烟气脱硫工艺设 计的能力，重点发展湿法脱硫工艺，满足大容量、高参数火电机组烟气脱硫的需要：适时 发展烟气循环流化床脱硫、炉内喷钙局部增湿活化脱硫、电子束辐照烟气脱硫等工艺，以 适应中小锅炉和老机组的烟气脱硫。 1 3 火电厂烟气同时脱硫脱硝技术 在对二氧化硫排放采取限制措施后，我国将对火电厂排放氮氧化物实行控制。据悉， 我国针对火电厂氮氧化物排放总量控制已基本具备法律、排放标准、排放收费、治理技术 等方面的条件，从“十一五”开始，我国对火电厂排放的氮氧化物实施总量控制：最新修 订的火电厂排放标准将对新老机组都执行同样严格的排放浓度标准，在排污收费征收使 用管理条例中也规定，到2 0 0 5 年7 月，对氮氧化物执行与二氧化硫相同的排污费征收 标准。在我国城市大气中，人为排放的氮氧化物大多数来自燃料燃烧，如以原煤为燃料的 火电厂、工业窑炉、民用锅炉等。据预测。2 0 0 5 年以后火电厂燃煤囊将超过煤炭消费总 量的一半，2 0 2 0 年将超过7 6 。近年来，我国一些特大型城市的空气氮氧化物浓度超标， 氮氧化物的环境容量已基本处于饱和状态，一些地方甚至产生光化学烟雾现象。氮氧化物 也是造成酸雨污染的主要致酸物质，我国一些地方的酸雨污染性质已开始由单一的硫酸型 向硝酸根离子不断增加的复合型转化。这就给控制大气中氮氧化物的排放提出了要求。 据了解，我国在1 9 9 5 年第一次修订大气污染防治法时“”，就在有关条款中要求 “企业应当逐步对燃煤产生的氮氧化物采取控制措施”。在我国电力工业环境保护“十五” 规划中，提出“大力推广低氮燃烧技术，新建大型火电机组全面安装低氮燃烧器及采用分 级燃烧技术，现有2 0 万千瓦火电机组开始启动低氮燃烧技术改造，“十五”末，力争在运 行锅炉上完成排烟脱硝工业示范试验”。上个世纪9 0 年代建成的福建后石电厂6 0 万千瓦 火电机组上已建成排烟脱硝装置，氮氧化物排放浓度逯低于国家规定的排放标准。 烟气二氧化硫氮氧化物联合脱除技术是在烟气二氧化硫和氮氧化物脱除技术的基础 上发展起来的，它能在同一个系统内实现了对氮氧化物和二氧化硫的脱除。同单独采用脱 硫和脱氯工艺相比，系统更加简单，占地面积小、技术的经济性能更好。据美国电力研究 所( e p r i ) 统计，可以实现联合脱硫脱氮的技术有6 0 余种。 从总体发展趋势来看，硫氮联合脱除技术仍处在开发完善中。目前仅在l o o m ? 规模的 机组上进行工业示范试验，其技术经济性能有待更多的商业应用实例验证。 s o ：和n q 联合脱除技术中，主要分为两大类，即脱硫技术和脱硝技术的组合，如 s n r b ( s o x n o x r o x b o x ) 工艺，另一类是利用吸附剂同时吸收s 0 z 和n 嘎。 1 3 1 电子束辐照烟气脱硫脱硝技术n 阳 电子柬辐照烟气脱硫脱硝技术一般采用烟气降温增湿、加氨、电子柬辐照和副产物收 电子柬辐熙烟气脱硫工艺及副产物收集的实验研究 集的工艺流程。烟气在电子柬辐照下产生多种活性基团。这些活性基团氧化烟气中的s 0 2 和n o ，生成硫酸和硝酸，最后生成硫酸铵和硝酸铵微粒，从而达到脱除烟气中的s o ：和n o , 之目的。同其他脱硫技术相比，该技术具有一次性投资和运行成本较低，可同时脱除二氧 化硫和氮氧化物，脱硫效率高，不产生二次污染物，副产物硫酸铵和硝酸铵可用作肥料， 负荷跟踪能力强等特点。该技术实现了污染物资源的综合利用和硫氮资源的自然生态循 环。自1 9 7 0 年日本荏原公司开始的电子束辐照烟气脱硫脱硝技术研究至今，已有三十多年 历史。经历了二十世纪七十年代的原理性和实验室研究、八十年代至九十年代初的工业性 试验和九十年代中后期开始的工业示范阶段，目前已开始工业化应用。目前世界范围内有 日本、德国、波兰、美国、俄罗斯、保加利亚、乌克兰、芬兰、马来西亚和中国等诸多国 家的研究人员致力于该项技术的研究开发，建立了不同规模的装置三十余座。 1 3 2 脉冲电晕放电脱硫脱硝技术o ” 脉冲电晕放电烟气脱硫脱硝的原理：利用纳秒级高压脉冲放电，仅使电子的温度升高 ( 5 e v ) 而离子没有被明显加速。被加速的电子与烟气作用可以产生多种活性的自由基， 如o h 、0 、h o ：等，这些强氧化能力的自由基，能使烟气中的s o z 和n o x 氧化。八十年代中 期，日本学者增田闪一提出了利用高压脉冲电晕放电等离子体产生o h 、0 、h o ：等强氧化 性粒子和自由基，进而氧化s o 。、n o ，生成中间产物h z s o t 、唧o s ，然后与注入的氨反应生成 最终产物( n h , ) 。s o , 、n 也n 0 3 的新方法。该方法关键设备是脉冲电源，与电子束法相比投资 较小，但其产生的自由电子的平均能量较低。脉冲电晕法在脱除s 仉、n q 的同时还兼有除 尘功能，县有较大的潜在优势。该方法一经提出，许多国家和机构都很快地进行了实验研 究，以期在新的烟气脱硫技术领域进行技术储备并占据前沿。 1 3 3 活性炭催化吸附法阚 目前，人们对活性炭吸附催化法烟气脱硫技术的兴趣与日俱增，该技术可脱除烟气中 9 5 的s 0 ：和8 0 的n o x 。采用该工艺的烟气处理装置可安装在除尘器和烟囱之前，它不仅 可以单独使用，而且可以同其他的烟气脱硫方法联合。在欧洲和日本，该技术已成功地应 用于燃煤烟气和焚烧炉烟气处理。该技术不仅可用于现有锅炉的改造，减少s o z 和n o x 的 排放，它还可去除烟气中的其他气态污染物，如汞、二嗯英、呋喃等，而目前现有的烟气 脱硫技术都难以做到这一点。同其他烟气脱硫技术相比，其投资和运行费用较低。 德国b e r g b a u f o r s c h u n g 采用活性炭脱硫脱氮的b f 工艺，主要由流化床吸附反应器、 活性炭脱附再生器和硫回收装置等主要单元组成。在流化床吸附反应器中，烟气中的s o z 被氧化成s 0 3 ，与水作用生成硫酸后被吸附在活性炭表面。注入烟气中的氨和n o x 在活性 炭的催化作用下，发生还原发应生成。吸附有硫酸的活性炭在脱附再生器中被加热再生， 同时释放出s 晚气体。s 0 2 气体在脱硫回收装置中被还原成单质硫。该方法的脱硫率可达 9 5 ，脱氮率达5 08 0 。 此外，烟气同时脱硫脱硝技术还有w s a s n 仉( w e ts c r u b b i n g a d d i t i v ef o rno 】【r e m o v a l ) 技术、氯酸氧化技术、湿式烟气脱除技术与金属整合剂工艺结合等技术。 6 电子柬辐照烟气脱硫工艺及副产物收集的实验研究 1 4 本章小结 目前国内的烟气脱硫技术主要具有以下特点： ( 1 ) 以湿法技术为主流，荠结合电厂具体要求，进行适当改进； ( 2 ) 在新开发的技术中更注重无害化、资源化，减少污水和固废物排放： ( 3 ) 同时脱硫脱硝技术正逐步成为新的开发热点。 我们应抓住机遇，针对我国火电厂烟气治理的不同需求和广阔市场，结合我国具体国 情，开发出经济适用的烟气脱硫脱硝技术。 电子柬辐照烟气脱硫工艺及副产物收集的实验研究 本章参考文献 1 国家环保总局2 0 0 0 年中国环境公报，2 0 0 1 年： 2 国家环保总局2 0 0 1 年中国环境公报，2 0 0 2 年； 3 国家环保总局2 0 0 2 年中国环境公报，2 0 0 3 年； 4 郝吉明，王书肖，陆永琪编著燃煤二氧化硫污染控制技术手册化学工业出版社，2 0 0 1 年： 5 匿安热电研究所等对中国火电工业增长的预测2 0 0 2 年； 6 王小明，薛建明国外烟气脱硫技术的发展与现状。电力环境保护，2 0 0 0 ，1 6 ( 1 ) ：3 i - 3 4 ； 【7 】管菊根国外火电厂s o 排放标准及其对治理的促进电力环境保护。1 9 9 9 ，1 5 ( 1 ) ：5 4 - 6 3 ； 8 雷仲存工业脱硫技术北京：化学工业出版社，2 0 0 1 ； 【9 】t a k e s h i t am f g d p e r f o r m a n c ea n d e x p e r i m e n e e o nc o a l f i r e dp l a n t s l o n d o n ：l e ac o a lr e s e a r c h ， 1 9 9 3 3 5 5 8 ； 【1 0 张晔中国燃煤电厂烟气脱硫技术现状和前景展望环境保护1 9 9 9 ，( 4 ) ：2 0 2 3 ； 【1 1 】晏玉清，范安详烟气脱硫工艺技术方案选择原则( 五) 四川电力技术，2 0 0 0 年第6 期； 【1 2 】张可钜珞璜电厂4 3 6 0 m w 机组烟气脱硫工程评述电力环境保护2 0 0 0 年1 2 月第1 6 卷4 期； 1 3 国家环保总局科技标准司，清华大学环境科学与工程系燃煤二氧化硫污染控制技术现状与综合 评价( 二) 环境保护， 9 9 8 ，5 ：3 9 ： 1 4 毛本将，黄文风，任岷等北京京丰热电有限责任公司电子束氨法脱硫脱硝工业示范( 试验) 工 程可行性研究报告北京京丰热电有限责任公司，2 0 0 1 年； 1 5 】中华人民共和国大气污染防治法1 9 9 5 年； 【1 6 】毛本将，王保健，姜一鸣等电子束辐照烟气脱硫脱硝工业化试验装置环境保护，2 0 0 0 年第8 期： 【1 7 】赵君科，任先文，王保健等“脉冲电晕等离子体法烟气脱硫脱硝技术进展”，四川环境( 2 0 0 0 ) 4 7 ； 1 8 a n t h o n ya l i z z i o d e v e l o p m e n to fa c t i v a t e dc h a rf o rc o m b i n e ds o d n o xr e m o v a l i c c i p r o j e c tn u m b e r ：9 5 1 2 i a 一7 3 电子束辐照烟气脱碓工艺及副产物收集的实验研究 第二章电子束辐照烟气脱硫脱硝技术历史与现状 本章主要介绍电子柬辐照烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物技术的发展历史与现状， 重点对实验装置、工艺技术和酎产物i | 芟集方式进行评述。 电子束脱硫技术的研究始于二十世纪7 0 年代初，由日本荏原公司( e b a r a ) 和日本原 子能研究所( j a p a n a t o m i ce n e r g y r e s e a r c hi n s t i t u t e ，缩写为j a e p d ) 首先开始，至今已有 三十三年的历史。目前，世界范围内有日本、美国、德国、波兰、俄罗斯和中国等诸多国 家的研究人员致力于该项技术的研究开发，建成各类装置约三十余座。 2 1 基础研究 2 1 1 实验装置 日本荏原( e b a r a ) 公司和日本原子能研究所( j a e ) 于1 9 7 0 年开始了电子束辐照 烟气脱硫技术的研究与探索“1 。美国马萨诸塞州的艾佛莱特研究实验室也在二十世纪七十 年代独立开展了电子束脱硫技术的研究工作。在以后的二十多年里，先后有德国、波兰、 俄罗斯、中国、美国等国家的研究人员从事基础研究，并取得了相应的研究成果。表2 1 列出各国开展实验研究建立的实验装置。 表2 - 1 主要研究装置 1 曲l e2 - lt h er r l a i nl a b o r a t o f i a li n s t a l l a t i o n si nt h ew o r l d 1 9 7 0 年，日本原子能研究所在一2 2 5 l 的盒状反应器中，用5 5 m e v 的线性电子加速 器对重油燃烧烟气和含s 0 2 的模拟气体进行了静态辐照实验。在3 0 k g y 的辐照剂量下， 成功实现了对s 0 2 的脱除，并观察到含有固体粒子的气溶胶的形成。在上述实验基础上， 建立了动态辐照装置。反应器体积约为静态实验时使用的辐照反应器的一半，烟气流量为 5 4 0 n m 3 h 眨3 ，辐照加速器为5 m a x 3 m e v 的c r o c k r o i t - w a l t o n 型电子加速器。在这套装 置上成功地实现了对重油燃烧烟气的动态辐照，以及对n o x 和s 0 2 的同时脱除。获得的 9 电子柬辐照烟气脱硫工艺及副产物收集的实验研究 产物为固体细粒子和硫酸的混合物，并用静电除尘器实现了对产物粒子的收集。产物粒子 的分析表明。其成份为氮、硫、氢和氧。在实验中发现，随着烟气温度升高，s 0 2 和n o x 的脱除率下降。对于温度约1 0 0 、含6 0 0 , - - , 9 0 0 p p ms 0 2 和约8 0 p p r n n o x 的燃烧重油烟气， 在4 0 k g y 的辐照剂量下s 0 2 的脱除率达8 0 ，在2 0 k g y 的辐照剂量下n 0 x 的脱除率太 于9 9 。实验中还发现，n o x 的脱除效率同辐照剂量率几乎没有关系，而s 0 2 脱除效率 随辐照剂量率的增加略有增加。 为获得电子束技术用于处理燃煤烟气的基本参数，1 9 8 1 年，j a e r i 建立了一个烟气 处理量为o 9 n m 3 h 的小型实验室研究装置，通过配置混合气体模拟燃煤烟气进行实验研 究0 1 。对n o x 和s 0 2 脱除进行了多级( 三级) 辐照实验，发现多级辐照可以改善n o x 脱 除效率，对s 0 2 脱除效率无明显影响；1 9 9 8 年，在该装置上利用模拟褐煤燃烧产生的含 高浓度s 0 2 烟气进行了基础研究工作，实验中s 0 2 浓度高达4 8 0 0 p p m 。在1 0 3 k g y 的辐 照剂量、烟气温度为7 0 时，s 0 2 脱除率达到9 7 ，n o x 脱除率达到8 8 。 中国的研究始于上个世纪8 0 年代“1 。1 9 8 7 年，上海原子核研究所建立了一套电子柬 动态处理模拟工业烟气脱硫脱硝系统的实验装置。装置包含辐照处理室、烟气配气室、 n o 气体制备室以及在线红# b 钡r j 试系统和副产物收集系统等。利用该实验系统，上海原予 核研究所的研究人员对吸收剂量、反应温度、烟气湿度、烟气在反应器中的停留时间等因 素做了较细致研究，取得了较好的实验结果。 波兰华沙的核化学与技术研究所于1 9 8 9 年建立了烟气处理量为4 0 0m 3 危的一套小型 实验室研究装置，实验烟气来自燃油锅炉，使用的电子加速器为7 7 5 k v ，5 4 k w 。在该装 置开展的研究工作为日后的工业中试装置提供了工艺技术参数。 二十一世纪初，a gc h m i e l e w s k i 等人基于建立的4 0 0 n m 3 i x 的试验装置研究了n o x 的脱除枧理，并用乙醇作为脱除添加剂研究改善脱除n o x 时的能量利用效率“”。研究中 采用氨作脱除剂，模拟气体流量为2 0 n m 3 h 。结果发现，在5 0 0 p p m 的初始n o 浓度下， 6 k g y 的辐照剂量，n o 脱除率达到7 0 。同不添加乙醇相比较，添加乙醇后n o 脱除率 增加了2 0 0 a 。湿度和脱除剂氨对n o 脱除率的贡献小于1 0 。 2 1 2 反应机理研究及获得的实验结果 j a e r i 和东京大学的有关人员对电子束辐照烟气脱硫脱硝的反应机理进行了研究和 探讨”“1 ，有关反应机理的研究分别基于n o - n 2 、n o - n 2 0 2 、n o - n 2 - 0 2 - t 2 0 、s 0 2 - n 2 - 0 2 、 s 0 2 - n 2 0 2 - h 2 0 、含高浓度c o ( 0 - 1 0 ) 和0 2 的s 0 2 - n 2 0 2 h z 等混合气体。研究发现， 对s 0 2 的脱除，电子清除剂如n 0 2 、c 2 h 6 、c z i - 4 等和c 0 2 一样无任何作用，水在反应过 程中起到了重要作用，并推测出受辐照的0 2 、n 2 和h 2 0 产生的自由基同n o 和s 0 2 反应 产生了h n 0 3 、h 2 s 0 4 ，反应器入1 2 1 氨的加入增强了o h 自由基的生成，从而提高了去除 效率。根据上述研究工作，人们对电子束辐照烟气脱硫脱硝的反应机理进行了推证，并形 成了基本的认识。 2 1 3 基础实验获得的结论 i o 电子束辐照烟气脱硫工艺及副产物收集的实验研究 通过基础研究，得到以下结论： ( 1 ) 该技术可同时脱除烟气中的s 0 2 和n o x ，且脱除效率高； ( 2 ) 干法脱硫，无需废水处理； ( 3 ) 方法简单且装置易操作； ( 4 ) 副产物为可利用的农肥。 2 2 工业试验 在进行多年的实验工作后，各国又开始了工业试验。具有代表性的工业试验装置如表 2 2 所示。 表2 - 2 工业试验装置 t a b l e 2 2m a i n p i l o tp l a n t s 研究机构荏原公司卡尔鲁厄大学核化学技术研究所荏原公司 中国工程物理 研究院 2 2 1 美国印第安那试验装置 日本荏原公司和美国能源部( d e p a r t m e n to fe n e r g y , 缩写为d o e ) 共同出资于1 9 8 3 年开始在印第安那州的印第安那玻利斯动力照明公用事业公司( i n d i a n a p o l i sp o w e ra n d l i g h tu t i l i t y ) e w 斯图特( e ws t o u t ) t 厂建立了一座工业中试装置，对电子柬辐照技术 用于燃煤烟气处理进行了进一步研究和评价n 2 ”“。建立该装置的目的有： ( 1 ) 评价电子束脱硫技术用于处理燃用高硫煤锅炉烟气的性能； ( 2 ) 确定装置运行有关的重要工艺参数； ( 3 ) 确定装置的运行可靠性； ( 4 ) 分析和评价副产物的农业肥料应用； ( 5 ) 为电子束脱硫1 0 0 - 5 0 0 m w 电站应用的概念设计提供数据。 电子束辐照烟气脱硫工艺及副产物收集的实验研究 该装置采用在空塔中喷雾化水的方式冷却烟气，使用中通过控制喷水量使冷却塔保持 “干底”。使用了两台8 0 0 k v 、l o o m a 的绝缘芯变压器型电子加速器，