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大气中的SO2气体及其形成的酸沉降,是当今人类面临的重大环境问题之一。我国的能源结构以煤炭为主,燃煤型的SO2污染已成为我国大气污染的主要特征。因此,治理SO2大气污染已迫在眉捷,势在必行。探求技术上先进、经济上合理的脱硫技术是现阶段环保领域广泛关注的焦点之一。本文在传统的荷电干式脱硫剂喷射脱硫系统(CDSI)基础上,提出采用强电离放电产生等离子体形成高浓度强氧化游离基,来活化Ca(OH)2脱硫剂颗粒的方法,进行烟气脱硫。
传统的荷电干式脱硫剂喷射脱硫系统(CDSI)主要采用高压直流电晕放电的方法,使脱硫剂表面荷电来提高其活性。在高压直流电晕放电电场中,电子的平均能量较低,仅为1.5eV左右。而在采用强电离气体放电后产生的非平衡等离子体中,电子的平均能量高达13eV。高能电子能将烟气中的H2O、O2等分子激活、裂解,产生大量活性粒子,把HO—H及O—O键打开,使之成为自由基或活化粒子,这些自由基或活化粒子与高能电子一起处理脱硫剂,可大大提高脱硫剂的活性,从而一方面提高了烟气的脱硫效率,另一方面又提高了脱硫剂的利用率,降低了Ca/S比,可使运行成本降低10%—20%,
本文主要研究了介质阻挡强电离放电的形成方法,等离子体对脱硫剂的活化原理以及脱除SO2的反应机理,设计了一套烟气处理量为100m3/h模拟烟气脱硫实验系统。并对脱硫过程中的影响因素如:含水量、Ca/S比值、脱硫剂粒度、烟气停留时间(或烟气管道长度)、施加在等离子体反应器放电极上的电压、能耗等进行了实验研究。
实验结果表明,在等离子体荷电干式喷钙脱硫过程中,Ca/S比值的增加、脱硫剂粒度的减小、外加激励电压的加大、放电功率以及H2O的增加、停留时间的延长,这些都有利于SO2的脱除。当烟气中SO2的原始浓度大约控制在2250×10—6(v/v)左右,气体中含氧量为21%(v/v),含水量为1.8%(v/v),Ca/S比值为1.48,烟气停留时间为2.4S;施加在等离子体发生器放电极上的电压为3.4kV,频率为10kHz,在烟气流量为100m3/h的条件下,SO2脱除率达到82.5%。在适当的条件下,SO2脱除率更高达98.9%。
此外,通过实验证明了采用强电离放电产生的非平衡等离子体处理Ca(OH)2脱硫剂,使其活性得到了很大提高。降低了同SO2完全反应所需的滞留时间,一般在2秒左右即可完成慢硫化反应,从而有效地提高了SO2的脱除率。与传统的荷电干式脱硫剂喷射脱硫系统(CDSI)相比较,SO2的脱除率提高了10%~20%以上。而且能耗很低,每处理1m3烟气仅消耗0.129Wh电能。此种方法有望成为治理酸雨灾害的一项有效的新方法。