氨活化電暈放電煙氣脫硫試驗研究

王暉 王家鵬

摘 要：采用氨活化方法，對電暈放電煙氣脫硫進(jìn)行了試驗研究。考察了氨活化效果、電壓、氨硫摩爾比、電源、電極、脈沖頻率對SO2脫除效率的影響。試驗結(jié)果表明，采用NH3活化可在較大程度上提高脫硫效率；隨電源輸出電壓、氨硫摩爾比、SO2初始濃度的提高，SO2脫除效率提高；在同樣電源輸出電壓等級的條件下，脈沖電源比直流電源具有較高的脫硫效率；在其它條件相同的情況下，芒刺電極比星型電極具有較高的脫硫效率；提高脈沖電源頻率，脫硫效率變化較小。

關(guān)鍵詞：電暈；脫硫；氨活化

1 緒論

脈沖電暈放電脫硫自日本增田閃一教授提出后，被各大科研機(jī)構(gòu)廣泛的研究，獲得了較多的具有工程實用價值的成果。就現(xiàn)階段而言，所采用的煙氣脫硫方式屬于干法脫硫，與濕法脫硫方式相比，干法脫硫具有較多優(yōu)勢，如成本投入較低、占地面積較小，在實際應(yīng)用的過程中，不會產(chǎn)生二次污染，脫硫結(jié)束后的產(chǎn)物能夠以肥料的形式應(yīng)用于農(nóng)作物中，能夠在脫硫的同時實現(xiàn)脫硝目的，并且可以達(dá)到除塵效果。

2 實驗部分簡介

實驗應(yīng)用裝置：在實驗進(jìn)行的過程中，將水蒸汽、二氧化硫、空氣以及氨氣以一定比例進(jìn)行混合，模擬為煙氣。空氣進(jìn)入加熱器前將水蒸汽混入，水蒸汽混入量根據(jù)試驗需要進(jìn)行調(diào)整。加熱器中，空氣與水蒸汽混合后被加熱到120°C?？刂贫趸颉睔夂康姆绞绞菓?yīng)用流量計、截止閥，并在反應(yīng)器出口處安裝相應(yīng)的煙氣測試儀器（目前常用的是3012型自動煙氣測試分析儀），以此來監(jiān)控二氧化硫的濃度。目前的脫硫反應(yīng)器多為單通道，通道寬度為150mm，有效電場長度為2m，外形體積為2000×300×600mm，殼體采取保溫措施。電極結(jié)構(gòu)為線板式，采用窄脈沖高壓電源供電，電源采用旋轉(zhuǎn)火花間隙式開關(guān)。管狀放電極的外框所應(yīng)用的銅管外徑為10毫米；放電針應(yīng)用的是外徑2毫米、內(nèi)徑1毫米的細(xì)銅管；鋸齒型電極應(yīng)用的不銹鋼片較薄，僅為2毫米，相關(guān)工作人員對其進(jìn)行加工制造，成為鋸齒狀；星型線放電極應(yīng)用的材料形式為四棱柱制造的4×4毫米的正方形。高壓脈沖采用的是單向交流的電源輸入方式，其電壓為220伏特，允許波動范圍是198-242伏特。頻率在49-51赫茲，額定輸出功率是200VA，輸出脈沖峰值電壓被定義為連續(xù)可調(diào)的15～50kV。選用正極性脈沖，其寬度≤500ns，脈沖上升前沿≤200ns，脈沖重復(fù)頻率0～150Hz連續(xù)可調(diào)。

3 實驗結(jié)果與討論

3.1 電壓的影響

在SO2初始濃度為1200mg/m3，煙氣濕度為10%的情況下，煙氣流量為65Nm3/h，采用正脈沖電壓（脈沖頻率100Hz）、芒刺電極，其中氨氣與二氧化硫的比例為二比一，根據(jù)該比例進(jìn)行氨氣添加工作，并調(diào)試外加電壓，觀察氨氣的脫硫效果，其中對比曲線為NH3從模擬煙氣入口加入的情況。煙氣的脫硝效率隨著外加的電源電壓的升高而不斷提升，根據(jù)觀察可知，從放電極注入氨氣時，其脫硫效率明顯高于從模擬煙氣入口注入氨氣。另外，當(dāng)外加電壓加壓到31千伏時，脫硫效率能夠達(dá)到百分之八十一，從煙氣入口注入氨氣時其脫硫效率是百分之七十。電廠內(nèi)部強(qiáng)弱不同，電廠最強(qiáng)的部分是放電針的電極附近，主要原因是放電過程中，高能電子集中于此地。從放電針電極加入氨氣時，能夠擁有更大的概率接觸高能電子，使氨氣分子活化程度更高，并產(chǎn)生NH、NH2以及其他多種自由基，由于化學(xué)反應(yīng)能夠在較大程度上促進(jìn)自由基與二氧化硫分子結(jié)合，使其能夠更好的完成脫硫任務(wù)。

3.2 氨、硫不同摩爾比對實驗的影響

設(shè)置各個成分的最初濃度，SO2為1400mg/m3，煙氣濕度為10%時，煙氣為65Nm3/h，外加正脈沖31kV的電壓（脈沖頻率100Hz）、芒刺電極，改變NH3與SO2的摩爾比R，得到相應(yīng)的脫硫效率，其中對比曲線為加電前熱化學(xué)反應(yīng)等作用下的脫硫率。在實驗的進(jìn)程中，不斷的增加氨氣與二氧化硫的摩爾比，煙氣的脫硫效率也不斷上升。氨、硫的摩爾比為0.5時，其脫硫效率是59%，當(dāng)氨、硫摩爾比是2時，脫硫效率明顯提升，為81%。隨著NH3流量的增加，不僅能夠提升熱化學(xué)反應(yīng)的效率，還能增加放電極的活化有效區(qū)域中氨氣的分子濃度，此時，高能電子能夠擁有更大的機(jī)率與氨氣分子發(fā)生化學(xué)作用，進(jìn)一步提升氨氣的活化效率，進(jìn)而促進(jìn)脫硫效率。

3.3 二氧化硫不同的初始濃度影響

在煙氣流量是65Nm3/h，煙氣濕度是10%時，可以按照2：1的氨、硫比添加氨氣，脈沖電壓為31kV（脈沖頻率100Hz）、芒刺電極，更改模擬煙氣中二氧化硫的初始含量，并針對其不同含量進(jìn)行相應(yīng)的影響對比。

3.4 脫硫效率受不同電源的影響

在實驗過程中，將負(fù)直流、正脈沖電壓分別作用于兩種不同電極上（脈沖頻率100Hz）。SO2初始濃度1400mg/m3，采用芒刺電極，煙氣流量為65Nm3/h，煙氣濕度為10%，NH3：SO2為2：1，試驗結(jié)果。

3.5 電極對脫硫效率的影響

采用芒刺電極和星型電極兩種電極進(jìn)行對比試驗，SO2初始濃度1400mg/m3，煙氣流量為65Nm3/h，煙氣濕度為10%，NH3：SO2為2：1，脈沖電壓為31kV。芒刺放電針的脫硫效率明顯比星形線放電針的高，電暈放電的基本工作原理是將曲率半徑較小的細(xì)線或者針作為放電極，低壓電極則應(yīng)用曲率半徑較大的平板，在兩極作用的過程中施加相應(yīng)的高強(qiáng)電壓，是高能電子與各類氣體進(jìn)行碰撞，最終放電。

3.6 脈沖頻率

采用脈沖電源，改變脈沖頻率進(jìn)行試驗，二氧化硫初始濃度為1150mg/m3，脈沖電壓為30kv，采用芒刺電極，煙氣濕度為10%，氨硫摩爾比為2：1，氨氣活化與不活化的脫硫效率曲線。氨氣活化與否的脫硫效率都不隨著脈沖電源頻率的提升而增加。主要的產(chǎn)生原因是，應(yīng)用脈沖高壓形成的電廠能夠有效的活化NH3分子，能夠更改電場強(qiáng)度的是脈沖電壓峰值，而不是電源頻率。

4 結(jié)論

本文主要研究了氨活化電暈放電煙氣脫硫的相關(guān)實驗，主要結(jié)論如下：

1）采用NH3活化可在較大程度上提高脫硫效率；

2）隨電源輸出電壓、氨硫摩爾比、SO2初始濃度的提高，SO2脫除效率提高；

3）在同樣電源輸出電壓等級的條件下，脈沖電源比直流電源具有較高的脫硫效率；

4）在其他條件相同的情況下，芒刺電極比星型電極具有較高的脫硫效率。