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CN105709597B - 一种等离子体反应器联合覆膜滤袋的烟气除尘脱汞装置及其处理方法 - Google Patents

一种等离子体反应器联合覆膜滤袋的烟气除尘脱汞装置及其处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种等离子体反应器联合覆膜滤袋的烟气除尘脱汞装置及其处理方法，所述装置为两段式结构，包括等离子体反应器和袋式除尘器，等离子体反应器与袋式除尘器通过进气管相连，袋式除尘器内置覆膜滤袋。本发明将等离子体与覆膜滤袋相结合，利用等离子体的作用使烟气中的粉尘产生荷电并发生凝并，同时等离子体中的含氧自由基可以氧化单质汞，然后气体在经过覆膜滤袋的时候，一方面可以脱除微尘，另一方面滤袋上的脱汞催化剂可以进一步氧化脱除单质汞，而等离子体产生的氧自由基还可以提高催化剂活性，从而提高了细微颗粒物和单质汞的脱除效率。

Description

一种等离子体反应器联合覆膜滤袋的烟气除尘脱汞装置及其 处理方法
技术领域
本发明属于烟气净化领域，涉及一种烟气除尘脱汞装置及其处理方法，尤其涉及一种等离子体反应器联合覆膜滤袋的烟气除尘脱汞装置及其处理方法。
背景技术
燃煤电厂和石油化工领域，在其燃烧过程中会产生大量粉尘、SOx、NOx或重金属等多种污染物。近年来，随着环保法规的日益完善和人们环保意识的增强，细微颗粒物和重金属两种污染物因其对环境与人体具有极大的危害而受到了国内外研究者的高度重视。为了加大环保力度，改善环境，2014年5月16日新发布的锅炉大气污染物排放标准规定，新建燃煤锅炉颗粒物的最高排放浓度标准为50mg/m3，重点地区排放标准为30mg/m3，而单质汞的排放标准也降到0.05mg/m3。细微颗粒物主要是指空气动力学当量直径≤10μm的固体颗粒物，由于粒径较小，比表面积大大增加，易成为其他有毒有害物质(如酸性氧化物、有毒重金属等)的载体或反应体。细微颗粒物对环境和人类健康有很大危害，有研究显示，细微颗粒物特别是PM2.5对大气能见度的降低有着重要的影响，与粗颗粒物相比，细颗粒物(PM2.5)降低能见度的能力更强，是导致雾霾天气的主要原因。此外小于10um的颗粒能够通过鼻子进入肺部，引发呼吸道和肺部疾病。
对于烟气中颗粒物的脱除，工业上有除尘器的种类非常多，如现有的旋风除尘器和布袋除尘器等工业除尘技术，对细微颗粒物的脱除效果差，而静电除尘器和湿法除尘器难以捕集0.1～1μm的微尘颗粒。所以针对工业上细微颗粒物的脱除，研究人员提出了多种新型高效除尘技术，如推广和完善低压降高效静 电除尘、湿式静电除尘技术、电袋复合除尘技术和等离子体法等新型脱除细粒颗物的方法，以提高细微颗粒物的脱除效率。
烟气中的汞一般有三种形态：颗粒汞、氧化汞和单质汞。其中颗粒汞和氧化汞可以在后续的脱硫等装置中脱除，也可附在颗粒物上被除尘装置脱除，但由于单质汞的高挥发性和低水溶性，使其难以被上述装置脱除，而随烟气一起排放到大气中，造成环境污染。
CN 101693465A公开了一种吸附协同等离子体作用的一体化脱硝脱汞方法，是在含有一氧化氮和汞的气体中加入氮气并混合，使其通过峰值电压不低于3000伏特、脉冲电源频率不低于500赫兹的高频高压电场，实现同时脱硝脱汞。该方法虽然利用了吸附协同等离子体的方法，但是其对待处理气体中的细微颗粒物的脱除效果较差，同时对单质汞的去除效果也不理想。
CN 101716451A公开了一种放电等离子体与吸收相结合脱除烟气中多种污染物的方法。所述方法将燃煤或焚烧烟气经电除尘或布袋除尘处理后，依次通过预洗涤塔、一级放电等离子体反应器、一级吸收塔、二级放电等离子体反应器和二级吸收塔。预洗涤塔用于烟气预净化、降温和吸收液浓缩；一级放电等离子体反应器用于NO氧化和细颗粒物荷电、捕集脱除；一级吸收塔用于SO2、NOx和荷电细颗粒物洗涤脱除；二级放电等离子体反应器用于元素Hg的氧化和酸雾、铵雾的荷电以及捕集脱除；二级吸收塔用于氧化态Hg和其它污染物的洗涤脱除。但该方法对细微颗粒物特别是PM2.5的脱除效果较差，并且其中的单质汞同样难以被脱除，而随烟气一起排放到大气中。
发明内容
针对上述现有技术对烟气中粒径小于10um的细微颗粒物以及单质汞难以脱除等问题，本发明提供了一种等离子体反应器联合覆膜滤袋的烟气除尘脱汞 装置及其处理方法。所述方法将等离子体与覆膜滤袋相结合，利用等离子体的作用使烟气中的粉尘产生荷电并发生凝并，同时等离子体中的含氧自由基可以氧化单质汞，然后气体在经过袋式除尘器的覆膜滤袋的时候，一方面可以脱除微尘，另一方面滤袋上的脱汞催化剂可以进一步氧化脱除单质汞，而等离子体产生的氧自由基可以提高催化剂活性。本发明所述装置及处理方法，可以大大提高细微颗粒物的脱除效率和单质汞的氧化脱除效率，并降低等离子体的能耗和滤袋的磨损。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种烟气除尘脱汞装置，所述装置包括等离子体反应器和袋式除尘器，等离子体反应器与袋式除尘器通过进气管相连，袋式除尘器内置覆膜滤袋。
本发明中，等离子体反应器中的等离子体对于直径小于10um的细微颗粒物具有较好荷电凝并的作用，烟气经过等离子体反应器时，在等离子体环境中，烟气中的颗粒物会产生异极性荷电，由于颗粒物携带异种电荷，在电场力和库仑力作用，细微颗粒物不断进行热运动进行碰撞而产生凝并，特别是一些超细颗粒物能够以电泳形式到达飞灰表面而附在大颗粒物上然后进行脱除，并且离子体反应器中会产生大量的活性自由基，可以氧化单质汞，并且等离子体产生的氧自由基可以提高后续过程中催化剂活性。
本发明中覆膜滤袋粘附负载有催化剂的聚四氟乙烯层，其可以进一步脱除微尘和单质汞，具有较高的微尘和单质汞脱除效率，并可降低等离子能耗。
本发明中等离子体反应器和袋式除尘器的尺寸大小可根据所处理烟气量进行调整。
作为本发明的优选方案，所述等离子体反应器为线板式结构，采用线板式 结构可以方便颗粒物的收集。
作为本发明的优选方案，所述等离子体反应器包括电极，该电极为高压电极，其电压为0～100KV且不包括0。
优选地，所述电极与电源相连。
优选地，所述电源为高频电源，所述高频电源是指电源频率范围再100KHz以上的电源，采用高频电极具有较高的电能转化效率和较好的荷电强度。
优选地，所述电源为交直流电源、脉冲电源或射频电源中任意一种。
优选地，所述等离子体反应器的外壁与接地线相连。
作为本发明的优选方案，所述袋式除尘器还包括净气室，净气室位于覆膜滤袋的出口处，经覆膜滤袋净化处理后的烟气收集于净气室，再通过袋式除尘器出气管道进行外排。
作为本发明的优选方案，所述覆膜滤袋以聚酰亚胺纤维和/或聚四氟乙烯材料作为基布材料，在基布材料上粘附负载有催化剂的聚四氟乙烯层。
优选地，所述催化剂为脱汞催化剂。
优选地，所述脱汞催化剂为Mn-Ce/TiO2催化剂，但并不仅限于Mn-Ce/TiO2催化剂，其特可进行脱汞催化的催化剂同样适用于本发明，但以Mn-Ce/TiO2催化剂效果最优。所述脱汞催化剂可以降低反应温度，具有较高的脱汞能力。
第二方面，本发明提供了上述烟气除尘脱汞装置的处理方法，所述方法为：
待处理烟气先经等离子体处理除去粉尘颗粒物和初步脱汞后，进行覆膜滤袋除尘并进一步催化脱汞，最终得到净化后的烟气。
作为本发明的优选方案，所述等离子体处理在等离子体反应器中进行。
优选地，所述等离子体处理的处理电压为0～100KV且不包括0，例如5kV、10kV、30kV、50kV、70kV或100kV等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。
作为本发明的优选方案，所述覆膜滤袋除尘在袋式除尘器中进行。
作为本发明的优选方案，所述覆膜滤袋除尘中所用催化剂为脱汞催化剂。
优选地，所述脱汞催化剂为Mn-Ce/TiO2催化剂。
优选地，所述覆膜滤袋除尘的温度为150～300℃，例如150℃、170℃、200℃、230℃、250℃、270℃或300℃等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。
作为本发明的优选方案，所述方法为：
待处理烟气先进入等离子体反应器中，经等离子体处理除去粉尘颗粒物和初步脱汞后，进入袋式除尘器中进行覆膜滤袋除尘并进一步催化脱汞，最终得到净化后的烟气。
本发明中，待处理烟气先进入等离子体反应器，在等离子体反应器中，为了让粉尘带荷电，首先要能获得大量的气体离子。在外加高压电场的作用下，等离子体反应器中，气体分子电离出电子和离子，产生的高能电子又和其他气体分子碰撞，气体电离加剧，继而发生电子雪崩，产生大量的带电粒子，整个反应器最后含有大量高能电子、离子和自由基。带电粒子在电场作用下，因扩散时无秩序的热运动与粉尘碰撞而使其带荷电。等离子体使通过的灰尘带上不同(正、负)的电荷，在库仑力的作用下而自相吸引，凝聚成大颗粒，借助等离子体中颗粒间的凝并作用，可以对小至亚微米级的细微颗粒物进行有效的收集。在粉尘带荷电之后，在电场作用下像集尘板运动，到达极板后释放电荷并沉积。此外，由于等离子体中产生大量的活性自由基，可以发生一系列化学反 应，还可以有效地将单质汞氧化脱除。
经等离子体处理除去粉尘颗粒物和初步脱汞后，进入袋式除尘器中进行覆膜滤袋除尘，覆膜滤袋内部的基布材料可以进一步有效地脱除烟气中的颗粒物，然后烟气经负载有催化剂的聚四氟乙烯层，可以有效地氧化脱除烟气中剩余的单质汞，达到同时高效的脱除细微颗粒物和单质汞，以满足环保要求。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明将等离子体与覆膜滤袋相结合，利用等离子体的作用使烟气中的粉尘产生荷电并发生凝并，同时等离子体中的含氧自由基可以氧化单质汞，然后气体在经过覆膜滤袋的时候，一方面可以脱除微尘，另一方面滤袋上的脱汞催化剂可以进一步氧化脱除单质汞，而等离子体产生的氧自由基还可以提高催化剂活性，使烟气中的细微颗粒物脱除效率为99％以上，单质汞的脱除效率为95％以上，并且使等离子的能耗相对于现有技术降低了20％左右。
附图说明
图1是本发明所述的烟气除尘脱汞装置的结构示意图；
图2是烟气除尘脱汞装置中等离子体反应器的结构示意图；
图3是等离子体反应器的A-A截面的剖面图；
图4是烟气除尘脱汞装置中覆膜滤袋的结构示意图；
其中，1-进气管，2-等离子体反应器，3-袋式除尘器，4-出气管道，5-电极，6-电源，7-接地线，8-基布材料，9-聚四氟乙烯层，10-进气口，11-覆膜滤袋，12-净气室，13-出气口。
具体实施方式
以下结合若干个具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因 此不应理解为对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离发明构思的非实质性改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。
如图1、2和3所示，本发明提供了一种烟气除尘脱汞装置，该装置包括等离子体反应器2和袋式除尘器3，等离子体反应器2与袋式除尘器3通过进气管1相连，袋式除尘器3内置覆膜滤袋11。
所述等离子体反应器2为线板式结构，包括电极5，电极可为多种形状如锯齿状等，电极5与电源6相连，电源6为高频电源，进一步为交直流电源、脉冲电源或射频电源中任意一种。
所述等离子体反应器2的外壁与接地线7相连。
所述袋式除尘器3还包括净气室12，净气室12位于覆膜滤袋11的出口处，净气室12与出气管道4相连，出气管道4接出风口13。
所述覆膜滤袋11以聚酰亚胺纤维和/或聚四氟乙烯材料作为基布材料8，在基布材料8上粘附负载有催化剂的聚四氟乙烯层9，结构如图4所示；所述催化剂为脱汞催化剂；所述脱汞催化剂为Mn-Ce/TiO2催化剂。
实施例1：
本实施例提供了如下一种烟气除尘脱汞装置：
所述装置为两段式结构，包括等离子体反应器2和袋式除尘器3，等离子体反应器2与袋式除尘器3通过进气管1相连，袋式除尘器3内置覆膜滤袋11。
所述等离子体反应器2为线板式结构，包括电极5，电极5与交直流电源6相连，等离子体反应器2的外壁与接地线7相连。
所示袋式除尘器3还包括净气室12，净气室12位于覆膜滤袋11的出口处，净气室12与出气管道4相连，出气管道4接出风口13。
所述覆膜滤袋11以聚酰亚胺纤维材料作为基布材料8，在基布材料8上粘附负载有催化剂的聚四氟乙烯层9，所述催化剂为Mn-Ce/TiO2催化剂。
采用上述装置对模拟烟气进行处理，所述模拟烟气中细微颗粒物含量为5g/m3，单质汞含量为20ug/m3，处理方法如下：
待处理的模拟烟气经进气口10进入等离子体反应器2，等离子体反应器2的高压电极与反应器形成电压为50KV的高压电场，使气体电离而含有大量带电粒子，烟气中的细微颗粒物经过电场时通过电场荷电和扩散荷电而带上不同电荷，在电场作用下进行带电粒子不断团聚成较大粒径的烟尘颗粒，同时等离子中产生一些活性氧自由基，氧化烟气中的单质汞，经等离子体处理除去粉尘颗粒物和初步脱汞后的烟气通过进气管1进入袋式除尘器3中的覆膜滤袋11，在覆膜滤袋11内通过聚酰亚胺纤维基布材料8可将烟气中的微尘进一步过滤，烟气中的单质汞则通过附负载有Mn-Ce/TiO2催化剂的聚四氟乙烯层9进行氧化脱除，其中，覆膜滤袋除尘的温度为200℃，然后烟气经净气室12、出气管道4和出气口13排出装置。
最终经过处理后的烟气中细微颗粒物含量为10～30mg/m3，单质汞含量为0.8～2ug/m3，即颗粒物脱除效率为99％以上，单质汞的脱除效率为90％以上，并且使等离子的能耗相对于现有技术降低了20％左右。
实施例2：
本实施例采用的装置中除了电源6为脉冲电源外，装置的其他部件与连接方式均与实施例1中相同。
采用该烟气除尘脱汞装置对模拟烟气进行处理，除了等离子体反应器2的高压电极与反应器形成50KV的电压，覆膜滤袋除尘的温度为300℃外，处理方法与实施例1中相同，使最终经过处理后的烟气中细微颗粒物含量为 10～30mg/m3，单质汞含量为0.6～1.5ug/m3，即颗粒物脱除效率为99％以上，单质汞的脱除效率为92％以上，并且使等离子的能耗相对于现有技术降低了25％左右。
实施例3：
本实施例采用的装置与连接方式均与实施例1中相同。
采用该烟气除尘脱汞装置对模拟烟气进行处理，除了等离子体反应器2的高压电极与反应器形成100KV的电压，覆膜滤袋除尘的温度为150℃外，处理方法与实施例1中相同，使最终经过处理后的烟气中细微颗粒物含量为10～30mg/m3，单质汞含量为0.6～1.5ug/m3，即颗粒物脱除效率为99％以上，单质汞的脱除效率为93％以上，并且使等离子的能耗相对于现有技术降低了22％左右。
对比例1：
本对比例仅采用等离子体反应器2对模拟烟气进行处理，模拟烟气的含量与实施例1中相同，等离子体反应器2的结构和处理过程均与实施例1中相同，最终经过处理后的烟气中细微颗粒物含量为0.8g/m3，单质汞含量为4.5ug/m3，即颗粒物脱除效率为85％左右，单质汞的脱除效率为75％左右。
对比例2：
本对比例仅采用袋式除尘器3对模拟烟气进行处理，模拟烟气的含量与实施例1中相同，袋式除尘器3的结构和处理过程均与实施例1中相同，最终经过处理后的烟气中细微颗粒物含量为0.1g/m3，单质汞含量为6.5ug/m3，即颗粒物脱除效率为95％左右，单质汞的脱除效率为65％左右。
综合实施例1-3和对比例1-2的结果可以看出，本发明将等离子体与覆膜滤袋相结合，利用等离子体的作用使烟气中的粉尘产生荷电并发生凝并，同时等 离子体中的含氧自由基可以氧化单质汞，然后气体在经过覆膜滤袋的时候，一方面可以脱除微尘，另一方面滤袋上的脱汞催化剂可以进一步氧化脱除单质汞，而等离子体产生的氧自由基还可以提高催化剂活性，使烟气中的细微颗粒物脱除效率为99％以上，单质汞的脱除效率为92％以上，并且使等离子的能耗相对于现有技术降低了20％左右。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (14)

1.一种烟气除尘脱汞装置，其特征在于，所述装置为两段式结构，包括等离子体反应器(2)和袋式除尘器(3)，等离子体反应器(2)与袋式除尘器(3)通过进气管(1)相连，袋式除尘器(3)内置覆膜滤袋(11)；
所述等离子体反应器(2)包括电极(5)，所述电极(5)与电源(6)相连，所述电源(6)为高频电源，所述高频电源指电源频率范围在100KHz以上的电源；
其中，所述覆膜滤袋(11)以聚酰亚胺纤维和/或聚四氟乙烯材料作为基布材料(8)，在基布材料(8)上粘附负载有催化剂的聚四氟乙烯层(9)；
所述催化剂为脱汞催化剂。
2.根据权利要求1所述的烟气除尘脱汞装置，其特征在于，所述等离子体反应器(2)为线板式结构。
3.根据权利要求1所述的烟气除尘脱汞装置，其特征在于，所述电源(6)为交直流电源、脉冲电源或射频电源中任意一种。
4.根据权利要求1所述的烟气除尘脱汞装置，其特征在于，所述等离子体反应器(2)的外壁与接地线(7)相连。
5.根据权利要求1所述的烟气除尘脱汞装置，其特征在于，所述袋式除尘器(3)还包括净气室(12)，净气室(12)位于覆膜滤袋(11)的出口处。
6.根据权利要求1所述的烟气除尘脱汞装置，其特征在于，所述脱汞催化剂为Mn-Ce/TiO2催化剂。
7.根据权利要求1-6任一项所述的烟气除尘脱汞装置的处理方法，其特征在于，所述方法为：
待处理烟气先经等离子体处理除去粉尘颗粒物和初步脱汞后，进行覆膜滤袋除尘并进一步催化脱汞，最终得到净化后的烟气。
8.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，所述等离子体处理在等离子体反应器(2)中进行。
9.根据权利要求7所述处理方法，其特征在于，所述等离子体处理的处理电压为0～100KV且不包括0。
10.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，所述覆膜滤袋除尘在袋式除尘器(3)中进行。
11.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，所述覆膜滤袋除尘中所用催化剂为脱汞催化剂。
12.根据权利要求11所述的处理方法，其特征在于，所述脱汞催化剂为Mn-Ce/TiO2催化剂。
13.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，所述覆膜滤袋除尘的温度为150～300℃。
14.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，所述方法为：
待处理烟气先进入等离子体反应器(2)中，经等离子体处理除去粉尘颗粒物和初步脱汞后，进入袋式除尘器(3)中进行覆膜滤袋除尘并进一步催化脱汞，最终得到净化后的烟气。
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