3-62 低温等离子体在环保产业中的应用

王保健 夏连胜 赵君科 陈海燕 毛本将 王 亚

　　二氧化硫是中国酸雨的主要构成因素。高压脉冲电晕等离子体脱硫脱硝除尘是80年代出现的新技术，利用高电压(＞10kV)窄脉冲(＜1ms)电晕放电过程中产生的高能电子(5～20eV)把烟气中的H₂O、O₂、N₂等分子激活、裂解、电离，产生的OH、O、HO₂等活性粒子和自由基引发的化学反应把气态SO₂、NOx氧化为高阶氧化物，然后形成H₂SO₄和HNO₃，在有NH₃或其它中和物注入情况下生成硫盐和硝盐的细粒和气溶胶，再由收尘器收集。通过小规模脉冲电晕脱硫脱硝实验研究可以为未来的工业化中试奠定实验基础。

　　实验电路包括充电和放电两大部分，由高压直流电源HV(DC)、储能电容C₁、限流电感L、火花隙开关RSGS₁、RSGS₂脉冲形成电容C_P、传输线、反应器CR等组成。反应器电极采用线–筒结构。外部电极为内径f 100mm、长度1m的不锈钢筒，电晕阳极截面4mm´4mm、长度1m的星型线。模拟烟气的基本成分为CO₂12％，O₂8％，SO₂微量，NOx微量， H₂O变化不等，其余为N₂。

　　反应器的电容C_L为33pF，在脉冲电容器的电容值C_P 为84、115、156、196、263、499 pF条件下测量了脉冲电流、电压、能量波形，在C_P为C_L的约5～8倍时，脉冲能量较为集中，反应器与电源达到较好的匹配。在水份含量低于8％以下时，脱除率随水份增加而增大；水份含量约10％和12％的脱除率达到最大；在水份含量到15％时，脱除率有一定下降趋势。在单位体积烟气的注入能量相同的情况下，烟气在反应器中驻留的时间对于SO₂的脱除率影响不大，约5％。在烟气温度70℃～75℃情况下SO₂脱除率随氨硫化学剂量比的变化，由于氨与SO₂的热化学反应温度在60℃左右，SO₂的脱除率与氨硫化学剂量比具有较强的正相关性，但是随着烟气温度的升高，SO₂的脱除率有所下降，(NH₄)₂SO₄在生成物总量中所占的比例额则有所上升。随着注入能量的增加，SO₂的脱 除率上升，但在能量注入大于5 Wh/Nm³以后脱除率上升趋缓。

　　在烟气流量为3Nm³/h、烟气温度65℃～70℃、烟气水份含量约10％、氨硫（硝）化学剂量比为1∶1、SO₂和NO的初始浓度分别为1800m g/g和350m g/g条件下进行了脱除实验。在注入能量为4 Wh/Nm³时，SO₂和NO的脱除率分别为65％和40％；在注入能量约6Wh/Nm³时，SO₂和NO的脱除率分别为80％和60％。

　　对SO₂的单纯脱除可以适当加大烟气中的水份含量（10%～12％），烟气温度应在65℃～70℃；SO₂初始浓度为2200 mg/g，在能量注入约5 Wh/Nm³，即可达85％以上脱除效率。对于SO₂、NO的联合脱除，由于高湿度下水分对能量吸收较多，在SO₂和NO初始浓度为1400和350 mg/g条件下，获得SO₂和NO的脱除率为80％和60％，需要注入的能量约6Wh/Nm³。