脈沖放電煙氣脫硫脫硝技術的發展與探討
摘要:對脈沖電暈放電煙氣脫硫脫硝技術原理及發展概況做了歸納總結，對其發展趨勢做了分析預測，提出了一種新的除塵、脫硫脫硝和產物收集相結合工藝，可降低投資30%以上。
關 鍵 詞:脈沖電暈放電； 煙氣脫硫； 脫硝
脈沖電暈放電煙氣凈化技術誕生于上世紀80年代，經過多年發展和國家組織的“八·五”、“九·五”攻關和“十·五”“863”計劃扶持，該技術已進入工業化試驗階段，隨著國家煙氣脫硫脫硝政策的陸續出臺，這項同時脫硫脫硝技術，由于其工藝過程簡單、凈化成本低而受到關注，人們一直在對其進行研究，致力于使其盡快實用化。本文對該技術的發展狀況、技術原理及其趨勢做總結分析，根據以前做的相關理論和實驗研究，提出了一種新的除塵、脫硫脫硝和產物收集相結合工藝方案，為該技術實用化提供參考。
一、脈沖電暈放電煙氣脫硫脫硝技術發展狀況及趨勢
脈沖電暈放電等離子體煙氣脫硫脫硝技術（PPCP）是80年代末由日本科學家增田閃一在電子束煙氣脫硫脫硝技術基礎上提出來的[1]，利用ns級窄脈沖放電產生非平衡低溫等離子體，生成強氧化性自由基，在有氨存在情況下引發的化學反應最終將SO2、NOx轉化為硫銨和硝銨，回收用做農肥。與電子束法相比，省掉了昂貴的電子槍，避免了X射線屏蔽等問題，降低了投資。與傳統脫硫脫硝工藝相比，投資少，占地面積小，運行費用低，工藝過程為干式，沒有廢水處理問題，沒有二次污染。可兼顧除塵、脫硫脫硝及產物回收，可簡化煙氣凈化系統，降低煙氣綜合凈化成本，被認為是具有極大市場潛力和良好應用前景的煙氣脫硫脫硝新工藝。該技術誕生后各國學者竟相研究，經過近20年的發展，在脈沖電源和反應器及其匹配、脫除反應機理、放電特性、運行條件等方面取得了大量有價值的研究成果。與工業性應用相關的成果有：正極性放電優于負極性放電；脈沖電壓上升前沿要盡量陡；適當的直流基壓有利于電源和反應器匹配；脫除效率隨著單脈沖能量、脈沖頻率的增加而提高；能耗比電子束法低；溫度以60～80 ℃為宜；煙氣中含水量對脫硫脫硝有利；飛灰對脈沖放電脫硫脫硝沒有不利影響；煙氣在反應器中停留時間為10秒左右；旋轉火花隙式窄脈沖電源最大輸出功率已達40 kW，能量轉化率能達到86%；磁壓縮開關電源最大輸出功率100 kW，脈沖電壓峰值達100～150 kV [2~5]。
在上述研究基礎上，脈沖放電煙氣脫硫脫硝技術整體上進入了工業性試驗研究階段。意大利國家電氣委員會(ENEL)率先在Marghera 電廠做了100～1000 Nm3/h的工業性試驗，脫除效率：SO2 為80%、NOx 為50%～60%；能耗12～15 Wh/Nm3。1992年又建造了14 000 Nm3/h工業試驗裝置[6]。韓國建造了處理煙氣量2000 Nm3/h的工業中試裝置。我國將PPCP煙氣脫硫技術列入“八五”、“九五”重點科技攻關項目，大連理工大學靜電所已完成了15Nm3/h、3000Nm3/h的工業性試驗研究，在能耗小于3.5 Wh/Nm3的情況下，SO2脫除率為75%～80%。2000年在中國工程物理研究院自備電廠進行了20 000 Nm3/h工業性試驗，在能耗小于5 Wh/Nm3的情況下，SO2脫除率≥85%，ＮＯx脫除率≥50%，出口氨濃度小于35 mg/Nm3[5]。目前國家863計劃資助該項目進行產業化研究。
為使脈沖放電低溫等離子體煙氣脫硫脫硝技術要實現產業化，人們正在對以下3方面問題做進一步研究：
（1）電源容量和可靠性問題。目前最大脈沖電源功率100 kW，按能耗5 Wh/Nm3計算，只能處理20 000 Nm3煙氣，與能在燃煤電廠應用尚有距離。中國工程物理研究院正在863計劃下研制采用脈沖變壓器和磁開關結合的新型大功率窄脈沖電源，整個電源系統分為4部分：諧振充電系統、高壓脈沖成形系統、磁銳化系統和控制及監控系統。為突破電源限制，武漢安全環保研究院探討了直流電暈脫硫。閻克平等[12]進行了直流基壓疊加適當頻率交流電壓的脈沖電暈脫硝實驗研究，在小型實驗裝置上取得了較好的脫硝效果，并進行了20 000 Nm3/h脫硫脫硝工業性實驗，浙江大學林赫等進行了直流電暈自由基鏃射脫硫脫硝技術研究[13]；
（2）脈沖流光放電產生自由基和脫硫脫硝的微觀機理及反應器和電源匹配研究，以使脫硫脫硝系統最優化，降低能耗，大連理工大學正在863計劃資助下做這方面研究；
（3）副產物粘接問題。電子束法產物收集電除塵采用增加振打強度方法，中國工程物理研究院在中試裝置上探討了采用鋼刷清理產物，本文作者的專利方法也可解決這個問題。
隨著相關領域技術進步和研究的推進，這些問題會得到解決，從而進入工業應用階段。
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