脉冲放电烟气脱硫脱硝技术的发展与探讨
摘要:对脉冲电晕放电烟气脱硫脱硝技术原理及发展概况做了归纳总结，对其发展趋势做了分析预测，提出了一种新的除尘、脱硫脱硝和产物收集相结合工艺，可降低投资30%以上。
关 键 词:脉冲电晕放电； 烟气脱硫； 脱硝
脉冲电晕放电烟气净化技术诞生于上世纪80年代，经过多年发展和国家组织的“八·五”、“九·五”攻关和“十·五”“863”计划扶持，该技术已进入工业化试验阶段，随着国家烟气脱硫脱硝政策的陆续出台，这项同时脱硫脱硝技术，由于其工艺过程简单、净化成本低而受到关注，人们一直在对其进行研究，致力于使其尽快实用化。本文对该技术的发展状况、技术原理及其趋势做总结分析，根据以前做的相关理论和实验研究，提出了一种新的除尘、脱硫脱硝和产物收集相结合工艺方案，为该技术实用化提供参考。
一、脉冲电晕放电烟气脱硫脱硝技术发展状况及趋势
脉冲电晕放电等离子体烟气脱硫脱硝技术（PPCP）是80年代末由日本科学家增田闪一在电子束烟气脱硫脱硝技术基础上提出来的[1]，利用ns级窄脉冲放电产生非平衡低温等离子体，生成强氧化性自由基，在有氨存在情况下引发的化学反应最终将SO2、NOx转化为硫铵和硝铵，回收用做农肥。与电子束法相比，省掉了昂贵的电子枪，避免了X射线屏蔽等问题，降低了投资。与传统脱硫脱硝工艺相比，投资少，占地面积小，运行费用低，工艺过程为干式，没有废水处理问题，没有二次污染。可兼顾除尘、脱硫脱硝及产物回收，可简化烟气净化系统，降低烟气综合净化成本，被认为是具有极大市场潜力和良好应用前景的烟气脱硫脱硝新工艺。该技术诞生后各国学者竟相研究，经过近20年的发展，在脉冲电源和反应器及其匹配、脱除反应机理、放电特性、运行条件等方面取得了大量有价值的研究成果。与工业性应用相关的成果有：正极性放电优于负极性放电；脉冲电压上升前沿要尽量陡；适当的直流基压有利于电源和反应器匹配；脱除效率随着单脉冲能量、脉冲频率的增加而提高；能耗比电子束法低；温度以60～80 ℃为宜；烟气中含水量对脱硫脱硝有利；飞灰对脉冲放电脱硫脱硝没有不利影响；烟气在反应器中停留时间为10秒左右；旋转火花隙式窄脉冲电源最大输出功率已达40 kW，能量转化率能达到86%；磁压缩开关电源最大输出功率100 kW，脉冲电压峰值达100～150 kV [2~5]。
在上述研究基础上，脉冲放电烟气脱硫脱硝技术整体上进入了工业性试验研究阶段。意大利国家电气委员会(ENEL)率先在Marghera 电厂做了100～1000 Nm3/h的工业性试验，脱除效率：SO2 为80%、NOx 为50%～60%；能耗12～15 Wh/Nm3。1992年又建造了14 000 Nm3/h工业试验装置[6]。韩国建造了处理烟气量2000 Nm3/h的工业中试装置。我国将PPCP烟气脱硫技术列入“八五”、“九五”重点科技攻关项目，大连理工大学静电所已完成了15Nm3/h、3000Nm3/h的工业性试验研究，在能耗小于3.5 Wh/Nm3的情况下，SO2脱除率为75%～80%。2000年在中国工程物理研究院自备电厂进行了20 000 Nm3/h工业性试验，在能耗小于5 Wh/Nm3的情况下，SO2脱除率≥85%，ＮＯx脱除率≥50%，出口氨浓度小于35 mg/Nm3[5]。目前国家863计划资助该项目进行产业化研究。
为使脉冲放电低温等离子体烟气脱硫脱硝技术要实现产业化，人们正在对以下3方面问题做进一步研究：
（1）电源容量和可靠性问题。目前最大脉冲电源功率100 kW，按能耗5 Wh/Nm3计算，只能处理20 000 Nm3烟气，与能在燃煤电厂应用尚有距离。中国工程物理研究院正在863计划下研制采用脉冲变压器和磁开关结合的新型大功率窄脉冲电源，整个电源系统分为4部分：谐振充电系统、高压脉冲成形系统、磁锐化系统和控制及监控系统。为突破电源限制，武汉安全环保研究院探讨了直流电晕脱硫。阎克平等[12]进行了直流基压叠加适当频率交流电压的脉冲电晕脱硝实验研究，在小型实验装置上取得了较好的脱硝效果，并进行了20 000 Nm3/h脱硫脱硝工业性实验，浙江大学林赫等进行了直流电晕自由基镞射脱硫脱硝技术研究[13]；
（2）脉冲流光放电产生自由基和脱硫脱硝的微观机理及反应器和电源匹配研究，以使脱硫脱硝系统最优化，降低能耗，大连理工大学正在863计划资助下做这方面研究；
（3）副产物粘接问题。电子束法产物收集电除尘采用增加振打强度方法，中国工程物理研究院在中试装置上探讨了采用钢刷清理产物，本文作者的专利方法也可解决这个问题。
随着相关领域技术进步和研究的推进，这些问题会得到解决，从而进入工业应用阶段。
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