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电子射线辐射法烟气脱硫技术

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1 月 17, 2024 #固废治理

电子射线辐射法是日本荏原制作所于1970年着手研究,1972年又与日本原子能研究所合作,确立的该技术作为连续处理的基础。1974年荏原制作所处理重油燃烧废气,进行了1000Nm3/h规模的试验,探明了添加氨的辐射效果,稳定了脱硫脱硝的条件,成功地捕集了副产品和硝铵。80年代由美国政府和日本荏原制作所等单位分担出资在美国印第安纳州普列斯燃煤发电厂建立了一套最大处理高硫煤烟气量为24000Nm3/h地电子束装置,1987年7月完成,取得了较好效果,脱硫率可达90%以上,脱硝率可达80%以上。现日本荏原制作所与中国电力工业部共同实施的“中国EBA工程”已在成都电厂建成一套完整的烟气处理能力为300000Nm3/h的电子束脱硫装置,设计入口SO2浓度为1800ppm,在吸收剂化学计量比为0.8的情况下脱硫率达80%,脱硝率达10%[6]

该法工艺由烟气冷却、加氨、电子束照射、粉体捕集四道工序组成,其工艺流程图如图2所示。温度约为150℃左右的烟气经预除尘后再经冷却塔喷水冷却道60~ 70℃左右,在反应室前端根据烟气中SO2及NOX的浓度调整加入氨的量,然后混合气体在反应器中经电子束照射,排气中的SO2和NOX受电子束强烈作用,在很短时间内被氧化成硫酸和硝酸分子,被与周围的氨反应生成微细的粉粒(硫酸铵和硝酸铵的混合物),粉粒经集尘装置收集后,洁净的气体排入大气[7]

脱硫、脱氮反应大致可分为三个过程进行,这三个过程在反应器内相互重叠,相互影响:

a)在辐射场中被加速的电子与分子/离子发生非弹性碰撞,或者发生分子/离子之间的碰撞生成氧化物质和活性基团。

烟气中含有O2、H2O、N2CO2、SO2、NO、NO2等成分,当电子束照射烟气时,在辐射场中被加速的电子与烟气中气体分子如O2及水分子发生非弹性碰撞,生成具有化学反应活性的活性基团或氧化性物质,可表示为:

                O2、H2O + e* HO、HO2、HO2· 、H、O2、O2、e

                O + O2 +  M  O3 +  M(M为N2等分子 )

b)活性基团与气态污染物发生反应。

活性基团或氧化性物质氧化烟气中的SO2生成SO3,可表示为:

SO2 +·OHHSO3

SO2  +  O SO3

HSO3 +·OH  H2SO4

SO2 +O2++M SO4++M

SO4+ + e  SO3

生成的SO3和高价态氮氧化物与水反应生成H2SO4和HNO3

c)硫酸铵和硝酸铵的生成。

生成的H2SO4和HNO3与加入的NH3进行中和反应,分别生成硫酸铵和硝酸铵微粒,荷电后被捕集。此外,还可能有尚未反应的SO2和NH3,SO2与NH3反应生成硫酸铵。反应为:

H2SO4 + 2NH3  (NH4)2SO4

HNO3 +  HN3  NH4NO3

SO2 +  2NH3+ H2O + 1/2O2   (NH4)2SO4

该工艺能同时脱硫脱硝,具有进一步满足我国对脱硝要求的潜力;系统简单,操作方便,过程易于控制,对烟气成分和烟气量的变化具有较好的适应性和跟踪性;副产品为硫铵和硝铵混合肥,对我国目前硫资源缺乏、每年要进口硫磺制造化肥的现状有一定的吸引力,但在是否存在SO2污染物转移、脱硫后副产物捕集等问题上有待进一步讨论。另外厂耗电力也比较高[8]