自由基 NH
2
、
NH、
N
2
H 对脱硝效率的提高有显著作
用 ,且温度升高有可能使 NH
3
的效应增强 。
电子束同时脱硫 、
脱硝技术基本化学反应过程
中
[ 5 - 8 ]
,自由基的生成 (最主要步骤 ) :
N
2
、
O
2
、H
2
O
OH、
HO
2
、N、O
硫氨和硝铵的生成 :
H
2
SO
4
+ 2NH
3
(NH
4
)
2
SO
4
HNO
3
+ NH
3
NH
4
NO
3
SO
2
+ 2NH
3
+ H
2
O + 1 /2O
2
(NH
4
)
2
SO
4
从原理可以看出 ,活性自由基在 SO
2
和 NO
x
的
脱除过程中扮演着最重要的角色 。
1. 2 技术特点与展望
在电子束脱硫系统中
[ 9 ]
,电子束发生装置是电
子束脱硫工艺的核心技术 ,由发生电子束的直流高
压电源 、
电子加速器及窗箔冷却装置组成 。窗箔冷
却装置是向窗箔间喷射空气进行冷却 ,控制因电子
束透过的能量损失引起窗箔温度的上升 。电子束发
生装置能量转化率一般可达 90%以上 ,束流利用率
为 80% ～90% 。加速器最薄弱的环节是箔窗和阴
极灯丝 ,需要定期更换 。与传统方法相比 ,电子束法
具有以下特点
[ 10 ]
:
( 1)同时脱硫 、
脱硝 ,可达到 90%以上的脱硫效
率和 80%以上的脱硝效率 ;
( 2)属于干法过程 ,无二次污染 ;
( 3) 工艺流程简单 ,设备占地面积小 ,特别适合
于给中等规模电厂和老电厂配套 ;
( 4)能够获得直接应用的副产品化肥 ,但是出
料不畅 ,易堵塞 ;
(5)通过阴极发射和电场加速产生高能电子辐
射烟气 ,需要大功率且持续稳定工作的电子枪 ;
(6)电子束能量中很大一部分损失在离子的碰
撞上 (离子的热运动对形成活性自由基不起作用 ) ;
( 7)由于反应器辐射产生 X 射线 ,需要防护墙
屏蔽 ;
( 8)氨气泄露 ,有产生二次污染的可能
[ 11 ]
。
由于 EBA 技术的种种缺点 ,造成了它在我国的
应用并不十分广泛 。未来的研究应该从以下方面进
行研究 :对自由基氧化机理进行深入研究 ;提高整套
系统的运行可靠性 ;实现大功率电子枪的国产化 ;研
究各因素对脱除效率的影响 ,确定最佳运行条件 ;改
善 NH
3
的注入量 ,加大对 NH
3
泄露以及副产品捕集
的研究力度 。
2
脉冲电晕放电同时脱硫 、
脱硝技术
2. 1 基本原理
1986年 , C lem ents等
[ 12 ]
利用脉冲电晕进行了同
时去除 SO
2
、NO
x
和飞灰的研究 。脉冲电晕放电法
就是将高压脉冲电源加到放电电极 (电晕极 )上 ,电
晕极对接地极发生脉冲电晕放电 ,使迁移率高的电
子在自由程中受到突发强电场的加速而获得足够的
能量 。利用快速上升的 ns级窄脉冲放电产生非平
衡低温等离子体 ,激发烟气形成强氧化性自由基 ,在
有氨存在情况下 ,将 SO
2
和 NO
x
转化为硫氨和硝
铵 。D inell G等
[ 13 - 14 ]
指出脉冲电晕放电脱除 SO
2
主要靠 NH
3
和 SO
2
的热反应起作用 ,电晕放电过程
能增强 SO
2
脱除效果 。在等离子体形成过程中 ,驱
动离子的能耗极小 ,因而较电子束法能量利用率高 ,
同时获得较高的脱硫 、
脱硝效率
[ 15 - 16 ]
。
当给反应器两极加上数十万伏 ns级脉冲电压
时 ,发生电晕流光放电 ,电子获得高达 5 ～20 eV 的
能量不断撞击电离气体分子 ,产生 O、OH、HO
2
和
O
3
等自由基 。这些 强氧 化性 自由 基与 烟 气 中 的
SO
2
和 NO
x
发生如下化学反应
[ 18 ]
:
SO
2
+ O
SO
3
SO
2
+ OH
H SO
3
SO
2
+ HO
2
SO
3
+ OH
H SO
3
+ O
2
SO
3
+ HO
2
H SO
3
+ OH
H
2
SO
4
SO
3
+ H
2
O
H
2
SO
4
NO + O
NO
2
NO + O
3
NO
2
+ O
2
NO + HO
2
NO
2
+ OH
NO
2
+ OH
HNO
3
在氨存在情况下 ,发生反应生成铵盐 :
2NH
3
+ H
2
SO
4
(NH
4
)
2
SO
4
NH
3
+ HNO
3
NH
4
NO
3
以上描述的反应为先电晕氧化 、
后生成铵盐的
途径 ,这是通常有关电晕放电脱硫技术资料所介绍
的机理 ,研究表明这一途径在脉冲电晕放电脱硫效
率中的贡献约占 30%。在实际脱硫过程中还存在
另一贡献更大的反应途径 ,即 NH
3
与 SO
2
发生快速
热化学反应 ,首先生成氨基磺酸分子及氨基磺酸铵
固体等中间产物 ,自由基迅速将其氧化 ,生成稳定的
硫铵 ,即先成盐后氧化 。反应过程如下 :
4
1
2010年 6月 电 力 科 技 与 环 保 第 26卷 第 3期