王晖 王家鹏

摘 要：采用氨活化方法，对电晕放电烟气脱硫进行了试验研究。考察了氨活化效果、电压、氨硫摩尔比、电源、电极、脉冲频率对SO2脱除效率的影响。试验结果表明，采用NH3活化可在较大程度上提高脱硫效率；随电源输出电压、氨硫摩尔比、SO2初始浓度的提高，SO2脱除效率提高；在同样电源输出电压等级的条件下，脉冲电源比直流电源具有较高的脱硫效率；在其它条件相同的情况下，芒刺电极比星型电极具有较高的脱硫效率；提高脉冲电源频率，脱硫效率变化较小。

关键词：电晕；脱硫；氨活化

1 绪论

脉冲电晕放电脱硫自日本增田闪一教授提出后，被各大科研机构广泛的研究，获得了较多的具有工程实用价值的成果。就现阶段而言，所采用的烟气脱硫方式属于干法脱硫，与湿法脱硫方式相比，干法脱硫具有较多优势，如成本投入较低、占地面积较小，在实际应用的过程中，不会产生二次污染，脱硫结束后的产物能够以肥料的形式应用于农作物中，能够在脱硫的同时实现脱硝目的，并且可以达到除尘效果。

2 实验部分简介

实验应用装置：在实验进行的过程中，将水蒸汽、二氧化硫、空气以及氨气以一定比例进行混合，模拟为烟气。空气进入加热器前将水蒸汽混入，水蒸汽混入量根据试验需要进行调整。加热器中，空气与水蒸汽混合后被加热到120°C。控制二氧化硫、氨气含量的方式是应用流量计、截止阀，并在反应器出口处安装相应的烟气测试仪器（目前常用的是3012型自动烟气测试分析仪），以此来监控二氧化硫的浓度。目前的脱硫反应器多为单通道，通道宽度为150mm，有效电场长度为2m，外形体积为2000×300×600mm，壳体采取保温措施。电极结构为线板式，采用窄脉冲高压电源供电，电源采用旋转火花间隙式开关。管状放电极的外框所应用的铜管外径为10毫米；放电针应用的是外径2毫米、内径1毫米的细铜管；锯齿型电极应用的不锈钢片较薄，仅为2毫米，相关工作人员对其进行加工制造，成为锯齿状；星型线放电极应用的材料形式为四棱柱制造的4×4毫米的正方形。高压脉冲采用的是单向交流的电源输入方式，其电压为220伏特，允许波动范围是198-242伏特。频率在49-51赫兹，额定输出功率是200VA，输出脉冲峰值电压被定义为连续可调的15～50kV。选用正极性脉冲，其宽度≤500ns，脉冲上升前沿≤200ns，脉冲重复频率0～150Hz连续可调。

3 实验结果与讨论

3.1 电压的影响

在SO2初始浓度为1200mg/m3，烟气湿度为10%的情况下，烟气流量为65Nm3/h，采用正脉冲电压（脉冲频率100Hz）、芒刺电极，其中氨气与二氧化硫的比例为二比一，根据该比例进行氨气添加工作，并调试外加电压，观察氨气的脱硫效果，其中对比曲线为NH3从模拟烟气入口加入的情况。烟气的脱硝效率随着外加的电源电压的升高而不断提升，根据观察可知，从放电极注入氨气时，其脱硫效率明顯高于从模拟烟气入口注入氨气。另外，当外加电压加压到31千伏时，脱硫效率能够达到百分之八十一，从烟气入口注入氨气时其脱硫效率是百分之七十。电厂内部强弱不同，电厂最强的部分是放电针的电极附近，主要原因是放电过程中，高能电子集中于此地。从放电针电极加入氨气时，能够拥有更大的概率接触高能电子，使氨气分子活化程度更高，并产生NH、NH2以及其他多种自由基，由于化学反应能够在较大程度上促进自由基与二氧化硫分子结合，使其能够更好的完成脱硫任务。

3.2 氨、硫不同摩尔比对实验的影响

设置各个成分的最初浓度，SO2为1400mg/m3，烟气湿度为10%时，烟气为65Nm3/h，外加正脉冲31kV的电压（脉冲频率100Hz）、芒刺电极，改变NH3与SO2的摩尔比R，得到相应的脱硫效率，其中对比曲线为加电前热化学反应等作用下的脱硫率。在实验的进程中，不断的增加氨气与二氧化硫的摩尔比，烟气的脱硫效率也不断上升。氨、硫的摩尔比为0.5时，其脱硫效率是59%，当氨、硫摩尔比是2时，脱硫效率明显提升，为81%。随着NH3流量的增加，不仅能够提升热化学反应的效率，还能增加放电极的活化有效区域中氨气的分子浓度，此时，高能电子能够拥有更大的机率与氨气分子发生化学作用，进一步提升氨气的活化效率，进而促进脱硫效率。

3.3 二氧化硫不同的初始浓度影响

在烟气流量是65Nm3/h，烟气湿度是10%时，可以按照2：1的氨、硫比添加氨气，脉冲电压为31kV（脉冲频率100Hz）、芒刺电极，更改模拟烟气中二氧化硫的初始含量，并针对其不同含量进行相应的影响对比。

3.4 脱硫效率受不同电源的影响

在实验过程中，将负直流、正脉冲电压分别作用于两种不同电极上（脉冲频率100Hz）。SO2初始浓度1400mg/m3，采用芒刺电极，烟气流量为65Nm3/h，烟气湿度为10%，NH3：SO2为2：1，试验结果。

3.5 电极对脱硫效率的影响

采用芒刺电极和星型电极两种电极进行对比试验，SO2初始浓度1400mg/m3，烟气流量为65Nm3/h，烟气湿度为10%，NH3：SO2为2：1，脉冲电压为31kV。芒刺放电针的脱硫效率明显比星形线放电针的高，电晕放电的基本工作原理是将曲率半径较小的细线或者针作为放电极，低压电极则应用曲率半径较大的平板，在两极作用的过程中施加相应的高强电压，是高能电子与各类气体进行碰撞，最终放电。

3.6 脉冲频率

采用脉冲电源，改变脉冲频率进行试验，二氧化硫初始浓度为1150mg/m3，脉冲电压为30kv，采用芒刺电极，烟气湿度为10%，氨硫摩尔比为2：1，氨气活化与不活化的脱硫效率曲线。氨气活化与否的脱硫效率都不随着脉冲电源频率的提升而增加。主要的产生原因是，应用脉冲高压形成的电厂能够有效的活化NH3分子，能够更改电场强度的是脉冲电压峰值，而不是电源频率。

4 结论

本文主要研究了氨活化电晕放电烟气脱硫的相关实验，主要结论如下：

1）采用NH3活化可在较大程度上提高脱硫效率；

2）随电源输出电压、氨硫摩尔比、SO2初始浓度的提高，SO2脱除效率提高；

3）在同样电源输出电压等级的条件下，脉冲电源比直流电源具有较高的脱硫效率；

4）在其他条件相同的情况下，芒刺电极比星型电极具有较高的脱硫效率。