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脉冲臭氧发生器的研制及其在烟气治理中的应用

冯卫强  
【摘要】:我国工业锅炉污染物控制目前面临着多种污染物必须同时脱除的严峻形势,针对我国工业锅炉烟气排放特点和污染物多采用单独治理、净化设备占地、投资与运行费用不断增加的现状,开发高效、低能耗的多种污染物联合脱除技术,已迫在眉睫。采用臭氧氧化结合化学吸收协同脱除烟气多种污染物工艺是一条可行的技术路线,而开发大容量、可靠、高性价比的臭氧设备是该工艺路线的关键。搭建了臭氧发生器实验系统,包括电源、气源干燥净化装置、臭氧发生器、冷却装置、臭氧检测装置、和尾气处理装置。系统研究了空气源和氧气源下臭氧发生情况,与传统的交流电源相比,采用双极性脉冲电源供电时发生器的介质电容更低,所需最小放电电压更小,尾气中副产物二氧化氮量更低。在同样的能量密度下,采用双极性脉冲电源得到的臭氧浓度和能量效率均高于交流电源。通过脉冲电源与臭氧发生器的耦合实验研究,发现单根放电管电容为9.2 nF,当谐振电容为10μF,谐振电感为99 μH时,能得到较平稳的电压电流波形。对单根放电管进行了实验研究,采用空气源时,流量越大臭氧浓度和臭氧能效越高,这是因为采用空气源时,大流量的空气可以带走反应器内热量,有利于反应器内散热,最佳流量选择为40 L/min。而采用氧气源时,则是流量较小时臭氧发生效果更好,最佳流量选择为5 L/min。实验表明,电压、电流、频率、流量发生变化时,臭氧浓度和能效都会发生变化,这些变化归根结底体现在能量密度的变化上,为了稳定高效的发生臭氧,采用空气源时,能量密度选择300-700 J/L,采用氧气源时,能量密度选择2000-7000 J/L。在空气源条件下,当电压为5kV,频率为3000Hz,流量为40L/min,臭氧浓度为15.5mg/L,能量效率为82g/kWh;在氧气源条件下,当电压为5 kV,频率为2000 Hz,流量为5L/min,臭氧浓度可达144.7mg/L,能量效率为133.9g/kWh。在轻华热电35 t/h示范工程中,采用100根放电管,当能量密度增大时,臭氧浓度的变化会分为三个阶段,能量密度小于3 kJ/L时,臭氧浓度随着能量密度的增大快速增长,当能量密度在3 kJ/L和6kJ/L之间时,臭氧浓度随着能量密度的增大缓慢增长,当能量密度6kJ/L时,臭氧浓度随着能量密度的增大不再增长甚至下降,实际应用时,应该尽可能的使能量密度处于第一阶段,才能更有效的利用能量。在同样的能量密度下,流量越大,臭氧产量越高,流量为40m3/h时,臭氧产量为4.9kg/h,臭氧发生能耗为7.1kWh/kgO3,该设备解决了湿法联合脱除工艺中氧化剂成本过高这一关键难题,使得湿法联合脱硫脱硝脱汞工艺的实际应用成为可能。


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