高电压技术在脱硫上的应用

摘 要:论文主要介绍了对高压电技术在脱硫上的应用。经过大量计算,了解了高压电强电离荷电干式烟气脱硫的技术特点并考察了它们的作用以及它们的性能。也介绍了一些传统的烟气脱硫工艺,并根据对高压电脱硫技术的研究和分析,进一步考察了强电场电离脱硫的工艺。并对实验产品进行检测分析表明,通过以上实验所得的结论,强电场电压荷电干式烟气脱硫的技术具有较好的应用价值。

关键词:高压电 吸收剂 强电场电离

中图分类号:TM1 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)06(a)-0143-01

随着科技的发展,时代的进步,电能的应用日益广泛,电力系统所覆盖的范围越来越大,传输的电能也越来越多,这就要求电力系统的输电电压等级不断提高。就世界范围而言,输电线路经历了110kV、150kV、230kV的高压,287kV、400kV、500kV、735kV～765kV的超高压和1150kV的特高压的发展。直流输电也经历了±100kV、±250kV、±400kV、±450kV、±500kV以及±750kV的发展。这几个阶段都与高电压技术解决了输电线路的电晕现象、过电压的防护和限制以及静电场、电磁场对环境的影响等问题密切相关。这一发展过程以及物理学中各种高电压装置的研制又促进了高电压技术的进步。20世纪60年代以来,为了适应大城市电力负荷日益增长的需要,以及克服城市架空输电线路走廊用地的困难,地下高压电缆输电发展迅速(由220kV、275kV、345kV发展到70年代的400kV、500kV电缆线路);同时,为减少变电所占地面积和保护城市环境,全封闭气体绝缘组合电器(GIS)得到越来越广泛的应用。这些都提出许多高电压技术的新问题。工程上把1000V及以上的交流供电电压称为高电压[2]。

但是,当输电线路电压等级在超过500kV之后,对于高压输电技术的研究以及它本身的发展都缓慢了下来,因此到目前为止,具有达到500kV线路的国家也只有三个而已。相比之下,最近二十年以来,高电压技术在除却电力系统相关领域之外,也得到了相当广泛的应用和快速的发展,高电压技术也起到了十分重要的作用和影响。本文将对高电压技术在烟气脱硫的应用进行相关的介绍。

1 高电压技术在烟气脱硫中的应用

二氧化硫的排放产生的酸雨污染,对于生态系统和建筑物,以及材料、农业和人体健康等诸多方面都照成了十分严重的危害,对二氧化硫和酸雨的控制也变得相当的紧迫。一直以来,烟气脱硫是一种控制二氧化硫排放比较有效,并且应用也很广的脱硫技术,在控制大气污染领域中起到了很重要的作用。

高压电喷射烟气脱硫技术系统是美国某公司于20世纪90年代研制成功的最新专利技术。该技术针对传统喷射技术存在的脱硫反应速度慢、吸收剂在烟道内滞留时间长难以在烟道中保持悬浮状态与二氧化硫反应的技术难题、通过吸收剂荷电的方法解决[3]。

1.1 高压电强电离放电形成·OH的等离子体反应过程(机理)

采用强电场电离放电犯法在放电间隙中建立点菜强度E达到98.8kV/cm的电场,电子从强电离电场中获得平均能量将达到10ev,其中大部分电子所具有能量为8.4ev～12.5ev。在常温常压下,以O2和H2O气体为原料,采用强电场电离方法。[4]在等离子体反应时的放电间隙里形成流光放电,其等离子体反应过程是极其复杂。在等离子体反应室中具有低能量(2ev～8ev)的电子碰撞O2和H2O后,只产生微量的·OH,该反应不是主题反应,其分解附着等离子体反应过程如方程式(1)～(4)。

O2分子和H2O分子电离、离解的反应式为:

H2O+e→H-+·OH (1)

H2O+e→H+·OH+e (2)

O2+e→O(1D)+O(3P) (3)

高能态活性离子O:(3P)于水直接作用产生·OH的反应式为

H2O+O(1D)→2·OH (4)

在强电场电离放电过程中,以H2O分子电离为主产生·OH的等离子体反应方程式如(5)～(8)H2O分子的电离、激发反应式为

2H2O+e→H2O++H2O*+2e (5)

其中激发态H2O*分子发生分解反应为

H2O*→H·+·OH (6)

H2O*发生分解电离的等离子体反应为

H2O++H2O→H3O++·OH (7)

同时H2O分子也发生如下附着、分解电离反应:

H2O+e→→H·+·OH (8)

式中,为一种具有独特性能的自由基,不少化学反应都是由它诱发产生的,它比游离电子更加稳定。[5]

以O2分子电离为主产生·OH的等离子体反应方程式如(9)～(10)。

O2分子发生的电离反应为:

O2+e→O2++2e (9)

在强电场作用下,与H2O分子形成水合离子

+H2O+M→(H2O)+M (10)

根据高压等离子体反应模式的计算出沉积在O2、H2O分子中每产生1个·OH将消耗为47.6ev。[6]

高压电脱硫并生成算的反应式为:

2·OH+SO2→H2SO4 (11)

1.2 荷电干式烟气脱硫的技术特点

荷电干式烟气脱硫系统的优点:投资小,工艺简单有效、可靠性强、设备占地面积小,不造成二次污染。缺点:对脱硫剂的要求太高,一般的石灰难以满足要求,可用的石灰售价过高,而且脱硫率较低,吸收剂利用率不足,限制了该技术的推广。[7]

2 结语

本文系统介绍了高压电技术在脱硫方面的应用。解决了高级氧化技术规模提高体积分数·OH的问题。将烟气中的二氧化硫脱除,有兴国利民的意义。

参考文献

[1] 赵清江,王雪艳,申辉,等.高压电技术在烟气脱硫中的应用研究[J].

[2] 张烨.电子束烟气脱硫技术特点及使用条件分析[J].

[3] 张长琌.电子束烟气脱硫技术[J].

[4] 陈志刚,严军,宿金字,等.基于等离子体的干法脱硫实验研究[J].高压电技术,2006,32(10):69～71.CHEN Zhi-gang,YAN Jun,CHU Jin-yu,et al.Experimental study on charged dry type calcium sprayed desulfurization by plasma[J].High Voltage Engineering,2006,32(10):69～71.

[5] 王书肖,陆永琪.二氧化硫污染控制手册[M].北京:北京化工出版社,2001.

[6] 陈亚非,张启兴.电子束烟气脱硫若干问题讨论[J].中国电力,2000,33(7):78～80.

[7] 张志涛,鲜于泽,白敏摇,等.强电场放电研究[J].东北大学学报,2002,23(5):507～510.

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