顺序式脱硫脱硝与Hg氧化相结合的燃煤烟气SO2/NO/Hg一体化脱除研究

在国家自然科学基金资助下，申请者提出并验证了等离子体协同吸附作用的活性N原子与O原子相继诱发顺序式烟气脱硫脱硝的构想；同时文献研究也表明烟气放电产生的活性O原子能够将烟气中的Hg氧化。由于上述顺序式脱硫脱硝工艺所具有的低耗高效特性，同时也为了充分利用NO还原产生的副产物O原子的能量，本项目拟将顺序式脱硫脱硝和Hg氧化两个过程合并在同一反应器中进行，实现SO2/NO/Hg的低能高效一体化脱除。与FirstEnergy 和Powerspan公司共同研发的电催化氧化（ECO）相比，本脱除工艺应该具有更低能耗和更高脱除率。.本项目拟开展以下研究：对该一体化脱除过程进行化学反应动力学模拟，并利用等离子体发射光谱仪等仪器探索脱除机理；实验研究SO2、NO和Hg相互作用时的脱除规律；实验研究飞灰特性和浓度、H2O、O2、CO2等气体组分浓度以及脉冲幅度、脉宽、重复频率等电源特性对一体化脱除的影响规律。

非热等离子体技术是一种有潜力的脱硫脱硝脱汞一体化技术，需要从降低能耗、提高效率的角度出发，开展实际可靠的研究。本项目研究获得了NO/SO2/Hg/N2/O2/H2O气体系统等离子体脱硫脱硝脱汞的主要化学反应，发展了一种等离子体脱硫脱硝脱汞的化学反应动力学模拟方法，并将其应用于一体化脱硫脱硝脱汞的反应过程模拟，获得了一体化脱除过程中各种活性物种的变化规律；针对NO/SO2/Hg0/N2气体系统，通过化学反应动力学模拟和实验研究，证明了将顺序式脱硫脱硝与汞氧化相结合的烟气一体化脱硫脱硝脱汞的可行性；通过化学反应动力学模拟研究了NO、SO2和Hg相互作用时的脱除规律，结果表明，随着NO浓度的增加，Hg0转化率先增大后逐渐减小，在不添加水蒸气的状态下，SO2的改变量对Hg0氧化的影响并不大，但还是会在微小程度上减少Hg0的转化率；Hg0初始浓度的改变量并没有对单质Hg0浓度的转化率造成影响；通过化学反应动力学模拟和实验研究，得到了不同气体组分和电源特性对烟气一体化脱硫脱硝脱汞的影响规律，结果表明，添加氧气和水蒸气有利于单质Hg0的转化，电压和放电频率增大，脱汞效率也随之增大；为推进将多年来等离子体烟气多污染物一体化脱除的研究成果应用于工业领域的进程，利用国际政策法规即将生效和相关企业投入的契机，进行了等离子体一体化船舶尾气同步脱硫脱硝的小试研究，前期研究获得了70％以上的脱硝率和90％以上的脱硫率。