● 摘要
烟气排放是我国大气污染的主要成因，烟气中含SO2、NOx和Hg等多种污染物。传统的烟气净化对策是净化设备(或净化技术)与污染物一一对应，因而处理流程长，设备多，设备投资和运行费用高、占地面积大。本研究以开发出一种能联合利用低温等离子体作用和吸收作用，高效脱除SO2、NOx、Hg等污染物，不产生二次污染(氨泄漏) 且能量消耗较低，可以资源化利用烟气硫组分的燃煤烟气净化技术为总体目标，分别考察了低温等离子体效应、吸收效应、低温等离子体结合吸收效应对SO2、NOx和Hg的去除效果。采用串齿线－管式放电等离子体反应器，研究了电源类型、电极配置和气相条件(如O2/CO2比、H2O、NO、SO2浓度和温度)对放电特性和NO和Hg0氧化效率的影响，结果表明：放电产生的低温等离子体具有强氧化性，可将NO和Hg0高效氧化为和NO2和Hg2+，且氧化率随注入能量密度的升高而升高；与负电晕辉光放电相比，正电晕流光放电过程产生的低温等离子体作用效应更加明显，在较低的能量注入情况下，即可获得高的NO和Hg0氧化率；增加放电区长度、放电齿片数和放电齿尖数可提高注入给定电压下的能量密度，而对应不同的电极配置，若能量密度相同，Hg0和NO的氧化率基本一致；烟气中O2/CO2比的升高(即空气过剩系数的增大) 可增强电晕的强度和稳定性，并促进O3的生成和Hg0、NO的氧化；H2O的引入使O3的生成量减少，抑制了Hg0的氧化，但略微促进了NO的氧化，这表明Hg0的氧化主要依赖于O3，而O3和OH自由基对NO氧化都具有重要作用；SO2浓度对Hg0和NO氧化影响微弱，但NO对Hg0的氧化有明显的抑制作用，这是因为NO的浓度和与O3反应的速率要远高于Hg0，会优先消耗O3；气体温度升高导致相同能量密度下的O3生成量减少，从而降低了NO和Hg0的氧化效率。采用鼓泡式吸收塔，考察了液相条件(如吸收液成分和pH)和气相组成(NO和SO2氧化度、O2和SO2浓度)对NOx和SO2吸收效果的影响，结果表明：吸收法可高效吸收气体中的SO2，而NOx吸收率与其氧化度呈线性关系；S(IV)离子(SO32-和HSO3-)对NO2吸收起重要作用，随吸收液S(IV)离子浓度升高，NO2去除率升高，但SO2去除率降低；在pH值4.5-7.5范围内，NO2与SO2的去除率均随吸收液pH值得升高而增加，且pH对SO2去除率的影响程度要大于NO2；吸收过程中S(IV)离子发生氧化，使NO2去除率随时间逐渐降低，而SO2去除率逐渐升高至100%；吸收液中添加S2O32-作为S(IV)离子氧化抑制剂，可有效降低吸收液S(IV)的氧化速率，延长吸收液NO2有效吸收时间，并减少SO2逸出，提高SO2去除率；气相O2浓度的升高加快了吸收液S(IV)离子的氧化，使NO2去除率随时间降低更快，同时也使SO2去除率升高至100%的时间缩短；气相SO2浓度的升高减缓了吸收液S(IV)离子浓度的降低，提高了NO2去除率，但对应的SO2去除率降低。采用单段式低温等离子体结合吸收系统，考察了SO2、NO和Hg0的去除效果，结果表明：低温等离子体对NO和Hg0的氧化作用显著促进了其吸收去除，去除率随注入能量密度的升高而升高；SO2浓度对NO的氧化和吸收去除影响不大，对Hg0的氧化和吸收去除略有促进，而NO浓度的提高明显抑制Hg0的氧化和吸收去除；SO2、NO和Hg0共存的情况下，NO对Hg0氧化和吸收的抑制作用明显大于SO2的促进作用。可见在单段低温等离子体结合吸收系统中，NO和Hg0难以同步去除。采用两段式低温等离子体结合吸收系统，考察了SO2、NO和Hg0的去除效果，结果表明：一级等离子体反应器中，NO被有效氧化为NO2，而Hg0的氧化受到明显抑制，一级吸收塔中主要完成NO2和SO2的吸收，NO2的吸收主要依赖于溶液中的S(IV)离子，二级等离子体中进行Hg0的氧化，氨雾和SO3酸雾的捕集，二级吸收塔中完成Hg2+和其他可溶性残留污染物的吸收；反应过程导致S(IV)离子的氧化，从而使一级吸收塔出口的NO2浓度随时间升高，并进一步导致二级等离子体反应器中Hg0的氧化率降低；一级吸收塔吸收液中S2O32-抑制剂的加入，有效减缓了S(IV)离子浓度的降低，从而促进了NOx和Hg的去除；添加S2O32-抑制剂的情况下，两段式低温等离子体结合吸收系统对NOx, SO2和Hg总去除效率初始为93%，100%和75%，70小时后保持在86%，100% 和65%，氨泄漏低于0.3 mg/m3。