一种二氧化硫气体的脱除收集装置及其脱除收集方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种废气处理装置及方法，具体地说涉及一种二氧化硫气体的脱除收 集装置及其脱除方法。
【背景技术】
[0002] 随着人类社会的发展，尤其是重工业的飞速发展，大气污染已经成为了一个全球 性的严峻问题。在大气污染物中，人为的污染物主要来源于燃料燃烧和许多工业生产，我国 煤炭消费总量约40亿吨，占能源消费总量的65. 7%，由于煤和石油通常都含有硫化合物，因 此燃烧时会生成大量的二氧化硫。当二氧化硫溶于水中，会形成亚硫酸(酸雨的主要成分)， 对人体呼吸器官、皮肤有刺激，可引起支气管炎和肺气肿等疾病，造成严重的环境污染和社 会经济损失。
[0003] 近年来，我国不断的建立健全、完善大气环境保护法规、煤炭消费的总量控制、大 气污染物排放标准等，还大力发展清洁能源，积极推广风能、太阳能、核能等新能源和可再 生能源的应用，同时在大气污染治理上，也加大了投入力度，相继出现了很多治理方法。到 目前为止，二氧化硫的脱除方法主要分为：湿法、半干法和干法。
[0004] 其中湿法脱硫技术中，石灰石-石膏法脱硫工艺是世界上普遍使用的烟气脱硫技 术，在行业中占90%以上。该法以石灰石为脱硫剂，通过向吸收塔内喷入吸收剂浆液，使之 与烟气充分接触、混合，并对烟气进行洗涤，使得烟气中的30 2与浆液中CaCO3以及鼓入的 强制氧化空气发生化学反应，最后生成石膏，达到脱硫的目的。该法具有脱硫反应速度快、 设备简单、脱硫效率高等优点。但是，湿法普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高，特别是二次 污染问题，由于烟气中30 2的浓度始终处于变化中，脱硫剂石灰粉末或浆液的投入量难以精 确控制，致使吸收塔中的吸收液不能处于最佳吸收状态，这就严重影响了脱硫率以及石膏 的质量，致使石膏结构松软和使用价值低，不能进入消费市场。据报道，火电厂堆存的脱硫 石膏已有上亿吨，所占用的土地已超过百万亩，并且还在不断增加，已经造成严重的白色污 染。
[0005] 半干法脱硫技术主要包括喷雾干燥法脱硫、半干半湿法脱硫、粉末-颗粒喷动床 脱硫、烟道喷射脱硫等。这些方法普遍具有工艺设备简单，设备无腐蚀和严重堵塞情况、设 备易运行和维护、副产物容易处理等特点、但是由于这些方法中普遍存在气、液、固三相状 态下进行，所以其各自用量的进程难以控制，自动化要求比较高，吸收剂的吸收效率较低， 脱硫效率也较低。
[0006] 干法脱硫主要有喷雾干燥法、烟道喷钙法、循环硫化床法、催化氧化法、荷电法、氧 化铜法、碱性铝酸盐法、熔融盐吸收法及等离子体法等。其中，等离子体法是行业内干法脱 硫中研宄较多、发展前景最为广阔的方法。等离子体按温度分类可分为高温等离子体和 低温等离子体，低温等离子体又分为热等离子体和冷等离子体。其中粒子温度达到IO 6~ 109κ，属于高温等离子体，粒子温度从室温到IO4K属于低温等离子体。在低温等离子体中， 当重粒子温度与电子温度达到热力学平衡状态时，称为热平衡等离子体或热等离子体，如 电弧或高频等离子体；当重粒子温度为室温而电子温度达到上万度时，重粒子温度与电子 温度远离热平衡状态，称为非热平衡等离子体或低温等离子体，如辉光放电或微波等离子 体。
[0007] 近年来，低温等离子体法已经成为国际上公认的具有极大市场潜力和良好应用前 景的新方法。低温等离子体法主要包括电子束照射法、脉冲电晕放电法、直流电晕放电法、 介质阻挡放电法、介质填充床放电等。特点是电子温度远远高于重粒子温度，通常采用微波 放电、电晕放电或无声放电、辉光放电，产生高能电子与自由基，使气体分子发生电离，引发 化学反应。众所周知，随着电压的升高，直流放电模式依次为起始流光、辉光、预击穿流光、 火花放电。辉光放电充满整个电极空间，电流密度一般为1~5mA/cm 2,整个间隙仍呈上升 的伏安特性，其平均电子能量2~8eV。辉光放电的电流要比电晕放电高几个数量级，由于 辉光的能耗高且化学效应很小，电晕放电平均电子能量小于3eV，火花放电平均电子能量约 为leV，并且宏观气体温度特别高，容易烧毁装置，所以在使用中应当避免辉光和火花放电 的出现。但是，由于电晕放电、微波放电的强度又较低，产生的活性粒子的能量和浓度较低， 所激发的化学反应的效能低，导致气体处理的效率低，实用性较差。所以，行业内的研宄多 集中在脉冲电晕法。
[0008] 脉冲电晕法，是利用在电晕与电晕反应器电极的气隙间放电，使迀移率高的电子 在自由程中受到突发强电场的加速而获得足够的能量（高于8. 4eV)来电离烟气，在常温下 获得非平衡等离子体，进而对SO2进行氧化去除。该方法最大优点就是能起到电子束法同 样的作用而又克服了电子束法的缺点，它省掉了大功率、需长期稳定工作的昂贵电子枪，避 免了电子枪寿命和X射线屏蔽问题。该方法虽然脱硫效率较高，但是整体能耗也较高，并且 目前脉冲电源频率一般为几百Hz，电源的功率也只有几百kW，远不能满足工业化应用的要 求。
[0009] 为解决传统脉冲电晕法存在的问题，随着研宄的不断加深，近年来行业内的学者 们也研宄了一些能够产生流光放电来脱除二氧化硫的方法，如将放电极与交直流电叠加而 成的高压电源连接来产生流光放电。虽然这些方法可以证明流光放电的可行性，但是由于 目前人们还没有能力生产出交流频率大于100kHz，功率大于1000 kW的高频、大功率的电 源，以致于使所产生的流光放电功率较小，电源装置复杂，仅处在实验阶段，无法将其投入 到工业废气处理的实际应用中。因此，能够研发出一种脱硫效率高、能耗低、操作维护简单、 无二次污染、满足投产工业烟气二氧化硫的脱除中使用的装置和方法是行业内亟待解决的 问题。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的之一就是提供一种二氧化硫气体的脱除收集装置，以解决现有流光 放电脱除收集装置的电源功率低、电源装置复杂，无法投入工业应用，而且产生的副产物存 在二次污染的问题。
[0011] 本发明的目的之二就是提供一种二氧化硫气体的脱除收集方法，以解决现有二氧 化硫气体脱除方法脱硫工序繁琐、脱硫效率低的问题。
[0012] 本发明的目的是这样实现的：一种二氧化硫气体的脱除收集装置，包括氧硫离解 器和硫固体聚集器； 所述氧硫离解器包括微波谐振腔、绝缘子、离解电晕线、微波发生器以及微波屏蔽罩， 所述微波屏蔽罩分别设置在所述微波谐振腔的上、下两端，在所述微波屏蔽罩内侧的上、下 端分别设置有1个绝缘子，所述两个绝缘子之间固定设置有所述离解电晕线；所述离解电 晕线位于所述微波谐振腔的几何中心；所述微波发生器设置在所述微波谐振腔的腔体上； 所述离解电晕线接电源正极，所述微波谐振腔接电源负极或接地；所述电源为高压直流电 或脉冲直流电中的一种，所述电源的起晕电压为5 kV -40 kV;所述高压直流电源的电压为 5 kV -50 kV ;所述脉冲直流电源的电压为5 kV -50 kV、频率为10 kHz -15 kHz ; 所述硫固体聚集器包括外套筒、若干筒子电极、金属通风管、冷却液以及设置在所述外 套筒上部的绝缘密封盖，所述筒子电极设置在所述外套筒内，所述每个筒子电极中心处设 置有所述金属通风管，所述金属通风管的上端穿出所述绝缘密封盖，所述金属通风管与筒 子电极相互绝缘且分别连接电压为4 kV -20 kV直流电源的正极和负极； 所述氧硫离解器的下端设有烟气进气口，所述外套筒与所述微波谐振腔通过变径接头 将所述氧硫离解器的与所述硫固体聚集器连为一体。
[0013] 本发明中所述微波发生器包括磁控管和波导管，所述磁控管为一个或若干个，所 述若干磁控管通过所述波导管连接在一起；所述微波发生器的频率为915 MHz，所述磁控管 通过所述波导管设置在所述微波振谐腔上。
[0014] 本发明中所述绝缘子为陶瓷绝缘子；所述离解电晕线为钨丝或不锈钢丝；所述微 波屏蔽罩为带有小孔的金属板或不锈钢金属网；所述微波谐振腔为不锈钢材料制成。
[0015] 本发明中所述外套筒的直径是微波谐振腔直径的1. 5-2. 5倍，所述外套筒的容积 是所述微波谐振腔容积的3-5倍。
[0016] 本发明中所述微波谐振腔的直径30 cm -90 cm，所述离解电晕线的半径为0.5 mm-L 5mm〇
[0017] 本发明中所述筒子电极的内壁上涂覆有一层0. 5 mm-1. 5mm厚的单质硫，用于更为 有效地诱导吸附解离的硫原子。
[0018] 本发明中所述外套筒与所述筒子电极外围的间隙处设有循环冷却液。
[0019] 本发明还提供了一种二氧化硫气体的脱除收集方法，包括以下步骤： (a) 按所述二氧化硫气体的脱除收集装置组装设备；其中设置所述微波谐振腔的直径 30-90 cm，所述离解电晕线的半径为0.5 mm -I. 5mm;所述微波发生器的频率为915 MHz ;所 述外套筒的直径是微波谐振腔直径的1. 5-2. 5倍；所述外套筒内设置有若干个筒子电极， 在所外套筒与所述筒子电极外围之间的间隙处设置有循