Электрогидродинамическая технология удаления вредных веществ из продуктов горения

ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ УДАЛЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ПРОДУКТОВ ГОРЕНИЯ

Ф.М. Сажин*, М.К. Болога*, А.Т. Крачун**, О.В. Моторин*

* Институт прикладной физики АНМ, Кишинев, ул. Академией 5

** Государственный университет Молдовы, Кишинев, ул. Матеевич 60

Технологии по одновременному удалению NO_x и SO₂ из дымовых газов основываются на концептуальной схеме, представленной на рис.1: дымовым газам сообщается энергия, необходимая для ионизации и образования радикалов O, OH, HO₂, окисляющих молекул NO_x и SO₂, которые в дальнейшем трансформируются в серную и азотную кислоты посредством реакции гидролиза и нейтрализации при введении аммиака в газ, получения сульфатов и нитратов аммония в виде мелких частиц, которые сепарируются электрофильтром. Эти технологии различаются способами, с помощью которых дымовым газам сообщается энергия, необходимая для ионизации.

Прежние технологии, в которых дымовые газы ионизировались пучками заряженных электронов [1-3], были заменены новыми, основанными на обработке дымовых газов “холодной плазмой”, индуцированной коронным разрядом [4-11], в микроволновых системах [12,13] или в комбинированном поле коронного разряда и микроволн [14].

В случае использования электрических разрядов источником энергии для ионизации дымовых газов служит высокое напряжение (постоянное отрицательное, импульсное или переменное), подаваемое на электроды, представляющие собой группу проводов, расположенных в центре газового канала, образованного двумя заземленными металлическими пластинами [4,5,7,9,10]. При достаточно высокой напряженности энергия ускоренных электронов достаточна для ионизации молекул дымовых газов, образования коронного разряда, а также других электронов, ионов и активных радикалов, необходимых в процессе очистки.

По сравнению с технологиями, основанными на обработке дымовых газов пучками заряженных электронов, коронный разряд, особенно при применении коротких импульсов, менее эффективен для улавливания оксидов азота и серы, однако стоимость его реализации значительно меньше и нет необходимости в специальных мерах защиты.

Плазма, индуцированная микроволнами [12,13], производит вторичные электроны очень высокой концентрации и, что особенно важно,  будучи инициированной в микроволновом поле плазма сохраняется при давлениях больших давления зажигания (вплоть до двух атмосфер). Микроволны подаются в газовый поток, когда напряженность поля превышает 300 В/см, при этом продолжительность импульсов составляет 10^-8 - 10^-7 с, а частота 200–1000 МГц. Стоимость киловатта микроволновой энергии в 10-15 раз меньше киловатта энергии ускоренных электронов.

Технология одновременного улавливания оксидов серы и азота при совместном воздействии плазмой, индуцированной коронным разрядом и плазмой,  индуцированной микроволнами [14],  сочетает преимущества обоих методов. Степень улавливания оксида серы составляет 95%, а оксида азота 80%. Удельные затраты энергии составляют 8–20 Вт×ч/нм³.

Основными факторами, влияющими на степень улавливания оксидов серы и азота являются: концентрация воды в дымовых газах – 8-30%; количество аммиака, определенное из стехиометрического состава в зависимости от начальной концентрации SO₂ и NO_x; время ввода аммиака (до или после обработки плазмой); оптимальный температурный интервал дымовых газов       60-90^оС; наличие технологических или специальных добавок; начальная концентрация SO₂ и NO_x.

Основные химические реакции, ведущие к превращению оксидов серы и азота в соответствующие кислоты, могут быть сгруппированы согласно схеме [7]: первичное образование радикалов  и веществ, активированных столкновениями молекул с электронами с энергиями от 5 до 20 эВ; вторичное образование новых радикалов  посредством нейтрализации и переноса заряда в результате столкновений молекул, ионов и электронов; преобразование NO_x и SO_x в кислоты; нейтрализация образовавшихся кислот инжекцией аммиака.

Целью настоящей работы является повышение эффективности удаления оксидов азота и серы из дымовых газов с возможностью их последующей утилизации.

Исследование методов уменьшения содержания оксидов серы и азота в дымовых газах в электрическом поле проводилось на экспериментальной установке состоящей из электрохимического реактора для конверсии оксидов азота и серы в соответствующие кислоты, колонны нейтрализации серной и азотной кислот с помощью аммиака и электрофильтра для отделения гранул сульфата и нитрата аммония.