[实用新型]低温等离子体预氧化联合SCR脱硫脱硝降噪除尘复合装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种柴油机尾气处理装置，具体涉及采用低温等离子体预氧化联合SCR进行脱硫脱硝降噪除尘的复合装置，属于船舶尾气排放控制技术领域。

背景技术

NO_x和SO_x是船舶柴油机尾气排放的两大主要污染物，其排放对全球环境造成了严重的影响。随着排放法规的日益严格，降低船舶柴油机尾气排放污染物并使其满足排放法规的需求变得越来越重要。目前对NO_x和SO_x进行处理最为有效的方法为SCR(选择性催化还原)和SO_x洗涤塔。然而，随着船舶柴油机热效率的提高，其涡轮后的废气温度(100℃～240℃)已经很难满足SCR催化剂(V₂O₅-WO₃/TiO₂)正常工作的温度窗(260℃～500℃)。船舶柴油机尾气中含有较高浓度的SO_x，若不进行脱硫处理，SCR催化剂长期工作在低温且含有较高浓度SO_x的气体中，会发生硫中毒现象，降低SCR催化剂的工作寿命。若将SCR系统布置在SOx洗涤塔之后，由于脱硫之后尾气温度大大降低，也难以满足SCR系统正常工作的温度窗。总之，通过SCR和SO_x洗涤塔串联的方法，无论SCR在SO_x洗涤塔之前或者在SO_x洗涤塔之后，对船舶柴油机尾气污染物进行处理都存在着较大的问题。

通常，在商用SCR催化剂上发生的选择性催化还原反应有以下三个：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O (1)

2NO+2NO₂+4NH₃→4N₂+6H₂O (2)

6NO₂+8NH₃→7N₂+12H₂O (3)

反应(1)为标准SCR反应，在260℃～500℃时具有较高的反应速率，能够使NOx的转化率达到90％以上。然而，当温度降低到200℃以下时甚至更低时，该反应的反应速率大幅度下降。反应(2)为快速SCR反应，原因是该反应在较低温度(100～200℃)仍然具有非常高的反应速率。当温度大于200℃时，反应(2)的化学反应速率可达反应(1)的10倍以上。由于柴油机尾气中NO占NO_x含量的大部分，若欲提高SCR系统在低温工况下的NO_x转化率，可对NO_x中的NO进行预氧化，调整NO在NO_x中所占的比例，使NO和NO₂的比例为1:1甚至NO₂的含量超过NO的含量(考虑到反应(3)在低温工况下也具有较高的反应速率)。

采用低温等离子体技术可对尾气中的NO和SO₂进行预氧化，形成硝酸和硫酸，通入由尿素水溶液蒸发分解生成的氨气后可生成铵盐，从而达到脱硫脱硝的目的。柴油机尾气中NO_x和SO_x的含量有较大区别，NO_x的浓度大致在1000ppm～1500ppm范围内，而SO_x浓度大致在20ppm～600ppm范围内，考虑到尾气中的SO₂也可直接与NH₃反应生成硫酸氢氨，当SO_x通过等离子体反应恰好全部脱除时，尾气中可能仍存在大量的NO_x；如果等离子体反应使尾气中全部的NO氧化并与氨气反应生成铵盐，则等离子体发生装置的体积和能耗较大，若减少等离子体发生装置的体积和能耗则导致NO_x处理不完全。当对柴油机尾气噪音有降噪需求时，在尾气管路单独安装一台消声器使得投资和占地空间增大，因此，最佳方案是将柴油机尾气的脱硫、脱硝、降噪和除尘这四个过程统筹考虑，开发具有多功能的复合装置。

专利“等离子体一体化脱硫脱硝除尘的方法及装置(申请号201310472661.X)”的等离子体发生装置采用网状交叉结构的电极对烟气进行电离，该结构等离子体产生空间小，密度相对较低，在气流流速较快的环境尾气在高压电场下的作用时间短，电离效果不佳。