Плазмохимический реактор для очистки воздуха от окислов серы и азота

 

Применение: для очистки газообразных отходов промышленного производства. Сущность изобретения: реактор содержит реакционную камеру, встроенную в газоход, два источника электронов, расположенных на противоположных сторонах газохода и обращенных друг к другу навстречу выходными окнами, систему сеточных электродов, установленных в плоскости параллельной как направлению газового потока, так и направлению распространения электронных пучков. Крепление сеточных электродов обеспечивается сборными изоляторами, установленными вне зоны плазмохимического реактора. 2 ил.

Изобретение относится к области очистки газообразных отходов промышленного производства и может быть использовано для удаления окислов серы и азота из дымовых газов котлоагрегатов тепловых электростанций, обжиговых машин и т.п.

Известно устройство [1] в котором система очистки дымовых газов содержит несколько реакторов с окнами для облучения газов, устройство для получения непрерывного электронного пучка. Обрабатываемые газы пропускают через несколько реакторов при их одновременном облучении непрерывном электронным пучком. Под действием электронного пучка в газе образуются свободные радикалы O, OH, O₂H, которые при взаимодействии с окислами серы и азота доокисляют их до соответствующих кислот. Между входом и выходом системы очистки расположены устройства для подачи в газ аммиака. При взаимодействии аммиака с кислотами образуются соли аммония в виде дисперсного порошка, который улавливается и удаляется из газа специальными устройствами.

Недостатком этого устройства является необходимость использования нескольких плазмохимических реакторов, поскольку степень очистки в одном реакторе невысока. Кроме того, применение для обработки газов непрерывного электронного пучка приводит к высоким значениям энергии, необходимой для удаления одной токсичной молекулы, составляющей величину 8 12 эВ/мол.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для реализации известного способа [2] в котором энергетические затраты на очистку газа могут быть снижены примерно в 5 раз по сравнению с аналогом [1] а необходимая степень очистки достигается при использовании одного реактора. Это достигается путем приложения к ионизованному электронным пучком дымовому газу электрического поля с напряженностью ≈200 В/см. В известном устройстве облучение газа осуществляется в направлении, перпендикулярном потоку с двух сторон двумя встречными непрерывными пучками электронов. В плазмохимическом реакторе в зоне облучения установлены несколько сеточных электродов, к которым подводится напряжение. Причем электроды установлены в плоскости, параллельной направлению газового потока и перпендикулярной направлению распространения электронных пучков.

Недостатком известного устройства является то, что при такой установке сеточных электродов электроны пучка, обеспечивающие протекание реакций окисления SO₂ и NO_х, значительно поглощаются в ячейках сетки. При этом снижается доля энергии пучка, вкладываемой в газ, что приводит к снижению энергетической эффективности процесса очистки. Кроме того, уменьшается объем газа, равномерно облучаемого электронным пучком, что связано с сокращением средней длины пробега электронов пучка в газе с сеточными преградами. Это приводит к необходимости сближения ускорителей электронов, сокращению сечения газохода, уменьшению объемного расхода обрабатываемого газа и снижению производительности очистки.

Целью изобретения является повышение энергетической эффективности очистки газа за счет снижения непроизводительных потерь электронов пучка, а также повышение производительности очистки за счет увеличения сечения газохода. Достигается это тем, что в плазмохимическом реакторе для очистки воздуха от окислов серы и азота, содержащем реакционную камеру, встроенную в газоход, два источника электронов, расположенных на противоположных сторонах газохода и обращенных выходными окнами навстречу друг другу, сеточные электроды установлены в плоскости, параллельной как потоку газа, так и направлению распространения электронных пучков.

При таком расположении электродов убираются преграды на длине пробега электронов, что приводит к снижению непродуктивного поглощения электронов, повышению доли энергии пучка, вкладываемой в газ и увеличению энергетической эффективности. С другой стороны за счет увеличения длины пробега электронов в дымовом газе увеличивается длина равномерно облучаемой зоны, а также и сечение газохода и, как следствие, производительность очистки.

Конструкция предлагаемого устройства схематично показана на фиг.1.

Плазмохимический реактор содержит реакционную камеру, встроенную в газоход и образованную стенками газохода 1 и окнами 2 ускорителей электронов 3. Сеточные электроды 4 установлены в камере в плоскости, параллельной направлению газового потока и направлению распространения электронных пучков. Крепление сеточных электродов обеспечивается сборными изоляторами 5, установленными вне зоны плазмохимического реактора (точнее вне зоны реакционной камеры). Пример расположения сборных изоляторов показан на фиг.2, где приведен вид плазмохимического реактора со стороны одного из ускорителей электронов.

При протекании газа через плазмохимический реактор он подвергается одновременному воздействию двух электронных пучков и электрического поля. Эта комбинация воздействий приводит к эффективному протеканию в ионизованном дымовом газе цепной плазмохимической реакции окисления SO₂ и NO_х.

Приложенное между сетками напряжение недостаточно для развития в газе ионизационных процессов, могущих вызвать пробой межсеточных промежутков. Изоляторы, поддерживающие сеточные электроды, находятся вне зоны воздействия электронного пучка, что обеспечивает достаточную электрическую прочность по их поверхности. При добавлении в газ аммиака, как и в [1] образуются соли аммония, которые могут удаляться аналогичными [1] устройствами.

Приведем пример выполнения плазмохимического реактора для очистки отходящих дымовых газов котлоагрегата типа Е 160 1,4 ГМ. Объем отходящих газов для такого котла 156,5 тыс.м³/ч. При использовании для двустороннего облучения газового потока двух ускорителей электронов с энергией 1 МэВ и равномерности распределения поглощенной энергии по сечению плазмохимического реактора не менее 20% плазмохимический реактор по предлагаемому изобретению имеет размеры 2·5 м². При этом в реакторе может обрабатываться газ с расходом 158,4 тыс.м³/ч. В случае выполнения реактора по [2] для сохранения требуемой равномерности распределения поглощенной энергии необходимо использовать газоход с размерами 2·4,2 м², что сокращает расход обрабатываемого газа до 133 тыс. м³/ч. Таким образом, такой реактор уже не может перерабатывать весь объем отходящих газов. Кроме того, в реакторе по [2] примерно на 12% снижается доза поглощенной газом энергии, что приводит к снижению степени очистки газа.

Формула изобретения

Плазмохимический реактор для очистки воздуха от окислов серы и азота, содержащий реакционную камеру, встроенную в газоход, два источника электронов, расположенных на противоположных сторонах газохода и обращенных выходными окнами навстречу друг другу, систему сеточных электродов, отличающийся тем, что сеточные электроды установлены в плоскости, параллельной как направлению газового потока, так и направлению распространения электронных пучков.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2