杜佳棋，丁澤坤，楊宣志，許經(jīng)偉，司柄帥，鄭煥

（1.杭州天明環(huán)保工程有限公司，杭州 310018；2.河北卓越電氣有限責任公司，河北邯鄲 056000）

0 引言

2020年鋼鐵行業(yè)仍是脫硫脫硝治理的重點，繼續(xù)加強鋼鐵行業(yè)超低排放改造，鼓勵脫硫脫硝先進技術(shù)。各地要按照生態(tài)環(huán)境部等5部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》，增強服務(wù)意識，協(xié)調(diào)組織相關(guān)資源，幫助鋼鐵企業(yè)因廠制宜選擇成熟適用的環(huán)保改造技術(shù)路線，為企業(yè)超低排放改造提供有利條件。

鋼鐵廠自備煤氣發(fā)電廠機組的煙氣指標在原排放標準下能夠滿足排放要求，未上任何環(huán)保設(shè)備，煙氣直接排放。隨著排放標準的提高，燃燒后的煙氣無法達到超低排放的標準，需要新建脫硫脫硝除塵環(huán)保設(shè)備，以滿足排放要求。

脈沖放電等離子體煙氣治理技術(shù)（PPCP），作為一種煙氣凈化新技術(shù)，可以同時脫除NOx、SO2、粉塵等多種污染物，且設(shè)備可以架空布置，占地面積小，運行阻力也很小，只需要對風(fēng)機進行葉輪改造就能滿足使用要求，不需要更換風(fēng)機，整個設(shè)備的投資和運行成本相對較低，能夠很好地適應(yīng)鋼廠煤氣發(fā)電廠的工況。

1 脈沖放電等離子體煙氣治理技術(shù)（PPCP）簡介

1.1 工作原理

脈沖放電等離子體煙氣治理技術(shù)（PPCP），是以納秒級脈寬的等離子電源在反應(yīng)器的電極上產(chǎn)生高壓，電離煙氣中的H2O、O2等分子，生成OH*、H*、O*和水合分子等活性自由基[1-2]，煙氣中的SO2、NO等污染物被產(chǎn)生的活性自由基氧化，與煙氣中的H2O結(jié)合，生成相應(yīng)的H2SO4、HNO3等霧滴，在電場內(nèi)部被荷電，最終在電場力的作用下被收集到電極上，通過噴水等方式，將收集的污染產(chǎn)物帶出設(shè)備。

反應(yīng)機理：

1.2 脈沖等離子電源

脈沖等離子電源，作為脈沖放電等離子體煙氣治理技術(shù)（PPCP）的核心部件，與PPCP設(shè)備配套使用，給PPCP設(shè)備提供高壓，脈沖寬度達到納秒級的窄脈沖（如圖1），繼而產(chǎn)生高能電子，從而激發(fā)自由基。

圖1 脈沖波形圖

電源的最大功率可以達到100 kW，頻率可以達到600 Hz，具體參數(shù)如表1所示。

表1 脈沖等離子電源參數(shù)表

1.3 脈沖等離子體反應(yīng)器

反應(yīng)器采用板-線形式，反應(yīng)器異極距為300 mm，線線距離為200 mm，放電極采用密針刺線結(jié)構(gòu)，極板采用590型波紋板結(jié)構(gòu)。在內(nèi)件上部，布置有兩種噴淋層（一種扇形的和一種錐形的），扇形噴嘴對板進行沖洗，保證板面清潔；錐形噴嘴則對整個空間進行沖洗，包括針刺，保證放電強度。由于反應(yīng)產(chǎn)物為酸，且通過噴水的方式如圖2所示，將反應(yīng)產(chǎn)物帶出設(shè)備，所以反應(yīng)器內(nèi)件均采用不銹鋼材質(zhì)。

圖2 PPCP設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

作為等離子體產(chǎn)生的載體，其容量需要與脈沖等離子電源相匹配，才能實現(xiàn)能量的有效傳遞。此外，其結(jié)構(gòu)上的分布電容和分布電感，對窄脈沖的形成也至關(guān)重要，整個反應(yīng)器內(nèi)部均采用焊接的形式，減少部件之間的接觸阻抗；反應(yīng)器與電源連接處采用同心結(jié)構(gòu)，提高能量的傳輸效率。

3 FDA生物標志物資格認定流程 在FDA， 藥品審評與研究中心 （CDER）的轉(zhuǎn)化科學(xué)辦公室、新藥辦公室、反恐與應(yīng)急協(xié)調(diào)辦公室具體負責生物標志物資格認定項目的實施。雖然流程與其他藥物研發(fā)工具相類似，但針對生物標志物的資格審評中，CDER會對其在藥物研發(fā)中的特定COU做專門考慮。

1.4 反應(yīng)的煙氣條件

由于脈沖放電等離子體煙氣治理技術(shù)（PPCP）需要電離煙氣中的H2O、O2等分子來產(chǎn)生自由基，從而跟煙氣中的污染物結(jié)合并將污染物脫除，其中羥基自由基起到關(guān)鍵性作用，而產(chǎn)生羥基自由基最主要的途徑是電離煙氣中的水分子，所以PPCP設(shè)備正常工作對煙氣濕度有一定的要求。

在煙氣濕度較低的情況下,隨著濕度的增加，PPCP設(shè)備的脫除效率呈現(xiàn)上升趨勢,超過一定濕度后，煙氣中富余的水會吸收電離產(chǎn)生的高能電子，反而會導(dǎo)致脫除效率的下降[3]。

2 脈沖放電等離子體煙氣治理技術(shù)（PPCP）的應(yīng)用分析

2.1 煙氣條件分析

鋼廠燃氣鍋爐的煙氣條件如表2所示，正常情況下，排煙溫度為110～140 ℃，含水量為3%左右，在省煤器出現(xiàn)故障的時候會出現(xiàn)180 ℃高溫；而燃氣鍋爐的煤氣條件受前端高爐、轉(zhuǎn)爐等設(shè)備的影響，也直接影響到煙氣中的SO2和NOx的排放，在正常工況下，煙氣中SO2折算平均值為80 mg/m3，NOx折算平均值為70 mg/m3，顆粒物折算平均值為10 mg/m3，當高爐出現(xiàn)檢修等情況時，煙氣中的污染物會出現(xiàn)峰值，SO2折算最大值為150 mg/m3，NOx折算最大值為100 mg/m3，顆粒物折算最大值為20 mg/m3。

表2 煤氣發(fā)電機組煙氣條件

高爐煤氣成分如表3所示。

表3 煤氣成分質(zhì)量分數(shù)%

空氣過程系數(shù)取1，燃燒后的煙氣成分如表4所示。

表4 燃燒后煙氣成分質(zhì)量分數(shù)%

2.2 場地條件

鋼廠燃氣鍋爐鍋爐房后就是引風(fēng)機房，緊接著就是煙囪，所以整個場地非常緊張，只有煙道、附屬設(shè)備及周邊道路上空部分可以擺放環(huán)保處理設(shè)備，對于傳統(tǒng)的脫硫脫硝除塵工藝而言，沒有足夠的空間可以安裝設(shè)備，而脈沖放電等離子體煙氣一體化凈化設(shè)備，可以通過鋼支架將設(shè)備架高，把設(shè)備安裝在煙道上空，完全可以適應(yīng)鋼廠燃氣鍋爐現(xiàn)場條件，具體布置如圖3所示。

圖3 設(shè)備布置圖

2.3 工藝確定

根據(jù)鋼廠燃氣鍋爐的煙氣條件和場地條件，以及脈沖放電等離子體煙氣治理技術(shù)（PPCP）自身的工作條件，燃氣鍋爐的煙氣條件很適合采用PPCP技術(shù)，但需要對原煙氣進行降溫增濕處理，以達到PPCP設(shè)備運行的最佳工作條件，另外，為提高PPCP設(shè)備的經(jīng)濟性，可將設(shè)備按照平均值進行設(shè)計，在前端增加一個消峰裝置，以滿足鍋爐的特殊工況。燃氣鍋爐煙氣脫硫脫硝除塵的可行工藝如圖4所示，在脈沖放電等離子體煙氣治理設(shè)備前端增加一個急冷消峰塔，正常情況下采用噴水的方式將煙氣從140 ℃降至70～80 ℃，煙氣濕度從3%增加到6%左右，經(jīng)過預(yù)處理后的煙氣進入脈沖放電等離子體煙氣治理設(shè)備進行處理，最后凈化后的煙氣經(jīng)煙囪排放。當高爐進行檢修等特殊工況時，急冷消峰塔內(nèi)噴入相應(yīng)的藥劑，將超出PPCP設(shè)備處理能力之外的污染物脫除，實現(xiàn)達標排放。

圖4 煙氣脫硫脫硝除塵工藝流程圖

2.4 急冷消峰塔參數(shù)計算

1）急冷曉峰塔降溫水量計算。

由于PPCP設(shè)備對煙氣溫度和濕度有一定的要求，所以需要噴水對煙氣進行降溫增濕，以達到PPCP最佳的處理煙氣條件。原煙氣煙溫為140 ℃左右，需要將煙氣溫度降至80 ℃左右，換熱計算如下：

查表得80 ℃和140 ℃煙氣的各組成分的平均比熱，如表5所示。

表5 煙氣各組成分平均比熱表

根據(jù)表5，計算煙氣降溫釋放的熱量：

另查表得焓值如表6所示。

表6 焓值表kJ/kg

計算蒸發(fā)用水量：

2）用藥量計算。

急冷消峰塔采用噴藥的方式，將特殊工況下的煙氣中污染物濃度從最大值降至PPCP設(shè)備的處理能力范圍以內(nèi)，故噴淋用藥量按污染物濃度最大值降到平均值進行計算。

由于藥劑本身的特性，會對SO2先進行脫除，后再對NOx 進行脫除，則根據(jù)工況藥劑需要將SO2脫除150 mg/m3，NOx脫除30 mg/m3，計算得每小時需要藥劑的最大量約2.39 kg/h。

2.5 PPCP設(shè)備選型

PPCP設(shè)備對煙氣污染物的脫除，其脫除能力跟煙氣流速有很大關(guān)系，其脫除效率與處理時間成正比關(guān)系。根據(jù)煙氣條件，選取PPCP反應(yīng)器由18個模塊單元組成，每個單元配置一臺等離子脈沖電源，反應(yīng)器在煙氣方向3級串聯(lián)而成，橫向6個單元并聯(lián)。PPCP設(shè)備外形尺寸及其他參數(shù)詳如表7所示。

表7 PPCP設(shè)備參數(shù)表

2.6 對比分析

PPCP設(shè)備本身的特性對于低濃度煙氣條件下的污染物脫除具有更好的經(jīng)濟性，包含設(shè)備的投資費用及運行費用。而傳統(tǒng)的技術(shù)對于低濃度的煙氣脫除主要是靠與污染物的碰撞接觸，在污染物濃度越低的情況下，碰撞越困難，脫除難度也就越高，則成本也會越大。

以下對不同技術(shù)占地面積、建設(shè)費用及運行費用進行了統(tǒng)計，如表8所示。PPCP技術(shù)與其他技術(shù)在建設(shè)費用這一塊相當；但是占地面積遠小于其他技術(shù)路線，并且可以架空布置，對場地的利用率高；從運行成本看，PPCP技術(shù)的運行成本是其他幾種技術(shù)路線的1/3～1/5左右。

表8 PPCP技術(shù)與其他技術(shù)對比表

3 結(jié)語

脈沖放電等離子體煙氣治理技術(shù)（PPCP），增加煙氣預(yù)處理設(shè)備后，能夠很好地適應(yīng)鋼廠燃氣鍋爐的煙氣條件和場地條件，并且與傳統(tǒng)的脫硫脫硝除塵工藝相比，PPCP技術(shù)具有以下優(yōu)點：1）可以架空布置，占地面積??；2）PPCP技術(shù)在低濃度下可以更加經(jīng)濟地脫除污染物，尤其是在前端消峰裝置的輔助下，總投資低，經(jīng)濟性高；3）PPCP設(shè)備阻力為400 Pa左右，原風(fēng)機不需要改造；4）PPCP技術(shù)的能耗主要是電和水，但與傳統(tǒng)技術(shù)由于阻力而消耗的電量相比，其能耗要低得多，降低了設(shè)備的運行費用；5）PPCP設(shè)備內(nèi)件采用不銹鋼材質(zhì)，檢修周期長，檢修費用低。