康勇 阮磊(濟(jì)南西客站熱源廠, 山東 濟(jì)南 250018)

煙氣臭氧脫硝應(yīng)用研究

康勇 阮磊(濟(jì)南西客站熱源廠, 山東 濟(jì)南 250018)

脫硝就是將燃煤鍋爐煙氣中的NOx脫除。由于煙氣中的氮氧化物主要組成是NO(占95%)，NO難溶于水，而高價(jià)態(tài)的NO2、N2O5等可溶于水生成HNO2和HNO3，溶解能力大大提高，很容易通過堿液噴淋等手段將其從煙氣中脫出。所以將低價(jià)態(tài)的NO氧化為高價(jià)態(tài)的NO2、N2O5的氧化脫硝工藝，就顯得極為重要。在眾多氧化劑中，臭氧是最環(huán)保清潔的強(qiáng)氧化劑，在高效轉(zhuǎn)化NO至高價(jià)態(tài)的過程中不遺留任何二次污染物，這也是眾多電力企業(yè)青睞這一工藝的重要原因。

煙氣;臭氧;脫硝

1 臭氧脫硝原理

臭氧具有強(qiáng)氧化性，完全有能力將煙氣惡劣環(huán)境中的NO氧化成高價(jià)態(tài)，提高煙氣中氮氧化物的水溶性，從而通過濕法洗脫。其中主要包括以下反應(yīng)：

利用臭氧將NO氧化為高價(jià)態(tài)的氮氧化物后，需要進(jìn)一步地吸收。常見的吸收液有Ca(OH)2、NaOH 等堿液。不同的吸收劑產(chǎn)生的脫除效果會有一定的差異。例如有人在利用水吸收尾氣時(shí)，NO的脫除效率可達(dá)到86.27%，這是利用氣體在水中的溶解度進(jìn)行吸收，也有試驗(yàn)利用吸收液將高價(jià)氮氧化物還原成為N2后直接排入大氣中。采用臭氧脫硝技術(shù)可得到較高的NOX脫除率，典型的脫除范圍為70%～90%，甚至可達(dá)到95%，并且可在不同的NOX濃度和NO、NO2的比例下保持高效率；經(jīng)氧化后生成的N2O5通過洗滌器很容易與煙氣中水分發(fā)生反應(yīng)生成HNO3，然后再同洗滌劑生成鹽類，最后通過洗滌清理排出系統(tǒng)外。我廠在脫硝反應(yīng)裝置后新上濕法脫硫系統(tǒng)，用石灰漿液對煙氣進(jìn)行洗滌。具體的化學(xué)反應(yīng)如下：

對于臭氧脫硝系統(tǒng)來說，臭氧易于分解無法儲存，需現(xiàn)場制取現(xiàn)場使用(特殊的情況下可進(jìn)行短時(shí)間的儲存)，所以凡是能用到臭氧的場所均需使用臭氧發(fā)生器。臭氧發(fā)生器是用于制取臭氧氣體(O3)的裝置。它的原理就是利用高壓電離，使空氣中的部分氧氣分解聚合為臭氧，是氧的同素異形轉(zhuǎn)變過程。臭氧的不穩(wěn)定性使其很難實(shí)現(xiàn)瓶裝貯存，一般只能利用臭氧發(fā)生器現(xiàn)場生產(chǎn)，隨產(chǎn)隨用。

2 發(fā)生器與放電管

臭氧系統(tǒng)的核心技術(shù)和設(shè)備是發(fā)生器中的放電管，直接影響設(shè)備的運(yùn)行效率和可靠性。臭氧發(fā)生器采用微間隙介質(zhì)阻擋放電設(shè)計(jì)，不僅大大提高了運(yùn)行的效率，而且增加了系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行的安全可靠性。設(shè)備的技術(shù)參數(shù)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。

由于采用微間隙放電技術(shù)，使系統(tǒng)運(yùn)行電壓降低為6-8 kV，遠(yuǎn)低于玻璃管絕緣介質(zhì)的耐壓水平，有效地避免了介質(zhì)擊穿短路故障的發(fā)生，提高了運(yùn)行可靠性。臭氧發(fā)生器放電單元所采用的模塊化設(shè)計(jì)方法，使設(shè)備的安裝，檢修和維護(hù)工作更加容易。在保證進(jìn)氣氣源質(zhì)量的條件下，臭氧發(fā)生器放電單元連續(xù)運(yùn)行的免維護(hù)時(shí)間可以長達(dá)5年。

3 高頻高壓電源

與傳統(tǒng)的臭氧中頻(＜1kHz) 電源不同，高頻高壓臭氧系統(tǒng)采用3-10kHz的高頻電源技術(shù)，結(jié)合微放電間隙設(shè)計(jì)可以有效提高臭氧生成的效率，減小發(fā)生器的體積和占地空間，從而減少土建設(shè)計(jì)及投資費(fèi)用。逆變電源系統(tǒng)采用成熟的高頻電源技術(shù)，現(xiàn)場長期運(yùn)行證明可以保證系統(tǒng)長期運(yùn)行的穩(wěn)定性。高頻輸出經(jīng)升壓系統(tǒng)后產(chǎn)生正弦波高電壓，經(jīng)電纜與發(fā)生器相連，在高頻高壓的作用下，放電間隙產(chǎn)生冷態(tài)等離子體放電生成臭氧。

4 變壓吸附制氧機(jī)

在眾多的制氧工藝中，變壓吸附制氧工藝由于能耗高、產(chǎn)氧純度高、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)脫穎而出。

變壓吸附真空解吸制氧機(jī)(簡稱VPSA制氧機(jī))，即穿透大氣壓 的條件下，利用VPSA專用分子篩選擇性吸附空氣中的氮?dú)?、二氧化碳和水等雜質(zhì)，在抽真空的條件下對分子篩進(jìn)行解吸，從而循環(huán)制得純度較高的氧氣(90%～94%)。VPSA能耗較低,設(shè)備越大其能耗越低。

變壓吸附制氧機(jī)主要由鼓風(fēng)機(jī)、真空泵、切換閥、吸附器和氧氣平衡罐組成。原料空氣經(jīng)吸入口過濾器除掉灰塵顆粒后,被羅茨鼓風(fēng)機(jī)增壓后而進(jìn)入其中一只吸附器內(nèi)。吸附器內(nèi)裝填吸附劑,其中水分、二氧化碳、及少量其它氣體組分在吸附器入口處被裝填于底部的活性氧化鋁所吸附,隨后氮?dú)獗谎b填于活性氧化鋁上部的沸石分子篩所吸附。而氧氣(包括氬氣)為非吸附組分從吸附器頂部出口處作為產(chǎn)品氣排至氧氣平衡罐。

當(dāng)該吸附器吸附到一定程度,其中的吸附劑將達(dá)到飽和狀態(tài),此時(shí)通過切換閥利用真空泵對之進(jìn)行抽真空(與吸附方向相反),真空度為0.65～0.75barg。已吸附的水分、二氧化碳、氮?dú)饧吧倭科渌鼩怏w組分被抽出并排至大氣,吸附劑得到再生。變壓吸附制氧機(jī)的每個(gè)吸附器都交替執(zhí)行吸附-解吸-沖壓等步驟。上述三個(gè)基本的工藝步驟都可由PLC和切換閥系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)自動控制。

5 結(jié)語

總體來說，臭氧制備設(shè)備具備以下特點(diǎn)：①能耗比較低。產(chǎn)氧量越大，能耗也降低。②維護(hù)成本低，但電能消耗較大，需單獨(dú)電源提供動力。③整套設(shè)備的自動化程度高，臭氧發(fā)生器與制氧機(jī)是同步控制，只需按一下啟動按鈕，整套設(shè)備即可正常運(yùn)行。④適合于中大型產(chǎn)量。

康勇(1975- )， 男，漢，濟(jì)南熱電有限公司，中級職稱(工程師)，本科，化學(xué)。