陳熹

【摘 要】根據(jù)目前我國工業(yè)鍋爐煙氣排放的特點，研究出的新型的適用于工業(yè)鍋爐的煙氣脫硫脫硝工藝，已經(jīng)被廣泛應用于工業(yè)鍋爐的脫硫脫硝中。論文主要是就工業(yè)鍋爐臭氧氧化與化學吸收相結(jié)合的脫硫脫硝技術(shù)進行研究和分析。

【Abstract】According to the characteristics of China's industrial boiler flue gas emissions， a new type of flue gas desulfurization and denitrification process suitable for industrial boiler has been developed. It has been widely used in desulfurization and denitrification of industrial boilers. In this paper， the desulfurization and denitrification technologies combined with ozone oxidation and chemical absorption are studied and analyzed.

【關(guān)鍵詞】燃煤工業(yè)鍋爐；脫硝改造；臭氧氧化；脫硫脫硝

【Keywords】coal fired industrial boiler； denitration modification； ozone oxidation； desulfurization and denitrification

【中圖分類號】TK229.6 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）06-0150-02

1 引言

在我國，燃煤工業(yè)鍋爐廣泛運用于各種工業(yè)生產(chǎn)之中，其數(shù)量較多，分布較廣。每年我國的燃煤工業(yè)鍋爐消耗標煤約四億噸，約占全國煤炭消耗總量的四分之一左右，產(chǎn)生了大量的煙塵、二氧化硫及氮氧化物。隨著環(huán)境保護重視程度的不斷提高，燃煤工業(yè)鍋爐的尾氣污染治理問題已經(jīng)成為了環(huán)保問題治理的重要內(nèi)容。目前大部分的燃煤工業(yè)鍋爐已經(jīng)配備了除塵脫硫設備，但未安裝相應的脫硝裝置，需要進行脫硝改造。如何在保證脫硝效果的基礎(chǔ)上，降低投資和設備運行的成本，是目前必須予以充分考慮的問題。

2 燃煤工業(yè)鍋爐脫硝技術(shù)的選擇

我國燃煤工業(yè)鍋爐在運行過程中受生產(chǎn)供氣需求的影響，負荷變化較大，產(chǎn)生的氮氧化物濃度波動較大，并且燃煤工業(yè)鍋爐的爐膛工況較為復雜。大部分燃煤工業(yè)鍋爐的現(xiàn)有場地在設計時未考慮脫硝改造的需求，也給脫硝改造帶來了巨大難度?；痣姀S電站鍋爐上應用較多的SCR及SNCR脫硝技術(shù)，適合運行平穩(wěn)的大型鍋爐脫硝處理，不適合直接應用在燃煤工業(yè)鍋爐的尾氣脫硝處理上。采用氧化吸收法結(jié)合濕法脫硫脫硝技術(shù)，不僅能夠解決鍋爐負荷變化較大帶來的煙氣處理難度，還具有同一設備實現(xiàn)高效率的脫硫脫硝的優(yōu)勢，值得進行探討研究。

氧化吸收法，即利用強氧化劑將煙氣中的氮氧化物氧化成NO2及N2O5等高價態(tài)氮氧化物后，再利用吸收液將氮氧化物及二氧化硫同時去除。

目前常用的脫硝氧化劑有亞氯酸鈉、過氧化氫和臭氧等。[1]

亞氯酸鈉氧化法是通過亞氯酸鈉作為氧化劑，將尾氣中的NO氧化為硝酸，SO2氧化為硫酸，達到脫硫脫硝的目的。但H.K.Lee等通過研究發(fā)現(xiàn)，僅當尾氣中的SOX被亞氯酸鈉完全去除后，NOX才會被除去。[2]由此可見尾氣中的SOX會影響脫硝反應，導致脫硝效率不高。而且亞氯酸鈉價格較高，反應產(chǎn)物復雜，容易導致二次污染，對設備腐蝕性較大。

過氧化氫氧化法是利用過氧化氫直接將NO氧化成可溶性的NO2，再通過洗滌方式與SO2一同被去除。但過氧化氫是一種弱酸，在酸性環(huán)境下較穩(wěn)定，影響了NO的氧化反應。同時，過氧化氫在高溫下分解加速，導致氧化劑利用率低，影響了脫硝效率。

臭氧氧化法的原理是利用臭氧自身的強氧化性，很容易地將氣體NO氧化為溶解度較高的高價態(tài)氮氧化物，比如NO2、NO3、N2O5等，然后通入吸收塔內(nèi)，將SO2和氧化生成的NOX一并吸收去除，達到同時脫硫脫硝的目的。臭氧脫硝的氧化化過程非常迅速，無危害環(huán)境的副產(chǎn)物生成，殘留的臭氧很容易分解為環(huán)境友好的O2。

3 臭氧氧化脫硝的機理

臭氧氧化脫硝技術(shù)的關(guān)鍵因素就是NO的氧化過程。NO的氧化是逐步完成的，煙氣中的NO必須先氧化生成NO2后，如果O3過量才會生成NO3和少量的N2O5。反應機制如下：

O3+NO=NO2+O2（1）

O3+NO2=O2+NO3（2）

NO2+NO3=N2O5（3）

通過實驗發(fā)現(xiàn)，O3與NO之間發(fā)生的氧化速度要高于O3與SO2的氧化反應速度。因此，SO2不會對O3與NO之間所產(chǎn)的氧化過程產(chǎn)生影響。

4 燃煤工業(yè)鍋爐脫硝改造工藝流程

目前大部分現(xiàn)有燃煤工業(yè)鍋爐已經(jīng)配備了多管除塵器、布袋除塵器或水膜除塵器，并配備了脫硫吸收塔。因此必須盡量利用現(xiàn)有的除塵脫硫裝置的基礎(chǔ)上增加脫硝裝置，并利用原有的吸收塔同時進行脫硫與脫硝。改造后的工藝流程是：經(jīng)過除塵后的煙氣通過引風機后、在進入吸收塔之前，將會與臭氧在臭氧反應器內(nèi)進行充分的氧化反應，從而將NO氧化為高價態(tài)氮氧化合物后，再輸送至吸收塔內(nèi)進行反應，從而達到脫除煙氣中SO2和NOX的目的，最后經(jīng)過除霧器脫水后，煙氣輸送至煙囪排放。在整個煙氣脫硫脫硝的過程中，所產(chǎn)生的硝酸鹽和硫酸鹽將會進入循環(huán)池。

5 臭氧氧化同時脫硫脫硝的主要影響因素

影響O3氧化同時脫硫脫硝的主要因素有O3/NO摩爾比、反應溫度、吸收液等。

5.1 O3/NO摩爾比

從實驗研究的結(jié)果進行分析發(fā)現(xiàn)，當O3/NO摩爾比≤1時，NOx的脫除效率相對較低，約為50%左右。因此，在實際的脫硝過程中，通常選擇O3/NO摩爾比>1，因為NO氧化度過低將會對NOx的脫除工作產(chǎn)生不利的影響，反之如果臭氧對NO氧化度較高，則NOx的脫除效率可達90%以上。[4] 實際運行時，可以通過調(diào)節(jié)臭氧的產(chǎn)生量來達到預期的脫硝效率。

5.2 反應溫度

除塵器后部、吸收塔前端的煙氣溫度一般在100～150℃左右，該溫度為臭氧脫硝的合適溫度。此時臭氧的分解率較低、實際的生存時間將會大于NOx的動力學反應時間，有利于氧化反應順利進行。

5.3 吸收液及吸收塔

目前燃煤工業(yè)鍋爐的濕法脫硫常用石灰/石灰石—石膏法、雙堿法等。這些脫硫工藝的洗滌吸收液在脫硫的同時也能吸收NOx。但是，因為煙氣中的NOx增加了吸收塔的負荷，原有的吸收塔必須進行技改，增加噴淋層層數(shù)或者增加吸收液的循環(huán)水量，才能保證脫硝和脫硫正常運行。

6 臭氧脫硝的優(yōu)勢

①脫硝效率較高，脫硝效率可達90%以上；

②臭氧脫硝采用在吸收塔之前的煙道內(nèi)安裝O3噴射格柵，對鍋爐設備產(chǎn)生的影響較??；

③脫硫脫硝在吸收塔內(nèi)同時進行，節(jié)省了設備的占地面積，適合現(xiàn)有鍋爐的脫硝改造；

④可以根據(jù)鍋爐的工況變化，通過調(diào)節(jié)臭氧用量，從而將脫硝效率控制在經(jīng)濟可行的范圍內(nèi)。

7 結(jié)語

臭氧氧化結(jié)合濕法吸收同時脫硫脫硝技術(shù)，有效地解決了燃煤工業(yè)鍋爐煙氣脫硝改造存在的問題，在保留傳統(tǒng)濕法脫硫工藝的基礎(chǔ)上促進了脫硫脫硝效率的穩(wěn)步提高，降低了投資運行的成本。因此，這一技術(shù)的推廣和應用對于促進我國現(xiàn)階段的工業(yè)鍋爐煙氣脫硫脫硝效率的提高，具有積極的促進作用。

【參考文獻】

【1】柏源，李忠華，薛建明，等.煙氣同時脫硫脫硝體化技術(shù)研究[J].電力科技與環(huán)保，2010（03）：56.

【2】韓穎慧. 基于多元復合活性吸收劑的煙氣CFB同時脫硫脫硝研究[D].保定：華北電力大學，2012.

【3】張佳.臭氧氧化法結(jié)合鈉法吸收同時脫硫脫硝研究[D].上海：華東理工大學，2014.

【4】趙南.臭氧氧化結(jié)合濕法同時脫硫脫硝工藝及吸收添加劑研究[D].杭州：浙江大學，2015.