臭氧在煙氣脫硝中的應用

      隨著國家對環境治理的日益緊迫，傳統除塵脫硫技術成熟的基礎上，脫硝指標逐步提高。在煙氣脫硝中臭氧脫硝日益得到重視和普及。
     我國環境污染問題日益嚴重，其中因大量煤燃燒產生的二氧化硫、氮氧化物、汞、可揮發性有機物等多種污染物，已嚴重危害大氣環境。為控制環境污染問題，國家在“十二五”期間確定了主要污染物的減排任務。新版火電行業排放標準(即GB13223-2011)，重點地區燃煤鍋爐的SO2排放標準為50mg/m3，NOx排放標準為100mg/m3，汞及其化合物排放標準為0.03mg/m3。相比于目前使用較多的單一煙氣凈化技術(如濕法脫硫、選擇性催化還原法(SCR)或選擇性非催化還原法(SNCR)脫硝、活性炭噴射法脫汞和二噁英等)，國內外日益嚴格的排放標準使得煙氣多種污染物協同脫除技術優勢日益明顯。作為目前成熟的、電站鍋爐廣泛使用的煙氣脫硫技術，石灰石/石膏法(WFGD)對SO2和二價汞的脫除效率可達90%以上，但對煙氣中的NOx和零價汞基本無脫除效果。在充分利用已有的WFGD脫硫設備的基礎上，開發行之有效的多種污染物協同脫除技術并實現副產物資源化利用，這將是今后燃煤煙氣多種污染凈化的一個重點發展發向。
     目前針對燃燒系統的脫硫技術可分為三類：干法、半干法和濕法。其中、干法、半干法投資運行費用低，但往往脫硫效率不高，若使用干法和半干法脫硫技術大型鍋爐燃燒設備如電站鍋爐的硫氧化合物的排放等往往不能達到環保要求。電站鍋爐廣泛采用的高效脫硫裝置是石灰石/石膏濕法煙氣脫硫技術(WFGD)，該方法脫硫效率高，運行穩定，但這種脫硫方法存在吸收塔的結垢堵塞，脫硫副產物的回收系統工藝復雜，投資高，脫硫石膏品質低，大部分脫硫產物為拋棄處理，容易造成二次污染的缺點。
     氮氧化物的控制技術主要有兩類：爐內燃燒脫硝和煙氣脫硝。前者主要有低NOx燃燒器技術，OFA(Over fire air)技術，低氧燃燒技術，再燃燒技術等通過燃燒過程調整來控制NOx的排放，可以將NOx控制在中等排放水平，一般脫硝效率在30～50%左右。但這些脫硝技術容易造成燃燒穩定性下降，燃燒器區域容易形成局部還原性氣氛，造成灰熔點下降，引起水冷壁的粘污結渣現象，影響鍋爐的正常安全運行。同時隨著環保要求的進一步提高，很難實現更高效的NOx排放控制。對于后一種脫硝技術，歐美日本等發達國家廣泛采用選擇性催化還原技術(SCR)。SCR技術脫硝效率高，運行穩定，存在的問題是，催化劑的失活、還原性物質(如氨水等)泄露造成的二次污染，高灰布置情況下煙氣中較高的粉塵顆粒容易引起催化劑的磨損、堵塞等問題、運行和投資費用非常昂貴。我國環保工作起步較晚，若采用發達國家逐項治理的思路，采用濕法煙氣脫硫WFGD裝置脫硫，選擇性催化SCR脫硝的方法勢必增加投資、運行費用，而一些老機組甚至存在布置困難等問題，因此需要開發低成本、高效率的同時脫硫脫硝并且可以實現產物資源化利用的技術。
     目前在研究的煙氣同時脫硫脫硝技術有爐內干法同時脫硫脫硝技術，電催化同時脫硫脫硝技術等。其中電催化同時脫硫脫硝技術脫除效率高，運行成本低，正在成為人們研究的熱點。目前的電催化技術包括電子束技術，脈沖放電等離子體技術，水蒸氣氨氣電暈放電活化等技術。主要利用高能電子和煙氣中的中性分子(N2，O2，H2O等)碰撞，產生一些活性自由基(O，OH，O3，HO2等)，這些自由基與煙氣中的SO2和NOx分子反應生成SO3，高價態氮氧化物，硝酸，硫酸等，在NH3存在的條件下生成硫酸銨、硝酸銨等副產品。優點是干法脫除，不產生廢水廢渣，能同時脫硫脫硝，副產物可以資源化利用。但由于自由基存活時間非常短，需要將自由基的產生與煙氣反應器合二為一，針對整個煙道進行放電，而鍋爐煙氣中含有大量的N2、CO2、H2O、粉塵等物質，放電條件惡劣，同時N2、CO2消耗大量的輸入能量，造成能量利用率低，整體運行費用昂貴，另外脫硫脫硝產物為硫氮的混雜物，不易分離，價值較低。
     臭氧脫硝技術是向煙氣中噴入臭氧進行氣相氧化后進行濕法洗滌是一項近年來比較熱門的同時脫硫脫硝技術。原理：第一步，用臭氧O3將煙氣中原有的不溶于水的NO氧化為溶于水的NO2、N2O3或者更高價態的氮氧化物；第二步，反應后的煙氣經過濕法洗滌塔，利用反應后污染物的水溶性，將其固定到洗滌塔內的漿液中，從而實現污染物的脫除；第三步，煙氣中的SO2和氧化后的NOx分別以易溶于水的NO3-和微溶物質CaSO4的形式存在于漿液中，經過壓濾后固液分離，相應的硫氮元素則以石膏和硝酸鈣溶液的形式進行分離，硝酸鹽溶液經過蒸發結晶得到純度較高的硝酸鈣固體。污染物高效控制的同時實現煙氣中污染物的資源化回收。
     SCR和SNCR約占60%煙氣脫硝市場，但該技術也有其巨大的局限性，由于化學反應需要在高溫下進行，而對于中小型鍋爐以及工業鍋爐來說，排煙溫度遠不能達到化學反應所需要的高溫，因此低溫煙氣脫硝技術就成為市場的必須。
     傳統工藝還存在設備投資高、占地面積大、系統復雜等缺點。因此開發工藝簡單、可靠的脫硫脫硝工藝具有重要意義。
     臭氧的氧化能力極強，臭氧的氧化還原電位僅次于氟，比過氧化氫、高錳酸鉀等都高。此外，臭氧的反應產物是氧氣，所以它是一種高效清潔的強氧化劑。
     臭氧氧化脫硝技術的應用，充分的解決了很多鍋爐不能在傳統工藝上解決的難題，臭氧氧化脫硝技術不對鍋爐及其附屬設施進行改造。臭氧脫硝技術在除塵設備風機后和脫硫塔之間投加，臭氧脫硝運行成本只有臭氧設備的本身的功耗和制取臭氧的氧氣。在低溫下進行氧化吸收等脫硝過程，有利于鍋爐的能源回收利用，降低工程施工難度。利用國內現有較為成熟的濕法脫硫工藝并加以改進，使脫硫脫硝同時進行。

     百悅康公司專注于中小工業鍋爐的臭氧氧化脫硝工藝，如有需要，敬請聯系并告知工況，我司將提供完整技術方案供參考討論。包括5-50kg/h臭氧發生器、富氧源系統、冷卻水系統、臭氧布氣反應器、臭氧檢測控制系統等。
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