烟气臭氧脱硝应用研究

2016-12-15康勇阮磊济南西客站热源厂山东济南250018

化工管理 2016年31期

康勇阮磊(济南西客站热源厂, 山东济南 250018)

烟气臭氧脱硝应用研究

康勇阮磊(济南西客站热源厂, 山东济南 250018)

脱硝就是将燃煤锅炉烟气中的NOx脱除。由于烟气中的氮氧化物主要组成是NO(占95%)，NO难溶于水，而高价态的NO2、N2O5等可溶于水生成HNO2和HNO3，溶解能力大大提高，很容易通过碱液喷淋等手段将其从烟气中脱出。所以将低价态的NO氧化为高价态的NO2、N2O5的氧化脱硝工艺，就显得极为重要。在众多氧化剂中，臭氧是最环保清洁的强氧化剂，在高效转化NO至高价态的过程中不遗留任何二次污染物，这也是众多电力企业青睐这一工艺的重要原因。

烟气;臭氧;脱硝

1 臭氧脱硝原理

臭氧具有强氧化性，完全有能力将烟气恶劣环境中的NO氧化成高价态，提高烟气中氮氧化物的水溶性，从而通过湿法洗脱。其中主要包括以下反应：

利用臭氧将NO氧化为高价态的氮氧化物后，需要进一步地吸收。常见的吸收液有Ca(OH)2、NaOH 等碱液。不同的吸收剂产生的脱除效果会有一定的差异。例如有人在利用水吸收尾气时，NO的脱除效率可达到86.27%，这是利用气体在水中的溶解度进行吸收，也有试验利用吸收液将高价氮氧化物还原成为N2后直接排入大气中。采用臭氧脱硝技术可得到较高的NOX脱除率，典型的脱除范围为70%～90%，甚至可达到95%，并且可在不同的NOX浓度和NO、NO2的比例下保持高效率；经氧化后生成的N2O5通过洗涤器很容易与烟气中水分发生反应生成HNO3，然后再同洗涤剂生成盐类，最后通过洗涤清理排出系统外。我厂在脱硝反应装置后新上湿法脱硫系统，用石灰浆液对烟气进行洗涤。具体的化学反应如下：

对于臭氧脱硝系统来说，臭氧易于分解无法储存，需现场制取现场使用(特殊的情况下可进行短时间的储存)，所以凡是能用到臭氧的场所均需使用臭氧发生器。臭氧发生器是用于制取臭氧气体(O3)的装置。它的原理就是利用高压电离，使空气中的部分氧气分解聚合为臭氧，是氧的同素异形转变过程。臭氧的不稳定性使其很难实现瓶装贮存，一般只能利用臭氧发生器现场生产，随产随用。

2 发生器与放电管

臭氧系统的核心技术和设备是发生器中的放电管，直接影响设备的运行效率和可靠性。臭氧发生器采用微间隙介质阻挡放电设计，不仅大大提高了运行的效率，而且增加了系统连续运行的安全可靠性。设备的技术参数已经达到国际先进水平。

由于采用微间隙放电技术，使系统运行电压降低为6-8 kV，远低于玻璃管绝缘介质的耐压水平，有效地避免了介质击穿短路故障的发生，提高了运行可靠性。臭氧发生器放电单元所采用的模块化设计方法，使设备的安装，检修和维护工作更加容易。在保证进气气源质量的条件下，臭氧发生器放电单元连续运行的免维护时间可以长达5年。

3 高频高压电源

与传统的臭氧中频(＜1kHz) 电源不同，高频高压臭氧系统采用3-10kHz的高频电源技术，结合微放电间隙设计可以有效提高臭氧生成的效率，减小发生器的体积和占地空间，从而减少土建设计及投资费用。逆变电源系统采用成熟的高频电源技术，现场长期运行证明可以保证系统长期运行的稳定性。高频输出经升压系统后产生正弦波高电压，经电缆与发生器相连，在高频高压的作用下，放电间隙产生冷态等离子体放电生成臭氧。

4 变压吸附制氧机

在众多的制氧工艺中，变压吸附制氧工艺由于能耗高、产氧纯度高、操作简便等优点脱颖而出。

变压吸附真空解吸制氧机(简称VPSA制氧机)，即穿透大气压的条件下，利用VPSA专用分子筛选择性吸附空气中的氮气、二氧化碳和水等杂质，在抽真空的条件下对分子筛进行解吸，从而循环制得纯度较高的氧气(90%～94%)。VPSA能耗较低,设备越大其能耗越低。

变压吸附制氧机主要由鼓风机、真空泵、切换阀、吸附器和氧气平衡罐组成。原料空气经吸入口过滤器除掉灰尘颗粒后,被罗茨鼓风机增压后而进入其中一只吸附器内。吸附器内装填吸附剂,其中水分、二氧化碳、及少量其它气体组分在吸附器入口处被装填于底部的活性氧化铝所吸附,随后氮气被装填于活性氧化铝上部的沸石分子筛所吸附。而氧气(包括氩气)为非吸附组分从吸附器顶部出口处作为产品气排至氧气平衡罐。

当该吸附器吸附到一定程度,其中的吸附剂将达到饱和状态,此时通过切换阀利用真空泵对之进行抽真空(与吸附方向相反),真空度为0.65～0.75barg。已吸附的水分、二氧化碳、氮气及少量其它气体组分被抽出并排至大气,吸附剂得到再生。变压吸附制氧机的每个吸附器都交替执行吸附-解吸-冲压等步骤。上述三个基本的工艺步骤都可由PLC和切换阀系统来实现自动控制。