臭氧脱硝的原理及技术优势

2019-08-28陆方荣薛永明胡宏兴

节能与环保 2019年7期

文_陆方荣薛永明胡宏兴

1.苏州市江远热电有限责任公司；2. 浙江北高峰环境工程有限公司

1 臭氧脱硝工艺介绍

自2000年初，在岑可法院士的带领下，王智化教授团队首次提出了臭氧多种污染物一体化脱除新思路，臭氧是一类强氧化性物质，它可以将烟气NOx中的不溶性NO氧化成可溶于水的NO2、N2O5等高价氮氧化物，将零价汞氧化成可溶性二价汞(Hg2+)，结合湿法吸收塔与SO2、HCl、HF等可溶性酸性气体一同去除，表1为各价态污染物在水中的溶解度。

表1 NOx/Hg/SOx各价态物质在水中的溶解度（100g水中溶解溶质克数）

臭氧氧化多种污染物同时脱除基本原理如图1所示。可溶性污染物经湿法吸收塔吸收后生成的亚硝酸盐、硝酸盐、硫酸盐产物经提纯浓缩结晶后，可做为工业原料出售，而溶液中Hg2+经Na2S处理生成稳定的HgS沉淀，从而避免吸收溶液中汞的二次污染。

整个臭氧氧化脱硝工程包括VPSA制氧系统（或液氧贮存系统）、臭氧发生系统、臭氧喷射、吸收系统、废液沉淀处理系统以及电气及控制系统组成（控制系统可并入到脱硫系统中），流程示意图如图2所示。

臭氧发生及烟道混合反应系统是整个工程最为关键的部分。臭氧发生系统利用介质阻挡放电法将高纯度氧气等离子体化继而生成臭氧，在专有臭氧喷嘴喷射下喷入特殊设计的烟道反应系统，与烟气进行迅速混合，实现NOx等污染物的充分、快速氧化，满足NOx等污染物在较高浓度下的脱除效率。

充分氧化后的烟气进入脱硫塔进行净化吸收，二氧化硫与氮氧化物同时吸收后生成硫酸盐、亚硫酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐等物质。

石膏浆液经脱水处理制成石膏后，进入亚硝酸盐/硝酸盐分离系统。对于亚硝酸盐，可加入熟石灰与亚硝酸钙反应生成沉淀，进行分离。系统由反应器、分离器及熟石灰粉仓等组成。复盐沉淀作为混凝土防冻、防腐添加剂出售。硝酸盐可通过蒸发结晶系统进行提纯，之后进行资源化利用。

臭氧深度一体化超低排放工艺与燃烧过程无关，适用于燃煤锅炉烟气、其他燃料烟气、垃圾焚烧烟气、水泥窑炉、玻璃窑炉、烧结机等各种烟气。区别于传统氨基脱硝，它对烧及设备运行过程无任何影响，不会引起类似氨泄漏的二次污染，仅针对低温烟气进行处理，实现NO和Hg、二噁英等多种污染物的氧化吸收，真正实现多种污染物协同脱除，做到“一塔多脱”。臭氧与污染物的气相反应为均相反应，反应迅速，而且与固体颗粒物的反应不敏感，最高可达到95%以上的脱硝率，满足现在国家超低排放治理的要求。同时，调节灵活性大，可根据烟气中各污染物的浓度进行配比调节，减少不必要的消耗。

臭氧深度一体化超低排放工艺对现有锅炉改造部分较少，仅需在尾部烟道进行臭氧反应器的布置，其辅件的安装均为额外配备装置，对锅炉的运行几乎没有影响。改造停炉周期短。该工艺可与大部分燃煤电厂采用的湿法脱硫WFGD系统结合进行氧化产物的吸收。副产物亚硝酸盐、硝酸盐产物是一种潜在的资源，可实现硫氮的资源化综合利用，获得一定收益。

2 臭氧脱硝工艺的技术优势（见表2）

表2 常用后端脱硝技术对比

相对于传统的SCR、SNCR脱硝工艺，臭氧脱硝在污染物控制方面有其优越性，以下为几个重要的技术优势。

（1）臭氧脱硝与燃烧过程无关，可以是燃煤烟气、垃圾焚烧烟气、工业窑炉、烧结机等各种烟气，对于不具备SCR、SNCR氨法脱硝条件的烟气同样有良好的适应性，只要有＜200℃以下的烟气条件和一定的停留时间。

（2）臭氧脱硝与湿法脱硫系统结合，实现多种污染物协同脱除，做到“一塔多脱”。

（3）臭氧脱硝的氧化有选择性，可根据烟气中各污染物的浓度进行配比调节，减少不必要的消耗。

（4）臭氧脱硫脱硝技术脱除效率高，可以达到90%以上的脱硫脱硝效率，同时，臭氧分解产物是氧气，不会引起类似氨泄漏的二次污染。

（5）改造部分较少，仅需在尾部烟道进行臭氧喷嘴的布置。其辅件的安装均为额外配备装置，对主机系统的运行几乎没有影响。

2014起，浙江北高峰环境工程有限公司（以下称北高峰公司）与浙江大学热能工程研究所合作，采用活性分子多脱技术（暨臭氧脱硝技术）已在富阳中策清泉有限公司炭黑炉、杭州萧山经济技术开发区100t/h+150t/h流化床锅炉、恒盛能源集团有限公司4×75t/h流化床锅炉、浙江龙德环保热电有限公司1#~5#流化床锅炉、光大生物能源（如皋）有限公司130t/h生物质锅炉、洮南市热电有限责任公司3#、4#燃煤锅炉等多个烟气治理项目中取得成功应用，为我国燃煤锅炉的烟气超低排放提供了新的技术方案。