臭氧氧化结合化学吸收同时脱硫脱硝的研究

井泉源

（大唐环境产业集团股份有限公司，江苏 南京210000）

在环保政策日趋严格的社会背景下，如何促进工业锅炉污染物治理效率，逐渐成为环保治理的重要内容之一。从现阶段我国工业锅炉运行实际情况来看，由于锅炉运行负荷相对较大，同时炉内工况较为复杂，因此在一定程度上增加了氮氧化物治理工作的开展难度。除此之外，部分工业锅炉设计过程中没有预留相应的改造空间，如果可以在一种设备中实现硫硝一体化脱除，有利于促进脱硫脱硝经济性的进一步提升。臭氧作为自由基，其本身具备高效氧化多种污染物的作用价值，从而被作为高效清洁的强氧化剂，广泛应用于环保工作中。基于此，本文针对臭氧氧化结合化学吸收同时脱硫脱硝这一新型工艺，展开以下研究。

1 臭氧氧化结合化学吸收同时脱硫脱硝工艺流程与原理分析

1.1 技术概述

臭氧氧化结合化学吸收同时脱硫脱硝工艺的应用，主要是借助臭氧本身具有的超强氧化性特征，将其对烟道内烟气实施持续臭氧喷神这一方式，促使烟道内烟气中的一氧化氮转化为高价态的氮氧化物，如：二氧化氮、三氧化氮以及五氧化二氮等等。这一技术的应用，不仅可以有效促进氮氧化物在碱液中溶解性的进一步提升，同时结合WFGD 技术对其和二氧化硫实施吸收，还可以实现脱硫脱硝任务同时实现的目的[1]。

与此同时，出于对臭氧可以将氮氧化物氧化到高价态（NOx）这一技术优势的分析，国外BOC 和Cannon 公司基于这一技术，进一步研发出了低温氧化脱硝工艺(Lo-TOx)，而(Lo-TOx)工艺被美国环保署评为最佳可用控制技术类型，证实了臭氧氧化结合化学吸收同时脱硫脱硝工艺本身的作用价值。

1.2 臭氧氧化一氧化氮的原理

一氧化氮的氧化过程，是臭氧氧化结合化学吸收同时脱硫脱硝目标实现的关键。相关研究学者提出，借助DNS 数值模拟方法，合理构建65 步臭氧氧化一氧化氮的详细化学反应机理，同时对其展开相应的敏感度分析，在此基础上确定一氧化氮的主要氧化过程。将这一研究结果与机理试验结果实施对比，最终结果进一步证实了一氧化氮的氧化过程为逐级反应[2]。氧化反应机制描述如下：

1.3 工艺流程

臭氧氧化结合化学吸收同时脱硫脱硝工艺，主要依靠现有的WFGD 装置，在该装置的辅助下，通过额外增加相应装置系统的方式，促使一塔内脱硫脱硝任务同时进行目标的实现。具体描述如下：a.经过除尘处理后的烟气，在进入到洗涤塔前需要与臭氧发生系统制备的臭氧进行充分的混合与反应，使其可以在反应器被将一氧化氮逐渐氧化为高价态的氮氧化物。b.在经由臭氧氧化处理后，烟气会被送至洗涤塔，遵循自下而上严格，与自上而下的碱液实现逆流气液传质接触，这一过程的目的主要在于实现对烟气中二氧化硫与氮氧化物的脱除。c.借助除雾器对其实施除雾脱水处理，检测结果达到标准后，将其通过烟囱排放。

针对脱硫脱硝过程中生成的硝酸盐和硫酸盐，需要将其引入塔底循环罐，在浓度未达到石膏浆液排放浓度时，浆液经由循环泵继续喷淋脱硫脱硝。储液罐内达到排放浓度要求时，脱硫脱硝后的浆液有控制地输送至产物后处理系统。

2 臭氧氧化结合化学吸收同时脱硫脱硝影响因素及其工艺优势

2.1 影响因素

综合分析来看，影响臭氧氧化结合化学吸收同时脱硫脱硝工艺应用效果的因素，具体可以总结为以下几点：

2.1.1 臭氧与一氧化氮的摩尔比。臭氧与一氧化氮两者之间的摩尔数比值，与臭氧量相对于一氧化氮量的高低有着直接的关系。相关研究结果提示，臭氧氧化结合化学吸收同时脱硫脱硝工艺应用过程中，脱硝的效率会受到臭氧与一氧化氮摩尔比的影响。当臭氧与一氧化氮摩尔比增加时，最终的脱硝效率会随之大幅度强化。而臭氧与一氧化氮摩尔比数值为1 时，最终的氮氧化物脱除效率一般。为了进一步提升氮氧化物的脱除效率，臭氧与一氧化氮摩尔比一般控制在1 以上。

2.1.2 反应温度。臭氧氧化结合化学吸收同时脱硫脱硝的效率，与臭氧的生存周期以及脱硝效率之间有着直接的联系。一般情况下，反应温度越高，臭氧的分解速度越快，最终的脱硝效率越低。相关研究结果显示，当反应温度处于100～200 摄氏度时，此时的臭氧分解速度将明显低于一氧化氮的反应速度，整体对于一氧化氮的脱除影响大不。但是如果反应温度超过200摄氏度时，此时的臭氧分解速度得到明显的提升，进而会大幅降低一氧化氮的脱除效率[3]。

2.1.3 吸收液。在全面应用臭氧氧化结合化学吸收同时脱硫脱硝工艺过程中，所选择的吸收液不同，最终的脱除效果也会存在较大的差异。从现阶段工艺使用情况来看，常用的碱液吸收 物 质 主 要 以KOH、NaOH、Ca (OH)2、Na2CO3、NaHCO3以 及MgCO3等几种类型。而常用的湿法烟气脱硫技术中，大多以石灰/石灰石- 石膏法、双碱法、氧化镁法、海水脱硫法等为主。为了满足处理项目的经济性要求，在保证吸收效率的基础上，石灰/石灰石及氨水等被认为是最具应用前景的吸收剂。

2.2 工艺优势

臭氧氧化结合化学吸收同时脱硫脱硝工艺的应用优势表现在多个方面，具体总结如下：

2.2.1 该工艺的全面应用，有利于促进脱硫脱硝效率的有效提升。相关研究结果表明，应用臭氧氧化结合化学吸收同时脱硫脱硝工艺，在WFGD 装置的辅助下，对于烟气内氧化态的二价汞Hg(2+)可以进行有效的脱除，并且这一脱除效率最高可达90%左右[4]。与此同时在，臭氧氧化结合化学吸收同时脱硫脱硝工艺，还可以在提升WFGD 脱硫浆液和烟气体积比的基础上，有效强化传质强度以及促使气液充分混合，进而为二价氧化汞的脱除效果提供有力保证。

2.2.2 工艺流程简便，对于臭氧量可以实现自由调节。装置反应过程中，由于臭氧主要是通过管道输送喷入，所以支持多种灵活的配置方式。综合考虑目标污染物类型以及烟气排放标准，可以对臭氧量进行合理的调整，从而更好的满足脱硫脱硝要求。同时，该工艺适用于烟气温度小于200 摄氏度的低温烟气脱硝，工业锅炉排放烟气温度较低(100～180 摄氏度)，因此便于实现。

2.2.3 绿色环保优势。经由该技术处理的烟气，待确认达到烟气排放标准后方可排放。并且，整个反应过程基本不会产生其他污染物，因此具有突出的绿色环保优势，与国情相符。

2.2.4 对于锅炉设备影响较小。配套装置基本以外置设备为主，往往只需要在烟道内安装臭氧喷射格栅便可以实现，所以不会对设备产生严重的影响[5]。

结束语

综上所述，臭氧氧化结合化学吸收同时脱硫脱硝这一工艺的应用，可以有效促使脱硫脱硝效率的提升，同时在供应流程便捷性以及应用成本投入小等方面，其作用优势同样突出。但是在具体的供应应用过程中，由于该工艺的应用效果会受到臭氧与一氧化氮摩尔比、反应温度以及吸收液类型等因素的影响，所以为了最大程度上确保脱硫脱硝效率，应该对上述因素进行严格的控制。