NaClO氧化法脱硝及与NaOH同时脱硫脱硝技术研究

文_张杰 邓云波 北京中航天业科技有限公司

当前，工业烟气的脱硝、脱硫治理一般分开进行，脱硝工艺以SNCR（选择性非催化还原）和SCR（选择性催化还原）为主，这两种工艺需要特定的反应温度窗口。脱硫工艺以用碱性物质作为吸收剂的湿法为主，对SO2的脱除效率较高，但对NOX的脱除效率很低。随着排放标准逐渐提高，工业窑炉、焦炉及一些小型供热锅炉也开始对烟气排放进行提标治理，但这类污染源排放的烟气温度一般较低，很难找到适合SNCR和SCR工艺的温度窗口，如采用升温、换热等方式改造出相应温度窗口则投资和运行费用较高。湿式氧化法脱硝是一种结构简单，操作温度低的处理工艺，对于一些特殊行业的烟气治理有其适用性，有着广阔应用前景。

1 试验目的

研究NaClO溶液对NO的氧化效果及去除率：通过控制单一变量，分别研究入口NO浓度、pH值等因素对使用NaClO脱硝的影响，分别测定NO去除率。

研究NaClO氧化法的较佳液气比区间。

进行NaClO/NaOH同时脱硫脱硝试验，使用NaClO溶液作为氧化剂，NaOH溶液作为脱硫剂，试验在同一套装置内实现对烟气中SO2、NO的同时进行脱除的效果，探索脱硫脱硝一体化的影响因素。在维持装置入口烟气量不变的情况下，分别调节烟气入口SO2和NO的浓度、氧化剂及钠碱溶液的循环量，研究液气比对脱硫脱硝效率的影响。

2 试验装置

试验装置采用有机玻璃材质，为圆筒塔式结构，喷淋塔直径300mm，高1200mm，进气口位于装置下部，模拟烟气从装置下部进气口进入，逆流向上与喷淋层喷出的喷淋液接触反应喷淋层采用两层结构，喷淋管为316L材质不锈钢管，喷淋管的末端装有316L螺旋锥喷嘴，出气口位于装置顶部，在进、出气口分别设有检测孔，用于检测进、出口污染物浓度。共制作三个相同尺寸的喷淋塔，可以单个运行，也可以三个串联使用。

3 实验数据及分析

控制NO浓度为200mg/m3，温度为25℃，模拟烟气的流量为500m3/h，循环泵流量4m3/h，计算液气比为8L/m3。

调整NaClO溶液的质量浓度（调整范围1～10g/L，梯度区间为1g/L），测定出口NO的脱除效率。

由图1可知，NO的去除率随NaClO溶液质量浓度的增加呈现明显的上升趋势。当NaClO溶液质量浓度增至6g/L时去除率达到65%；但当NaClO溶液质量浓度超过6g/L时NO去除率增长缓慢。根据浙江大学肖玲等的研究结论，增加溶液中有效氯(HClO)的浓度，更易将NO氧化为其它溶解度更高的氮氧化物，从而减小了液相的传质分阻力，达到提高脱硝效率的目的。但当NaClO超过一定浓度时，NO去除率增长缓慢，原因是NO的溶解度极低，此时浓度控制因素所起作用逐渐降低，NO液相传质成为了反应发生的主要阻力，故继续提高NaClO的质量浓度对NO去除率的提升作用并不明显。

图1 NaClO 的质量浓度对NO去除率的影响

保持其他条件不变，控制NO浓度为200mg/m3，温度为25℃，模拟烟气流量为500m3/h，循环泵流量为4m3/h，计算液气比为8L/m3。根据试验结果，选择NaClO质量浓度为6g/L，用稀硫酸调节NaClO溶液的pH（调整范围4～7，梯度区间为0.5），测定NO的去除率。试验最佳出pH条件。

随着溶液pH 值的升高，NO的去除率总体呈下降趋势。这与NaClO溶液的氧化性受溶液酸碱性环境影响的理论是相符合的，pH值越低，NaClO溶液的氧化性越强，NO的去除效果越好。

控制NaClO溶液质量浓度为6g/L，调节pH在5左右，模拟烟气流量为500m3/h，循环泵流量2m3/h，计算液气比为4L/m3，调节进口NO的浓度，测定各浓度下NO的去除率。

调节装置进口NO的浓度范围为100～600mg/m3，梯度区间为50mg/m3，测定各进口浓度下NaClO溶液对NO的去除率。

当进口NO浓度逐渐增大时，脱硝效率逐渐增高，这可能是因为当NO浓度在较低范围内时，吸收过程由动力学控制，提高NO浓度，能一定程度上提高气液传质的推动力。但去除率增高不是很明显，去除率增高，出口NO浓度也随之增高。

保持其他条件不变，控制NO浓度为200mg/m3，温度为25℃，模拟烟气流量为500m3/h，NaClO质量浓度为6g/L，调节pH在5左右，调节循环泵的流量，控制液气比，选择出较为合适的液气比。

采用三个塔，将三个塔都用于与烟气中NO反应，从而使液气比可分别控制为4、6和8L/m3。

增加液气比会一定程度上提高NO的去除率，增加液气比即增加循环液的持液量，会增加参与反应的有效成分，NO的去除率会相应提高。

将进口NO浓度控制在200mg/m3，SO2浓度控制在500mg/m3，控制NaClO溶液质量浓度为6g/L，调节pH在5左右，控制NaOH溶液浓度为5g/L，模拟烟气流量为500m3/h，循环泵流量2m3/h，液气比为4L/m3，分别进行以下试验：①采用两个塔，第一个塔的循环槽加入NaOH溶液，第二个塔的循环槽加入NaClO溶液，先脱硫后脱硝，在最末端排口分别测定SO2和NO的去除率；②采用两个塔，第一个塔的循环槽加入NaClO溶液，第二个塔的循环池加入NaOH溶液，先脱硝后脱硫，在最末端排口分别测定SO2和NO的去除率；③采用一个塔，在同一个塔的循环槽中同时加入NaClO和NaOH溶液进行同时脱硫脱硝试验，在最末端排口分别测定SO2和NO的去除率；各测了3组数据，其结果分别如图2所示。

图2 同时脱硫脱硝试验结果

图2的结果表明：先脱硝相对于先脱硫对SO2的去除率有一定的提高（从平均91.8%提高到平均94.3%），先脱硝时第一个塔中的NaClO循环液会将烟气中的SO2氧化为SO3从而促进SO2的去除。先脱硝和先脱硫对NOX的去除率基本无影响，这是因为NO几乎不与碱液反应。

试验结果还表明：采用NaClO和NaOH试验同时脱硫脱硝，NO去除率和SO2去除率均有一定程度提高，SO2去除率达到接近95%，NO去除率平均提高了接近4%（平均值由先脱硫后脱硝的62.6%提高到同时脱硫脱硝的66.5%）。

4 结论

在一定范围内，提高NaClO的质量浓度、增加进口气体NO的浓度、增加液气比均可以一定程度上提高NO的去除率。建议工程应用中NaClO溶液浓度控制在6g/L左右，液气比控制在6～8之间。继续提高氧化液质量浓度和液气比，NO去除效率略有提高，但不经济。

pH值是影响NO去除率的重要因素，pH值较低的条件下有利于提高NaClO的氧化性，从而提高NO去除率，考虑到与脱硫的最佳pH值相一致，工程中建议pH值控制在4～6之间为宜。

进行了先脱硫后脱硝、先脱硝后脱硫及同时脱硫脱硝的试验对比研究，试验了三种情况下的脱硫脱硝效果，结果表明：NaClO/NaOH可作为协同药剂同时去除烟气中的SO2和NO并可同时达到接近70%的NO去除率和接近95%的SO2去除率。

根据实验结果，本装置适用于中低浓度同时脱硫脱硝应用，对高浓度的NO和SO2烟气的处理效果尚待研究。