燃煤工業(yè)鍋爐煙氣脫硝改造技術(shù)探討

陳熹

【摘 要】根據(jù)目前我國(guó)工業(yè)鍋爐煙氣排放的特點(diǎn)，研究出的新型的適用于工業(yè)鍋爐的煙氣脫硫脫硝工藝，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)鍋爐的脫硫脫硝中。論文主要是就工業(yè)鍋爐臭氧氧化與化學(xué)吸收相結(jié)合的脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)行研究和分析。

【Abstract】According to the characteristics of China's industrial boiler flue gas emissions， a new type of flue gas desulfurization and denitrification process suitable for industrial boiler has been developed. It has been widely used in desulfurization and denitrification of industrial boilers. In this paper， the desulfurization and denitrification technologies combined with ozone oxidation and chemical absorption are studied and analyzed.

【關(guān)鍵詞】燃煤工業(yè)鍋爐；脫硝改造；臭氧氧化；脫硫脫硝

【Keywords】coal fired industrial boiler； denitration modification； ozone oxidation； desulfurization and denitrification

【中圖分類號(hào)】TK229.6 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）06-0150-02

1 引言

在我國(guó)，燃煤工業(yè)鍋爐廣泛運(yùn)用于各種工業(yè)生產(chǎn)之中，其數(shù)量較多，分布較廣。每年我國(guó)的燃煤工業(yè)鍋爐消耗標(biāo)煤約四億噸，約占全國(guó)煤炭消耗總量的四分之一左右，產(chǎn)生了大量的煙塵、二氧化硫及氮氧化物。隨著環(huán)境保護(hù)重視程度的不斷提高，燃煤工業(yè)鍋爐的尾氣污染治理問題已經(jīng)成為了環(huán)保問題治理的重要內(nèi)容。目前大部分的燃煤工業(yè)鍋爐已經(jīng)配備了除塵脫硫設(shè)備，但未安裝相應(yīng)的脫硝裝置，需要進(jìn)行脫硝改造。如何在保證脫硝效果的基礎(chǔ)上，降低投資和設(shè)備運(yùn)行的成本，是目前必須予以充分考慮的問題。

2 燃煤工業(yè)鍋爐脫硝技術(shù)的選擇

我國(guó)燃煤工業(yè)鍋爐在運(yùn)行過程中受生產(chǎn)供氣需求的影響，負(fù)荷變化較大，產(chǎn)生的氮氧化物濃度波動(dòng)較大，并且燃煤工業(yè)鍋爐的爐膛工況較為復(fù)雜。大部分燃煤工業(yè)鍋爐的現(xiàn)有場(chǎng)地在設(shè)計(jì)時(shí)未考慮脫硝改造的需求，也給脫硝改造帶來了巨大難度?；痣姀S電站鍋爐上應(yīng)用較多的SCR及SNCR脫硝技術(shù)，適合運(yùn)行平穩(wěn)的大型鍋爐脫硝處理，不適合直接應(yīng)用在燃煤工業(yè)鍋爐的尾氣脫硝處理上。采用氧化吸收法結(jié)合濕法脫硫脫硝技術(shù)，不僅能夠解決鍋爐負(fù)荷變化較大帶來的煙氣處理難度，還具有同一設(shè)備實(shí)現(xiàn)高效率的脫硫脫硝的優(yōu)勢(shì)，值得進(jìn)行探討研究。

氧化吸收法，即利用強(qiáng)氧化劑將煙氣中的氮氧化物氧化成NO2及N2O5等高價(jià)態(tài)氮氧化物后，再利用吸收液將氮氧化物及二氧化硫同時(shí)去除。

目前常用的脫硝氧化劑有亞氯酸鈉、過氧化氫和臭氧等。[1]

亞氯酸鈉氧化法是通過亞氯酸鈉作為氧化劑，將尾氣中的NO氧化為硝酸，SO2氧化為硫酸，達(dá)到脫硫脫硝的目的。但H.K.Lee等通過研究發(fā)現(xiàn)，僅當(dāng)尾氣中的SOX被亞氯酸鈉完全去除后，NOX才會(huì)被除去。[2]由此可見尾氣中的SOX會(huì)影響脫硝反應(yīng)，導(dǎo)致脫硝效率不高。而且亞氯酸鈉價(jià)格較高，反應(yīng)產(chǎn)物復(fù)雜，容易導(dǎo)致二次污染，對(duì)設(shè)備腐蝕性較大。

過氧化氫氧化法是利用過氧化氫直接將NO氧化成可溶性的NO2，再通過洗滌方式與SO2一同被去除。但過氧化氫是一種弱酸，在酸性環(huán)境下較穩(wěn)定，影響了NO的氧化反應(yīng)。同時(shí)，過氧化氫在高溫下分解加速，導(dǎo)致氧化劑利用率低，影響了脫硝效率。

臭氧氧化法的原理是利用臭氧自身的強(qiáng)氧化性，很容易地將氣體NO氧化為溶解度較高的高價(jià)態(tài)氮氧化物，比如NO2、NO3、N2O5等，然后通入吸收塔內(nèi)，將SO2和氧化生成的NOX一并吸收去除，達(dá)到同時(shí)脫硫脫硝的目的。臭氧脫硝的氧化化過程非常迅速，無危害環(huán)境的副產(chǎn)物生成，殘留的臭氧很容易分解為環(huán)境友好的O2。

3 臭氧氧化脫硝的機(jī)理

臭氧氧化脫硝技術(shù)的關(guān)鍵因素就是NO的氧化過程。NO的氧化是逐步完成的，煙氣中的NO必須先氧化生成NO2后，如果O3過量才會(huì)生成NO3和少量的N2O5。反應(yīng)機(jī)制如下：

O3+NO=NO2+O2（1）

O3+NO2=O2+NO3（2）

NO2+NO3=N2O5（3）

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，O3與NO之間發(fā)生的氧化速度要高于O3與SO2的氧化反應(yīng)速度。因此，SO2不會(huì)對(duì)O3與NO之間所產(chǎn)的氧化過程產(chǎn)生影響。

4 燃煤工業(yè)鍋爐脫硝改造工藝流程

目前大部分現(xiàn)有燃煤工業(yè)鍋爐已經(jīng)配備了多管除塵器、布袋除塵器或水膜除塵器，并配備了脫硫吸收塔。因此必須盡量利用現(xiàn)有的除塵脫硫裝置的基礎(chǔ)上增加脫硝裝置，并利用原有的吸收塔同時(shí)進(jìn)行脫硫與脫硝。改造后的工藝流程是：經(jīng)過除塵后的煙氣通過引風(fēng)機(jī)后、在進(jìn)入吸收塔之前，將會(huì)與臭氧在臭氧反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行充分的氧化反應(yīng)，從而將NO氧化為高價(jià)態(tài)氮氧化合物后，再輸送至吸收塔內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，從而達(dá)到脫除煙氣中SO2和NOX的目的，最后經(jīng)過除霧器脫水后，煙氣輸送至煙囪排放。在整個(gè)煙氣脫硫脫硝的過程中，所產(chǎn)生的硝酸鹽和硫酸鹽將會(huì)進(jìn)入循環(huán)池。

5 臭氧氧化同時(shí)脫硫脫硝的主要影響因素

影響O3氧化同時(shí)脫硫脫硝的主要因素有O3/NO摩爾比、反應(yīng)溫度、吸收液等。

5.1 O3/NO摩爾比

從實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)O3/NO摩爾比≤1時(shí)，NOx的脫除效率相對(duì)較低，約為50%左右。因此，在實(shí)際的脫硝過程中，通常選擇O3/NO摩爾比>1，因?yàn)镹O氧化度過低將會(huì)對(duì)NOx的脫除工作產(chǎn)生不利的影響，反之如果臭氧對(duì)NO氧化度較高，則NOx的脫除效率可達(dá)90%以上。[4] 實(shí)際運(yùn)行時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)臭氧的產(chǎn)生量來達(dá)到預(yù)期的脫硝效率。

5.2 反應(yīng)溫度

除塵器后部、吸收塔前端的煙氣溫度一般在100～150℃左右，該溫度為臭氧脫硝的合適溫度。此時(shí)臭氧的分解率較低、實(shí)際的生存時(shí)間將會(huì)大于NOx的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)時(shí)間，有利于氧化反應(yīng)順利進(jìn)行。

5.3 吸收液及吸收塔

目前燃煤工業(yè)鍋爐的濕法脫硫常用石灰/石灰石—石膏法、雙堿法等。這些脫硫工藝的洗滌吸收液在脫硫的同時(shí)也能吸收NOx。但是，因?yàn)闊煔庵械腘Ox增加了吸收塔的負(fù)荷，原有的吸收塔必須進(jìn)行技改，增加噴淋層層數(shù)或者增加吸收液的循環(huán)水量，才能保證脫硝和脫硫正常運(yùn)行。

6 臭氧脫硝的優(yōu)勢(shì)

①脫硝效率較高，脫硝效率可達(dá)90%以上；

②臭氧脫硝采用在吸收塔之前的煙道內(nèi)安裝O3噴射格柵，對(duì)鍋爐設(shè)備產(chǎn)生的影響較小；

③脫硫脫硝在吸收塔內(nèi)同時(shí)進(jìn)行，節(jié)省了設(shè)備的占地面積，適合現(xiàn)有鍋爐的脫硝改造；

④可以根據(jù)鍋爐的工況變化，通過調(diào)節(jié)臭氧用量，從而將脫硝效率控制在經(jīng)濟(jì)可行的范圍內(nèi)。

7 結(jié)語

臭氧氧化結(jié)合濕法吸收同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)，有效地解決了燃煤工業(yè)鍋爐煙氣脫硝改造存在的問題，在保留傳統(tǒng)濕法脫硫工藝的基礎(chǔ)上促進(jìn)了脫硫脫硝效率的穩(wěn)步提高，降低了投資運(yùn)行的成本。因此，這一技術(shù)的推廣和應(yīng)用對(duì)于促進(jìn)我國(guó)現(xiàn)階段的工業(yè)鍋爐煙氣脫硫脫硝效率的提高，具有積極的促進(jìn)作用。

【參考文獻(xiàn)】

【1】柏源，李忠華，薛建明，等.煙氣同時(shí)脫硫脫硝體化技術(shù)研究[J].電力科技與環(huán)保，2010（03）：56.

【2】韓穎慧. 基于多元復(fù)合活性吸收劑的煙氣CFB同時(shí)脫硫脫硝研究[D].保定：華北電力大學(xué)，2012.

【3】張佳.臭氧氧化法結(jié)合鈉法吸收同時(shí)脫硫脫硝研究[D].上海：華東理工大學(xué)，2014.

【4】趙南.臭氧氧化結(jié)合濕法同時(shí)脫硫脫硝工藝及吸收添加劑研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2015.