臭氧脫硝的原理及技術(shù)優(yōu)勢

文_陸方榮 薛永明 胡宏興

1.蘇州市江遠(yuǎn)熱電有限責(zé)任公司；2. 浙江北高峰環(huán)境工程有限公司

1 臭氧脫硝工藝介紹

自2000年初，在岑可法院士的帶領(lǐng)下，王智化教授團(tuán)隊首次提出了臭氧多種污染物一體化脫除新思路，臭氧是一類強氧化性物質(zhì)，它可以將煙氣NOx中的不溶性NO氧化成可溶于水的NO2、N2O5等高價氮氧化物，將零價汞氧化成可溶性二價汞(Hg2+)，結(jié)合濕法吸收塔與SO2、HCl、HF等可溶性酸性氣體一同去除，表1為各價態(tài)污染物在水中的溶解度。

表1 NOx/Hg/SOx各價態(tài)物質(zhì)在水中的溶解度（100g水中溶解溶質(zhì)克數(shù)）

臭氧氧化多種污染物同時脫除基本原理如圖1所示?？扇苄晕廴疚锝?jīng)濕法吸收塔吸收后生成的亞硝酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽產(chǎn)物經(jīng)提純濃縮結(jié)晶后，可做為工業(yè)原料出售，而溶液中Hg2+經(jīng)Na2S處理生成穩(wěn)定的HgS沉淀，從而避免吸收溶液中汞的二次污染。

整個臭氧氧化脫硝工程包括VPSA制氧系統(tǒng)（或液氧貯存系統(tǒng)）、臭氧發(fā)生系統(tǒng)、臭氧噴射、吸收系統(tǒng)、廢液沉淀處理系統(tǒng)以及電氣及控制系統(tǒng)組成（控制系統(tǒng)可并入到脫硫系統(tǒng)中），流程示意圖如圖2所示。

臭氧發(fā)生及煙道混合反應(yīng)系統(tǒng)是整個工程最為關(guān)鍵的部分。臭氧發(fā)生系統(tǒng)利用介質(zhì)阻擋放電法將高純度氧氣等離子體化繼而生成臭氧，在專有臭氧噴嘴噴射下噴入特殊設(shè)計的煙道反應(yīng)系統(tǒng)，與煙氣進(jìn)行迅速混合，實現(xiàn)NOx等污染物的充分、快速氧化，滿足NOx等污染物在較高濃度下的脫除效率。

充分氧化后的煙氣進(jìn)入脫硫塔進(jìn)行凈化吸收，二氧化硫與氮氧化物同時吸收后生成硫酸鹽、亞硫酸鹽、硝酸鹽和亞硝酸鹽等物質(zhì)。

石膏漿液經(jīng)脫水處理制成石膏后，進(jìn)入亞硝酸鹽/硝酸鹽分離系統(tǒng)。對于亞硝酸鹽，可加入熟石灰與亞硝酸鈣反應(yīng)生成沉淀，進(jìn)行分離。系統(tǒng)由反應(yīng)器、分離器及熟石灰粉倉等組成。復(fù)鹽沉淀作為混凝土防凍、防腐添加劑出售。硝酸鹽可通過蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)進(jìn)行提純，之后進(jìn)行資源化利用。

臭氧深度一體化超低排放工藝與燃燒過程無關(guān)，適用于燃煤鍋爐煙氣、其他燃料煙氣、垃圾焚燒煙氣、水泥窯爐、玻璃窯爐、燒結(jié)機(jī)等各種煙氣。區(qū)別于傳統(tǒng)氨基脫硝，它對燒及設(shè)備運行過程無任何影響，不會引起類似氨泄漏的二次污染，僅針對低溫?zé)煔膺M(jìn)行處理，實現(xiàn)NO和Hg、二噁英等多種污染物的氧化吸收，真正實現(xiàn)多種污染物協(xié)同脫除，做到“一塔多脫”。臭氧與污染物的氣相反應(yīng)為均相反應(yīng)，反應(yīng)迅速，而且與固體顆粒物的反應(yīng)不敏感，最高可達(dá)到95%以上的脫硝率，滿足現(xiàn)在國家超低排放治理的要求。同時，調(diào)節(jié)靈活性大，可根據(jù)煙氣中各污染物的濃度進(jìn)行配比調(diào)節(jié)，減少不必要的消耗。

臭氧深度一體化超低排放工藝對現(xiàn)有鍋爐改造部分較少，僅需在尾部煙道進(jìn)行臭氧反應(yīng)器的布置，其輔件的安裝均為額外配備裝置，對鍋爐的運行幾乎沒有影響。改造停爐周期短。該工藝可與大部分燃煤電廠采用的濕法脫硫WFGD系統(tǒng)結(jié)合進(jìn)行氧化產(chǎn)物的吸收。副產(chǎn)物亞硝酸鹽、硝酸鹽產(chǎn)物是一種潛在的資源，可實現(xiàn)硫氮的資源化綜合利用，獲得一定收益。

2 臭氧脫硝工藝的技術(shù)優(yōu)勢（見表2）

表2 常用后端脫硝技術(shù)對比

相對于傳統(tǒng)的SCR、SNCR脫硝工藝，臭氧脫硝在污染物控制方面有其優(yōu)越性，以下為幾個重要的技術(shù)優(yōu)勢。

（1）臭氧脫硝與燃燒過程無關(guān)，可以是燃煤煙氣、垃圾焚燒煙氣、工業(yè)窯爐、燒結(jié)機(jī)等各種煙氣，對于不具備SCR、SNCR氨法脫硝條件的煙氣同樣有良好的適應(yīng)性，只要有＜200℃以下的煙氣條件和一定的停留時間。

（2）臭氧脫硝與濕法脫硫系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)多種污染物協(xié)同脫除，做到“一塔多脫”。

（3）臭氧脫硝的氧化有選擇性，可根據(jù)煙氣中各污染物的濃度進(jìn)行配比調(diào)節(jié)，減少不必要的消耗。

（4）臭氧脫硫脫硝技術(shù)脫除效率高，可以達(dá)到90%以上的脫硫脫硝效率，同時，臭氧分解產(chǎn)物是氧氣，不會引起類似氨泄漏的二次污染。

（5）改造部分較少，僅需在尾部煙道進(jìn)行臭氧噴嘴的布置。其輔件的安裝均為額外配備裝置，對主機(jī)系統(tǒng)的運行幾乎沒有影響。

2014起，浙江北高峰環(huán)境工程有限公司（以下稱北高峰公司）與浙江大學(xué)熱能工程研究所合作，采用活性分子多脫技術(shù)（暨臭氧脫硝技術(shù)）已在富陽中策清泉有限公司炭黑爐、杭州蕭山經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)100t/h+150t/h流化床鍋爐、恒盛能源集團(tuán)有限公司4×75t/h流化床鍋爐、浙江龍德環(huán)保熱電有限公司1#~5#流化床鍋爐、光大生物能源（如皋）有限公司130t/h生物質(zhì)鍋爐、洮南市熱電有限責(zé)任公司3#、4#燃煤鍋爐等多個煙氣治理項目中取得成功應(yīng)用，為我國燃煤鍋爐的煙氣超低排放提供了新的技術(shù)方案。

3 結(jié)語

可以預(yù)見，作為一種全新的多污染物協(xié)同脫除超凈排放技術(shù)，臭氧脫硝以其高效率、高適應(yīng)性、無二次污染、改造建設(shè)便捷等優(yōu)勢成為一種完全不同于氨媒脫硝的新型污染物脫除技術(shù)。這種綠色清潔技術(shù)優(yōu)勢將隨著環(huán)保市場推廣逐步顯現(xiàn)出來，是我國燃煤電廠超低排放中具有自主知識產(chǎn)權(quán)的一支重要技術(shù)成果。