濕式氨法煙氣脫硫聯(lián)合臭氧氧化實現(xiàn)同時脫硫脫硝的反應(yīng)機理及應(yīng)用

馬學(xué)峰

（北京市朝陽區(qū)中信建設(shè)有限責(zé)任公司，北京 100020）

目前，人們的觀念發(fā)生了變化，并不只是對經(jīng)濟(jì)發(fā)展重視。為了使生活體驗得到提高，人們開始重視身邊的環(huán)境，國家政策導(dǎo)向也逐漸重視此方面的內(nèi)容。氨法煙氣技術(shù)被廣泛應(yīng)用到火電行業(yè)中，包括燃煤電廠，通過氨法煙氣技術(shù)能夠使企業(yè)導(dǎo)致環(huán)境污染降低，并且降低NO2和SO2化合物的排放量，以此實現(xiàn)脫硫脫銷的目的，使所排放的物質(zhì)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)需求，提高人們生活舒適性，使人們在良好的環(huán)境中生活。

1 實驗設(shè)計

在實驗過程中設(shè)計填料塔吸收反應(yīng)系統(tǒng)，包括吸收反應(yīng)系統(tǒng)、臭氧氧化系統(tǒng)、模擬煙氣系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)、煙氣分析系統(tǒng)、吸收反應(yīng)系統(tǒng)。鋼瓶氣體通過轉(zhuǎn)子流量計后進(jìn)入緩沖罐中混合，在進(jìn)塔前通過煙氣分析儀對進(jìn)口濃度進(jìn)行測量，利用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計滿足模擬煙氣濃度需求，對煙氣從塔底進(jìn)入填料吸收塔進(jìn)行模擬，將臭氧輸送到緩沖罐中，混合氣體和低質(zhì)量分?jǐn)?shù)氨水溶液接觸在填料層，脫除煙氣中NO2和SO2。塔頂氣體出口管路和煙氣分析儀相互連接，對出口質(zhì)量濃度變化進(jìn)行實時監(jiān)測，對氣體進(jìn)行分析后通過尾氣處理系統(tǒng)后排放。

在實驗過程中，使用鋼瓶氣體純度N2為99.9%，SO2體積分?jǐn)?shù)為4%，O2為99.99%，NO體積分?jǐn)?shù)為2%，N2指的是平衡氣體。通過氧氣和臭氧發(fā)生器進(jìn)行制備，氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%。填料塔塔體使用有機玻璃材質(zhì)進(jìn)行制備，內(nèi)徑設(shè)置為0.04m，塔內(nèi)填料層使用4cm×4cm的散裝填料構(gòu)成，填料層的高度設(shè)置為0.2m。將熱電偶設(shè)置到填料塔進(jìn)液口和進(jìn)氣口，對加熱后吸收液溫度與進(jìn)氣溫度進(jìn)行測量，pH計使用雷磁pHB-4。

SO2脫除效率η（SO2）計算公式為：

NOx的脫除效率η（NOx）計算公式為：

2 結(jié)果和分析

2.1 臭氧和NO的反應(yīng)機理

試驗過程中的臭氧使用空氣源，臭氧和NO的關(guān)系根據(jù)實測濃度進(jìn)行計算，結(jié)果詳見圖1。由于高溫會促進(jìn)O3的分解速率，實際鍋爐空氣預(yù)熱器為噴射位置，溫度設(shè)置為150℃。利用相應(yīng)的機理可以看出來，NO在O3不過量時候的氧化產(chǎn)物為NO2，所以能夠檢測NOx種類。通過圖1表示，NO2產(chǎn)量比NO初始體積分?jǐn)?shù)比較高。通過實驗表示，N2和O3能夠生成NO2反應(yīng)，主要是由于羅斯蒙特的SO2和NO2模塊是將紫外吸收原理作為基礎(chǔ)，但是，O3對紫外區(qū)的吸收性能比較強，從而導(dǎo)致干擾。此NO2結(jié)果為NO氧化物產(chǎn)物參考，將NO測量為基準(zhǔn)，另外，在100℃和200℃的條件下，NO養(yǎng)護(hù)趨勢大致相同，NO為線性下降，在1.0的時候NO降低到21.9×10-6與32.6-6，氧化率分別為89.2%與85.5%。在試驗過程中表示，在此溫度中會生成N2O，與相關(guān)機理分析結(jié)果相同，N2O體積分?jǐn)?shù)比4×10-6要小。通過NO模擬結(jié)果分析，不同溫度條件中和試驗結(jié)果吻合，對反應(yīng)機理的正確性進(jìn)行驗證，表1為O3和NOx的部分化學(xué)反應(yīng)機理。

圖1 結(jié)果

表1 O3和NOx的部分化學(xué)反應(yīng)機理

2.2 O3和NO摩爾比n(O3)/n(NO)對脫除效率影響

吸收液氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)、液氣比分比為0.05%、40L/m3，吸收液溫度設(shè)置為30℃，NO進(jìn)口質(zhì)量濃度設(shè)置為600mg/m3，在吸收過程中不補充吸收液，O3和NO摩爾比詳見圖2。

圖2 O3和NO摩爾比

通過圖2表示，在無臭氧時脫硫效率為98.6%，在n(O3)/n(NO)=0.6、1.0、1.5時，脫硫效率為100%，增加脫硫效率的主要原因為SO2被臭氧氧化溶于水的SO3出現(xiàn)反應(yīng)：

降低吸收液中的NH4HSO3，從而降低分解溢出SO2，提高脫硫效率。另外，在無臭氧中的脫硝效率為11.6%，增加脫硝效率為61.2%。增加的臭氧能夠使脫銷效率得到提高，主要是因為其他條件發(fā)生改變，上述反應(yīng)為：

使不溶于水的NO氧化成為溶于水的N2O5、NO2等氣體，使氨水溶液吸收。增加n(O3)/n(NO)時，脫硝效率也會進(jìn)一步的增加，所以n(O3)/n(NO)設(shè)置為1.0。

2.3 氨法煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展趨勢

火電廠會產(chǎn)生氨氧化合物與硫氧化合物，那么，要促進(jìn)氨法煙氣技術(shù)發(fā)展，從而保證企業(yè)脫硫脫銷效率，并且使硫氧化合物與排放標(biāo)準(zhǔn)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)需求。對于脫硫脫銷技術(shù)，上述方法只是簡單闡述現(xiàn)有火電企業(yè)使用的方法，未來會有大量相應(yīng)的先進(jìn)方法與工藝，從而提高脫硫脫銷技術(shù)效率與水平。

通過上述方法表示，脫硫脫銷技術(shù)通過物理與化學(xué)方法，屬于多領(lǐng)域、多學(xué)科的綜合性技術(shù)。氨法煙氣是將脫硫脫銷技術(shù)作為基礎(chǔ)發(fā)展，在實現(xiàn)脫硫脫銷過程中還能夠使生成副產(chǎn)品二次使用，如硫酸的配置，在需要企業(yè)中使用，在提高火電廠經(jīng)濟(jì)效益時，還能夠保護(hù)環(huán)境。

另外，在氨法煙氣脫硫脫硝過程中，還能夠通過活性炭吸附法實現(xiàn)脫硫脫硝。其屬于物理方法，不需要化學(xué)方法，并且不會產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)副產(chǎn)物，實現(xiàn)比較簡單。此方法使煙氣通過水，將氨氧化合物通過氧化還原轉(zhuǎn)變成為固體硫，通過處理對活性炭物質(zhì)吸附，之后再次使用，避免金錢和資源的浪費，并且操作和設(shè)備簡單，具有豐富的活性炭資源，投資成本比較低，效果良好。

3 結(jié)語

氨法煙氣脫硫脫硝技術(shù)在使用過程中要深入研究與探索，根據(jù)不同火電廠情況進(jìn)行綜合考量，在脫硫脫銷技術(shù)使用過程中不僅要重視理論研究，還要根據(jù)具體情況進(jìn)行分析，使工藝水平與脫硫脫硝效率得到進(jìn)一步的提高。