氯酸鹽復(fù)合吸收劑同時(shí)脫硫脫硝試驗(yàn)研究

潘理黎，許紅檑，趙 靜，楊一理，張 朋

（浙江工業(yè)大學(xué) 生物與環(huán)境工程學(xué)院，浙江 杭州310032）

我國(guó)燃煤產(chǎn)生的硫氧化物和氮氧化物排放總量非常大，是主要的大氣污染物來(lái)源.國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的煙氣凈化技術(shù)中除塵、脫硫、脫硝是在不同的裝置中分別完成，不但占地面積大，投資運(yùn)行費(fèi)用高，發(fā)電企業(yè)需要負(fù)擔(dān)越來(lái)越高的環(huán)保成本.因此，在一套裝置中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種煙氣污染物的脫除是未來(lái)的發(fā)展方向.國(guó)內(nèi)外煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)主要有電子束輻射法、Tri－SO2－NOxSorb法［1－2］、NOXSO 法［3］、等離子體法［4］、電暈放電法［5］、CuO 法［6］以及 NaClO2氧化吸收法等.因此，同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)日益受到國(guó)內(nèi)外的重視［7－12］.早在20世紀(jì)70年代國(guó)外開(kāi)始研究利用NaClO2溶液吸收SO2和NOx，并且被證明NaClO2氧化吸收法被認(rèn)為是最好的脫硫脫硝氧化吸收劑之一.然而NaClO2價(jià)格比較高，其經(jīng)濟(jì)性成為該方法工業(yè)化應(yīng)用的主要阻礙.

以低價(jià)的NaClO為主，添加適量NaClO2，組成NaClO／NaClO2復(fù)合吸收液同時(shí)脫硫脫硝的研究取得了一些進(jìn)展.較深入地研究了NaClO／NaClO2復(fù)合吸收液脫硫脫硝的主要影響因素及最佳操作條件，希望通過(guò)研究脫硫脫硝效率的影響規(guī)律，探索NaClO／NaClO2復(fù)合吸收液同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的可行性.

1 試驗(yàn)裝置與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

本試驗(yàn)采用自行設(shè)計(jì)的噴淋塔進(jìn)行復(fù)合吸收液同時(shí)脫硫脫硝研究.試驗(yàn)裝置主要包括四大部分，分別為煙氣模擬系統(tǒng)、吸收噴淋塔、吸收液循環(huán)系統(tǒng)及煙氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng).試驗(yàn)裝置示意圖見(jiàn)圖1.

圖1 試驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 The schematic diagram of test device

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)實(shí)際情況，本實(shí)驗(yàn)采用SO2－NO－N2混合后再與空氣混合制成模擬煙氣.在貯液槽內(nèi)配置一定濃度的NaClO／NaClO2混合吸收液，經(jīng)循環(huán)泵提升并由兩層噴嘴霧化后，在噴淋塔內(nèi)與逆流煙氣進(jìn)行充分氧化吸收反應(yīng).進(jìn)出口氣體濃度由煙氣分析儀測(cè)定.試驗(yàn)采用自動(dòng)控溫裝置來(lái)模擬實(shí)際反應(yīng)溫度.吸收液的初始pH值和煙氣流量都可分別調(diào)節(jié).

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 亞氯酸鈉濃度對(duì)復(fù)合吸收液脫硫脫硝效率的影響

亞氯酸鈉濃度對(duì)復(fù)合吸收液脫硫脫硝效率的影響見(jiàn)圖2.復(fù)合吸收液體積10L，液氣比為20L／m3，溫度為室溫，NaClO濃度為4mmol／L，煙氣流量20m3／h，SO2初始質(zhì)量濃度2g／m3，NO初始質(zhì)量濃度0.5g／m3.由圖2可知：當(dāng) NaClO2濃度在0～2mmol／L時(shí)，脫除效率幾乎呈直線上升；當(dāng)NaClO2濃度在2mmol／L以上時(shí)，脫除效率緩慢上升.因此初步設(shè)定復(fù)合吸收液中NaClO濃度為4mmol／L，NaClO2濃度為2mmol／L.

圖2 NaClO2濃度對(duì)復(fù)合吸收液同時(shí)脫硫脫硝效率的影響Fig.2 Effect of the concentration of NaClO2on the removal efficiencies of compound absorbent

2.2 吸收液pH值對(duì)脫除效率的影響

吸收液pH值對(duì)脫除效率的影響見(jiàn)圖3.復(fù)合吸收液體積10L，亞氯酸鈉2mmol／L，次氯酸鈉4mmol／L，液氣比為20L／m3，溫度為室溫，煙氣流量為20m3／h，SO2初始質(zhì)量濃度2g／m3，NO初始質(zhì)量濃度0.5g／m3.由圖3可以看出：當(dāng)吸收液呈酸性狀態(tài)時(shí)，隨著pH值的增大脫硫脫硝效率均開(kāi)始下降；當(dāng)吸收液為堿性時(shí)，脫硝效率有更明顯的下降趨勢(shì).這是由于亞氯酸鈉和次氯酸鈉的氧化性隨著pH的增大而降低，從而降低了二氧化硫和一氧化氮的吸收效率.同時(shí)，考慮到二氧化硫易溶于水，隨著pH的增大解離能力加強(qiáng)，因此在pH增大情況下脫除效率變化較小.而一氧化氮難溶于水，其吸收作用主要依賴(lài)于次氯酸鈉和亞氯酸鈉的氧化，導(dǎo)致隨著pH的增大，脫除效率降低.

圖3 吸收液pH值對(duì)脫硫脫硝效率的影響Fig.3 Effect of absorbent pH on the removal efficiencies of SO2and NO

2.3 煙氣初始質(zhì)量濃度對(duì)脫硫脫硝效率的影響

實(shí)際工程中，由于煤中S和N含量不一，導(dǎo)致煙氣中SO2和NO的質(zhì)量濃度存在很大差異.不同的煙氣初始濃度會(huì)對(duì)脫硫脫硝率產(chǎn)生很大影響.因此，考察了對(duì)SO2和NO初始質(zhì)量濃度對(duì)脫硫脫硝率的影響.

2.3.1 SO2質(zhì)量濃度對(duì)脫硫脫硝效率的影響

SO2質(zhì)量濃度對(duì)脫硫脫硝效率的影響見(jiàn)圖4.其 NaClO22mmol／L，NaClO 4mmol／L，液氣比為20L／m3，溫度為室溫，煙氣流量為20m3／h，NO初始質(zhì)量濃度為0.5g／m3.由圖4可知：SO2初始質(zhì)量濃度低于2g／m3時(shí)，脫除效率很高.隨著SO2初始濃度的增大，脫硫脫硝效率均呈下降趨勢(shì)，且當(dāng)SO2濃度增大到一定值時(shí)，脫硝效率急劇下降.其原因是吸收劑的濃度偏低.

圖4 SO2初始質(zhì)量濃度對(duì)脫硫脫硝效率的影響Fig.4 Effect of initial SO2concentration on the removal efficiencies of SO2and NO

2.3.2 NO質(zhì)量濃度對(duì)脫硫脫硝效率的影響

NO質(zhì)量濃度對(duì)脫硫脫硝效率的影響見(jiàn)圖5.其N(xiāo)aClO22mmol／L，NaClO 4mmol／L，液氣比為20L／m3，溫度為室溫，煙氣流量為20m3／h，SO2初始質(zhì)量濃度為2g／m3.由圖5可知：隨著NO初始質(zhì)量濃度的增大，脫硫效率幾乎保持不變，脫硝效率呈明顯下降趨勢(shì)，且當(dāng)NO質(zhì)量濃度增大到一定值時(shí)，脫硝效率急劇下降.

圖5 NO初始質(zhì)量濃度對(duì)脫硫脫硝效率的影響Fig.5 Effect of initial NO concentration on the removal efficiencies of SO2and NO

2.4 液氣比對(duì)脫硫脫硝效率的影響

液氣比對(duì)脫硫脫硝效率的影響見(jiàn)圖6.其N(xiāo)aClO22mmol／L，NaClO 4mmol／L，溫度為室溫，煙氣流量為20m3／h，NO初始質(zhì)量濃度為0.5g／m3，SO2初始質(zhì)量濃度為2g／m3.由圖6可知：隨著液氣比的增加，煙氣脫硫脫硝的效率也大幅增加.當(dāng)L／G達(dá)到25時(shí)，脫硫效率可達(dá)100%，脫硝效率為91.5%，隨后基本保持不變.

圖6 液氣比對(duì)脫硫脫硝效率的影響Fig.6 Effect of L／G on the removal efficiencies of SO2and NO

2.5 反應(yīng)溫度對(duì)脫硫脫硝效率的影響

反應(yīng)溫度對(duì)脫硫脫硝效率的影響示于圖7.其N(xiāo)aClO22mmol／L，NaClO 4mmol／L，液氣比為25L／m3，溫度為室溫，煙氣流量為20m3／h，NO初始質(zhì)量濃度為0.5g／m3，SO2初始質(zhì)量濃度為2g／m3.由圖7可知：隨著溫度的逐漸升高，脫硫脫銷(xiāo)效率先緩慢增加，后逐漸下降，在溫度為50℃時(shí)，效率最高，并出現(xiàn)拐點(diǎn).

圖7 反應(yīng)溫度對(duì)脫硫脫硝效率的影響Fig.7 Effect of reaction temperature on the removal efficiencies of SO2and NO

2.6 穩(wěn)定性試驗(yàn)

在確定最佳運(yùn)行條件下，選取SO2和NO質(zhì)量濃度分別為2g／m3和0.5g／m3，進(jìn)行穩(wěn)定性試驗(yàn).試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1.由表1可知：在最佳試驗(yàn)條件下，脫硫率基本可達(dá)到100%，平均值為99.7%.脫硝率最低為90.7%，最高為95.6%，平均值為93.9%.脫硫的樣本方差為0.372，脫硝的樣本方差為3.122，充分說(shuō)明數(shù)據(jù)的精密度高，重現(xiàn)性好，可靠性強(qiáng)，裝置穩(wěn)定性較好.因此，在最佳試驗(yàn)運(yùn)行條件下，NaClO／NaClO2復(fù)合吸收液能實(shí)現(xiàn)較高的脫硫脫硝效率.

表1 5次平行試驗(yàn)結(jié)果Table 1 The five times results of parallel test %

3 結(jié) 論

氯酸鹽復(fù)合吸收劑同時(shí)脫硫脫硝試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著pH的增大脫硝效率比脫硫效率的下降幅度大.煙氣初始濃度增加到一定值脫硝效率的變化幅度比脫硫效率更大.液氣比對(duì)脫除率的影響很大，到一定值趨于平穩(wěn).反應(yīng)溫度的影響有一個(gè)最佳值.對(duì)單因素的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，確定了試驗(yàn)運(yùn)行最佳條件：NaClO濃度為4mmol／L，NaClO2濃度為2mmol／L，吸收液初始pH 值為5.5，液氣比為25L／m3，煙氣流量為20m3／h，反應(yīng)溫度為50℃，SO2初始質(zhì)量濃度為2g／m3，NO初始質(zhì)量濃度為0.5g／m3.在此試驗(yàn)條件下，脫硫率基本可達(dá)到100%，平均值為99.7%；脫硝率最低為90.7%，最高為95.6%，平均值為93.9%.在最佳試驗(yàn)條件下，進(jìn)行了脫硫脫硝的平行性試驗(yàn)，結(jié)果表明數(shù)據(jù)的精密度高，重現(xiàn)性好，可靠性強(qiáng)，裝置穩(wěn)定性好.以低價(jià)的NaClO為主，添加適量 NaClO2，組成 NaClO／NaClO2復(fù)合吸收液，研究結(jié)果表明：復(fù)合吸收劑成本比單純使用NaClO2要低，而脫硝效率有較大提高.該方法脫硫脫硝效率很高，裝置簡(jiǎn)單，操作方便，具有較好的應(yīng)用前景.

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