H2O2脫除燃煤煙氣中氮氧化物影響因素研究

H2O2脫除燃煤煙氣中氮氧化物影響因素研究

0 引言

過氧化氫(H2O2)由于對(duì)環(huán)境無害、無二次污染、脫硝副產(chǎn)物可以綜合利用等優(yōu)點(diǎn)，是面向煙氣氮氧化物控制的環(huán)境友好型治理工藝，引起國內(nèi)外眾多學(xué)者的關(guān)注［1－4］。

H2O2脫硝技術(shù)主要有三種路線:(1)向高溫?zé)煹乐袊娙際2O2，利用煙道高溫條件，使得H2O2激發(fā)產(chǎn)生·OH和HO2·等強(qiáng)氧化性基團(tuán)，與煙氣中的NOx進(jìn)行反應(yīng)［3］;(2)通過紫外光激發(fā)H2O2產(chǎn)生自由基與NOx進(jìn)行反應(yīng)［5－6］，以降低反應(yīng)溫度;(3)通過吸收塔噴淋的方式進(jìn)行氧化吸收，從而達(dá)到脫除NOx的目的［1，7］。在這三種技術(shù)路線之中，路線(1)和路線(2)涉及高溫或紫外高級(jí)氧化，能耗較高，無法實(shí)現(xiàn)節(jié)能與減排雙贏。

因此，在低溫條件下，基于濕法脫硫技術(shù)，集成H2O2脫硝技術(shù)表現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用潛力。利用燃煤電廠煙氣，在熱態(tài)小試的基礎(chǔ)上［1］，進(jìn)一步考察噴入方式、濃度、煙氣參數(shù)等關(guān)鍵因素對(duì)脫硝過程的影響，為后續(xù)工業(yè)性試驗(yàn)研究奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)試劑與儀器

過氧化氫(H2O2)(工業(yè)級(jí)，益多(無錫)精細(xì)化工有限公司);尿素(CO(NH2)2)(農(nóng)用級(jí)，江蘇華昌化工股份有限公司)，試劑均未經(jīng)進(jìn)一步處理，試驗(yàn)用水為去離子水。煙氣分析儀(MRU，德國MRU GmbH);玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)(LZB－3，余姚工業(yè)自動(dòng)化儀表廠);pH計(jì)(pHS－3C，上海雷磁儀表廠);精密電子天平(BS210S，Sartorius，德國)。

1.2 試驗(yàn)步驟

燃煤煙氣從引風(fēng)機(jī)后側(cè)旁路煙道引出，離心泵將H2O2溶液從儲(chǔ)罐輸送至煙道，由噴嘴噴入煙道內(nèi)與煙氣中NOx反應(yīng);尿素通過離心泵從吸收塔的備用口加入，將煙氣中NO2還原。

2 結(jié)果與討論

2.1 氧化度影響因素的研究

2.1.1 噴入方式對(duì)氧化度的影響

噴入方式主要有垂直噴入、逆流噴入和順流噴入三種。通過噴嘴將H2O2噴入煙道與煙氣中NOx反應(yīng)，考察了垂直、逆流、順流三種不同噴入方式對(duì)反應(yīng)效果的影響。當(dāng)H2O2濃度為35%時(shí)，分別考察了垂直噴入、逆流噴入和順流噴入對(duì)氧化度的影響，其氧化度分別為27.69%、37.30%和35.45%。逆流噴入和順流噴入方式效果優(yōu)于垂直噴入方式。雖然逆流噴入方式氧化度略高于順流噴入方式;但逆流噴入方向與煙氣流向相對(duì)，勢必增加噴入系統(tǒng)的阻力，引起離心泵的電耗增大。綜合考慮，試驗(yàn)過程中采用順流噴入方式。

2.1.2 H2O2濃度對(duì)NO氧化度的影響

選擇27.5%、35%和50%三種不同濃度，考察其對(duì)煙氣NO氧化性能，結(jié)果見圖1。從圖1可知，濃度為50%、35%和27.5%的H2O2溶液在240min內(nèi)氧化度分別為:39.28%、34.01%和28.39%。隨著H2O2溶液濃度的增加，原煙氣NO的氧化度隨之提高，且隨著時(shí)間的延長，氧化度上下波動(dòng)，未出現(xiàn)小型熱態(tài)試驗(yàn)中脫硝效率隨時(shí)間延長而下降的現(xiàn)象。主要是因?yàn)?在小型熱態(tài)試驗(yàn)中，H2O2溶液是一次性加入到反應(yīng)器中，隨著時(shí)間的延長，H2O2不斷消耗，·OH產(chǎn)量不斷下降，使得脫硝效率不斷下降。而在本試驗(yàn)中，H2O2溶液是從儲(chǔ)罐中由離心泵引出，經(jīng)噴嘴不斷噴入煙道，因此氧化度不隨時(shí)間延長而上下波動(dòng)。

2.1.3 煙氣流量對(duì)NO氧化度的影響

不同煙氣流量條件下，NO氧化度隨時(shí)間變化曲線見圖2。從圖2可知，隨著煙氣量的增加，NO氧化度隨之降低。當(dāng)煙氣量為11802m3/h、9112m3/h、6740m3/h時(shí)，240min內(nèi)平均氧化度為43.10%、44.31%和47.43%。當(dāng)煙氣量為11802m3/h、9112m3/h、6740m3/h時(shí)，對(duì)應(yīng)的煙氣流速分別為6.53m/s、5.04m/s和3.73m/s。當(dāng)煙氣流速低時(shí)，H2O2與煙氣混合停留時(shí)間較長，有利于反應(yīng)進(jìn)行。

2.1.4 H2O2流量對(duì)NO氧化度的影響

H2O2流量是試驗(yàn)過程中關(guān)鍵參數(shù)之一。圖3是不同H2O2流量條件下，NO氧化度隨時(shí)間的變化曲線。從圖3可知，當(dāng)H2O2流量為0.24m3/h(A)、0.12m3/h(A)、0.12m3/h(B)時(shí)(A、B分別表示不同的位置，A位置位于B位置前側(cè))，240min內(nèi)平均氧化度分別為42.67%、33.17%和29.18%。當(dāng)在位置A加入H2O2時(shí)，H2O2流量提高，產(chǎn)生的·OH產(chǎn)量較高，有利于反應(yīng)進(jìn)行，提高了NO氧化度。當(dāng)H2O2流量控制在0.12m3/h，分別在A、B位置加入時(shí)，在A位置加入優(yōu)于在B位置加入。主要是因?yàn)?在A位置加入時(shí)，H2O2在煙道中停留的時(shí)間較長，有利于提高NO氧化度。

圖1 不同H2O2濃度條件下NO氧化度隨時(shí)間變化曲線

圖2 不同煙氣流量條件下NO氧化度隨時(shí)間變化曲線

圖3 不同H2O2流量條件下NO氧化度隨時(shí)間變化曲線

2.1.5 噴嘴噴射角度對(duì)NO氧化度的影響

氧化劑的噴霧程度關(guān)系到氧化劑在煙氣中的分布密度，是決定煙氣中的NO氧化成NO2轉(zhuǎn)化率及氧化劑利用率的重要因素。采用自主設(shè)計(jì)的脫硝氧化劑噴嘴，設(shè)計(jì)噴射角度分別為60°、90°、120°，考察噴射角度對(duì)NO氧化度的影響，結(jié)果見圖4。可見，當(dāng)噴射角度為120°、90°和60°時(shí)，240min內(nèi)的平均氧化度分別為43.10%、32.15%、23.64%。當(dāng)噴射角度增大時(shí)，噴出的H2O2圓形覆蓋面較大，有利于H2O2與煙氣混合充分，提高NO氧化度。

2.2 氧化劑與尿素匹配脫硝效率研究

在保證一定氧化度的基礎(chǔ)上，采用尿素作為還原劑將氧化后煙氣中的NO2還原成N2。圖5是濃度為50%氧化劑氧化后，不同濃度尿素溶液對(duì)煙氣進(jìn)行還原，脫硝效率隨時(shí)間變化曲線。

圖4 不同噴射角度對(duì)NO氧化度的影響

圖5 不同尿素濃度條件下脫硝效率隨時(shí)間變化曲線

從圖5可以看出，當(dāng)脫硫漿液中不添加還原劑配方時(shí)，240min內(nèi)平均脫硝效率僅為10.22%;當(dāng)尿素的濃度為5%和10%時(shí)，240min內(nèi)平均脫硝效率分別為36.02%和38.86%。隨著時(shí)間的延長，脫硝效率上下波動(dòng)，并未出現(xiàn)隨著時(shí)間的延長而逐漸下降的現(xiàn)象。這說明在尿素溶液中加入穩(wěn)定劑對(duì)反應(yīng)起到較好的緩沖作用，避免了脫硝效率隨時(shí)間延長而急劇下降。

3 結(jié)語

(1)H2O2在煙道內(nèi)的噴入方式對(duì)NO氧化度有重要影響。綜合考慮，選擇H2O2順流噴入的方式，由噴嘴噴入煙道內(nèi)。

(2)煙氣量越小，煙氣流速越小，H2O2與煙氣混合停留時(shí)間較長，有利于氧化反應(yīng)進(jìn)行。當(dāng)煙氣量為11802m3/h、9112m3/h、6740m3/h時(shí)，240min內(nèi)平均氧化度為43.10%、44.31%和47.43%。

(3)濃度為50%、35%和27.5%的H2O2溶液在240min內(nèi)平均氧化度分別為39.28%、34.01%和28.39%。隨著H2O2溶液濃度的增加，原煙氣NO的氧化度隨之提高，且隨著時(shí)間的延長，氧化度上下波動(dòng)，沒有出現(xiàn)下降趨勢。

(4)噴嘴是氧化劑噴入系統(tǒng)中提高噴霧效果的關(guān)鍵設(shè)備。當(dāng)噴射角度為120°、90°和60°時(shí)，240min內(nèi)的平均氧化度分別為43.10%、32.15%、23.64%。

(5)在氧化度得到保證的前提下，在脫硫漿液中加入還原劑，將氧化后的煙氣中的NO2進(jìn)行還原。當(dāng)尿素濃度為0、5%和10%時(shí)，240min內(nèi)平均脫硝效率分別為10.22%、36.02%和38.86%。

［1］柏源，李忠華，薛建明，等.燃煤煙氣H2O2脫硝性能影響因素的實(shí)驗(yàn)研究［J］.化工進(jìn)展，2012，31(1):208－212.

［2］李忠華，柏源，薛建明，等.火電廠燃煤煙氣過氧化氫脫硝技術(shù)的研究及應(yīng)用［J］.電力科技與環(huán)保，2010，26(4):11－14.

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Study on influencing factors about removal of NOxfrom flue gas using H2O2

柏源1，2，薛建明1，李忠華1
(1.國電科學(xué)技術(shù)研究院清潔高效燃煤發(fā)電與污染控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室江蘇南京210031; 2.南京信息工程大學(xué)江蘇南京210044)

面向燃煤煙氣NOx控制領(lǐng)域，H2O2作為一種環(huán)境友好型處理工藝備受青睞。主要考察了噴入方式、氧化劑濃度、煙氣參數(shù)等關(guān)鍵因素對(duì)NO氧化度的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)順流噴入、煙氣量為6740m3/h、氧化劑濃度為50%、噴射角度為120°時(shí)，NO氧化度最佳。與濃度為10%尿素溶液匹配時(shí)，NOx脫除效率可達(dá)到38.86%。

過氧化氫;NO;燃煤煙氣;氧化

The process of flue gas purification with H2O2for nitrogen oxide abatement has become a resourceeconomical and environment－friendly technology.Influent factors，such as the way of spray，Oxidant concentration，flue gas parameters and so on，were studied.It is found that oxidation of NO optimal conditions are downstream，gas flow of 6740m3/h，the oxidation agent concentration of 50%，the ejection angle of 120°.With the urea solution of 10%under optimal conditions，NOxremoval efficiency can reach 38.86%.

H2O2;NO;flue gas;oxidation

X701.7

B

1674－8069(2016)04－009－03

2016-03-21;

2016-04-12

柏源(1982-)，男，江蘇鹽城人，高級(jí)工程師，從事火電廠環(huán)保與資源節(jié)約包括SO2、NOx、煙塵、汞等多污染物控制技術(shù)的研究、開發(fā)和工程應(yīng)用。E－mail:baiyuan6049@163.com

江蘇省環(huán)?？蒲姓n題(SJC2014090288)