臭氧氧化結(jié)合化學(xué)吸收同時(shí)脫硫脫硝的研究

井泉源

（大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京210000）

在環(huán)保政策日趨嚴(yán)格的社會(huì)背景下，如何促進(jìn)工業(yè)鍋爐污染物治理效率，逐漸成為環(huán)保治理的重要內(nèi)容之一。從現(xiàn)階段我國(guó)工業(yè)鍋爐運(yùn)行實(shí)際情況來(lái)看，由于鍋爐運(yùn)行負(fù)荷相對(duì)較大，同時(shí)爐內(nèi)工況較為復(fù)雜，因此在一定程度上增加了氮氧化物治理工作的開展難度。除此之外，部分工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有預(yù)留相應(yīng)的改造空間，如果可以在一種設(shè)備中實(shí)現(xiàn)硫硝一體化脫除，有利于促進(jìn)脫硫脫硝經(jīng)濟(jì)性的進(jìn)一步提升。臭氧作為自由基，其本身具備高效氧化多種污染物的作用價(jià)值，從而被作為高效清潔的強(qiáng)氧化劑，廣泛應(yīng)用于環(huán)保工作中?；诖?，本文針對(duì)臭氧氧化結(jié)合化學(xué)吸收同時(shí)脫硫脫硝這一新型工藝，展開以下研究。

1 臭氧氧化結(jié)合化學(xué)吸收同時(shí)脫硫脫硝工藝流程與原理分析

1.1 技術(shù)概述

臭氧氧化結(jié)合化學(xué)吸收同時(shí)脫硫脫硝工藝的應(yīng)用，主要是借助臭氧本身具有的超強(qiáng)氧化性特征，將其對(duì)煙道內(nèi)煙氣實(shí)施持續(xù)臭氧噴神這一方式，促使煙道內(nèi)煙氣中的一氧化氮轉(zhuǎn)化為高價(jià)態(tài)的氮氧化物，如：二氧化氮、三氧化氮以及五氧化二氮等等。這一技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以有效促進(jìn)氮氧化物在堿液中溶解性的進(jìn)一步提升，同時(shí)結(jié)合WFGD 技術(shù)對(duì)其和二氧化硫?qū)嵤┪?，還可以實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝任務(wù)同時(shí)實(shí)現(xiàn)的目的[1]。

與此同時(shí)，出于對(duì)臭氧可以將氮氧化物氧化到高價(jià)態(tài)（NOx）這一技術(shù)優(yōu)勢(shì)的分析，國(guó)外BOC 和Cannon 公司基于這一技術(shù)，進(jìn)一步研發(fā)出了低溫氧化脫硝工藝(Lo-TOx)，而(Lo-TOx)工藝被美國(guó)環(huán)保署評(píng)為最佳可用控制技術(shù)類型，證實(shí)了臭氧氧化結(jié)合化學(xué)吸收同時(shí)脫硫脫硝工藝本身的作用價(jià)值。

1.2 臭氧氧化一氧化氮的原理

一氧化氮的氧化過(guò)程，是臭氧氧化結(jié)合化學(xué)吸收同時(shí)脫硫脫硝目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。相關(guān)研究學(xué)者提出，借助DNS 數(shù)值模擬方法，合理構(gòu)建65 步臭氧氧化一氧化氮的詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，同時(shí)對(duì)其展開相應(yīng)的敏感度分析，在此基礎(chǔ)上確定一氧化氮的主要氧化過(guò)程。將這一研究結(jié)果與機(jī)理試驗(yàn)結(jié)果實(shí)施對(duì)比，最終結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了一氧化氮的氧化過(guò)程為逐級(jí)反應(yīng)[2]。氧化反應(yīng)機(jī)制描述如下：

1.3 工藝流程

臭氧氧化結(jié)合化學(xué)吸收同時(shí)脫硫脫硝工藝，主要依靠現(xiàn)有的WFGD 裝置，在該裝置的輔助下，通過(guò)額外增加相應(yīng)裝置系統(tǒng)的方式，促使一塔內(nèi)脫硫脫硝任務(wù)同時(shí)進(jìn)行目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。具體描述如下：a.經(jīng)過(guò)除塵處理后的煙氣，在進(jìn)入到洗滌塔前需要與臭氧發(fā)生系統(tǒng)制備的臭氧進(jìn)行充分的混合與反應(yīng)，使其可以在反應(yīng)器被將一氧化氮逐漸氧化為高價(jià)態(tài)的氮氧化物。b.在經(jīng)由臭氧氧化處理后，煙氣會(huì)被送至洗滌塔，遵循自下而上嚴(yán)格，與自上而下的堿液實(shí)現(xiàn)逆流氣液傳質(zhì)接觸，這一過(guò)程的目的主要在于實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣中二氧化硫與氮氧化物的脫除。c.借助除霧器對(duì)其實(shí)施除霧脫水處理，檢測(cè)結(jié)果達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，將其通過(guò)煙囪排放。

針對(duì)脫硫脫硝過(guò)程中生成的硝酸鹽和硫酸鹽，需要將其引入塔底循環(huán)罐，在濃度未達(dá)到石膏漿液排放濃度時(shí)，漿液經(jīng)由循環(huán)泵繼續(xù)噴淋脫硫脫硝。儲(chǔ)液罐內(nèi)達(dá)到排放濃度要求時(shí)，脫硫脫硝后的漿液有控制地輸送至產(chǎn)物后處理系統(tǒng)。

2 臭氧氧化結(jié)合化學(xué)吸收同時(shí)脫硫脫硝影響因素及其工藝優(yōu)勢(shì)

2.1 影響因素

綜合分析來(lái)看，影響臭氧氧化結(jié)合化學(xué)吸收同時(shí)脫硫脫硝工藝應(yīng)用效果的因素，具體可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

2.1.1 臭氧與一氧化氮的摩爾比。臭氧與一氧化氮兩者之間的摩爾數(shù)比值，與臭氧量相對(duì)于一氧化氮量的高低有著直接的關(guān)系。相關(guān)研究結(jié)果提示，臭氧氧化結(jié)合化學(xué)吸收同時(shí)脫硫脫硝工藝應(yīng)用過(guò)程中，脫硝的效率會(huì)受到臭氧與一氧化氮摩爾比的影響。當(dāng)臭氧與一氧化氮摩爾比增加時(shí)，最終的脫硝效率會(huì)隨之大幅度強(qiáng)化。而臭氧與一氧化氮摩爾比數(shù)值為1 時(shí)，最終的氮氧化物脫除效率一般。為了進(jìn)一步提升氮氧化物的脫除效率，臭氧與一氧化氮摩爾比一般控制在1 以上。

2.1.2 反應(yīng)溫度。臭氧氧化結(jié)合化學(xué)吸收同時(shí)脫硫脫硝的效率，與臭氧的生存周期以及脫硝效率之間有著直接的聯(lián)系。一般情況下，反應(yīng)溫度越高，臭氧的分解速度越快，最終的脫硝效率越低。相關(guān)研究結(jié)果顯示，當(dāng)反應(yīng)溫度處于100～200 攝氏度時(shí)，此時(shí)的臭氧分解速度將明顯低于一氧化氮的反應(yīng)速度，整體對(duì)于一氧化氮的脫除影響大不。但是如果反應(yīng)溫度超過(guò)200攝氏度時(shí)，此時(shí)的臭氧分解速度得到明顯的提升，進(jìn)而會(huì)大幅降低一氧化氮的脫除效率[3]。

2.1.3 吸收液。在全面應(yīng)用臭氧氧化結(jié)合化學(xué)吸收同時(shí)脫硫脫硝工藝過(guò)程中，所選擇的吸收液不同，最終的脫除效果也會(huì)存在較大的差異。從現(xiàn)階段工藝使用情況來(lái)看，常用的堿液吸收 物 質(zhì) 主 要 以KOH、NaOH、Ca (OH)2、Na2CO3、NaHCO3以 及MgCO3等幾種類型。而常用的濕法煙氣脫硫技術(shù)中，大多以石灰/石灰石- 石膏法、雙堿法、氧化鎂法、海水脫硫法等為主。為了滿足處理項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性要求，在保證吸收效率的基礎(chǔ)上，石灰/石灰石及氨水等被認(rèn)為是最具應(yīng)用前景的吸收劑。

2.2 工藝優(yōu)勢(shì)

臭氧氧化結(jié)合化學(xué)吸收同時(shí)脫硫脫硝工藝的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在多個(gè)方面，具體總結(jié)如下：

2.2.1 該工藝的全面應(yīng)用，有利于促進(jìn)脫硫脫硝效率的有效提升。相關(guān)研究結(jié)果表明，應(yīng)用臭氧氧化結(jié)合化學(xué)吸收同時(shí)脫硫脫硝工藝，在WFGD 裝置的輔助下，對(duì)于煙氣內(nèi)氧化態(tài)的二價(jià)汞Hg(2+)可以進(jìn)行有效的脫除，并且這一脫除效率最高可達(dá)90%左右[4]。與此同時(shí)在，臭氧氧化結(jié)合化學(xué)吸收同時(shí)脫硫脫硝工藝，還可以在提升WFGD 脫硫漿液和煙氣體積比的基礎(chǔ)上，有效強(qiáng)化傳質(zhì)強(qiáng)度以及促使氣液充分混合，進(jìn)而為二價(jià)氧化汞的脫除效果提供有力保證。

2.2.2 工藝流程簡(jiǎn)便，對(duì)于臭氧量可以實(shí)現(xiàn)自由調(diào)節(jié)。裝置反應(yīng)過(guò)程中，由于臭氧主要是通過(guò)管道輸送噴入，所以支持多種靈活的配置方式。綜合考慮目標(biāo)污染物類型以及煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，可以對(duì)臭氧量進(jìn)行合理的調(diào)整，從而更好的滿足脫硫脫硝要求。同時(shí)，該工藝適用于煙氣溫度小于200 攝氏度的低溫?zé)煔饷撓?，工業(yè)鍋爐排放煙氣溫度較低(100～180 攝氏度)，因此便于實(shí)現(xiàn)。

2.2.3 綠色環(huán)保優(yōu)勢(shì)。經(jīng)由該技術(shù)處理的煙氣，待確認(rèn)達(dá)到煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)后方可排放。并且，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程基本不會(huì)產(chǎn)生其他污染物，因此具有突出的綠色環(huán)保優(yōu)勢(shì)，與國(guó)情相符。

2.2.4 對(duì)于鍋爐設(shè)備影響較小。配套裝置基本以外置設(shè)備為主，往往只需要在煙道內(nèi)安裝臭氧噴射格柵便可以實(shí)現(xiàn)，所以不會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的影響[5]。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，臭氧氧化結(jié)合化學(xué)吸收同時(shí)脫硫脫硝這一工藝的應(yīng)用，可以有效促使脫硫脫硝效率的提升，同時(shí)在供應(yīng)流程便捷性以及應(yīng)用成本投入小等方面，其作用優(yōu)勢(shì)同樣突出。但是在具體的供應(yīng)應(yīng)用過(guò)程中，由于該工藝的應(yīng)用效果會(huì)受到臭氧與一氧化氮摩爾比、反應(yīng)溫度以及吸收液類型等因素的影響，所以為了最大程度上確保脫硫脫硝效率，應(yīng)該對(duì)上述因素進(jìn)行嚴(yán)格的控制。