活性分子脫硝和氨法洗滌在炭黑尾氣鍋爐煙氣凈化中的應(yīng)用

胡宏興，林崇軍，王智化

(浙江北高峰環(huán)境工程有限公司，浙江 杭州 310007)

炭黑尾氣鍋爐煙氣中含有NOx、SO2等多種大氣污染物，其中SO2的刺激性十分強(qiáng)烈，無色且易溶入人體的黏性液與血液中，還會導(dǎo)致眼結(jié)膜炎癥、肺氣腫、支氣管炎、呼吸道炎癥等多種疾病。在光、氧化劑的作用下，SO2能夠生成致病的硫酸鹽氣溶膠，增加患病者的死亡率[1]。除此之外，SO2對鋼結(jié)構(gòu)等金屬也具有強(qiáng)大的腐蝕性，我國每年都會因此而遭受巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而NOx對動植物與人體具有致毒性，特別是一氧化氮由于具備很強(qiáng)的親血紅蛋白力，很容易引起肺氣腫、支氣管炎等病變，導(dǎo)致淋巴組織增生、早衰甚至肺癌[2]。同時(shí)NOx還參與破壞臭氧層。在NOx、SO2等多種大氣污染物的作用下還會造成酸雨，破壞土壤與植物。

對于炭黑尾氣鍋爐煙氣凈化的研究，國內(nèi)外均已十分深入[3]。國外的研究主要針對炭黑尾氣鍋爐煙氣凈化成本等方面，國內(nèi)的研究則主要針對炭黑尾氣鍋爐煙氣凈化方法的改進(jìn)等方面。為了獲得更加多樣化的研究成果，減少大氣污染，必須對炭黑尾氣鍋爐煙氣進(jìn)行凈化[4]，而活性分子脫硝和氨法洗滌是其中比較有效的方法，因此對活性分子脫硝和氨法洗滌在炭黑尾氣鍋爐煙氣凈化中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究。

1 試驗(yàn)項(xiàng)目

1.1 項(xiàng)目情況

對某焦?fàn)t中的炭黑尾氣鍋爐煙氣實(shí)施活性分子脫硝和氨法洗滌處理，此過程即為對煙氣進(jìn)行脫硫脫硝處理[5]。試驗(yàn)中焦?fàn)t的相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 試驗(yàn)焦?fàn)t的相關(guān)數(shù)據(jù)

針對試驗(yàn)焦?fàn)t各進(jìn)行一次活性分子脫硝處理與氨法洗滌處理，對處理后的煙氣進(jìn)行研究[6]。

1.2 參數(shù)及要求

焦?fàn)t中煙氣入口的相關(guān)參數(shù)具體如表2所示。

表2 焦?fàn)t中煙氣入口的相關(guān)參數(shù)

凈化后要求煙囪的炭黑尾氣鍋爐煙氣中NOx的實(shí)際排放濃度滿足<150 mg/m3；SO2的實(shí)際排放濃度滿足<30 mg/m3；脫硫效率高于95%[7]。

2 活性分子脫硝應(yīng)用

2.1 主要設(shè)備與儀器

活性分子脫硝法中使用的主要設(shè)備與儀器包括臭氧發(fā)生器、臭氧分析儀、煙氣分析儀、離子色譜儀以及噴淋裝置[8]。其中，臭氧發(fā)生器的具體參數(shù)如表3所示。

表3 臭氧發(fā)生器的具體參數(shù)

臭氧分析儀的具體參數(shù)如表4所示。

表4 臭氧分析儀的具體參數(shù)

煙氣分析儀的型號為Gasmet XD2000紅外氣體傅立葉煙氣分析儀，能夠?qū)煔庵袣怏w的組分濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

離子色譜儀為388 Basic CI離子色譜全自動系統(tǒng)，能夠測定離子濃度，由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、阻尼器、電導(dǎo)池、蠕動泵、色譜柱、進(jìn)樣閥、抑制器、高壓泵、淋洗液、自動進(jìn)樣器構(gòu)成[9]。其濃度測量范圍為1～12 mg/L。

噴淋裝置共兩套，包括有機(jī)玻璃透明噴淋裝置以及不銹鋼式噴淋裝置。

2.2 輔助設(shè)備儀器

輔助設(shè)備儀器包括pH計(jì)、蠕動泵、質(zhì)量流量計(jì)、空氣泵、混氣室，具體參數(shù)如表5所示[10]。

表5 輔助設(shè)備儀器具體參數(shù)

2.3 試驗(yàn)試劑

試驗(yàn)中使用的液體試劑包括去離子水、陰離子717氯型交換樹脂、純鹽酸，分子量為35.46。

試驗(yàn)中使用的固體試劑包括硫代硫酸鈉、硝酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉(均為AR)，分子量依次為157、85.749 9、85.1、106、34。

試驗(yàn)中使用的氣體試劑為氧氣濃度為99.99%。

2.4 試驗(yàn)裝置

活性分子脫硝試驗(yàn)裝置包括分析裝置、吸收裝置、反應(yīng)裝置、配氣裝置。

其中配氣裝置由氣體試劑構(gòu)成。利用臭氧發(fā)生器制取臭氧，制取的臭氧通過質(zhì)量流量計(jì)流入反應(yīng)裝置。

反應(yīng)裝置的作用是實(shí)施氣相氧化，為一個(gè)圓柱體石英制反應(yīng)室。

吸收裝置由蠕動泵與噴淋裝置構(gòu)成，其中非吸收液為氫氧化鈉，添加劑為硫代硫酸鈉[11]。

分析裝置包括臭氧分析儀、離子色譜儀、煙氣分析儀。

2.5 脫硝過程

利用試驗(yàn)裝置對試驗(yàn)焦?fàn)t進(jìn)行改造。配氣裝置產(chǎn)生臭氧后，通過臭氧分析儀對其進(jìn)行濃度檢測，臭氧進(jìn)入反應(yīng)裝置后，通過吸收裝置將其送入煙道。在煙道中臭氧與NOx會發(fā)生反應(yīng)，最后采用煙氣分析儀、離子色譜儀對NOx的去除情況進(jìn)行檢測。

3 氨法洗滌應(yīng)用分析

3.1 試驗(yàn)裝置

以試驗(yàn)中的焦?fàn)t為基礎(chǔ)構(gòu)造一個(gè)氨法洗滌試驗(yàn)裝置。氨法洗滌試驗(yàn)裝置包括脫水干燥裝置、硫銨濃縮結(jié)晶裝置、工藝水裝置、液氨供給裝置、二氧化硫氧化吸收裝置、煙氣裝置[12]。氨法洗滌試驗(yàn)裝置的構(gòu)成具體如圖1所示。

圖1 氨法洗滌試驗(yàn)裝置的構(gòu)成

氨法洗滌試驗(yàn)裝置可以劃分為兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，各系統(tǒng)循環(huán)流程與煙氣排放過程具體如圖2所示。

圖2 各系統(tǒng)循環(huán)流程與煙氣排放過程

其中，二氧化硫氧化吸收裝置與煙氣裝置的具體構(gòu)成如表6所示。

表6 二氧化硫氧化吸收裝置與煙氣裝置的具體構(gòu)成

液氨供給裝置由測試pH值裝置、液態(tài)循環(huán)供應(yīng)缸、氨水泵以及氨水儲缸構(gòu)成。工藝水系統(tǒng)由水泵、工藝水箱構(gòu)成[13]。脫水干燥裝置與硫銨濃縮結(jié)晶裝置用于獲取脫硫副產(chǎn)物。

3.2 脫硫過程

利用氨法洗滌試驗(yàn)裝置對試驗(yàn)焦?fàn)t進(jìn)行脫硫處理。具體流程如下：煙氣在焦?fàn)t尾道出來后，首先會進(jìn)入靜電除塵器，然后流經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)，最后進(jìn)入脫硫塔[14]。之后一級噴淋層會噴出氨水漿液，氨水漿液與煙氣發(fā)生逆流接觸，從而吸收煙氣中的二氧化硫，并冷卻煙氣。接下來通過波紋型一級除霧器對煙氣中的液滴進(jìn)行濾除。最后進(jìn)入二級除霧器、噴淋層、水帽層再一次對煙氣進(jìn)行脫硫處理[15]。在脫硫處理中，氨水泵會向噴淋裝置輸送濃度為28%的氨水。

4 應(yīng)用效果分析

在四種工況下，對活性分子脫硝和氨法洗滌在炭黑尾氣鍋爐煙氣凈化中的應(yīng)用效果進(jìn)行測試。其中第一種工況為未進(jìn)行活性分子脫硝和氨法洗滌處理；第二種工況為只進(jìn)行活性分子脫硝處理；第三種工況為只進(jìn)行氨法洗滌處理；第四種工況為同時(shí)進(jìn)行活性分子脫硝和氨法洗滌處理。試驗(yàn)中共設(shè)置兩個(gè)測點(diǎn)，一個(gè)是出口測點(diǎn)，另一個(gè)是入口測點(diǎn)。

4.1 第一種工況試驗(yàn)結(jié)果

在未進(jìn)行活性分子脫硝和氨法洗滌處理即第一種工況下，其試驗(yàn)結(jié)果具體如表7所示。

根據(jù)表7的試驗(yàn)結(jié)果可知，未進(jìn)行活性分子脫硝和氨法洗滌之前，試驗(yàn)焦?fàn)t中的炭黑尾氣鍋爐煙氣中SO2、NOx顆粒物含量很高。

表7 第一種工況下的試驗(yàn)結(jié)果

4.2 第二種工況試驗(yàn)結(jié)果

在第二種工況下，試驗(yàn)結(jié)果具體如表8所示。

根據(jù)表8的試驗(yàn)結(jié)果可知，在只進(jìn)行活性分子脫硝處理后，試驗(yàn)焦?fàn)t中的炭黑尾氣鍋爐煙氣中NOx含量明顯降低，且顆粒物的含量也有所降低，而SO2含量則沒有降低。

表8 第二種工況下的試驗(yàn)結(jié)果

4.3 第三種工況試驗(yàn)結(jié)果

在第三種工況下，試驗(yàn)結(jié)果具體如表9所示。

根據(jù)表9的試驗(yàn)結(jié)果可知，只進(jìn)行氨法洗滌處理后，試驗(yàn)焦?fàn)t中的炭黑尾氣鍋爐煙氣中SO2含量明顯降低，且顆粒物的含量也有所降低，而NOx含量則沒有降低。

表9 第三種工況下的試驗(yàn)結(jié)果

4.4 第四種工況試驗(yàn)結(jié)果

在第四種工況下，試驗(yàn)結(jié)果具體如表10所示。

表10 第四種工況下的試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表10的試驗(yàn)結(jié)果可知，同時(shí)進(jìn)行活性分子脫硝和氨法洗滌處理后，試驗(yàn)焦?fàn)t中的炭黑尾氣鍋爐煙氣中SO2、NOx含量均明顯降低，且顆粒物的含量也明顯降低。

綜上所述，將活性分子脫硝和氨法洗滌應(yīng)用至炭黑尾氣鍋爐煙氣后，能夠使炭黑尾氣鍋爐煙氣SO2、NOx含量的下降，達(dá)到了煙氣凈化的效果。

5 結(jié) 語

本文主要研究活性分子脫硝和氨法洗滌在炭黑尾氣鍋爐煙氣凈化中的應(yīng)用。試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能夠成功對炭黑尾氣鍋爐煙氣進(jìn)行脫硝脫硫處理，并令O2含量上升、SO2、NOx以及顆粒物含量下降，煙氣凈化效果好。