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臭氧脱硝系统的几个关键设计参数

北极星大气网  来源:《基层建设》  作者:张旭 吕应兰  2020/7/24 13:28:02  我要投稿  

北极星大气网讯:0引言

我国是以煤炭为主要能源供应的国家之一,燃煤过程中产生的S02、NO等大气污染物质成为危害我国大气环境的主要污染源。按照GB13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》的规定,自2014年7月1日起火力发电锅炉对于氮氧化物(NOx)的排放将全面执行低于100mg/Nm3的新标准。2014年11月23日,《煤电节能减排升级与改造行动计划》对燃煤机组提出新要求:NOx排放量要小于50mg/Nm3。目前火力发电厂已有运用较为成熟的低氮燃烧器技术、SNCR技术和SCR技术等烟气脱硝技术臭氧氧化脱硝技术因其脱硝效率高、运行维护方便、要求停炉时间短且对锅炉尾部烟道空间无要求,被越来越多地运用在燃煤锅炉尾气处理系统上。

臭氧喷入烟道之所以能够实现脱硝的效果,是因为烟气中的氮氧化物95%以上都是NO,其物理性质不溶于水,而NO的氧化产物NO2、NO3、N2O5等皆溶于水。随着国家对环保要求的进一步加强,钙基湿法脱硫系统成为脱硫工艺中脱硫效率高且应用最为广泛的一项工艺,因此,若对烟气中大量的NO进行氧化后,则可以利用钙基湿法脱硫工艺进行同时脱硝的工作。

本文就臭氧脱硝系统的几个关键参数进行简述,以供参考。

1反应温度

臭氧与NO的主要基元反应(1)~(6)[1]

O3+NO→NO2+O2(1)

O3+NO2→NO3+O2(2)

NO2+NO3→N2O5(3)

O3→O+O2(4)

NO+O→NO2(5)

NO2+O→NO3(6)

反应(1)基本不受温度影响,O3与NO反应的主要产物是NO2;反应(2)~(3)受温度影响严重,O3与NO2发生反应生成高价态氮氧化物(以N2O5为主),N2O5在高温情况下性能不稳定,当温度>110℃时,N2O5易分解。

反应(4)臭氧的分解速度随温度升高而加快,文献[2-3]通过反应机理及试验证实了150℃时,O3的热分解率很低,10s内为28%,而O3与NO之间的动力学反应时间很快,约为0.01s,即臭氧的热分解对反应影响不大。

燃煤锅炉尾部烟气温度一般为130~150℃,在此温度下O3与NO反应主要生成NO2,未反应完的O3与NO2随烟气进入吸收塔,在吸收塔内60~80℃温度下,NO2与O3进一步反应生成N2O5,进而被脱硫喷淋浆液吸收。

2O3/NOx摩尔比

通过反应(4)可以看出,当O3/NOx摩尔比=0.625时,O3与NO反应的主要产物是NO2;

通过反应(4)、(5)、(6)可以看出,当O3/NOx摩尔比=1.25时,O3与NO反应的主要产物是N2O5。

与NO2、NO3相比,N2O5更容易被浆液吸收,若要实现较高的脱硝效率,则需要让NO尽可能多的转化为N2O5,此时O3/NOx摩尔比需≥1.25,从工程实际投运数据看来,要实现NOx超净排放,O3/NOx摩尔比设计值宜取1.5~2。主要原因是部分O3会同时氧化系统中其他还原性成分,不会完全参与NO的氧化反应。

3烟气停留时间

150℃时03与NOx之间的反应时间仅需0.01s,决定O3对NOx氧化效果的主要因素是烟气流场情况,保证O3与NOx充分混合反应。

NO2转化为N2O5气相反应的平衡时间需要3~4s,一般来说吸收塔空塔流速为3.5~4.5m/s,需要至少保证投运4层喷淋层,以满足反应所需时间要求。

4结论与建议

除以上三个关键因素外,影响臭氧脱硝效率的相关因素还包括烟气成分、烟气SO2浓度、吸收浆液PH值等,在选择臭氧脱硝系统时,需结合项目情况对以上因素进行综合考量。相比较常规的SNCR、SCR脱硝工艺对温度、烟气条件的要求较高,臭氧氧化脱硝对烟气条件的要求并不高,因此在SNCR、SCR脱硝工艺并不适用的场合(例如非电行业),可优先考虑臭氧脱硝。

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