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臭氧氧化吸收法脱硝的技术特点和应用分析

北极星环保网来源:西安航天源动力2019/6/20 14:20:40我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:臭氧氧化 脱硝技术 SCR

北极星环保网讯:近两年火电、钢铁等行业均出台了大气污染物超低排放标准,将NOx排放控制在50mg/m3,对烟气脱硝提出了更高的要求。目前常见的脱硝技术为SNCR和SCR,在各行业应用广泛,但这两种技术均存在效率偏低、氨逃逸、改造场地限制等问题,不能满足所有烟气脱硝的需求。臭氧(O3)氧化吸收法是一种新型脱硝技术,基于其自身具备的诸多优势,得到了逐步推广。

1原理介绍

臭氧氧化吸收法脱硝技术利用O3的强氧化性将烟气中占95%以上的难溶于水NO氧化为易溶于水、易与碱液反应的高价NOx(NO2、NO3、N2O5),随烟气进入后续脱硫系统,在脱硫塔内与SO2一同被碱液吸收;生成的硝酸盐进入后处理系统完成处理[1]。

2技术特点

2.1温度要求低

脱硝反应对温度有严格的要求,SNCR的反应温度为800~1100℃,SCR为280~400℃,限制了设备布置和脱硝效率。臭氧氧化法要求反应温度低于250℃,最佳反应温度区间为≤150℃。因此臭氧的喷射及混合设备可布置在除尘器和余热回收系统后,不会降低系统的热效率和经济性,适应性更广,对于某些低温烟气(如150℃烧结烟气)尤其适用。

2.2脱硝效率高

传统烟气脱硝技术根据运行环境不同,脱硝效率有所波动,SNCR为30%~70%,SCR不超过85%,当NOx浓度偏高时难以达标。臭氧氧化法由于其化学反应可在常温常压下进行,无需高温、催化等特殊环境,故只要保证足够的臭氧量以及与烟气的均匀混合,即可获得很好的脱硝效果。以往项目的运行实践表明,该技术脱硝效率能保持在≥90%,最高可达到99%。

2.3反应速率快

臭氧氧化吸收法采用氧化反应路径,所需活化能远低于SNCR和SCR的还原反应,因此臭氧氧化反应迅速,理论上完全反应时间约为0.1s,在实际工程运行中,停留时间为1s时即可保证完全反应。因此在现阶段大部分的脱硝反应条件下,O3均能保证将NO完全氧化。

2.4改造难度小

由于臭氧氧化NOx的反应极其迅速,使得该技术所需的反应空间更小。例如SCR需要布置完整的反应器作为脱硝载体,SNCR需要旋风分离器作为反应空间,而臭氧氧化仅需借助5~10m的烟道即可完成反应,对烟道截面的形状尺寸也无特殊规定,改造工作量小,布置更加灵活。

3与脱硫系统的适配性分析

3.1湿法脱硫

湿法脱硫在脱硫市场上占90%以上,也常作为臭氧氧化后的吸收装置,目前常见的湿法脱硫有石灰石膏法、镁法和氨法,这三种工艺与臭氧氧化脱硝联合运行时会存在不同的问题。

对于石灰石膏法和镁法,高价NOx进入吸收塔后生成硝酸盐,降低副产物的产品质量。为提高副产物的纯度,可以采用离子膜法等将杂盐分离出去,也避免了亚硝酸盐的二次污染。实际上,副产物脱硫石膏常作为水泥和建材原料,少量的硝酸盐对其利用价值影响不大,无需过多考虑杂盐带来的不利影响。

对于氨法脱硫,高价NOx带来的影响则较为明显,一是NO2与(NH4)HSO3和(NH4)2SO3生成的(NH4)2NO2在吸收塔内极易分解,会重新生成NO2,降低脱硝效果;二是(NH4)2NO2进入循环氧化槽后可能会被氧化成(NH4)2NO3,后者属于易爆炸的危险品,降低了系统运行的安全性;同时氨法脱硫产物硫酸铵属于高附加值产品,(NH4)2NO2等杂盐的存在也严重降低了产品品质。因此在设计氨法脱硫与臭氧氧化脱硝联合运行时,更适合采用“先脱硫后脱硝”的工艺路线。

3.2半干法脱硫

半干法脱硫的原理是利用石灰浆在脱硫系统(CFB、SDA等)内吸收烟气中的SO2以达到脱硫效果,并合理控制烟气分布、石灰浆流量等使水分完全蒸干,最终得到干燥的副产物脱硫灰。臭氧氧化装置大多布置在半干法脱硫设备前,高价NOx进入半干法脱硫装置后与液体石灰浆接触反应,达到脱硝效果。

但实际上由于水分的蒸发,高价NOx在脱硫装置内往往会接触到干燥的Ca(OH)2颗粒,气固反应速率远低于气液反应,也导致吸收效果不佳,降低脱硝效率。因此为提高化学反应速率,可提高O3供应量,将NOx完全氧化成为更易发生中和反应的酸酐N2O5,并适当提高脱硫喷水量,以保证吸收效果。

4结语

臭氧氧化吸收法脱硝技术优点突出,对各类烟气均能保持很高的脱硝效率,且改造难度小。但在与脱硫技术配合时也存在部分问题,需要在设计中对工艺进行合理优化,以保证脱硫脱硝系统的安全稳定高效运行。

延伸阅读:

臭氧氧化+循环流化床法烧结烟气净化技术的应用

煤粉工业锅炉臭氧脱硝应用的可行性分析

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