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臭氧脱硝的介绍

北极星环保网来源:环保工程CFD辅助设计2019/8/6 9:29:08我要投稿

北极星环保网讯:一.前言

目前成熟的脱硝工艺有低氮燃烧系统、选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、臭氧脱硝等各种工艺。每种工艺都有自己的优缺点和适用的条件。对于大型的燃煤锅炉最佳的技术手段是选择性催化还原法(SCR),对于垃圾焚烧、水泥窑炉和循环流化床锅炉(CFB),选择性非催化还原法(SNCR)是一个比较经济的工艺。除此之外还有许多机组既不适用SCR也不适用SNCR,而臭氧氧化脱硝法正好适合此类机组。

本文将从原理、化学反应过程、主要影响因素、系统构成和CFD辅助设计等方面介绍臭氧脱硝工艺

二.臭氧脱硝原理

在介绍臭氧脱硝的原理前,首先要介绍一下臭氧。臭氧(O3)是氧的高能态存在形式,无色,有特殊臭味,极不稳定,具有奇特的强氧化性,可以有效的去除氮氧化物、二氧化硫、氯氟有机物等,同时可以灭菌、去污、漂白、除臭等,臭氧的分解化学物质的过程中还原成(O2)或生成水(H2O),不产生二次污染。在自然界中,主要由雷电所产生,它是"天赐的净化剂"。

由于臭氧的这种净化特性,采用人工的臭氧发生器使得臭氧在水处理行业得到了广泛的应用。臭氧在水中对细菌、病毒等微生物杀灭率高、速度快,对有机化合物等污染物质去除彻底而又不产生二次污染,因此饮用水杀菌消毒是臭氧应用的最主要部门,自来水行业是臭氧的最大市场。

除了在水处理方面的应用,臭氧还能有效的治理氮氧化物污染,而且是无催化剂,无还原剂,零排放的循环清洁工艺。臭氧脱除氮氧化物已经在FCC(石油化工的催化裂化)得到了广泛的应用,是具有零吸收剂,零催化剂,零污染的先进清洁工艺。

臭氧的氧化能力极强,从下表可知,臭氧的氧化还原电位仅次于氟,比过氧化氢、高锰酸钾等都高。此外,臭氧的反应产物是氧气,所以它是一种高效清洁的强氧化剂。

QQ截图20190806091746.jpg

臭氧脱硝系统采用臭氧作为脱硝的反应物,把臭氧通过臭氧格栅均匀的注入烟气中,把不溶性的氮氧化物(NO)转变成为水溶性氮氧化合物(NO2或N2O3,或N2O5)。臭氧可通过臭氧发生器在现场按烟气中的氮氧化物浓度来定量生产。

臭氧脱除氮氧化物是一个低温系统,不需要像 SCR和SNCR系统那样需要较高的温度窗口。臭氧发生器可以是对生产过程中烟气中的NOx量做出及时的响应。无论烟气流量或者氮氧化物含量的波动,臭氧发生系统都可以在线及时响应,在节省能量的同时控制净烟气中氮氧化物的排放量。

臭氧脱硝系统对酸性气体或微粒没有不良的敏感性,一些微粒甚至可能提高反应,这些微粒会促进催化氧化反应。通过一系列的反应不溶性NO转化为了NO2并会形成可溶性N2O5。N2O5是高度可溶性,并迅速与烟气中的水分发生反应,形成硝酸。

NO经臭氧转化后进入脱硫塔,在脱硫塔中NO2、N2O5等氮氧化物迅速的与喷淋下来的碱性浆液接触反应,生成硝酸盐等物质,随着脱硫副物硫酸盐一起进入脱硫后处理装置。臭氧与NOx的反应是非常快速的,这使臭氧成为在处理NOx时具有较高的选择性,通过控制反应时间和臭氧的数量很容易控制对CO和SOx等化合物的氧化反应,使得在脱硝中臭氧利用率高。

三. 化学反应过程

臭氧脱硝系统以高阶氮氧化物优良的溶解性和酸碱中和反应为基础。典型燃烧过程中产生的NOx主要组成为:约95%NO和5%NO2。NO不容易溶于水,同时也不和碱性物质反应,而NO2是相对易溶于水,同时可以和脱硫反应中的碱性物产生中和反应生成亚硝酸盐,N2O5是具有高度溶解性的物质,可以很容易的溶解在水中形成硝酸。

因此可以根据这些物理化学特性来对氮氧化物进行氧化,同时结合脱硫塔中碱性吸收剂的酸碱中和反应来有效的脱除烟气中的NOx。

延伸阅读:

煤粉工业锅炉臭氧脱硝应用的可行性分析

生物质锅炉臭氧脱硝技术的应用

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