煙氣臭氧脫硝應用研究

康勇 阮磊(濟南西客站熱源廠, 山東 濟南 250018)

煙氣臭氧脫硝應用研究

康勇 阮磊(濟南西客站熱源廠, 山東 濟南 250018)

脫硝就是將燃煤鍋爐煙氣中的NOx脫除。由于煙氣中的氮氧化物主要組成是NO(占95%)，NO難溶于水，而高價態的NO2、N2O5等可溶于水生成HNO2和HNO3，溶解能力大大提高，很容易通過堿液噴淋等手段將其從煙氣中脫出。所以將低價態的NO氧化為高價態的NO2、N2O5的氧化脫硝工藝，就顯得極為重要。在眾多氧化劑中，臭氧是最環保清潔的強氧化劑，在高效轉化NO至高價態的過程中不遺留任何二次污染物，這也是眾多電力企業青睞這一工藝的重要原因。

煙氣;臭氧;脫硝

1 臭氧脫硝原理

臭氧具有強氧化性，完全有能力將煙氣惡劣環境中的NO氧化成高價態，提高煙氣中氮氧化物的水溶性，從而通過濕法洗脫。其中主要包括以下反應：

利用臭氧將NO氧化為高價態的氮氧化物后，需要進一步地吸收。常見的吸收液有Ca(OH)2、NaOH 等堿液。不同的吸收劑產生的脫除效果會有一定的差異。例如有人在利用水吸收尾氣時，NO的脫除效率可達到86.27%，這是利用氣體在水中的溶解度進行吸收，也有試驗利用吸收液將高價氮氧化物還原成為N2后直接排入大氣中。采用臭氧脫硝技術可得到較高的NOX脫除率，典型的脫除范圍為70%～90%，甚至可達到95%，并且可在不同的NOX濃度和NO、NO2的比例下保持高效率；經氧化后生成的N2O5通過洗滌器很容易與煙氣中水分發生反應生成HNO3，然后再同洗滌劑生成鹽類，最后通過洗滌清理排出系統外。我廠在脫硝反應裝置后新上濕法脫硫系統，用石灰漿液對煙氣進行洗滌。具體的化學反應如下：

對于臭氧脫硝系統來說，臭氧易于分解無法儲存，需現場制取現場使用(特殊的情況下可進行短時間的儲存)，所以凡是能用到臭氧的場所均需使用臭氧發生器。臭氧發生器是用于制取臭氧氣體(O3)的裝置。它的原理就是利用高壓電離，使空氣中的部分氧氣分解聚合為臭氧，是氧的同素異形轉變過程。臭氧的不穩定性使其很難實現瓶裝貯存，一般只能利用臭氧發生器現場生產，隨產隨用。

2 發生器與放電管

臭氧系統的核心技術和設備是發生器中的放電管，直接影響設備的運行效率和可靠性。臭氧發生器采用微間隙介質阻擋放電設計，不僅大大提高了運行的效率，而且增加了系統連續運行的安全可靠性。設備的技術參數已經達到國際先進水平。

由于采用微間隙放電技術，使系統運行電壓降低為6-8 kV，遠低于玻璃管絕緣介質的耐壓水平，有效地避免了介質擊穿短路故障的發生，提高了運行可靠性。臭氧發生器放電單元所采用的模塊化設計方法，使設備的安裝，檢修和維護工作更加容易。在保證進氣氣源質量的條件下，臭氧發生器放電單元連續運行的免維護時間可以長達5年。

3 高頻高壓電源

與傳統的臭氧中頻(＜1kHz) 電源不同，高頻高壓臭氧系統采用3-10kHz的高頻電源技術，結合微放電間隙設計可以有效提高臭氧生成的效率，減小發生器的體積和占地空間，從而減少土建設計及投資費用。逆變電源系統采用成熟的高頻電源技術，現場長期運行證明可以保證系統長期運行的穩定性。高頻輸出經升壓系統后產生正弦波高電壓，經電纜與發生器相連，在高頻高壓的作用下，放電間隙產生冷態等離子體放電生成臭氧。

4 變壓吸附制氧機

在眾多的制氧工藝中，變壓吸附制氧工藝由于能耗高、產氧純度高、操作簡便等優點脫穎而出。

變壓吸附真空解吸制氧機(簡稱VPSA制氧機)，即穿透大氣壓 的條件下，利用VPSA專用分子篩選擇性吸附空氣中的氮氣、二氧化碳和水等雜質，在抽真空的條件下對分子篩進行解吸，從而循環制得純度較高的氧氣(90%～94%)。VPSA能耗較低,設備越大其能耗越低。

變壓吸附制氧機主要由鼓風機、真空泵、切換閥、吸附器和氧氣平衡罐組成。原料空氣經吸入口過濾器除掉灰塵顆粒后,被羅茨鼓風機增壓后而進入其中一只吸附器內。吸附器內裝填吸附劑,其中水分、二氧化碳、及少量其它氣體組分在吸附器入口處被裝填于底部的活性氧化鋁所吸附,隨后氮氣被裝填于活性氧化鋁上部的沸石分子篩所吸附。而氧氣(包括氬氣)為非吸附組分從吸附器頂部出口處作為產品氣排至氧氣平衡罐。

當該吸附器吸附到一定程度,其中的吸附劑將達到飽和狀態,此時通過切換閥利用真空泵對之進行抽真空(與吸附方向相反),真空度為0.65～0.75barg。已吸附的水分、二氧化碳、氮氣及少量其它氣體組分被抽出并排至大氣,吸附劑得到再生。變壓吸附制氧機的每個吸附器都交替執行吸附-解吸-沖壓等步驟。上述三個基本的工藝步驟都可由PLC和切換閥系統來實現自動控制。

5 結語

總體來說，臭氧制備設備具備以下特點：①能耗比較低。產氧量越大，能耗也降低。②維護成本低，但電能消耗較大，需單獨電源提供動力。③整套設備的自動化程度高，臭氧發生器與制氧機是同步控制，只需按一下啟動按鈕，整套設備即可正常運行。④適合于中大型產量。

康勇(1975- )， 男，漢，濟南熱電有限公司，中級職稱(工程師)，本科，化學。