淺議臭氧氧化脫硝原理及對臭氧污染的影響

劉華慶

（勝利石油管理局臨盤社區管理中心 山東臨邑 251507）

淺議臭氧氧化脫硝原理及對臭氧污染的影響

劉華慶

（勝利石油管理局臨盤社區管理中心 山東臨邑 251507）

臭氧氧化脫硝作為新型的低溫脫硝方法，在市場上得到較多應用。本文對臭氧氧化脫硝技術的原理和優勢進行簡要分析，結合傳統脫硝工藝進行簡單對比。并從理論上簡要分析對臭氧污染無影響的原因。

臭氧脫硝原理；優勢不足；臭氧污染；環境影響

引言

當前環保風暴越演越烈，環保要求日益嚴格，眾多中小型鍋爐以及工業鍋爐迫切需要環保改造升級。傳統的煙氣脫硝工藝已經不能滿足嚴格的減排要求，傳統的工藝也存在設備投資高、占地面積大等各種缺點。選擇即高效又經濟的脫硝技術方案，成為了各鍋爐環保改造的一道難題。

1 臭氧氧化脫硝的原理

作為一種新興的低溫煙氣脫硝技術，臭氧氧化脫硝近年來在許多中小型鍋爐、工業鍋爐上得到了廣泛應用。原理是由臭氧發生器制備臭氧，通過噴射及布氣裝置引入煙道將煙氣中的NO氧化成高價態、易溶于水的NO2、N2O5等，并在通過煙道后方布置的吸收塔中的噴淋溶液對煙氣進行噴淋洗滌，使煙氣中的氮氧化物從煙氣中脫出并轉移到液體中，實現煙氣的脫硝處理目的。

臭氧氧化脫硝過程中NO的氧化機理比較復雜。

低溫條件下，O3與NO之間的關鍵反應如下：

臭氧氧化脫硝技術主要是利用臭氧的強氧化性，將難溶的低價態NO氧化為易溶的高價態氮氧化物，然后用噴淋液將氮氧化物溶解吸收轉化，從而實現脫硝的目的。因為臭氧的強氧化性，煙氣中的氮氧化物被轉化成易溶的離子化合物，使氧化反應更加完全和不可逆轉，從而在徹底脫除氮氧化物的同時不產生二次污染。因此，臭氧脫硝可以在氮氧化物污染物多種濃度和比例下，都能夠高效率脫除，而且還不影響其他污染治理系統的正常運轉。所以該技術可以和傳統脫硝技術聯合或者完全替代傳統脫硝技術。

圖1 某項目臭氧脫硝工藝流程圖

2 臭氧氧化脫硝的優勢

目前占80%以上煙氣脫硝市場的技術是SCR和SNCR，其原理是作為還原劑的氨水或尿素，在高溫下直接（或催化劑的協同下）與煙氣中的NOx發生氧化還原反應，把NOx還原成氮氣和水。但這兩項技術均有局限性，SCR脫除效率高，但其反應溫度在300-450℃之間，需要消耗NH3和昂貴的催化劑，運行費用高、設備投資大。SNCR反應溫度在850℃-1100℃之間，還原劑耗量大、NOx脫除率低，一般在30%-50%之間。溫度窗口和脫除效率嚴重限制了這兩種技術。對于中小型鍋爐以及工業鍋爐來說，排煙溫度遠不能達到SCR反應所需要的溫度，SNCR過低的效率往往造成煙氣排放不達標的窘境。

臭氧氧化脫硝技術，解決了很多鍋爐傳統工藝上的難題。就其本身來說，該技術不需要對鍋爐及其附屬設施進行改造，無需更換風機、不需考慮阻力，更不需要停爐影響生產。只需在風機和脫硫塔之間合適位置投加，運行成本只有設備本身的能耗和制備臭氧所需氧氣，相比其他技術，投資省，工藝簡潔，安裝、操作簡單。

臭氧氧化脫硝工藝適用排出煙氣溫度90-250℃之間，而且脫硝效率可到95%以上。在低溫煙氣脫硝上優勢明顯，彌補了SCR脫硝技術的溫度窗口限制。而且，在同等脫硝效率的基礎上，投資低，也不需要催化劑成本，煙道阻力小，改造簡單。總體來說，對于改造難度大、排煙溫度不高、改造空間受限、一次性投入資金有限的鍋爐來說，臭氧氧化脫硝技術是一種經濟高效的選擇。

3 臭氧氧化脫硝的不足

臭氧氧化脫硝的脫除效率跟臭氧氧化性的高低有直接關系，而臭氧氧化性的高低是由臭氧的濃度高低決定的，因此要得到高效的脫硝效果，臭氧的濃度就不能過低。高濃度臭氧是臭氧脫硝效率的保證。

但是，由于臭氧極不穩定易分解的化學特性，就決定了它不能通過運輸手段來為鍋爐脫硝提供原料，只能由臭氧發生器設備進行現場制備。但現階段臭氧的制備成本費用較高，耗電量較大，而且大部分制備設備需要采購液氧，成本較高。

以某項目熱電廠為例，處理煙氣量為220,000Nm3/h，氮氧化物出口濃度為400mg/Nm3，達標排放要求為50mg/Nm3以下，每年的實際運行成本如下：

表1

實際上，該項目臭氧脫硝系統工程建設成本（臭氧發生器設備采購安裝及管道儀表施工）要遠低于年運行成本，因此，較高運行成本制約了企業采用臭氧氧化脫硝的熱情，阻礙臭氧氧化脫硝技術的進一步推廣。

但是，臭氧氧化脫硝的優勢明顯，隨著技術的不斷革新，臭氧氧化脫硝的運行成本在逐年下降，臭氧氧化脫硝技術必將得到廣泛應用。

4 臭氧脫硝對臭氧污染的影響

2017年上半年以來，全國各地不斷爆出“臭氧污染”的新聞，根據中國環境監測總站發布的信息，從2013年以來，三大重點區域（京津冀、長三角、珠三角）中，京津冀和長三角臭氧濃度有顯著的逐年上升趨勢，特別是2017年上升最為顯著；近日發布的《2016年中國環境狀況公報》顯示，京津冀超標天數中(空氣質量指數AQI大于100的天數)，以臭氧為首要污染物的天數占污染總天數的26.3%。珠三角超標天數中，以臭氧為首要污染物的天數占總數的70.3%。2017年，全國臭氧超標率明顯增加，峰值濃度出現明顯抬升。現如今，臭氧已多次位列多個城市的首要污染物，臭氧污染正進入人們視野。

低層大氣中的臭氧對地球生態系統和對人類及生物圈都是有害的，也是“健康殺手”。臭氧具有強氧化性，可嚴重影響人體健康，對人體的呼吸系統和神經系統產生損傷。可以抑制植物的生長，影響生態環境。而且幾乎對所有的金屬和非金屬材料有強烈的腐蝕作用等等一系列的危害。

那么，臭氧污染是怎么形成的？臭氧脫硝會不會加重臭氧污染？

低層大氣中的臭氧是典型的二次污染物，不是污染源直接排放產生的，而是由排放到空氣中的氮氧化物和揮發性有機化合物(VOCs)等污染物，在空氣中進行復雜的光化學反應產生的。比如來自機動車尾氣、熱電廠、工業鍋爐等排放的氮氧化物，在強陽光輻射及高溫的氣象條件下經光化學反應就可以生成臭氧。對于氮氧化物的排放控制，各行業有相應的排放標準，如火電行業要求氮氧化物濃度不超過50mg/Nm3。

臭氧的化學性質極不穩定，常溫下在空氣和水中都會慢慢分解成氧氣。溫度越高，分解速度越快，當溫度超過100℃時，分解反應會非常迅速，在溫度在270℃時，臭氧可立即分解為氧氣。臭氧在水中的分解速度要比在空氣中更快。在含有雜質的水溶液中臭氧可迅速分解成氧氣。

由于臭氧氧化脫硝工藝在引風機之后，濕法脫硫之前，煙氣溫度基本上都在100℃以上，臭氧氧化反應非常劇烈，而且在脫硫塔部位還會被噴淋漿液再次洗滌吸收，臭氧即使未與NO充分反應，在后續的工藝流程中也會分解為氧氣，所以從煙囪排入大氣的臭氧極少，幾乎可以忽略。

然而，在超低排放中，由于煙道氧含量的增加對污染物濃度折算會有較大影響，需要注意。建議臭氧脫硝工藝采用先進的噴射混合技術，合理布氣，盡可能提高臭氧利用率，從而控制臭氧逃逸。

總之，臭氧脫硝對臭氧污染的影響幾乎沒有，反而因為脫硝效率高，有效降低氮氧化物的排放，減少了鍋爐煙氣排放到空氣中的氮氧化物污染物，減少了臭氧污染。

[1]工業鍋爐煙氣臭氧法脫硝應用技術淺析 江厚月，山東化工2016年24期

[2]臭氧氧化法煙氣脫硝初步研究 劉志龍，煉油技術與工程2012年09期

[3]煤粉工業鍋爐臭氧脫硝應用的可行性分析閆黎黎，潔凈煤技術2017年04期

[4]煙氣臭氧脫硝應用研究 康勇;阮磊，化工管理2016年31期

[5]脫硝技術及研究進展 程宏亮，輕工科技 2017年04期

[6]臭氧脫硝是否會加重臭氧污染，北極星環保網2017/8/12

劉華慶（1973.12-），男，民族漢族，籍貫山東廣饒，學歷本科，職稱高級工程師，研究方向安全環保，工作單位勝利石油管理局臨盤社區管理中心。