臭氧脫硝的原理及技術優勢

文_陸方榮 薛永明 胡宏興

1.蘇州市江遠熱電有限責任公司；2. 浙江北高峰環境工程有限公司

1 臭氧脫硝工藝介紹

自2000年初，在岑可法院士的帶領下，王智化教授團隊首次提出了臭氧多種污染物一體化脫除新思路，臭氧是一類強氧化性物質，它可以將煙氣NOx中的不溶性NO氧化成可溶于水的NO2、N2O5等高價氮氧化物，將零價汞氧化成可溶性二價汞(Hg2+)，結合濕法吸收塔與SO2、HCl、HF等可溶性酸性氣體一同去除，表1為各價態污染物在水中的溶解度。

表1 NOx/Hg/SOx各價態物質在水中的溶解度（100g水中溶解溶質克數）

臭氧氧化多種污染物同時脫除基本原理如圖1所示。可溶性污染物經濕法吸收塔吸收后生成的亞硝酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽產物經提純濃縮結晶后，可做為工業原料出售，而溶液中Hg2+經Na2S處理生成穩定的HgS沉淀，從而避免吸收溶液中汞的二次污染。

整個臭氧氧化脫硝工程包括VPSA制氧系統（或液氧貯存系統）、臭氧發生系統、臭氧噴射、吸收系統、廢液沉淀處理系統以及電氣及控制系統組成（控制系統可并入到脫硫系統中），流程示意圖如圖2所示。

臭氧發生及煙道混合反應系統是整個工程最為關鍵的部分。臭氧發生系統利用介質阻擋放電法將高純度氧氣等離子體化繼而生成臭氧，在專有臭氧噴嘴噴射下噴入特殊設計的煙道反應系統，與煙氣進行迅速混合，實現NOx等污染物的充分、快速氧化，滿足NOx等污染物在較高濃度下的脫除效率。

充分氧化后的煙氣進入脫硫塔進行凈化吸收，二氧化硫與氮氧化物同時吸收后生成硫酸鹽、亞硫酸鹽、硝酸鹽和亞硝酸鹽等物質。

石膏漿液經脫水處理制成石膏后，進入亞硝酸鹽/硝酸鹽分離系統。對于亞硝酸鹽，可加入熟石灰與亞硝酸鈣反應生成沉淀，進行分離。系統由反應器、分離器及熟石灰粉倉等組成。復鹽沉淀作為混凝土防凍、防腐添加劑出售。硝酸鹽可通過蒸發結晶系統進行提純，之后進行資源化利用。

臭氧深度一體化超低排放工藝與燃燒過程無關，適用于燃煤鍋爐煙氣、其他燃料煙氣、垃圾焚燒煙氣、水泥窯爐、玻璃窯爐、燒結機等各種煙氣。區別于傳統氨基脫硝，它對燒及設備運行過程無任何影響，不會引起類似氨泄漏的二次污染，僅針對低溫煙氣進行處理，實現NO和Hg、二噁英等多種污染物的氧化吸收，真正實現多種污染物協同脫除，做到“一塔多脫”。臭氧與污染物的氣相反應為均相反應，反應迅速，而且與固體顆粒物的反應不敏感，最高可達到95%以上的脫硝率，滿足現在國家超低排放治理的要求。同時，調節靈活性大，可根據煙氣中各污染物的濃度進行配比調節，減少不必要的消耗。

臭氧深度一體化超低排放工藝對現有鍋爐改造部分較少，僅需在尾部煙道進行臭氧反應器的布置，其輔件的安裝均為額外配備裝置，對鍋爐的運行幾乎沒有影響。改造停爐周期短。該工藝可與大部分燃煤電廠采用的濕法脫硫WFGD系統結合進行氧化產物的吸收。副產物亞硝酸鹽、硝酸鹽產物是一種潛在的資源，可實現硫氮的資源化綜合利用，獲得一定收益。

2 臭氧脫硝工藝的技術優勢（見表2）

表2 常用后端脫硝技術對比

相對于傳統的SCR、SNCR脫硝工藝，臭氧脫硝在污染物控制方面有其優越性，以下為幾個重要的技術優勢。

（1）臭氧脫硝與燃燒過程無關，可以是燃煤煙氣、垃圾焚燒煙氣、工業窯爐、燒結機等各種煙氣，對于不具備SCR、SNCR氨法脫硝條件的煙氣同樣有良好的適應性，只要有＜200℃以下的煙氣條件和一定的停留時間。

（2）臭氧脫硝與濕法脫硫系統結合，實現多種污染物協同脫除，做到“一塔多脫”。

（3）臭氧脫硝的氧化有選擇性，可根據煙氣中各污染物的濃度進行配比調節，減少不必要的消耗。

（4）臭氧脫硫脫硝技術脫除效率高，可以達到90%以上的脫硫脫硝效率，同時，臭氧分解產物是氧氣，不會引起類似氨泄漏的二次污染。

（5）改造部分較少，僅需在尾部煙道進行臭氧噴嘴的布置。其輔件的安裝均為額外配備裝置，對主機系統的運行幾乎沒有影響。

2014起，浙江北高峰環境工程有限公司（以下稱北高峰公司）與浙江大學熱能工程研究所合作，采用活性分子多脫技術（暨臭氧脫硝技術）已在富陽中策清泉有限公司炭黑爐、杭州蕭山經濟技術開發區100t/h+150t/h流化床鍋爐、恒盛能源集團有限公司4×75t/h流化床鍋爐、浙江龍德環保熱電有限公司1#~5#流化床鍋爐、光大生物能源（如皋）有限公司130t/h生物質鍋爐、洮南市熱電有限責任公司3#、4#燃煤鍋爐等多個煙氣治理項目中取得成功應用，為我國燃煤鍋爐的煙氣超低排放提供了新的技術方案。

3 結語

可以預見，作為一種全新的多污染物協同脫除超凈排放技術，臭氧脫硝以其高效率、高適應性、無二次污染、改造建設便捷等優勢成為一種完全不同于氨媒脫硝的新型污染物脫除技術。這種綠色清潔技術優勢將隨著環保市場推廣逐步顯現出來，是我國燃煤電廠超低排放中具有自主知識產權的一支重要技術成果。