臭氧氧化結合化學吸收同時脫硫脫硝的研究

井泉源

（大唐環境產業集團股份有限公司，江蘇 南京210000）

在環保政策日趨嚴格的社會背景下，如何促進工業鍋爐污染物治理效率，逐漸成為環保治理的重要內容之一。從現階段我國工業鍋爐運行實際情況來看，由于鍋爐運行負荷相對較大，同時爐內工況較為復雜，因此在一定程度上增加了氮氧化物治理工作的開展難度。除此之外，部分工業鍋爐設計過程中沒有預留相應的改造空間，如果可以在一種設備中實現硫硝一體化脫除，有利于促進脫硫脫硝經濟性的進一步提升。臭氧作為自由基，其本身具備高效氧化多種污染物的作用價值，從而被作為高效清潔的強氧化劑，廣泛應用于環保工作中。基于此，本文針對臭氧氧化結合化學吸收同時脫硫脫硝這一新型工藝，展開以下研究。

1 臭氧氧化結合化學吸收同時脫硫脫硝工藝流程與原理分析

1.1 技術概述

臭氧氧化結合化學吸收同時脫硫脫硝工藝的應用，主要是借助臭氧本身具有的超強氧化性特征，將其對煙道內煙氣實施持續臭氧噴神這一方式，促使煙道內煙氣中的一氧化氮轉化為高價態的氮氧化物，如：二氧化氮、三氧化氮以及五氧化二氮等等。這一技術的應用，不僅可以有效促進氮氧化物在堿液中溶解性的進一步提升，同時結合WFGD 技術對其和二氧化硫實施吸收，還可以實現脫硫脫硝任務同時實現的目的[1]。

與此同時，出于對臭氧可以將氮氧化物氧化到高價態（NOx）這一技術優勢的分析，國外BOC 和Cannon 公司基于這一技術，進一步研發出了低溫氧化脫硝工藝(Lo-TOx)，而(Lo-TOx)工藝被美國環保署評為最佳可用控制技術類型，證實了臭氧氧化結合化學吸收同時脫硫脫硝工藝本身的作用價值。

1.2 臭氧氧化一氧化氮的原理

一氧化氮的氧化過程，是臭氧氧化結合化學吸收同時脫硫脫硝目標實現的關鍵。相關研究學者提出，借助DNS 數值模擬方法，合理構建65 步臭氧氧化一氧化氮的詳細化學反應機理，同時對其展開相應的敏感度分析，在此基礎上確定一氧化氮的主要氧化過程。將這一研究結果與機理試驗結果實施對比，最終結果進一步證實了一氧化氮的氧化過程為逐級反應[2]。氧化反應機制描述如下：

1.3 工藝流程

臭氧氧化結合化學吸收同時脫硫脫硝工藝，主要依靠現有的WFGD 裝置，在該裝置的輔助下，通過額外增加相應裝置系統的方式，促使一塔內脫硫脫硝任務同時進行目標的實現。具體描述如下：a.經過除塵處理后的煙氣，在進入到洗滌塔前需要與臭氧發生系統制備的臭氧進行充分的混合與反應，使其可以在反應器被將一氧化氮逐漸氧化為高價態的氮氧化物。b.在經由臭氧氧化處理后，煙氣會被送至洗滌塔，遵循自下而上嚴格，與自上而下的堿液實現逆流氣液傳質接觸，這一過程的目的主要在于實現對煙氣中二氧化硫與氮氧化物的脫除。c.借助除霧器對其實施除霧脫水處理，檢測結果達到標準后，將其通過煙囪排放。

針對脫硫脫硝過程中生成的硝酸鹽和硫酸鹽，需要將其引入塔底循環罐，在濃度未達到石膏漿液排放濃度時，漿液經由循環泵繼續噴淋脫硫脫硝。儲液罐內達到排放濃度要求時，脫硫脫硝后的漿液有控制地輸送至產物后處理系統。

2 臭氧氧化結合化學吸收同時脫硫脫硝影響因素及其工藝優勢

2.1 影響因素

綜合分析來看，影響臭氧氧化結合化學吸收同時脫硫脫硝工藝應用效果的因素，具體可以總結為以下幾點：

2.1.1 臭氧與一氧化氮的摩爾比。臭氧與一氧化氮兩者之間的摩爾數比值，與臭氧量相對于一氧化氮量的高低有著直接的關系。相關研究結果提示，臭氧氧化結合化學吸收同時脫硫脫硝工藝應用過程中，脫硝的效率會受到臭氧與一氧化氮摩爾比的影響。當臭氧與一氧化氮摩爾比增加時，最終的脫硝效率會隨之大幅度強化。而臭氧與一氧化氮摩爾比數值為1 時，最終的氮氧化物脫除效率一般。為了進一步提升氮氧化物的脫除效率，臭氧與一氧化氮摩爾比一般控制在1 以上。

2.1.2 反應溫度。臭氧氧化結合化學吸收同時脫硫脫硝的效率，與臭氧的生存周期以及脫硝效率之間有著直接的聯系。一般情況下，反應溫度越高，臭氧的分解速度越快，最終的脫硝效率越低。相關研究結果顯示，當反應溫度處于100～200 攝氏度時，此時的臭氧分解速度將明顯低于一氧化氮的反應速度，整體對于一氧化氮的脫除影響大不。但是如果反應溫度超過200攝氏度時，此時的臭氧分解速度得到明顯的提升，進而會大幅降低一氧化氮的脫除效率[3]。

2.1.3 吸收液。在全面應用臭氧氧化結合化學吸收同時脫硫脫硝工藝過程中，所選擇的吸收液不同，最終的脫除效果也會存在較大的差異。從現階段工藝使用情況來看，常用的堿液吸收 物 質 主 要 以KOH、NaOH、Ca (OH)2、Na2CO3、NaHCO3以 及MgCO3等幾種類型。而常用的濕法煙氣脫硫技術中，大多以石灰/石灰石- 石膏法、雙堿法、氧化鎂法、海水脫硫法等為主。為了滿足處理項目的經濟性要求，在保證吸收效率的基礎上，石灰/石灰石及氨水等被認為是最具應用前景的吸收劑。

2.2 工藝優勢

臭氧氧化結合化學吸收同時脫硫脫硝工藝的應用優勢表現在多個方面，具體總結如下：

2.2.1 該工藝的全面應用，有利于促進脫硫脫硝效率的有效提升。相關研究結果表明，應用臭氧氧化結合化學吸收同時脫硫脫硝工藝，在WFGD 裝置的輔助下，對于煙氣內氧化態的二價汞Hg(2+)可以進行有效的脫除，并且這一脫除效率最高可達90%左右[4]。與此同時在，臭氧氧化結合化學吸收同時脫硫脫硝工藝，還可以在提升WFGD 脫硫漿液和煙氣體積比的基礎上，有效強化傳質強度以及促使氣液充分混合，進而為二價氧化汞的脫除效果提供有力保證。

2.2.2 工藝流程簡便，對于臭氧量可以實現自由調節。裝置反應過程中，由于臭氧主要是通過管道輸送噴入，所以支持多種靈活的配置方式。綜合考慮目標污染物類型以及煙氣排放標準，可以對臭氧量進行合理的調整，從而更好的滿足脫硫脫硝要求。同時，該工藝適用于煙氣溫度小于200 攝氏度的低溫煙氣脫硝，工業鍋爐排放煙氣溫度較低(100～180 攝氏度)，因此便于實現。

2.2.3 綠色環保優勢。經由該技術處理的煙氣，待確認達到煙氣排放標準后方可排放。并且，整個反應過程基本不會產生其他污染物，因此具有突出的綠色環保優勢，與國情相符。

2.2.4 對于鍋爐設備影響較小。配套裝置基本以外置設備為主，往往只需要在煙道內安裝臭氧噴射格柵便可以實現，所以不會對設備產生嚴重的影響[5]。

結束語

綜上所述，臭氧氧化結合化學吸收同時脫硫脫硝這一工藝的應用，可以有效促使脫硫脫硝效率的提升，同時在供應流程便捷性以及應用成本投入小等方面，其作用優勢同樣突出。但是在具體的供應應用過程中，由于該工藝的應用效果會受到臭氧與一氧化氮摩爾比、反應溫度以及吸收液類型等因素的影響，所以為了最大程度上確保脫硫脫硝效率，應該對上述因素進行嚴格的控制。