NaClO氧化法脫硝及與NaOH同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)研究

文_張杰 鄧云波 北京中航天業(yè)科技有限公司

當(dāng)前，工業(yè)煙氣的脫硝、脫硫治理一般分開(kāi)進(jìn)行，脫硝工藝以SNCR（選擇性非催化還原）和SCR（選擇性催化還原）為主，這兩種工藝需要特定的反應(yīng)溫度窗口。脫硫工藝以用堿性物質(zhì)作為吸收劑的濕法為主，對(duì)SO2的脫除效率較高，但對(duì)NOX的脫除效率很低。隨著排放標(biāo)準(zhǔn)逐漸提高，工業(yè)窯爐、焦?fàn)t及一些小型供熱鍋爐也開(kāi)始對(duì)煙氣排放進(jìn)行提標(biāo)治理，但這類(lèi)污染源排放的煙氣溫度一般較低，很難找到適合SNCR和SCR工藝的溫度窗口，如采用升溫、換熱等方式改造出相應(yīng)溫度窗口則投資和運(yùn)行費(fèi)用較高。濕式氧化法脫硝是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作溫度低的處理工藝，對(duì)于一些特殊行業(yè)的煙氣治理有其適用性，有著廣闊應(yīng)用前景。

1 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

研究NaClO溶液對(duì)NO的氧化效果及去除率：通過(guò)控制單一變量，分別研究入口NO濃度、pH值等因素對(duì)使用NaClO脫硝的影響，分別測(cè)定NO去除率。

研究NaClO氧化法的較佳液氣比區(qū)間。

進(jìn)行NaClO/NaOH同時(shí)脫硫脫硝試驗(yàn)，使用NaClO溶液作為氧化劑，NaOH溶液作為脫硫劑，試驗(yàn)在同一套裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣中SO2、NO的同時(shí)進(jìn)行脫除的效果，探索脫硫脫硝一體化的影響因素。在維持裝置入口煙氣量不變的情況下，分別調(diào)節(jié)煙氣入口SO2和NO的濃度、氧化劑及鈉堿溶液的循環(huán)量，研究液氣比對(duì)脫硫脫硝效率的影響。

2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置采用有機(jī)玻璃材質(zhì)，為圓筒塔式結(jié)構(gòu)，噴淋塔直徑300mm，高1200mm，進(jìn)氣口位于裝置下部，模擬煙氣從裝置下部進(jìn)氣口進(jìn)入，逆流向上與噴淋層噴出的噴淋液接觸反應(yīng)噴淋層采用兩層結(jié)構(gòu)，噴淋管為316L材質(zhì)不銹鋼管，噴淋管的末端裝有316L螺旋錐噴嘴，出氣口位于裝置頂部，在進(jìn)、出氣口分別設(shè)有檢測(cè)孔，用于檢測(cè)進(jìn)、出口污染物濃度。共制作三個(gè)相同尺寸的噴淋塔，可以單個(gè)運(yùn)行，也可以三個(gè)串聯(lián)使用。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

控制NO濃度為200mg/m3，溫度為25℃，模擬煙氣的流量為500m3/h，循環(huán)泵流量4m3/h，計(jì)算液氣比為8L/m3。

調(diào)整NaClO溶液的質(zhì)量濃度（調(diào)整范圍1～10g/L，梯度區(qū)間為1g/L），測(cè)定出口NO的脫除效率。

由圖1可知，NO的去除率隨NaClO溶液質(zhì)量濃度的增加呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)。當(dāng)NaClO溶液質(zhì)量濃度增至6g/L時(shí)去除率達(dá)到65%；但當(dāng)NaClO溶液質(zhì)量濃度超過(guò)6g/L時(shí)NO去除率增長(zhǎng)緩慢。根據(jù)浙江大學(xué)肖玲等的研究結(jié)論，增加溶液中有效氯(HClO)的濃度，更易將NO氧化為其它溶解度更高的氮氧化物，從而減小了液相的傳質(zhì)分阻力，達(dá)到提高脫硝效率的目的。但當(dāng)NaClO超過(guò)一定濃度時(shí)，NO去除率增長(zhǎng)緩慢，原因是NO的溶解度極低，此時(shí)濃度控制因素所起作用逐漸降低，NO液相傳質(zhì)成為了反應(yīng)發(fā)生的主要阻力，故繼續(xù)提高NaClO的質(zhì)量濃度對(duì)NO去除率的提升作用并不明顯。

圖1 NaClO 的質(zhì)量濃度對(duì)NO去除率的影響

保持其他條件不變，控制NO濃度為200mg/m3，溫度為25℃，模擬煙氣流量為500m3/h，循環(huán)泵流量為4m3/h，計(jì)算液氣比為8L/m3。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選擇NaClO質(zhì)量濃度為6g/L，用稀硫酸調(diào)節(jié)NaClO溶液的pH（調(diào)整范圍4～7，梯度區(qū)間為0.5），測(cè)定NO的去除率。試驗(yàn)最佳出pH條件。

隨著溶液pH 值的升高，NO的去除率總體呈下降趨勢(shì)。這與NaClO溶液的氧化性受溶液酸堿性環(huán)境影響的理論是相符合的，pH值越低，NaClO溶液的氧化性越強(qiáng)，NO的去除效果越好。

控制NaClO溶液質(zhì)量濃度為6g/L，調(diào)節(jié)pH在5左右，模擬煙氣流量為500m3/h，循環(huán)泵流量2m3/h，計(jì)算液氣比為4L/m3，調(diào)節(jié)進(jìn)口NO的濃度，測(cè)定各濃度下NO的去除率。

調(diào)節(jié)裝置進(jìn)口NO的濃度范圍為100～600mg/m3，梯度區(qū)間為50mg/m3，測(cè)定各進(jìn)口濃度下NaClO溶液對(duì)NO的去除率。

當(dāng)進(jìn)口NO濃度逐漸增大時(shí)，脫硝效率逐漸增高，這可能是因?yàn)楫?dāng)NO濃度在較低范圍內(nèi)時(shí)，吸收過(guò)程由動(dòng)力學(xué)控制，提高NO濃度，能一定程度上提高氣液傳質(zhì)的推動(dòng)力。但去除率增高不是很明顯，去除率增高，出口NO濃度也隨之增高。

保持其他條件不變，控制NO濃度為200mg/m3，溫度為25℃，模擬煙氣流量為500m3/h，NaClO質(zhì)量濃度為6g/L，調(diào)節(jié)pH在5左右，調(diào)節(jié)循環(huán)泵的流量，控制液氣比，選擇出較為合適的液氣比。

采用三個(gè)塔，將三個(gè)塔都用于與煙氣中NO反應(yīng)，從而使液氣比可分別控制為4、6和8L/m3。

增加液氣比會(huì)一定程度上提高NO的去除率，增加液氣比即增加循環(huán)液的持液量，會(huì)增加參與反應(yīng)的有效成分，NO的去除率會(huì)相應(yīng)提高。

將進(jìn)口NO濃度控制在200mg/m3，SO2濃度控制在500mg/m3，控制NaClO溶液質(zhì)量濃度為6g/L，調(diào)節(jié)pH在5左右，控制NaOH溶液濃度為5g/L，模擬煙氣流量為500m3/h，循環(huán)泵流量2m3/h，液氣比為4L/m3，分別進(jìn)行以下試驗(yàn)：①采用兩個(gè)塔，第一個(gè)塔的循環(huán)槽加入NaOH溶液，第二個(gè)塔的循環(huán)槽加入NaClO溶液，先脫硫后脫硝，在最末端排口分別測(cè)定SO2和NO的去除率；②采用兩個(gè)塔，第一個(gè)塔的循環(huán)槽加入NaClO溶液，第二個(gè)塔的循環(huán)池加入NaOH溶液，先脫硝后脫硫，在最末端排口分別測(cè)定SO2和NO的去除率；③采用一個(gè)塔，在同一個(gè)塔的循環(huán)槽中同時(shí)加入NaClO和NaOH溶液進(jìn)行同時(shí)脫硫脫硝試驗(yàn)，在最末端排口分別測(cè)定SO2和NO的去除率；各測(cè)了3組數(shù)據(jù)，其結(jié)果分別如圖2所示。

圖2 同時(shí)脫硫脫硝試驗(yàn)結(jié)果

圖2的結(jié)果表明：先脫硝相對(duì)于先脫硫?qū)O2的去除率有一定的提高（從平均91.8%提高到平均94.3%），先脫硝時(shí)第一個(gè)塔中的NaClO循環(huán)液會(huì)將煙氣中的SO2氧化為SO3從而促進(jìn)SO2的去除。先脫硝和先脫硫?qū)OX的去除率基本無(wú)影響，這是因?yàn)镹O幾乎不與堿液反應(yīng)。

試驗(yàn)結(jié)果還表明：采用NaClO和NaOH試驗(yàn)同時(shí)脫硫脫硝，NO去除率和SO2去除率均有一定程度提高，SO2去除率達(dá)到接近95%，NO去除率平均提高了接近4%（平均值由先脫硫后脫硝的62.6%提高到同時(shí)脫硫脫硝的66.5%）。

4 結(jié)論

在一定范圍內(nèi)，提高NaClO的質(zhì)量濃度、增加進(jìn)口氣體NO的濃度、增加液氣比均可以一定程度上提高NO的去除率。建議工程應(yīng)用中NaClO溶液濃度控制在6g/L左右，液氣比控制在6～8之間。繼續(xù)提高氧化液質(zhì)量濃度和液氣比，NO去除效率略有提高，但不經(jīng)濟(jì)。

pH值是影響NO去除率的重要因素，pH值較低的條件下有利于提高NaClO的氧化性，從而提高NO去除率，考慮到與脫硫的最佳pH值相一致，工程中建議pH值控制在4～6之間為宜。

進(jìn)行了先脫硫后脫硝、先脫硝后脫硫及同時(shí)脫硫脫硝的試驗(yàn)對(duì)比研究，試驗(yàn)了三種情況下的脫硫脫硝效果，結(jié)果表明：NaClO/NaOH可作為協(xié)同藥劑同時(shí)去除煙氣中的SO2和NO并可同時(shí)達(dá)到接近70%的NO去除率和接近95%的SO2去除率。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本裝置適用于中低濃度同時(shí)脫硫脫硝應(yīng)用，對(duì)高濃度的NO和SO2煙氣的處理效果尚待研究。