活性分子脫硝和氨法洗滌在炭黑尾氣鍋爐煙氣凈化中的應用

胡宏興，林崇軍，王智化

(浙江北高峰環境工程有限公司，浙江 杭州 310007)

炭黑尾氣鍋爐煙氣中含有NOx、SO2等多種大氣污染物，其中SO2的刺激性十分強烈，無色且易溶入人體的黏性液與血液中，還會導致眼結膜炎癥、肺氣腫、支氣管炎、呼吸道炎癥等多種疾病。在光、氧化劑的作用下，SO2能夠生成致病的硫酸鹽氣溶膠，增加患病者的死亡率[1]。除此之外，SO2對鋼結構等金屬也具有強大的腐蝕性，我國每年都會因此而遭受巨大的經濟損失。而NOx對動植物與人體具有致毒性，特別是一氧化氮由于具備很強的親血紅蛋白力，很容易引起肺氣腫、支氣管炎等病變，導致淋巴組織增生、早衰甚至肺癌[2]。同時NOx還參與破壞臭氧層。在NOx、SO2等多種大氣污染物的作用下還會造成酸雨，破壞土壤與植物。

對于炭黑尾氣鍋爐煙氣凈化的研究，國內外均已十分深入[3]。國外的研究主要針對炭黑尾氣鍋爐煙氣凈化成本等方面，國內的研究則主要針對炭黑尾氣鍋爐煙氣凈化方法的改進等方面。為了獲得更加多樣化的研究成果，減少大氣污染，必須對炭黑尾氣鍋爐煙氣進行凈化[4]，而活性分子脫硝和氨法洗滌是其中比較有效的方法，因此對活性分子脫硝和氨法洗滌在炭黑尾氣鍋爐煙氣凈化中的應用進行深入研究。

1 試驗項目

1.1 項目情況

對某焦爐中的炭黑尾氣鍋爐煙氣實施活性分子脫硝和氨法洗滌處理，此過程即為對煙氣進行脫硫脫硝處理[5]。試驗中焦爐的相關數據如表1所示。

表1 試驗焦爐的相關數據

針對試驗焦爐各進行一次活性分子脫硝處理與氨法洗滌處理，對處理后的煙氣進行研究[6]。

1.2 參數及要求

焦爐中煙氣入口的相關參數具體如表2所示。

表2 焦爐中煙氣入口的相關參數

凈化后要求煙囪的炭黑尾氣鍋爐煙氣中NOx的實際排放濃度滿足<150 mg/m3；SO2的實際排放濃度滿足<30 mg/m3；脫硫效率高于95%[7]。

2 活性分子脫硝應用

2.1 主要設備與儀器

活性分子脫硝法中使用的主要設備與儀器包括臭氧發生器、臭氧分析儀、煙氣分析儀、離子色譜儀以及噴淋裝置[8]。其中，臭氧發生器的具體參數如表3所示。

表3 臭氧發生器的具體參數

臭氧分析儀的具體參數如表4所示。

表4 臭氧分析儀的具體參數

煙氣分析儀的型號為Gasmet XD2000紅外氣體傅立葉煙氣分析儀，能夠對煙氣中氣體的組分濃度進行實時監測。

離子色譜儀為388 Basic CI離子色譜全自動系統，能夠測定離子濃度，由數據處理系統、阻尼器、電導池、蠕動泵、色譜柱、進樣閥、抑制器、高壓泵、淋洗液、自動進樣器構成[9]。其濃度測量范圍為1～12 mg/L。

噴淋裝置共兩套，包括有機玻璃透明噴淋裝置以及不銹鋼式噴淋裝置。

2.2 輔助設備儀器

輔助設備儀器包括pH計、蠕動泵、質量流量計、空氣泵、混氣室，具體參數如表5所示[10]。

表5 輔助設備儀器具體參數

2.3 試驗試劑

試驗中使用的液體試劑包括去離子水、陰離子717氯型交換樹脂、純鹽酸，分子量為35.46。

試驗中使用的固體試劑包括硫代硫酸鈉、硝酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉(均為AR)，分子量依次為157、85.749 9、85.1、106、34。

試驗中使用的氣體試劑為氧氣濃度為99.99%。

2.4 試驗裝置

活性分子脫硝試驗裝置包括分析裝置、吸收裝置、反應裝置、配氣裝置。

其中配氣裝置由氣體試劑構成。利用臭氧發生器制取臭氧，制取的臭氧通過質量流量計流入反應裝置。

反應裝置的作用是實施氣相氧化，為一個圓柱體石英制反應室。

吸收裝置由蠕動泵與噴淋裝置構成，其中非吸收液為氫氧化鈉，添加劑為硫代硫酸鈉[11]。

分析裝置包括臭氧分析儀、離子色譜儀、煙氣分析儀。

2.5 脫硝過程

利用試驗裝置對試驗焦爐進行改造。配氣裝置產生臭氧后，通過臭氧分析儀對其進行濃度檢測，臭氧進入反應裝置后，通過吸收裝置將其送入煙道。在煙道中臭氧與NOx會發生反應，最后采用煙氣分析儀、離子色譜儀對NOx的去除情況進行檢測。

3 氨法洗滌應用分析

3.1 試驗裝置

以試驗中的焦爐為基礎構造一個氨法洗滌試驗裝置。氨法洗滌試驗裝置包括脫水干燥裝置、硫銨濃縮結晶裝置、工藝水裝置、液氨供給裝置、二氧化硫氧化吸收裝置、煙氣裝置[12]。氨法洗滌試驗裝置的構成具體如圖1所示。

圖1 氨法洗滌試驗裝置的構成

氨法洗滌試驗裝置可以劃分為兩個循環系統，各系統循環流程與煙氣排放過程具體如圖2所示。

圖2 各系統循環流程與煙氣排放過程

其中，二氧化硫氧化吸收裝置與煙氣裝置的具體構成如表6所示。

表6 二氧化硫氧化吸收裝置與煙氣裝置的具體構成

液氨供給裝置由測試pH值裝置、液態循環供應缸、氨水泵以及氨水儲缸構成。工藝水系統由水泵、工藝水箱構成[13]。脫水干燥裝置與硫銨濃縮結晶裝置用于獲取脫硫副產物。

3.2 脫硫過程

利用氨法洗滌試驗裝置對試驗焦爐進行脫硫處理。具體流程如下：煙氣在焦爐尾道出來后，首先會進入靜電除塵器，然后流經增壓風機，最后進入脫硫塔[14]。之后一級噴淋層會噴出氨水漿液，氨水漿液與煙氣發生逆流接觸，從而吸收煙氣中的二氧化硫，并冷卻煙氣。接下來通過波紋型一級除霧器對煙氣中的液滴進行濾除。最后進入二級除霧器、噴淋層、水帽層再一次對煙氣進行脫硫處理[15]。在脫硫處理中，氨水泵會向噴淋裝置輸送濃度為28%的氨水。

4 應用效果分析

在四種工況下，對活性分子脫硝和氨法洗滌在炭黑尾氣鍋爐煙氣凈化中的應用效果進行測試。其中第一種工況為未進行活性分子脫硝和氨法洗滌處理；第二種工況為只進行活性分子脫硝處理；第三種工況為只進行氨法洗滌處理；第四種工況為同時進行活性分子脫硝和氨法洗滌處理。試驗中共設置兩個測點，一個是出口測點，另一個是入口測點。

4.1 第一種工況試驗結果

在未進行活性分子脫硝和氨法洗滌處理即第一種工況下，其試驗結果具體如表7所示。

根據表7的試驗結果可知，未進行活性分子脫硝和氨法洗滌之前，試驗焦爐中的炭黑尾氣鍋爐煙氣中SO2、NOx顆粒物含量很高。

表7 第一種工況下的試驗結果

4.2 第二種工況試驗結果

在第二種工況下，試驗結果具體如表8所示。

根據表8的試驗結果可知，在只進行活性分子脫硝處理后，試驗焦爐中的炭黑尾氣鍋爐煙氣中NOx含量明顯降低，且顆粒物的含量也有所降低，而SO2含量則沒有降低。

表8 第二種工況下的試驗結果

4.3 第三種工況試驗結果

在第三種工況下，試驗結果具體如表9所示。

根據表9的試驗結果可知，只進行氨法洗滌處理后，試驗焦爐中的炭黑尾氣鍋爐煙氣中SO2含量明顯降低，且顆粒物的含量也有所降低，而NOx含量則沒有降低。

表9 第三種工況下的試驗結果

4.4 第四種工況試驗結果

在第四種工況下，試驗結果具體如表10所示。

表10 第四種工況下的試驗結果

根據表10的試驗結果可知，同時進行活性分子脫硝和氨法洗滌處理后，試驗焦爐中的炭黑尾氣鍋爐煙氣中SO2、NOx含量均明顯降低，且顆粒物的含量也明顯降低。

綜上所述，將活性分子脫硝和氨法洗滌應用至炭黑尾氣鍋爐煙氣后，能夠使炭黑尾氣鍋爐煙氣SO2、NOx含量的下降，達到了煙氣凈化的效果。

5 結 語

本文主要研究活性分子脫硝和氨法洗滌在炭黑尾氣鍋爐煙氣凈化中的應用。試驗結果表明，該方法能夠成功對炭黑尾氣鍋爐煙氣進行脫硝脫硫處理，并令O2含量上升、SO2、NOx以及顆粒物含量下降，煙氣凈化效果好。