H2O2脱除燃煤烟气中氮氧化物影响因素研究

H2O2脱除燃煤烟气中氮氧化物影响因素研究

0 引言

过氧化氢(H2O2)由于对环境无害、无二次污染、脱硝副产物可以综合利用等优点，是面向烟气氮氧化物控制的环境友好型治理工艺，引起国内外众多学者的关注［1－4］。

H2O2脱硝技术主要有三种路线:(1)向高温烟道中喷入H2O2，利用烟道高温条件，使得H2O2激发产生·OH和HO2·等强氧化性基团，与烟气中的NOx进行反应［3］;(2)通过紫外光激发H2O2产生自由基与NOx进行反应［5－6］，以降低反应温度;(3)通过吸收塔喷淋的方式进行氧化吸收，从而达到脱除NOx的目的［1，7］。在这三种技术路线之中，路线(1)和路线(2)涉及高温或紫外高级氧化，能耗较高，无法实现节能与减排双赢。

因此，在低温条件下，基于湿法脱硫技术，集成H2O2脱硝技术表现出了广阔的应用潜力。利用燃煤电厂烟气，在热态小试的基础上［1］，进一步考察喷入方式、浓度、烟气参数等关键因素对脱硝过程的影响，为后续工业性试验研究奠定基础。

1 试验部分

1.1 试验试剂与仪器

过氧化氢(H2O2)(工业级，益多(无锡)精细化工有限公司);尿素(CO(NH2)2)(农用级，江苏华昌化工股份有限公司)，试剂均未经进一步处理，试验用水为去离子水。烟气分析仪(MRU，德国MRU GmbH);玻璃转子流量计(LZB－3，余姚工业自动化仪表厂);pH计(pHS－3C，上海雷磁仪表厂);精密电子天平(BS210S，Sartorius，德国)。

1.2 试验步骤

燃煤烟气从引风机后侧旁路烟道引出，离心泵将H2O2溶液从储罐输送至烟道，由喷嘴喷入烟道内与烟气中NOx反应;尿素通过离心泵从吸收塔的备用口加入，将烟气中NO2还原。

2 结果与讨论

2.1 氧化度影响因素的研究

2.1.1 喷入方式对氧化度的影响

喷入方式主要有垂直喷入、逆流喷入和顺流喷入三种。通过喷嘴将H2O2喷入烟道与烟气中NOx反应，考察了垂直、逆流、顺流三种不同喷入方式对反应效果的影响。当H2O2浓度为35%时，分别考察了垂直喷入、逆流喷入和顺流喷入对氧化度的影响，其氧化度分别为27.69%、37.30%和35.45%。逆流喷入和顺流喷入方式效果优于垂直喷入方式。虽然逆流喷入方式氧化度略高于顺流喷入方式;但逆流喷入方向与烟气流向相对，势必增加喷入系统的阻力，引起离心泵的电耗增大。综合考虑，试验过程中采用顺流喷入方式。

2.1.2 H2O2浓度对NO氧化度的影响

选择27.5%、35%和50%三种不同浓度，考察其对烟气NO氧化性能，结果见图1。从图1可知，浓度为50%、35%和27.5%的H2O2溶液在240min内氧化度分别为:39.28%、34.01%和28.39%。随着H2O2溶液浓度的增加，原烟气NO的氧化度随之提高，且随着时间的延长，氧化度上下波动，未出现小型热态试验中脱硝效率随时间延长而下降的现象。主要是因为:在小型热态试验中，H2O2溶液是一次性加入到反应器中，随着时间的延长，H2O2不断消耗，·OH产量不断下降，使得脱硝效率不断下降。而在本试验中，H2O2溶液是从储罐中由离心泵引出，经喷嘴不断喷入烟道，因此氧化度不随时间延长而上下波动。

2.1.3 烟气流量对NO氧化度的影响

不同烟气流量条件下，NO氧化度随时间变化曲线见图2。从图2可知，随着烟气量的增加，NO氧化度随之降低。当烟气量为11802m3/h、9112m3/h、6740m3/h时，240min内平均氧化度为43.10%、44.31%和47.43%。当烟气量为11802m3/h、9112m3/h、6740m3/h时，对应的烟气流速分别为6.53m/s、5.04m/s和3.73m/s。当烟气流速低时，H2O2与烟气混合停留时间较长，有利于反应进行。

2.1.4 H2O2流量对NO氧化度的影响

H2O2流量是试验过程中关键参数之一。图3是不同H2O2流量条件下，NO氧化度随时间的变化曲线。从图3可知，当H2O2流量为0.24m3/h(A)、0.12m3/h(A)、0.12m3/h(B)时(A、B分别表示不同的位置，A位置位于B位置前侧)，240min内平均氧化度分别为42.67%、33.17%和29.18%。当在位置A加入H2O2时，H2O2流量提高，产生的·OH产量较高，有利于反应进行，提高了NO氧化度。当H2O2流量控制在0.12m3/h，分别在A、B位置加入时，在A位置加入优于在B位置加入。主要是因为:在A位置加入时，H2O2在烟道中停留的时间较长，有利于提高NO氧化度。

图1 不同H2O2浓度条件下NO氧化度随时间变化曲线

图2 不同烟气流量条件下NO氧化度随时间变化曲线

图3 不同H2O2流量条件下NO氧化度随时间变化曲线

2.1.5 喷嘴喷射角度对NO氧化度的影响

氧化剂的喷雾程度关系到氧化剂在烟气中的分布密度，是决定烟气中的NO氧化成NO2转化率及氧化剂利用率的重要因素。采用自主设计的脱硝氧化剂喷嘴，设计喷射角度分别为60°、90°、120°，考察喷射角度对NO氧化度的影响，结果见图4。可见，当喷射角度为120°、90°和60°时，240min内的平均氧化度分别为43.10%、32.15%、23.64%。当喷射角度增大时，喷出的H2O2圆形覆盖面较大，有利于H2O2与烟气混合充分，提高NO氧化度。

2.2 氧化剂与尿素匹配脱硝效率研究

在保证一定氧化度的基础上，采用尿素作为还原剂将氧化后烟气中的NO2还原成N2。图5是浓度为50%氧化剂氧化后，不同浓度尿素溶液对烟气进行还原，脱硝效率随时间变化曲线。

图4 不同喷射角度对NO氧化度的影响

图5 不同尿素浓度条件下脱硝效率随时间变化曲线

从图5可以看出，当脱硫浆液中不添加还原剂配方时，240min内平均脱硝效率仅为10.22%;当尿素的浓度为5%和10%时，240min内平均脱硝效率分别为36.02%和38.86%。随着时间的延长，脱硝效率上下波动，并未出现随着时间的延长而逐渐下降的现象。这说明在尿素溶液中加入稳定剂对反应起到较好的缓冲作用，避免了脱硝效率随时间延长而急剧下降。

3 结语

(1)H2O2在烟道内的喷入方式对NO氧化度有重要影响。综合考虑，选择H2O2顺流喷入的方式，由喷嘴喷入烟道内。

(2)烟气量越小，烟气流速越小，H2O2与烟气混合停留时间较长，有利于氧化反应进行。当烟气量为11802m3/h、9112m3/h、6740m3/h时，240min内平均氧化度为43.10%、44.31%和47.43%。

(3)浓度为50%、35%和27.5%的H2O2溶液在240min内平均氧化度分别为39.28%、34.01%和28.39%。随着H2O2溶液浓度的增加，原烟气NO的氧化度随之提高，且随着时间的延长，氧化度上下波动，没有出现下降趋势。

(4)喷嘴是氧化剂喷入系统中提高喷雾效果的关键设备。当喷射角度为120°、90°和60°时，240min内的平均氧化度分别为43.10%、32.15%、23.64%。

(5)在氧化度得到保证的前提下，在脱硫浆液中加入还原剂，将氧化后的烟气中的NO2进行还原。当尿素浓度为0、5%和10%时，240min内平均脱硝效率分别为10.22%、36.02%和38.86%。

［1］柏源，李忠华，薛建明，等.燃煤烟气H2O2脱硝性能影响因素的实验研究［J］.化工进展，2012，31(1):208－212.

［2］李忠华，柏源，薛建明，等.火电厂燃煤烟气过氧化氢脱硝技术的研究及应用［J］.电力科技与环保，2010，26(4):11－14.

［3］Collins M M，Cooper C D，Dietz J D，et al.Pilot－scale evaluation of H2O2injection to controlNOxemissions［J］.J Environ Eng，2001，127(4):68－72.

［4］李杰豪，金月祥，成一波，等.NaClO2/H2O2复合吸收剂同时脱硫脱硝实验研究［J］.环境污染与防治，2016，38(1):64－68.

［5］Cooper C D，Clausen C A，Pettey L，et al.Investigation of Ultraviolet light－enhanced H2O2oxidation of NOxemission［J］.J Environ Eng，2002，128(1):68－72.

［6］马双忱，马京香，赵毅，等.采用UV/H2O2体系进行烟气脱硫脱硝的实验研究［J］.中国电机工程学报，2009，29(5):27－31.

［7］钟兰狄.最新低温脱除硫、硝、汞等多层次洁净燃气的环保技术［J］.电力环境保护，2007，23(3):1－3.

Study on influencing factors about removal of NOxfrom flue gas using H2O2

柏源1，2，薛建明1，李忠华1
(1.国电科学技术研究院清洁高效燃煤发电与污染控制国家重点实验室江苏南京210031; 2.南京信息工程大学江苏南京210044)

面向燃煤烟气NOx控制领域，H2O2作为一种环境友好型处理工艺备受青睐。主要考察了喷入方式、氧化剂浓度、烟气参数等关键因素对NO氧化度的影响。研究发现，当顺流喷入、烟气量为6740m3/h、氧化剂浓度为50%、喷射角度为120°时，NO氧化度最佳。与浓度为10%尿素溶液匹配时，NOx脱除效率可达到38.86%。

过氧化氢;NO;燃煤烟气;氧化

The process of flue gas purification with H2O2for nitrogen oxide abatement has become a resourceeconomical and environment－friendly technology.Influent factors，such as the way of spray，Oxidant concentration，flue gas parameters and so on，were studied.It is found that oxidation of NO optimal conditions are downstream，gas flow of 6740m3/h，the oxidation agent concentration of 50%，the ejection angle of 120°.With the urea solution of 10%under optimal conditions，NOxremoval efficiency can reach 38.86%.

H2O2;NO;flue gas;oxidation

X701.7

B

1674－8069(2016)04－009－03

2016-03-21;

2016-04-12

柏源(1982-)，男，江苏盐城人，高级工程师，从事火电厂环保与资源节约包括SO2、NOx、烟尘、汞等多污染物控制技术的研究、开发和工程应用。E－mail:baiyuan6049@163.com

江苏省环保科研课题(SJC2014090288)