燃煤工业锅炉烟气脱硝改造技术探讨

陈熹

【摘 要】根据目前我国工业锅炉烟气排放的特点，研究出的新型的适用于工业锅炉的烟气脱硫脱硝工艺，已经被广泛应用于工业锅炉的脱硫脱硝中。论文主要是就工业锅炉臭氧氧化与化学吸收相结合的脱硫脱硝技术进行研究和分析。

【Abstract】According to the characteristics of China's industrial boiler flue gas emissions， a new type of flue gas desulfurization and denitrification process suitable for industrial boiler has been developed. It has been widely used in desulfurization and denitrification of industrial boilers. In this paper， the desulfurization and denitrification technologies combined with ozone oxidation and chemical absorption are studied and analyzed.

【关键词】燃煤工业锅炉；脱硝改造；臭氧氧化；脱硫脱硝

【Keywords】coal fired industrial boiler； denitration modification； ozone oxidation； desulfurization and denitrification

【中图分类号】TK229.6 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）06-0150-02

1 引言

在我国，燃煤工业锅炉广泛运用于各种工业生产之中，其数量较多，分布较广。每年我国的燃煤工业锅炉消耗标煤约四亿吨，约占全国煤炭消耗总量的四分之一左右，产生了大量的烟尘、二氧化硫及氮氧化物。随着环境保护重视程度的不断提高，燃煤工业锅炉的尾气污染治理问题已经成为了环保问题治理的重要内容。目前大部分的燃煤工业锅炉已经配备了除尘脱硫设备，但未安装相应的脱硝装置，需要进行脱硝改造。如何在保证脱硝效果的基础上，降低投资和设备运行的成本，是目前必须予以充分考虑的问题。

2 燃煤工业锅炉脱硝技术的选择

我国燃煤工业锅炉在运行过程中受生产供气需求的影响，负荷变化较大，产生的氮氧化物浓度波动较大，并且燃煤工业锅炉的炉膛工况较为复杂。大部分燃煤工业锅炉的现有场地在设计时未考虑脱硝改造的需求，也给脱硝改造带来了巨大难度。火电厂电站锅炉上应用较多的SCR及SNCR脱硝技术，适合运行平稳的大型锅炉脱硝处理，不适合直接应用在燃煤工业锅炉的尾气脱硝处理上。采用氧化吸收法结合湿法脱硫脱硝技术，不仅能够解决锅炉负荷变化较大带来的烟气处理难度，还具有同一设备实现高效率的脱硫脱硝的优势，值得进行探讨研究。

氧化吸收法，即利用强氧化剂将烟气中的氮氧化物氧化成NO2及N2O5等高价态氮氧化物后，再利用吸收液将氮氧化物及二氧化硫同时去除。

目前常用的脱硝氧化剂有亚氯酸钠、过氧化氢和臭氧等。[1]

亚氯酸钠氧化法是通过亚氯酸钠作为氧化剂，将尾气中的NO氧化为硝酸，SO2氧化为硫酸，达到脱硫脱硝的目的。但H.K.Lee等通过研究发现，仅当尾气中的SOX被亚氯酸钠完全去除后，NOX才会被除去。[2]由此可见尾气中的SOX会影响脱硝反应，导致脱硝效率不高。而且亚氯酸钠价格较高，反应产物复杂，容易导致二次污染，对设备腐蚀性较大。

过氧化氢氧化法是利用过氧化氢直接将NO氧化成可溶性的NO2，再通过洗涤方式与SO2一同被去除。但过氧化氢是一种弱酸，在酸性环境下较稳定，影响了NO的氧化反应。同时，过氧化氢在高温下分解加速，导致氧化剂利用率低，影响了脱硝效率。

臭氧氧化法的原理是利用臭氧自身的强氧化性，很容易地将气体NO氧化为溶解度较高的高价态氮氧化物，比如NO2、NO3、N2O5等，然后通入吸收塔内，将SO2和氧化生成的NOX一并吸收去除，达到同时脱硫脱硝的目的。臭氧脱硝的氧化化过程非常迅速，无危害环境的副产物生成，残留的臭氧很容易分解为环境友好的O2。

3 臭氧氧化脱硝的机理

臭氧氧化脱硝技术的关键因素就是NO的氧化过程。NO的氧化是逐步完成的，烟气中的NO必须先氧化生成NO2后，如果O3过量才会生成NO3和少量的N2O5。反应机制如下：

O3+NO=NO2+O2（1）

O3+NO2=O2+NO3（2）

NO2+NO3=N2O5（3）

通過实验发现，O3与NO之间发生的氧化速度要高于O3与SO2的氧化反应速度。因此，SO2不会对O3与NO之间所产的氧化过程产生影响。

4 燃煤工业锅炉脱硝改造工艺流程

目前大部分现有燃煤工业锅炉已经配备了多管除尘器、布袋除尘器或水膜除尘器，并配备了脱硫吸收塔。因此必须尽量利用现有的除尘脱硫装置的基础上增加脱硝装置，并利用原有的吸收塔同时进行脱硫与脱硝。改造后的工艺流程是：经过除尘后的烟气通过引风机后、在进入吸收塔之前，将会与臭氧在臭氧反应器内进行充分的氧化反应，从而将NO氧化为高价态氮氧化合物后，再输送至吸收塔内进行反应，从而达到脱除烟气中SO2和NOX的目的，最后经过除雾器脱水后，烟气输送至烟囱排放。在整个烟气脱硫脱硝的过程中，所产生的硝酸盐和硫酸盐将会进入循环池。

5 臭氧氧化同时脱硫脱硝的主要影响因素

影响O3氧化同时脱硫脱硝的主要因素有O3/NO摩尔比、反应温度、吸收液等。

5.1 O3/NO摩尔比

从实验研究的结果进行分析发现，当O3/NO摩尔比≤1时，NOx的脱除效率相对较低，约为50%左右。因此，在实际的脱硝过程中，通常选择O3/NO摩尔比>1，因为NO氧化度过低将会对NOx的脱除工作产生不利的影响，反之如果臭氧对NO氧化度较高，则NOx的脱除效率可达90%以上。[4] 实际运行时，可以通过调节臭氧的产生量来达到预期的脱硝效率。

5.2 反应温度

除尘器后部、吸收塔前端的烟气温度一般在100～150℃左右，该温度为臭氧脱硝的合适温度。此时臭氧的分解率较低、实际的生存时间将会大于NOx的动力学反应时间，有利于氧化反应顺利进行。

5.3 吸收液及吸收塔

目前燃煤工业锅炉的湿法脱硫常用石灰/石灰石—石膏法、双碱法等。这些脱硫工艺的洗涤吸收液在脱硫的同时也能吸收NOx。但是，因为烟气中的NOx增加了吸收塔的负荷，原有的吸收塔必须进行技改，增加喷淋层层数或者增加吸收液的循环水量，才能保证脱硝和脱硫正常运行。

6 臭氧脫硝的优势

①脱硝效率较高，脱硝效率可达90%以上；

②臭氧脱硝采用在吸收塔之前的烟道内安装O3喷射格栅，对锅炉设备产生的影响较小；

③脱硫脱硝在吸收塔内同时进行，节省了设备的占地面积，适合现有锅炉的脱硝改造；

④可以根据锅炉的工况变化，通过调节臭氧用量，从而将脱硝效率控制在经济可行的范围内。

7 结语

臭氧氧化结合湿法吸收同时脱硫脱硝技术，有效地解决了燃煤工业锅炉烟气脱硝改造存在的问题，在保留传统湿法脱硫工艺的基础上促进了脱硫脱硝效率的稳步提高，降低了投资运行的成本。因此，这一技术的推广和应用对于促进我国现阶段的工业锅炉烟气脱硫脱硝效率的提高，具有积极的促进作用。

【参考文献】

【1】柏源，李忠华，薛建明，等.烟气同时脱硫脱硝体化技术研究[J].电力科技与环保，2010（03）：56.

【2】韩颖慧. 基于多元复合活性吸收剂的烟气CFB同时脱硫脱硝研究[D].保定：华北电力大学，2012.

【3】张佳.臭氧氧化法结合钠法吸收同时脱硫脱硝研究[D].上海：华东理工大学，2014.

【4】赵南.臭氧氧化结合湿法同时脱硫脱硝工艺及吸收添加剂研究[D].杭州：浙江大学，2015.