浅议臭氧氧化脱硝原理及对臭氧污染的影响

刘华庆

（胜利石油管理局临盘社区管理中心 山东临邑 251507）

浅议臭氧氧化脱硝原理及对臭氧污染的影响

刘华庆

（胜利石油管理局临盘社区管理中心 山东临邑 251507）

臭氧氧化脱硝作为新型的低温脱硝方法，在市场上得到较多应用。本文对臭氧氧化脱硝技术的原理和优势进行简要分析，结合传统脱硝工艺进行简单对比。并从理论上简要分析对臭氧污染无影响的原因。

臭氧脱硝原理；优势不足；臭氧污染；环境影响

引言

当前环保风暴越演越烈，环保要求日益严格，众多中小型锅炉以及工业锅炉迫切需要环保改造升级。传统的烟气脱硝工艺已经不能满足严格的减排要求，传统的工艺也存在设备投资高、占地面积大等各种缺点。选择即高效又经济的脱硝技术方案，成为了各锅炉环保改造的一道难题。

1 臭氧氧化脱硝的原理

作为一种新兴的低温烟气脱硝技术，臭氧氧化脱硝近年来在许多中小型锅炉、工业锅炉上得到了广泛应用。原理是由臭氧发生器制备臭氧，通过喷射及布气装置引入烟道将烟气中的NO氧化成高价态、易溶于水的NO2、N2O5等，并在通过烟道后方布置的吸收塔中的喷淋溶液对烟气进行喷淋洗涤，使烟气中的氮氧化物从烟气中脱出并转移到液体中，实现烟气的脱硝处理目的。

臭氧氧化脱硝过程中NO的氧化机理比较复杂。

低温条件下，O3与NO之间的关键反应如下：

臭氧氧化脱硝技术主要是利用臭氧的强氧化性，将难溶的低价态NO氧化为易溶的高价态氮氧化物，然后用喷淋液将氮氧化物溶解吸收转化，从而实现脱硝的目的。因为臭氧的强氧化性，烟气中的氮氧化物被转化成易溶的离子化合物，使氧化反应更加完全和不可逆转，从而在彻底脱除氮氧化物的同时不产生二次污染。因此，臭氧脱硝可以在氮氧化物污染物多种浓度和比例下，都能够高效率脱除，而且还不影响其他污染治理系统的正常运转。所以该技术可以和传统脱硝技术联合或者完全替代传统脱硝技术。

图1 某项目臭氧脱硝工艺流程图

2 臭氧氧化脱硝的优势

目前占80%以上烟气脱硝市场的技术是SCR和SNCR，其原理是作为还原剂的氨水或尿素，在高温下直接（或催化剂的协同下）与烟气中的NOx发生氧化还原反应，把NOx还原成氮气和水。但这两项技术均有局限性，SCR脱除效率高，但其反应温度在300-450℃之间，需要消耗NH3和昂贵的催化剂，运行费用高、设备投资大。SNCR反应温度在850℃-1100℃之间，还原剂耗量大、NOx脱除率低，一般在30%-50%之间。温度窗口和脱除效率严重限制了这两种技术。对于中小型锅炉以及工业锅炉来说，排烟温度远不能达到SCR反应所需要的温度，SNCR过低的效率往往造成烟气排放不达标的窘境。

臭氧氧化脱硝技术，解决了很多锅炉传统工艺上的难题。就其本身来说，该技术不需要对锅炉及其附属设施进行改造，无需更换风机、不需考虑阻力，更不需要停炉影响生产。只需在风机和脱硫塔之间合适位置投加，运行成本只有设备本身的能耗和制备臭氧所需氧气，相比其他技术，投资省，工艺简洁，安装、操作简单。

臭氧氧化脱硝工艺适用排出烟气温度90-250℃之间，而且脱硝效率可到95%以上。在低温烟气脱硝上优势明显，弥补了SCR脱硝技术的温度窗口限制。而且，在同等脱硝效率的基础上，投资低，也不需要催化剂成本，烟道阻力小，改造简单。总体来说，对于改造难度大、排烟温度不高、改造空间受限、一次性投入资金有限的锅炉来说，臭氧氧化脱硝技术是一种经济高效的选择。

3 臭氧氧化脱硝的不足

臭氧氧化脱硝的脱除效率跟臭氧氧化性的高低有直接关系，而臭氧氧化性的高低是由臭氧的浓度高低决定的，因此要得到高效的脱硝效果，臭氧的浓度就不能过低。高浓度臭氧是臭氧脱硝效率的保证。

但是，由于臭氧极不稳定易分解的化学特性，就决定了它不能通过运输手段来为锅炉脱硝提供原料，只能由臭氧发生器设备进行现场制备。但现阶段臭氧的制备成本费用较高，耗电量较大，而且大部分制备设备需要采购液氧，成本较高。

以某项目热电厂为例，处理烟气量为220,000Nm3/h，氮氧化物出口浓度为400mg/Nm3，达标排放要求为50mg/Nm3以下，每年的实际运行成本如下：

表1

实际上，该项目臭氧脱硝系统工程建设成本（臭氧发生器设备采购安装及管道仪表施工）要远低于年运行成本，因此，较高运行成本制约了企业采用臭氧氧化脱硝的热情，阻碍臭氧氧化脱硝技术的进一步推广。

但是，臭氧氧化脱硝的优势明显，随着技术的不断革新，臭氧氧化脱硝的运行成本在逐年下降，臭氧氧化脱硝技术必将得到广泛应用。

4 臭氧脱硝对臭氧污染的影响

2017年上半年以来，全国各地不断爆出“臭氧污染”的新闻，根据中国环境监测总站发布的信息，从2013年以来，三大重点区域（京津冀、长三角、珠三角）中，京津冀和长三角臭氧浓度有显著的逐年上升趋势，特别是2017年上升最为显著；近日发布的《2016年中国环境状况公报》显示，京津冀超标天数中(空气质量指数AQI大于100的天数)，以臭氧为首要污染物的天数占污染总天数的26.3%。珠三角超标天数中，以臭氧为首要污染物的天数占总数的70.3%。2017年，全国臭氧超标率明显增加，峰值浓度出现明显抬升。现如今，臭氧已多次位列多个城市的首要污染物，臭氧污染正进入人们视野。

低层大气中的臭氧对地球生态系统和对人类及生物圈都是有害的，也是“健康杀手”。臭氧具有强氧化性，可严重影响人体健康，对人体的呼吸系统和神经系统产生损伤。可以抑制植物的生长，影响生态环境。而且几乎对所有的金属和非金属材料有强烈的腐蚀作用等等一系列的危害。

那么，臭氧污染是怎么形成的？臭氧脱硝会不会加重臭氧污染？

低层大气中的臭氧是典型的二次污染物，不是污染源直接排放产生的，而是由排放到空气中的氮氧化物和挥发性有机化合物(VOCs)等污染物，在空气中进行复杂的光化学反应产生的。比如来自机动车尾气、热电厂、工业锅炉等排放的氮氧化物，在强阳光辐射及高温的气象条件下经光化学反应就可以生成臭氧。对于氮氧化物的排放控制，各行业有相应的排放标准，如火电行业要求氮氧化物浓度不超过50mg/Nm3。

臭氧的化学性质极不稳定，常温下在空气和水中都会慢慢分解成氧气。温度越高，分解速度越快，当温度超过100℃时，分解反应会非常迅速，在温度在270℃时，臭氧可立即分解为氧气。臭氧在水中的分解速度要比在空气中更快。在含有杂质的水溶液中臭氧可迅速分解成氧气。

由于臭氧氧化脱硝工艺在引风机之后，湿法脱硫之前，烟气温度基本上都在100℃以上，臭氧氧化反应非常剧烈，而且在脱硫塔部位还会被喷淋浆液再次洗涤吸收，臭氧即使未与NO充分反应，在后续的工艺流程中也会分解为氧气，所以从烟囱排入大气的臭氧极少，几乎可以忽略。

然而，在超低排放中，由于烟道氧含量的增加对污染物浓度折算会有较大影响，需要注意。建议臭氧脱硝工艺采用先进的喷射混合技术，合理布气，尽可能提高臭氧利用率，从而控制臭氧逃逸。

总之，臭氧脱硝对臭氧污染的影响几乎没有，反而因为脱硝效率高，有效降低氮氧化物的排放，减少了锅炉烟气排放到空气中的氮氧化物污染物，减少了臭氧污染。

[1]工业锅炉烟气臭氧法脱硝应用技术浅析 江厚月，山东化工2016年24期

[2]臭氧氧化法烟气脱硝初步研究 刘志龙，炼油技术与工程2012年09期

[3]煤粉工业锅炉臭氧脱硝应用的可行性分析闫黎黎，洁净煤技术2017年04期

[4]烟气臭氧脱硝应用研究 康勇;阮磊，化工管理2016年31期

[5]脱硝技术及研究进展 程宏亮，轻工科技 2017年04期

[6]臭氧脱硝是否会加重臭氧污染，北极星环保网2017/8/12

刘华庆（1973.12-），男，民族汉族，籍贯山东广饶，学历本科，职称高级工程师，研究方向安全环保，工作单位胜利石油管理局临盘社区管理中心。