煤粉工业锅炉臭氧脱硝应用的可行性分析

北极星环保网讯:煤炭在短期内依然是我国能源消费结构的主体，但其燃烧产生的污染物带来了严重的环境污染问题。现有脱硫脱硝工艺普遍占地大且投资及运行成本较高，不适宜煤粉工业锅炉应用。根据臭氧氧化机理，提出一种高效的锅炉烟气污染物脱除方法，并通过文献研究，证明脱硝效果，分析了影响其污染物脱除效率的主要因素，阐述了技术在国外的应用情况。

介绍了煤粉工业锅炉系统现有烟气净化技术，提出采用臭氧氧化法耦合煤炭科学技术研究院有限公司自主高倍率灰钙循环烟气脱硫(NGD)技术，完成高阶态氮氧化物和SO2、SO3等酸性气体、重金属Hg、As等的有效脱除，达到超低排放效果，对于形成符合煤粉工业锅炉自身特点的一体化烟气净化技术具有重要意义。

关键词:煤粉工业锅炉;臭氧;脱硝;氮氧化物;二氧化硫

煤炭在我国能源消费结构的主体地位在短时期内是不会改变的，但其燃烧产生的二氧化硫、氮氧化物等在内的污染物带来了严重的环境污染问题。现阶段，锅炉烟气脱硫脱硝工艺大多选用选择性催化还原(SCR)技术脱硝串联湿法(wetFGD)脱硫装置，虽然脱除效率较高，但一次性投资及运行成本大，不适宜应用于煤粉工业锅炉烟气净化。

近年来，同时脱硫脱硝的烟气净化技术不断涌现，例如以氧化性为特征的利用等离子体、电子束等方法，在实现污染物脱除效果的同时，存在能耗大、费用昂贵等突出问题[1-2]。燃煤烟气中，NO占NOx组成的95%，且不溶于水，反应活性差。

臭氧作为一种强氧化剂，可氧化烟气中的多种污染物，能快速有效地将NO氧化到高价态，而高价态NO2、N2O5等可溶于水生成HNO2和HNO3，提高了溶解能力，并能够在脱硫洗涤塔内与SO2同时吸收，达到NOx与SO2联合脱除的效果。

此外，臭氧自身还原产物为O2，无二次污染，目前该技术于国外已有应用实例，而国内只在中小型锅炉上有少数应用案例。煤粉工业锅炉是一种集高效、节能及清洁排放为一体的燃烧技术，现已在市政供热及工业生产领域有了应用，研究臭氧脱硝在煤粉工业锅炉中应用的可行性，形成完整的、符合煤粉工业锅炉自身特点的烟气净化技术，使系统排放符合国家相关标准，甚至达到天然气锅炉或电站锅炉等当水平，对于煤粉工业锅炉技术进步及推广意义重大。

1臭氧脱硝原理

臭氧脱硝的原理是将NOx中难溶于水的NO氧化成NO2、N2O3、N2O5等易溶于水的高价态氮氧化物。低温条件下，臭氧与NO的关键反应可描写[3]如下

O3+NO→NO2+O2(1)

O3+NO→2NO3+O2(2)

NO2+NO→3N2O5(3)

NO+O+M→NO2+M(4)

NO2+O→NO3(5)

2臭氧联合脱硫脱硝

臭氧联合脱除NOx与SO2的原理是利用强氧化性将NO氧化为高价态氮氧化物，再通过洗涤塔同时将NOx与SO2吸收转化为溶于水物质，实现脱硫脱硝。王智化等[4]对臭氧氧化技术同时脱除NOx及SO2效果进行了基础实验研究。

结果显示:在150℃无催化条件下，10s内臭氧热分解率为28%，已知0.01s即可完成化学动力学反应，可见臭氧与NOx及SO2之间的反应基本不受其自身分解反应影响。在100～200℃条件下，臭氧可有效氧化NO，且氧化趋势相似。

在O3/NO摩尔比为1.0时，100℃条件下，臭氧对NO的氧化效率为85.7%，200℃条件下，臭氧对NO的氧化效率为84.8%;高于300℃时，臭氧热分解反应速度变快，氧化NO效率下降;到400℃时，氧化能力基本丧失。

此外，臭氧对NO的氧化效率不受SO2影响，尾部加装湿法洗涤装置后，可以实现NOx及SO2同时高效脱除，脱除SO2效率接近100%，脱除NOx效率随着O3/NO摩尔比的增加而提高，在O3/NO摩尔比为0.9时，脱硝效率达到86.27%。代邵凯等[5]在固定床反应器上，以模拟烟气为对象研究了臭氧对NOx、SO2以及Hg的去除作用。

结果表明:臭氧对NO氧化效率在150℃以内基本不变，温度升高时也无明显变化，超出150℃后开始降低;臭氧对NO的氧化效率随着O3/NO摩尔比的增大而升高，当O3/NO摩尔比超过1.0时增速变缓。臭氧对Hg0的脱除效率随着温度的增加先升后降，在150℃时为曲线顶点，脱除效率最高，达到90%;臭氧对Hg0的氧化效率随着O3/Hg0摩尔比的增大而升高，当O3/Hg0摩尔比超过30000后，氧化效率趋于平稳，基本不再增加。

当NOx、SO2和Hg同时存在时，臭氧对Hg0的氧化作用受到抑制，但对NO的氧化效率依然很高。综上，在锅炉典型排烟温度下，臭氧能够实现很好的污染物脱除效果。

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