臭氧脫硝原理以及臭氧脫硝方案

1、臭氧脫硫脫硝知識(shí)點(diǎn)一、關(guān)于臭氧：臭氧（03）是氧氣（O2）的同素異形體，它是一種具有特殊氣味的淡藍(lán)色氣體。 分子結(jié)構(gòu)呈三角形，鍵角為116，其密度是氧氣的1.5倍，在水中的溶解度是 氧氣的10倍。臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，其氧化還原電位僅次于氟。臭氧與亞鐵、Mn2+、硫 化物、硫氤化物、氤化物、氯等均發(fā)生反應(yīng)。臭氧制造設(shè)備：臭氧發(fā)生器：臭氧發(fā)生器是用于制取臭氧氣體（03）的裝置。臭氧易于分 解無(wú)法儲(chǔ)存，需現(xiàn)場(chǎng)制取現(xiàn)場(chǎng)使用（特殊的情況下可進(jìn)行短時(shí)間的儲(chǔ)存），所以 凡是能用到臭氧的場(chǎng)所均需使用臭氧發(fā)生器。利用高壓電離（或化學(xué)、光化學(xué)反應(yīng)），使空氣中的部分氧氣分解聚合為臭氧， 是氧的同素異形轉(zhuǎn)變過(guò)程;亦可

2、利用電解水法獲得。臭氧發(fā)生器的分類(lèi)按臭氧產(chǎn)生的方式劃分，臭氧發(fā)生器主要有三種：一是 高壓放電式，二是紫外線照射式，三是電解式。130KG大型臭氧發(fā)生器臭氧濃度 臭氧為混合氣體其濃度通常按質(zhì)量比和體積比來(lái)表示。質(zhì)量比是指 單位體積內(nèi)混合氣體中含有多少質(zhì)量的臭氧，常用單位mg/L、mg/m3或g/m3等 表示。體積比是指單位體積內(nèi)臭氧所占的體積含量或百分比含量，使用百分比表 示如2%、5%、12%等。臭氧濃度是衡量臭氧發(fā)生器技術(shù)含量和性能的重要指標(biāo)。 同等的工況條件下臭氧輸出濃度越高其品質(zhì)度就越高。二、臭氧脫硝原理：1.基本原理：臭氧具有僅次于氟的強(qiáng)氧化性，完全有能力將煙氣惡劣環(huán)境中的NO氧化 成

3、高價(jià)態(tài)，提高煙氣中氮氧化物的水溶性，從而通過(guò)濕法洗脫。其中主要包括以 下反應(yīng)：NO+O3 一 NO2+O2 （1）NO2+O3 一 NO3+O2 （2）NO2+NO2 一 N2O4 （3）N2O4+O3 一 N2O5 （4）NO3+NO2N2O5 （5）3NO2+H2O2HNO3 + NO （6）N2O5+ H2O2HNO3 （7）利用臭氧將NO氧化為高價(jià)態(tài)的氮氧化物后，需要進(jìn)一步地吸收。常見(jiàn)的 吸收液有Ca（OH）2、NaOH等堿液。不同的吸收劑產(chǎn)生的脫除效果會(huì)有一定的 差異。例如有人在利用水吸收尾氣時(shí)，NO的脫除效率可達(dá)到86.27%，這是利 用氣體在水中的溶解度進(jìn)行吸收，也有試驗(yàn)利用吸收

4、液將高價(jià)氮氧化物還原成為 N2后直接排入大氣中。采用臭氧脫硝技術(shù)可得到較高的NOX脫除率，典型的脫除范圍為70% 90%,甚至可達(dá)到95%，并且可在不同的NOX濃度和NO、NO2的比例下保 持高效率;因?yàn)槲磁cNOX反應(yīng)的O3會(huì)在洗滌器內(nèi)被除去，所以不存在類(lèi)似SCR 中O3的泄漏問(wèn)題；除以上優(yōu)點(diǎn)外，該技術(shù)應(yīng)用中SO2和CO的存在不影響 NOX的去除，而臭氧脫硝也不影響其他污染物控制技術(shù)。臭氧氧化脫硝技術(shù)的應(yīng)用，充分的解決了很多鍋爐不能在傳統(tǒng)工藝上解決的 難題：臭氧氧化脫硝技術(shù)不對(duì)鍋爐及其附屬設(shè)施進(jìn)行改造。臭氧脫硝技術(shù)在除塵設(shè)備風(fēng)機(jī)后和脫硫塔之間投加，并有1-1.5S的反應(yīng)時(shí) 間，煙氣溫度在90-

5、250C之間，臭氧脫硝運(yùn)行成本只有臭氧設(shè)備的本身的功耗和制取臭氧的氧氣。在同等脫硝效率的基礎(chǔ)上，是SCR靜態(tài)投資的1/2,動(dòng)態(tài)沒(méi)有SCR催化 劑在使用過(guò)程中的效率在平行運(yùn)行一段時(shí)間后的線性下降；無(wú)需考慮原風(fēng)機(jī)、風(fēng)量、風(fēng)壓不能滿足使用要求帶來(lái)的風(fēng)機(jī)更換、使用后的 風(fēng)阻、清塵、還原劑、氨水、氨逃逸等使用蒸氣和建立氨區(qū)、報(bào)裝等手續(xù)。這項(xiàng)技術(shù)目前也已經(jīng)十分成熟，只是因?yàn)槌粞醯陌l(fā)生費(fèi)用較高，制約了它的 實(shí)際應(yīng)用。2.臭氧同時(shí)脫硫脫硝的主要影響因：利用臭氧同時(shí)脫硫脫硝的影響因素主要有摩爾比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、吸 收液性質(zhì)等，這些因素對(duì)脫硝和脫硫效率都有不同程度的影響。2.1摩爾比摩爾比（O3/NO）是指

6、O3與NO之間摩爾數(shù)的比值，它反映了臭氧量相對(duì)于 一氧化氮量的高低。NO的氧化率隨O3/NO的升高直線上升。目前已有的研究中， 在0.9WO3/NOV 1的情況下，脫硝率可達(dá)到85%以上，有的甚至幾乎達(dá)到100%。 根據(jù)式（1）可見(jiàn)，O3與NO完全反應(yīng)的摩爾比理論值為1，但在實(shí)際中，由于 其他物質(zhì)的干擾，可發(fā)生一系列其他反應(yīng)，如式（2）（5），使得O3不能100% 與NO進(jìn)行反應(yīng)。2.2溫度由于臭氧的生存周期關(guān)系到脫硫脫硝效率的高低，所以考察臭氧對(duì)溫度的 敏感性具有重要意義。對(duì)臭氧的熱分解特性的研究中得出在150C的低溫條件 下，臭氧的分解率不高，但隨著溫度增加到250C甚至更高時(shí)，臭氧分解速

7、度明 顯加快。出在25C時(shí)臭氧的分解率只有0.5%，當(dāng)溫度高于200C時(shí)，分解率顯 著增加。這些結(jié)果對(duì)研究臭氧在煙氣中的生存時(shí)間及氧化反應(yīng)時(shí)間具有重要意 義。2.3反應(yīng)時(shí)間臭氧在煙氣中的停留時(shí)間只要能夠保證氧化反應(yīng)的完成即可，在ISHWAR K.PURI的研究中，反應(yīng)時(shí)間在1104s之間對(duì)反應(yīng)器出口的NO摩爾數(shù)沒(méi)有什么 影響，而且增加停留時(shí)間并不能增大NO的脫除率。這主要是因?yàn)殛P(guān)鍵反應(yīng)的反 應(yīng)平衡在很短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到，不需要較長(zhǎng)的臭氧停留時(shí)間。2.4吸收液性質(zhì)利用臭氧將NO氧化為高價(jià)態(tài)的氮氧化物后，需要進(jìn)一步地吸收。常見(jiàn)的 吸收液有Ca(OH)2、NaOH等堿液。不同的吸收劑產(chǎn)生的脫除效果會(huì)有

8、一定的差 異。例如王智化等人在利用水吸收尾氣時(shí)，NO和SO2的脫除效率分別達(dá)到86.27% 和100%。這是利用氣體在水中的溶解度進(jìn)行吸收，也有試驗(yàn)利用吸收液將高價(jià) 氮氧化物還原成為N2后直接排入大氣中，如Young Sun Mok和Heon-Ju Lee采 用Na2S和NaOH溶液作為吸收劑，NOx的去除率高達(dá)95%，SO2去除率約為100%， 但存在吸收液消耗量大的問(wèn)題。臭氧脫硝工藝方案、工藝說(shuō)明工藝原理利用臭氧發(fā)生器制備臭氧，通過(guò)布?xì)庋b置把臭氧氣體均布到煙氣管道截面， 在管道中設(shè)置煙氣混合器，使臭氧與含NOx的煙氣在煙氣管道中充分混合并發(fā)生 氧化反應(yīng)。將煙氣中的NO氧化為容易吸收的NO和

9、N O。再利用氨法脫硫洗滌塔，X22 5對(duì)NO和NO進(jìn)行吸收反應(yīng)，生成硝酸氨與亞硝酸氨。最后再與硫酸鹽一起富集、 22 5濃縮、干燥后，作為氮肥加以利用。其主要反應(yīng)式為：NO+O3=NO2+O22NO2+O3=N2O5+O22NO+2NH+H O=NHNO+NH NO.2324243N2O5+2NH3+H2O =2NH4NO3工藝流程圖主要工藝參數(shù)設(shè)計(jì)風(fēng)量600000ms/h進(jìn)氣NOx濃度800mg/m3出氣NO濃度XV100mg/m3凈化效率87%煙氣溫度180-260C每小時(shí)需要處理的NO的量為：60000X(800-100)X10-6=42kg/hX二、主要設(shè)備說(shuō)明臭氧發(fā)生器根據(jù)煙氣中N

10、Ox的含量，計(jì)算所需要的臭氧設(shè)備約為2臺(tái)25kg/h的臭氧發(fā) 生器，兩用一備，配置氣源控制系統(tǒng)，冷卻水系統(tǒng)及配套齊全的自動(dòng)控制(PLC)、 檢測(cè)儀器等。至于采用何種氣源(空氣或氧氣)的臭氧發(fā)生器系統(tǒng)，根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)情況經(jīng) 與業(yè)主協(xié)商后確定。1.1臭氧制備工藝及流程(氧氣源工藝)業(yè)主提供的氧氣管道氣通過(guò)設(shè)置的一級(jí)減壓穩(wěn)壓裝置處理后，經(jīng)過(guò)氧氣過(guò)濾 器進(jìn)行過(guò)濾，并通過(guò)露點(diǎn)儀檢測(cè)進(jìn)氣露點(diǎn)，通過(guò)流量計(jì)計(jì)量進(jìn)氣量，并與PLC 站聯(lián)動(dòng)。每套系統(tǒng)的進(jìn)氣管路上設(shè)置安全閥用于泄壓保護(hù)系統(tǒng)。在臭氧發(fā)生室內(nèi)的高頻高壓電場(chǎng)內(nèi)，部分氧氣轉(zhuǎn)換成臭氧，產(chǎn)品氣體為臭氧 化氣體，經(jīng)溫度、壓力監(jiān)測(cè)后、經(jīng)出氣調(diào)節(jié)閥后由臭氧出氣口排出。

11、臭氧發(fā)生室 出氣管路上設(shè)有臭氧取氣口，并裝有電磁閥，每個(gè)設(shè)備的取氣管分別通過(guò)各自的發(fā)生臭氧濃度儀檢測(cè)臭氧出氣濃度。臭氧發(fā)生器設(shè)置1套封閉循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，通過(guò)板式換熱器換熱，為臭氧發(fā) 生器提供冷卻水。并配置一臺(tái)冷卻循環(huán)水泵，冷卻循環(huán)水泵受PLC自動(dòng)控制系統(tǒng) 監(jiān)控。冷卻水進(jìn)水管路設(shè)置壓力傳感器，用于檢測(cè)并反饋到PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)， 冷卻水出水有溫度變送器、流量開(kāi)關(guān)等，當(dāng)冷卻水溫度超過(guò)設(shè)定值或者流量低于 設(shè)定值時(shí)報(bào)警。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)按外循環(huán)冷卻水入口溫度33C，如水溫超過(guò)33C時(shí)， 系統(tǒng)能連續(xù)穩(wěn)定工作，但產(chǎn)能有所降低，可通過(guò)調(diào)整運(yùn)行條件達(dá)到要求的臭氧產(chǎn) 量。內(nèi)循環(huán)水建議采用蒸餾水。臭氧發(fā)生器設(shè)置檢修時(shí)剩

12、余臭氧的吹掃系統(tǒng)和冷卻水低點(diǎn)排空。臭氧出氣管 路上設(shè)計(jì)取樣口，并設(shè)置臭氧濃度在線檢測(cè)儀。臭氧設(shè)備放置點(diǎn)設(shè)計(jì)安裝氧氣泄漏報(bào)警儀（具備現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警），周?chē)h(huán) 境中檢測(cè)到氧氣濃度超標(biāo)檢測(cè)儀將報(bào)警。臭氧設(shè)備放置點(diǎn)設(shè)置臭氧泄漏報(bào)警儀 （具備現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警），用于檢測(cè)臭氧設(shè)備放置點(diǎn)是否有臭氧泄漏，當(dāng)檢測(cè)到 臭氧濃度超標(biāo)時(shí)報(bào)警。如果確定了是其它氣源的臭氧系統(tǒng)，再提供流程。1.2臭氧發(fā)生器技術(shù)參數(shù)1.2.1臭氧產(chǎn)量及濃度a額定臭氧產(chǎn)量2*25kg/hb最大產(chǎn)量60kg/h （7%wt）c臭氧產(chǎn)量可調(diào)節(jié)范圍4.5 -60kg/hd額定臭氧濃度10%wt.e臭氧濃度可調(diào)節(jié)范圍0 - 12%wt.1.2.2電氣性能a

13、臭氧發(fā)生器單位功耗8Kwh/kgO3 （10.2wt%:冷卻水溫 32C）b臭氧發(fā)生器額定功率400kW （10.2wt%：冷卻水溫 32C）c臭氧發(fā)生器電源功率因數(shù)0.951.2.3氧氣用量a單臺(tái)發(fā)生器氧氣需求量180Nm3/h（濃度 10.2%wt,產(chǎn)量 50kg/h）1.2.4公共工程a儀表風(fēng)消耗3Nm3/hb冷卻水消耗125Nm3/h臭氧布?xì)庋b置與煙氣混合器為了使臭氧與煙氣中的NOx充分混合，從臭氧發(fā)生器出來(lái)的臭氧氣體通過(guò)環(huán) 形煙氣布?xì)庋b置，均勻的通入需治理的煙氣風(fēng)管截面中，然后再通過(guò)煙氣混合器 使煙氣產(chǎn)生揣流，保證臭氧與煙氣中的nox能夠充分接觸而發(fā)生反應(yīng)。由于臭氧 與nox的反應(yīng)非?？焖?，基本不會(huì)受到S02的影響，因此不需要額外增加設(shè)備， 只需要在煙氣管道中進(jìn)行即可。布?xì)庋b置與煙氣混合器的總壓損不超過(guò)300Pa。洗滌裝置采用堿液洗滌塔對(duì)生成的no2進(jìn)行吸收治理，如果與煙氣脫硫同時(shí)進(jìn)行，可 以利用濕法脫硫塔，同時(shí)進(jìn)行nox和so2的吸收治理。建議堿液采用氨水，最終 生成產(chǎn)物為NH N0和NH N0。4243三、工藝特點(diǎn) 反應(yīng)時(shí)間短，速度快。臭氧與nox反應(yīng)速度極快，只需要很短的時(shí)間， 即可將nox氧化成高價(jià)態(tài)的no2和N205。因此不需要特別的反應(yīng)設(shè)備，只需要在煙 氣管道中混合，即可進(jìn)行。 吸收完全，凈化效率高。由于no