臭氧脱硝的介绍


一.前言

目前成熟的脱硝工艺有低氮燃烧系统、选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、臭氧脱硝等各种工艺。每种工艺都有自己的优缺点和适用的条件。对于大型的燃煤锅炉最佳的技术手段是选择性催化还原法(SCR),对于垃圾焚烧、水泥窑炉和循环流化床锅炉(CFB),选择性非催化还原法(SNCR)是一个比较经济的工艺。除此之外还有许多机组既不适用SCR也不适用SNCR,而臭氧氧化脱硝法正好适合此类机组。

本文将从原理、化学反应过程、主要影响因素、系统构成和CFD辅助设计等方面介绍臭氧脱硝工艺。

二.臭氧脱硝原理

在介绍臭氧脱硝的原理前,首先要介绍一下臭氧。臭氧(O3)是氧的高能态存在形式,无色,有特殊臭味,极不稳定,具有奇特的强氧化性,可以有效的去除氮氧化物、二氧化硫、氯氟有机物等,同时可以灭菌、去污、漂白、除臭等,臭氧的分解化学物质的过程中还原成(O2)或生成水(H2O),不产生二次污染。在自然界中,主要由雷电所产生,它是"天赐的净化剂"。

由于臭氧的这种净化特性,采用人工的臭氧发生器使得臭氧在水处理行业得到了广泛的应用。臭氧在水中对细菌、病毒等微生物杀灭率高、速度快,对有机化合物等污染物质去除彻底而又不产生二次污染,因此饮用水杀菌消毒是臭氧应用的最主要部门,自来水行业是臭氧的最大市场。

除了在水处理方面的应用,臭氧还能有效的治理氮氧化物污染,而且是无催化剂,无还原剂,零排放的循环清洁工艺。臭氧脱除氮氧化物已经在FCC(石油化工的催化裂化)得到了广泛的应用,是具有零吸收剂,零催化剂,零污染的先进清洁工艺。

臭氧的氧化能力极强,从下表可知,臭氧的氧化还原电位仅次于氟,比过氧化氢、高锰酸钾等都高。此外,臭氧的反应产物是氧气,所以它是一种高效清洁的强氧化剂。

臭氧脱硝系统采用臭氧作为脱硝的反应物,把臭氧通过臭氧格栅均匀的注入烟气中,把不溶性的氮氧化物(NO)转变成为水溶性氮氧化合物(NO2或N2O3,或N2O5)。臭氧可通过臭氧发生器在现场按烟气中的氮氧化物浓度来定量生产。

臭氧脱除氮氧化物是一个低温系统,不需要像 SCR和SNCR系统那样需要较高的温度窗口。臭氧发生器可以是对生产过程中烟气中的NOx量做出及时的响应。无论烟气流量或者氮氧化物含量的波动,臭氧发生系统都可以在线及时响应,在节省能量的同时控制净烟气中氮氧化物的排放量。

臭氧脱硝系统对酸性气体或微粒没有不良的敏感性,一些微粒甚至可能提高反应,这些微粒会促进催化氧化反应。通过一系列的反应不溶性NO转化为了NO2并会形成可溶性N2O5。N2O5是高度可溶性,并迅速与烟气中的水分发生反应,形成硝酸。