臭氧脱硝原理以及臭氧脱硝方案

1、臭氧脱硫脱硝知识点一、关于臭氧：臭氧（03）是氧气（O2）的同素异形体，它是一种具有特殊气味的淡蓝色气体。 分子结构呈三角形，键角为116，其密度是氧气的1.5倍，在水中的溶解度是 氧气的10倍。臭氧是一种强氧化剂，其氧化还原电位仅次于氟。臭氧与亚铁、Mn2+、硫 化物、硫氤化物、氤化物、氯等均发生反应。臭氧制造设备：臭氧发生器：臭氧发生器是用于制取臭氧气体（03）的装置。臭氧易于分 解无法储存，需现场制取现场使用（特殊的情况下可进行短时间的储存），所以 凡是能用到臭氧的场所均需使用臭氧发生器。利用高压电离（或化学、光化学反应），使空气中的部分氧气分解聚合为臭氧， 是氧的同素异形转变过程;亦可

2、利用电解水法获得。臭氧发生器的分类按臭氧产生的方式划分，臭氧发生器主要有三种：一是 高压放电式，二是紫外线照射式，三是电解式。130KG大型臭氧发生器臭氧浓度 臭氧为混合气体其浓度通常按质量比和体积比来表示。质量比是指 单位体积内混合气体中含有多少质量的臭氧，常用单位mg/L、mg/m3或g/m3等 表示。体积比是指单位体积内臭氧所占的体积含量或百分比含量，使用百分比表 示如2%、5%、12%等。臭氧浓度是衡量臭氧发生器技术含量和性能的重要指标。 同等的工况条件下臭氧输出浓度越高其品质度就越高。二、臭氧脱硝原理：1.基本原理：臭氧具有仅次于氟的强氧化性，完全有能力将烟气恶劣环境中的NO氧化 成

3、高价态，提高烟气中氮氧化物的水溶性，从而通过湿法洗脱。其中主要包括以 下反应：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）利用臭氧将NO氧化为高价态的氮氧化物后，需要进一步地吸收。常见的 吸收液有Ca（OH）2、NaOH等碱液。不同的吸收剂产生的脱除效果会有一定的 差异。例如有人在利用水吸收尾气时，NO的脱除效率可达到86.27%，这是利 用气体在水中的溶解度进行吸收，也有试验利用吸收

4、液将高价氮氧化物还原成为 N2后直接排入大气中。采用臭氧脱硝技术可得到较高的NOX脱除率，典型的脱除范围为70% 90%,甚至可达到95%，并且可在不同的NOX浓度和NO、NO2的比例下保 持高效率;因为未与NOX反应的O3会在洗涤器内被除去，所以不存在类似SCR 中O3的泄漏问题；除以上优点外，该技术应用中SO2和CO的存在不影响 NOX的去除，而臭氧脱硝也不影响其他污染物控制技术。臭氧氧化脱硝技术的应用，充分的解决了很多锅炉不能在传统工艺上解决的 难题：臭氧氧化脱硝技术不对锅炉及其附属设施进行改造。臭氧脱硝技术在除尘设备风机后和脱硫塔之间投加，并有1-1.5S的反应时 间，烟气温度在90-

5、250C之间，臭氧脱硝运行成本只有臭氧设备的本身的功耗和制取臭氧的氧气。在同等脱硝效率的基础上，是SCR静态投资的1/2,动态没有SCR催化 剂在使用过程中的效率在平行运行一段时间后的线性下降；无需考虑原风机、风量、风压不能满足使用要求带来的风机更换、使用后的 风阻、清尘、还原剂、氨水、氨逃逸等使用蒸气和建立氨区、报装等手续。这项技术目前也已经十分成熟，只是因为臭氧的发生费用较高，制约了它的 实际应用。2.臭氧同时脱硫脱硝的主要影响因：利用臭氧同时脱硫脱硝的影响因素主要有摩尔比、反应温度、反应时间、吸 收液性质等，这些因素对脱硝和脱硫效率都有不同程度的影响。2.1摩尔比摩尔比（O3/NO）是指

6、O3与NO之间摩尔数的比值，它反映了臭氧量相对于 一氧化氮量的高低。NO的氧化率随O3/NO的升高直线上升。目前已有的研究中， 在0.9WO3/NOV 1的情况下，脱硝率可达到85%以上，有的甚至几乎达到100%。 根据式（1）可见，O3与NO完全反应的摩尔比理论值为1，但在实际中，由于 其他物质的干扰，可发生一系列其他反应，如式（2）（5），使得O3不能100% 与NO进行反应。2.2温度由于臭氧的生存周期关系到脱硫脱硝效率的高低，所以考察臭氧对温度的 敏感性具有重要意义。对臭氧的热分解特性的研究中得出在150C的低温条件 下，臭氧的分解率不高，但随着温度增加到250C甚至更高时，臭氧分解速

7、度明 显加快。出在25C时臭氧的分解率只有0.5%，当温度高于200C时，分解率显 著增加。这些结果对研究臭氧在烟气中的生存时间及氧化反应时间具有重要意 义。2.3反应时间臭氧在烟气中的停留时间只要能够保证氧化反应的完成即可，在ISHWAR K.PURI的研究中，反应时间在1104s之间对反应器出口的NO摩尔数没有什么 影响，而且增加停留时间并不能增大NO的脱除率。这主要是因为关键反应的反 应平衡在很短时间内即可达到，不需要较长的臭氧停留时间。2.4吸收液性质利用臭氧将NO氧化为高价态的氮氧化物后，需要进一步地吸收。常见的 吸收液有Ca(OH)2、NaOH等碱液。不同的吸收剂产生的脱除效果会有

8、一定的差 异。例如王智化等人在利用水吸收尾气时，NO和SO2的脱除效率分别达到86.27% 和100%。这是利用气体在水中的溶解度进行吸收，也有试验利用吸收液将高价 氮氧化物还原成为N2后直接排入大气中，如Young Sun Mok和Heon-Ju Lee采 用Na2S和NaOH溶液作为吸收剂，NOx的去除率高达95%，SO2去除率约为100%， 但存在吸收液消耗量大的问题。臭氧脱硝工艺方案、工艺说明工艺原理利用臭氧发生器制备臭氧，通过布气装置把臭氧气体均布到烟气管道截面， 在管道中设置烟气混合器，使臭氧与含NOx的烟气在烟气管道中充分混合并发生 氧化反应。将烟气中的NO氧化为容易吸收的NO和

9、N O。再利用氨法脱硫洗涤塔，X22 5对NO和NO进行吸收反应，生成硝酸氨与亚硝酸氨。最后再与硫酸盐一起富集、 22 5浓缩、干燥后，作为氮肥加以利用。其主要反应式为：NO+O3=NO2+O22NO2+O3=N2O5+O22NO+2NH+H O=NHNO+NH NO.2324243N2O5+2NH3+H2O =2NH4NO3工艺流程图主要工艺参数设计风量600000ms/h进气NOx浓度800mg/m3出气NO浓度XV100mg/m3净化效率87%烟气温度180-260C每小时需要处理的NO的量为：60000X(800-100)X10-6=42kg/hX二、主要设备说明臭氧发生器根据烟气中N

10、Ox的含量，计算所需要的臭氧设备约为2台25kg/h的臭氧发 生器，两用一备，配置气源控制系统，冷却水系统及配套齐全的自动控制(PLC)、 检测仪器等。至于采用何种气源(空气或氧气)的臭氧发生器系统，根据项目现场情况经 与业主协商后确定。1.1臭氧制备工艺及流程(氧气源工艺)业主提供的氧气管道气通过设置的一级减压稳压装置处理后，经过氧气过滤 器进行过滤，并通过露点仪检测进气露点，通过流量计计量进气量，并与PLC 站联动。每套系统的进气管路上设置安全阀用于泄压保护系统。在臭氧发生室内的高频高压电场内，部分氧气转换成臭氧，产品气体为臭氧 化气体，经温度、压力监测后、经出气调节阀后由臭氧出气口排出。

11、臭氧发生室 出气管路上设有臭氧取气口，并装有电磁阀，每个设备的取气管分别通过各自的发生臭氧浓度仪检测臭氧出气浓度。臭氧发生器设置1套封闭循环冷却水系统，通过板式换热器换热，为臭氧发 生器提供冷却水。并配置一台冷却循环水泵，冷却循环水泵受PLC自动控制系统 监控。冷却水进水管路设置压力传感器，用于检测并反馈到PLC自动控制系统， 冷却水出水有温度变送器、流量开关等，当冷却水温度超过设定值或者流量低于 设定值时报警。本系统设计按外循环冷却水入口温度33C，如水温超过33C时， 系统能连续稳定工作，但产能有所降低，可通过调整运行条件达到要求的臭氧产 量。内循环水建议采用蒸馏水。臭氧发生器设置检修时剩

12、余臭氧的吹扫系统和冷却水低点排空。臭氧出气管 路上设计取样口，并设置臭氧浓度在线检测仪。臭氧设备放置点设计安装氧气泄漏报警仪（具备现场声光报警），周围环 境中检测到氧气浓度超标检测仪将报警。臭氧设备放置点设置臭氧泄漏报警仪 （具备现场声光报警），用于检测臭氧设备放置点是否有臭氧泄漏，当检测到 臭氧浓度超标时报警。如果确定了是其它气源的臭氧系统，再提供流程。1.2臭氧发生器技术参数1.2.1臭氧产量及浓度a额定臭氧产量2*25kg/hb最大产量60kg/h （7%wt）c臭氧产量可调节范围4.5 -60kg/hd额定臭氧浓度10%wt.e臭氧浓度可调节范围0 - 12%wt.1.2.2电气性能a

13、臭氧发生器单位功耗8Kwh/kgO3 （10.2wt%:冷却水温 32C）b臭氧发生器额定功率400kW （10.2wt%：冷却水温 32C）c臭氧发生器电源功率因数0.951.2.3氧气用量a单台发生器氧气需求量180Nm3/h（浓度 10.2%wt,产量 50kg/h）1.2.4公共工程a仪表风消耗3Nm3/hb冷却水消耗125Nm3/h臭氧布气装置与烟气混合器为了使臭氧与烟气中的NOx充分混合，从臭氧发生器出来的臭氧气体通过环 形烟气布气装置，均匀的通入需治理的烟气风管截面中，然后再通过烟气混合器 使烟气产生揣流，保证臭氧与烟气中的nox能够充分接触而发生反应。由于臭氧 与nox的反应非常快速，基本不会受到S02的影响，因此不需要额外增加设备， 只需要在烟气管道中进行即可。布气装置与烟气混合器的总压损不超过300Pa。洗涤装置采用碱液洗涤塔对生成的no2进行吸收治理，如果与烟气脱硫同时进行，可 以利用湿法脱硫塔，同时进行nox和so2的吸收治理。建议碱液采用氨水，最终 生成产物为NH N0和NH N0。4243三、工艺特点 反应时间短，速度快。臭氧与nox反应速度极快，只需要很短的时间， 即可将nox氧化成高价态的no2和N205。因此不需要特别的反应设备，只需要在烟 气管道中混合，即可进行。 吸收完全，净化效率高。由于no