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摘要：本文介紹了在某生物能源有限公司電廠170t/h蔗渣鍋爐應(yīng)用臭氧脫硝技術(shù)，使得氮氧化物排放從150mg/m³降低到70mg/m³。從技術(shù)角度分析，臭氧脫硝適合生物質(zhì)鍋爐NOx的提效改造，設(shè)備簡單獨立，不受鍋爐燃燒工況影響，設(shè)備維護簡單，可在線檢修維護。臭氧脫硝技術(shù)可作為傳統(tǒng)脫硝技術(shù)的一個高效補充，在中小爐窯應(yīng)用前景廣闊。
1背景
某生物能源有限公司電廠170t/h蔗渣鍋爐除塵采用旋風+電袋復(fù)合除塵器，脫硝采用SNCR(噴氨水)，鍋爐煙氣先進行SNCR脫硝后進入除塵系統(tǒng)再通過引風機后經(jīng)煙囪排出，整體工藝簡單，目前煙氣排放煙塵≤30mg/m³，氮氧化物≤150mg/m³，此次改造要求鍋爐在最低和最大負荷之間任何工況運行時NOx的排放濃度＜70mg/Nm3（折算值）。在燃煤鍋爐領(lǐng)域，NOx的脫除主要是采用選擇性催化還原技術(shù)（SCR），NOx能得到有效控制并達到超凈排放。但蔗渣鍋爐由于鍋爐結(jié)構(gòu)、燃燒工藝限制，無法提供SCR反應(yīng)所需的溫度，為達到反應(yīng)溫度區(qū)間需投入巨大資金進行鍋爐改造；且鍋爐飛灰含大量堿性成分，催化劑易中毒，因此不適合直接采用SCR脫硝。臭氧氧化法脫硝不受工況的影響，不需要有同SCR的反應(yīng)溫度區(qū)間，設(shè)備獨立性，操作靈活性，運行維護費用低適合生物質(zhì)鍋爐、循環(huán)流化床鍋爐、垃圾焚燒爐、玻璃窯中小爐窯等的脫硝提效改造。本項目經(jīng)雙方的多次技術(shù)交流及用戶的調(diào)研、討論最后決定采用我司的臭氧脫硝技術(shù)改造。主要設(shè)計資料如下表1。
2臭氧脫硝原理
臭氧氧化法脫硝主要是利用臭氧的強氧化性，將不可溶的低價態(tài)氮氧化物氧化為可溶的高價態(tài)氮氧化物，然后在洗滌塔內(nèi)通過冷卻、噴淋最終將氮氧化物吸收，達到脫除的目的，主要流程圖如下圖1。與SO2等氣體相比，NOx可以很快被臭氧氧化，確定O3與NO最佳摩爾比是選型的依據(jù)，O3對于NOx復(fù)雜的氧化反應(yīng)過程，實際上最后通過N的價態(tài)變化體現(xiàn)出來，主要的反應(yīng)如下：
3臭氧脫硝主要設(shè)備
臭氧脫硝系統(tǒng)主要由制氧系統(tǒng)、臭氧發(fā)生系統(tǒng)（含臭氧發(fā)生器、冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、檢測儀器儀表等）、臭氧噴射系統(tǒng)、洗滌塔系統(tǒng)、輔助的氣源系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、安全報警系統(tǒng)和PLC的全自動控制系統(tǒng)組成。
制氧系統(tǒng)采用VPSA變壓吸附，制氧系統(tǒng)主要由鼓風機、真空泵、吸附器、氧壓機、壓氧調(diào)節(jié)、送氧調(diào)節(jié)、儀表空氣系統(tǒng)、儀表控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成。原料空氣通過空氣過濾器后經(jīng)鼓風機壓縮進入吸附器，空氣中的氮氣、二氧化碳等組分被吸附，生成的氧氣產(chǎn)品從吸附器頂部流出，生成合格氧氣露點溫度＜-60°C經(jīng)精密過濾器過濾、減壓穩(wěn)壓后進入臭氧發(fā)生室。
氧氣在臭氧發(fā)生室內(nèi)部通過中頻高壓放電生成臭氧，含臭氧的氣體經(jīng)溫度、壓力、流量監(jiān)測調(diào)節(jié)后經(jīng)臭氧出氣口產(chǎn)出。臭氧發(fā)生室上設(shè)有臭氧取氣口，在臭氧發(fā)生器配備的臭氧濃度檢測儀在線監(jiān)控臭氧發(fā)生器的出氣濃度，通過控制系統(tǒng)計算出臭氧產(chǎn)量。臭氧發(fā)生器冷卻水設(shè)計閉環(huán)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)先通過流過放電管外壁的除鹽水（即內(nèi)循環(huán)水）來實現(xiàn)對臭氧發(fā)生器的降溫，內(nèi)循環(huán)水又與外循環(huán)水通過板式換熱器進行換熱降溫，即冷卻水系統(tǒng)為兩道降溫系統(tǒng)，冷卻水出水管路裝有流量計、溫度變送器，當冷卻水流量不足、溫度超過設(shè)定值時報警。水冷卻循環(huán)系統(tǒng)包括板式換熱器、水泵、膨脹罐、閥門儀表及底座等。
在除塵系統(tǒng)后部（洗滌塔前）的煙道上設(shè)有臭氧噴射系統(tǒng)，臭氧噴射系統(tǒng)由流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)、臭氧噴嘴、管路組成，噴嘴布置能夠滿足臭氧與煙氣充分均勻混合，臭氧流量數(shù)據(jù)可實現(xiàn)遠傳并時時可調(diào)。臭氧將煙氣中的不溶性低價氮氧化物氧化為可溶性高價態(tài)的氮氧化物NOx，之后進入洗滌塔。洗滌塔系統(tǒng)包括一臺洗滌塔（含兩級除霧器、兩層噴淋層）、漿液再循環(huán)系統(tǒng)、相應(yīng)的管道閥門等。煙氣通過洗滌塔入口從洗滌塔漿液池上部進入吸收區(qū)，在吸收區(qū)熱煙氣與自上而下的漿液（漿液由兩層噴淋層的多個噴嘴噴出）接觸發(fā)生化學吸收反應(yīng)，即氮的氧化物（NOx）與氫氧化鈣反應(yīng)，形成硝酸鈣，煙氣同時被冷卻。在此，煙氣中的NOx被吸收洗滌，起到脫除氮氧化物的目的。洗滌后的煙氣依次經(jīng)過除霧器除去霧滴，再經(jīng)凈煙道由煙囪排入大氣。
輔助的安全報警系統(tǒng)在臭氧制備區(qū)內(nèi)安裝有臭氧泄漏報警儀，當制備區(qū)域內(nèi)環(huán)境中臭氧/氧氣泄露超標時，系統(tǒng)輸出報警信號。整個臭氧脫硝系統(tǒng)采用PLC的全自動控制，能夠完成脫硝裝置內(nèi)所有的測量、監(jiān)視、操作、自動控制、報警及保護和聯(lián)鎖、記錄等功能。
4臭氧脫硝的技術(shù)經(jīng)濟性分析
臭氧脫硝在生物質(zhì)鍋爐、循環(huán)流化床鍋爐、垃圾焚燒爐、玻璃窯中小爐窯等領(lǐng)域具有較佳的技術(shù)經(jīng)濟性，上述鍋爐機組燃燒工況極其復(fù)雜，隨著日益嚴格的環(huán)保要求，只采用SNCR已經(jīng)不能滿足排放要求，必須再上一套脫硝設(shè)備，進一步降低NOx的出口排放濃度。如果采用SCR，鍋爐沒有適合SCR的溫度場，需要投入大量資金改造鍋爐，而且復(fù)雜的燃燒工況如：水汽含量高、飛灰含大量堿性成分等，將大大降低催化劑的活性，脫硝鍋爐改造成本及運行費用高昂。臭氧脫硝系統(tǒng)具有設(shè)備獨立性，操作靈活性，運行維護費用低等優(yōu)勢，采用SNCR+臭氧脫硝設(shè)備能夠滿足鍋爐任何工況使用要求。
臭氧脫硝工藝可以根據(jù)鍋爐是否運行，運行負荷的變化隨時調(diào)整臭氧發(fā)生量，運行過程中，根據(jù)CEMS檢測儀的反饋數(shù)據(jù)實時調(diào)整臭氧流量，設(shè)備啟動和調(diào)試時間短。鍋爐檢修期間可以停止脫硝工藝，當鍋爐低負荷運行時，通過調(diào)整臭氧發(fā)生量減少臭氧產(chǎn)量降低運行成本。如在xx公司有3×150t/h循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐滿負荷運行時只采用SNCR即可滿足排放要求，但在正常運行中，經(jīng)常有一臺鍋爐并不能帶到滿負荷，且循環(huán)切換，按此工況，若采用SCR脫硝，催化劑在三臺爐內(nèi)磨損消耗，運行成本極高，若采用臭氧脫硝，只需上一套臭氧脫硝設(shè)備，臭氧按需求投加即可。
因此，臭氧脫硝雖然臭氧產(chǎn)生的成本較高，但是在某些特定運用領(lǐng)域經(jīng)濟性明顯。
5臭氧脫硝改造效果
某生物能源有限公司170t/h生物質(zhì)鍋爐脫硝項目采用我司臭氧脫硝設(shè)備順利通過168試運行，該項目采用制氧工藝，配置50kg/h臭氧發(fā)生器，PLC全自動控制，設(shè)備投運效果達到預(yù)期，經(jīng)環(huán)保監(jiān)測，煙囪出口NOx濃度(以NO2計）小于70mg/Nm3。實測旋風除塵器入口、洗滌塔出口的含氧量分別為2.66%、5.41%，標況NOx濃度(6%O2)分別為131.7mg/Nm3、58.4mg/Nm3，NOx脫除效率為55.7%（表2）。各項性能指標完全滿足合同協(xié)議要求，取得了圓滿成功。
6結(jié)語
本次臭氧脫硝技術(shù)改造的成功，為工業(yè)爐窯提供了一項可靠的脫硝技術(shù)路線，擴展了公司產(chǎn)品，意義重大。它是傳統(tǒng)脫硝技術(shù)的一個高效補充，不受鍋爐燃燒工況的影響，在中小爐窯，尤其是傳統(tǒng)脫硝技術(shù)無法滿足的領(lǐng)域，如生物質(zhì)鍋爐、冶金行業(yè)、全負荷脫硝等，應(yīng)用前景廣闊。
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