现场总线技术及自动化北京市重点实验室

基于臭氧的新型脱硫脱硝技术及系统

一、基于臭氧的烟气脱硝工艺及流程

        臭氧烟气脱硝脱硫是利用在脱硫塔进气烟道内投加臭氧(O3 )等强氧化剂,将烟气中一氧化氮(NOx)氧化成为易溶于水的高价态NO2,如NO3 或N2O5 ,然后在脱硫塔内采用传统的碱液水洗涤烟气,脱除烟气中的SO2、 NOx以及CO2 ,该工艺还具有较高的脱汞性能,Hg氧化为Hg2+,Pb、Cr、As等重金属氧化为高价态并与灰分形成高价络合物,SO2氧化为SO3(此反应进行程度很小),然后利用尾部吸收装置将易溶于水的高价态化合物同时脱除,可以达到95%以上的脱硫率和85%以上的脱硝和脱碳率。

        臭氧氧化脱硝技术、脱硝工况稳定、效率高,易控制。适宜在相对低温条件下进行化学反应。臭氧氧化法脱硫脱硝工艺流程图如图1所示:

产品图
图1 臭氧氧化法脱硫脱硝工艺流程图

二、臭氧氧化脱硫脱硝反应机理:

        化学反应原理: 将氧气\臭氧混合气注入再生器烟道,将NOx氧化成高价态且易溶于水的N2O3、N2O5,然后通过洗涤生成HNO3,同时SO2极易溶于水,溶解的SO2可以与NaOH发生反应促进其吸收: 新型氧化法脱硫、脱硝工艺具有广阔的应用前景,具有传统脱硝(SNCR、SCR)方法不可比拟的优势,三种工艺比较见下表1;其中化学反应机理如下:

产品图

        

控制方式

脱硝原理

优缺点

应用特点

选择性非催化还原法(SNCR)

烟气温度在870~1200℃时,将氨、尿素等还原剂喷入烟气中与NOx反应生成氮气和水

◆优点:占地面积小、投资少
◆缺点:在大型锅炉上只能达到30%~50%的NOx脱除率;需增高烟气温度;液氨在储运和运行过程中存在安全问题

◆小型锅炉和一些工业炉窑上的脱硝;
◆和其他脱硝技术联合使用

选择性催化还原法(SCR)

通过选择合适的催化剂,反应温度降低到适合实际使用的290~430℃范围,还原剂(氨、尿素等)有选择性地与烟气中的NOx反应以达到脱硝的效果。

◆优点:脱除效率可达90%;技术成熟,容易操作
◆缺点:占地面积大;催化剂价格昂贵、易受粉尘堵塞,失效催化剂是危险废弃物;检修维护不方便;液氨在储运和运行过程中存在安全问题;建投资大、运行费用高

◆世界上应用最多、最成熟的烟气脱硝技术之一;
◆目前我国大型燃煤电厂控制NOx污染的主要手段之一

新型氧化法脱硫脱硝技术

用强氧化剂把不可溶的低价态的氮氧化物氧化成可溶的高价态的氮氧化物,再把高价态的氮氧化物利用碱化吸收洗涤工艺清除掉

◆优点:不需要增高烟气的温度;不使用氨等还原剂;在NOx含量、烟气量不稳定条件下,控制灵活;维持90%以上的脱除率;同时处理重金属;可配合同时实现脱硫
◆前景:未来新型脱硫脱硝的重要工艺方法,具有广阔的推广价值。

◆大型火电厂有运行成本优势;
◆石油石化等行业NOx排放浓度高且不稳定工况;
◆玻璃、水泥窑炉等NOx排放浓度高且大量灰分;
◆新型的一体化脱硫、脱硝技术、代表环保产业未来升级换代的趋势,未来将替代传统脱硫脱硝技术。

三、自主知识产权的大功率板式臭氧发生器设备

        新型氧化脱硫脱硝系统的核心设备是大功率的臭氧发生器,本公司具备大功率板式臭氧发生器的全部自主知识产权,拥有核心技术专利。臭氧发生器放电室的基本设计原理是依据介质阻挡放电法 (Dielectric Barrier Discharge, DBD) 来设计。DBD是将绝缘介质插入放电空间的一种气体放电方式。在两平行高压电极之间或两根同心圆柱电极间隔以一层绝缘介电体,并保持一定的放电间隙,当通入高压电流时,就会产生交变高压电场,空气或氧气通过放电间隙,氧分子受高能电子激发而获得能量,并相互碰撞形成臭氧分子,原理图和实物见图2和图3,图4为板式臭氧发生器的电源控制柜体。

产品图
图2 臭氧发生器原理图

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图3 合作研发板式臭氧发生器放电室

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图4 自主研发的臭氧发生器电源控制单元

        板式臭氧发生器,采用了高频、高压电源和微间隙放电的单元结构,匹配出最优的电场强度,最佳的等离子场形成高效的臭氧发生环境,具有管式产品所不能比拟的优势。

四、脱硫脱硝用大功率板式臭氧发生器功能特点

产品图

        自主研发的大功率高效板式臭氧发生器,包括臭氧的专用电源、PLC智能控制系统。该产品具有模块化、板式结构、能源利用效率高、能耗低,安全、稳定、可靠,运行成本低,产生臭氧浓度高,体积小、维护方便。

五、实际工程案例外景

        本公司提供全套的臭氧氧化法脱硫、脱硝装置以及控制系统;图5为实际大气脱硫、脱硝工程应用案例现场。

产品图
图5 实际的臭氧脱硝工程案例外景图

六、商务信息

        研发单位:北方工业大学现场总线技术及自动化北京市重点实验室

        地址:北京市石景山区晋元庄路5号(北方工业大学第三实验楼5层)

        生产销售:北京科慧德自动化技术有限公司

        电话传真:010-88803382—803,010-88803382—808

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