3.脱硝方案设计

3.1设计原则

本项目主要设计原则如下：

(1)本工程以不影响锅炉运行为原则，采用双氧水+臭氧氧化、湿法脱硫塔吸收的脱硝工艺。

（2)通过布袋除尘器出口改装臭氧投加装置，吸收塔入口处烟道喷淋双氧水氧化，控制NOx排放≤40mg/Nm3。

(3)臭氧系统使用氧气作为原料气体，臭氧生产设备把氧气制造成臭氧。

(4)尽可能按现有设备状况及场地条件进行布置，力求工艺流程和设施布置合理、

美观，操作安全、简便，对原设备设施的影响最少。

(5)确保脱硝系统的安全、稳定、可靠、达标运行。

(6)在保证安全和质量的前提下，尽量缩短改造工期。

(7)对副产物的处理应符合环境保护的长远要求，尽量避免副产物的二次污染，

工艺设计应尽可能减少噪音对环境的影响。

(8)装置的自动化水平设计合理，便于运行管理。

(9)工程改造应尽量节约能源和水源，降低系统的投资和运行费用。

3.2组合氧化脱硝工艺原理及特点

3.2.1反应原理

选择性氧化脱硝技术的基本原理为：组合氧化法脱硝主要是利用臭氧和双氧岁的强氧化性，将不可溶的低价态氮氧化物氧化为可溶的高价态氮氧化物，然后在洗涤塔内将氮氧化物吸收，达到脱除的目的。

      我公司在臭氧同时脱硫脱硝过程中NO的氧化机理进行了研究，对臭氧在烟道的投放、布气方式、气相混合方式，温度控制影响、粉尘影响等做了全面的模拟实验，总结并构建出 O3与 NOX之间详细的化学反应机理，该机理比较复杂。在实际试验中，可根据低温条件下臭氧与 NO的关键反应进行研究。低温条件下，O3与 NO之间的关键氧化反应如下：

NO+O3→NO2+O2                     （1）

NO2+O3→NO3+O2                    （2）

NO3+NO2→N2O5                     （3）

NO+O+M→NO2+M                     （4）

NO2+O→NO3                        （5）

激活双氧水氧化主要反应原理如下：

NO+H2O2→NO2+H2O                     (6)

NO2+H2O2→NO3+O2                     (7)

NO2+NO3→N2O5                         (8)

脱硝吸收主要反应原理如下：

NO+NO2+H2O→2H++2NO2-                  (9)

2NO2+H2O→2H++NO2-+NO3-                (10)

N2O5+H2O→2H++2NO3-                    (11)

NO3-+NO→NO2-+NO2                      (12)

2H++CO32-→H2O+CO2                     (13)

H++OH-→H2O                          (14)

与气相中的其他化学物质如CO，SOx等相比，NOx可以很快地被氧化，这就使得NOx的氧化具有很高的选择性。因为气相中的 NOx被转化成溶于水溶液的离子化合物，这就使得氧化反应更加完全，从而不可逆地脱除NOx，而不产生二次污染。经过氧化反应，加入的臭氧和双氧水被反应所消耗，过量的臭氧和双氧水可以在喷淋塔中分解。除了 NOx之外，一些重金属，如汞及其他重金属污染物也同时被臭氧所氧化。烟气中高浓度的粉尘或固体颗粒物不会影响到NOx的脱除效率。

组合氧化脱硝可应用于：以煤、焦炭、褐煤为燃料的公用工程锅炉；以燃气、

煤、重油为燃料的工业锅炉；铅、铁矿、锌/铜，玻璃、水泥加工、生产的各种炉窑；用于处理生物废料，轮胎及其他工业废料的燃烧炉；来自于酸洗和化工过程的酸性气流；催化裂化尾气；各种市政及工业垃圾焚化炉等。

3.2.2工艺特点

本技术将气相氧化、液相氧化、湿法吸收有机组合，在原有湿法脱硫基础上设计改造成脱硫脱硝一体化装置。

（1）深度脱硝，脱硝效率高，可达到95%以上；设备设计有前瞻性，预留了

增加臭氧反应器的位置，如需提高排放标准，只要在原设备旁增加臭氧发生器即可满足脱除率，无需对原结构进行破坏性改造，大幅度节省了用户的设备投资。

（2）不使用催化剂，无催化剂中毒、反应器堵塞等问题。

（3）脱硝烟气温度低，在50-200℃范围内均可实现高效脱硝。

（4）维护费用低，不存在催化剂定期更换等问题。

（5）占地面积小，模块化设备可根据现场条件灵活布置。

（6）臭氧脱硝专利技术填补了国内低温氧化脱硝技术的空白，达到国际先进技术水平。

（7）采用臭氧气相氧化、碱液吸收的一塔式结构，改变了国内、外脱硫脱硝两套结构的繁杂设置。

（8）脱硫脱硝整个过程都在除尘器后进行，不影响锅炉、除尘器的正常运行，避免了除尘器堵塞、影响除尘器的使用寿命的问题，确保整个系统的的稳定运行。

（9）针对工业锅炉运行工况不稳定，燃料品种多而杂，烟气中氮氧化物含量不稳定的难题，设置联动控制模块，动态控制臭氧注入量，确保排放烟气中硫、硝含量达标，节能安全。

（10）无传统脱硝工艺的氨逃逸、尿素异味等问题，适用于邻近居民区的工业锅炉。

（11）适合于已有脱硫设备的新建脱硝工程，设备占地面积小，改造工程量小，施工周期短。

3.3工艺流程说明

烟气处理流程：在除尘器出口的烟气进入臭氧混合反应装置，在混合反应装置内注入臭氧，使臭氧与烟气充分混合，将烟气中不溶于水的NO氧化成易溶于水的高价态氮氧化物，包括NO2，N2O3，N2O5等，极短的时间内完成反应。随后在吸收塔前段的烟道中，雾化喷淋经催化激活后的双氧水溶液，将烟气中残余的NO氧化成易溶于水的高价态氮氧化物。然后烟气进入吸收塔，喷淋碱性溶液将烟气中的SOx和被氧化的NOx同时吸收，确保，NOx排放浓度≤40mg/Nm3，最后达标烟气进入烟囱排放。工艺流程见图4-1。本项目脱硝系统主要包括：臭氧氧化系统、双氧水氧化系统、湿法吸收系统、电气控制系统等，以下部分将分别进行详细说明。

4.臭氧氧化系统

4.1臭氧发生器简介

（1）臭氧发生工艺原理

    臭氧发生器的核心采用了先进的介质阻挡双间隙放电技术，原料气流经过绝缘介质与高压电极之间以及绝缘介质层和臭氧发生器罐体接地极之间的狭小间隙，两个环状间隙之间的高压电场双面放电，将通过的氧气转换为臭氧，臭氧产生效率高。工业上一般采用电晕放电法制取，其原理如下图所示：

（2）臭氧发生器的基本介绍

臭氧系统集成由臭氧发生系统，控制系统、冷却水系统、检测仪器仪表等组成。在臭氧发生室内的高频高压电场内，通过微间隙介质阻挡放电技术，将部分氧气（纯度≥99%）转换成臭氧，产品气体为臭氧化气体，通过出气调节阀后的臭氧管道出气口排出。臭氧发生室出气管路上设有臭氧取气口，装有取样阀，通过臭氧浓度仪检测臭氧出气浓度。臭氧发生器氧气进气压力为0.095Mpa，现场应使进气压力、流量稳定，以保证稳定的臭氧产量；为保证气源满足臭氧发生器进气要求，在进气管道上安装氧气过滤器（过滤精度≤0.01μ）对进气进一步净化；在进气管道上同时安装有压力传感器与温度传感器在线检测及就地显示氧气压力和温度，配置压力开关及安全阀，当臭氧发生器压力过高时，自动泄压，必要时切断气源，保证臭氧发生器安全生产；同时进气管路设置压力表，用于就地显示进气压力。在出气管道上安装臭氧调节阀，自动调节臭氧浓度及产量，使臭氧发生器的产量满足实际需求。

（3）臭氧发生器技术特点

臭氧发生器最重要的部分是臭氧放电管，设备采用高质量的耐臭氧腐蚀的 316L不锈钢材料，PTFE（聚四氟乙烯）制造，提高了系统的长期可靠运行。放电管数量在设计时留有 10%的余量，可抵消不可预见放电管污染带来的效率降低。臭氧发生器安装的形式为水平安装，可以直接将臭氧发生器放在基础上，方便安装和检修。臭氧发生器出厂前已将管道、阀门、仪表和电缆安装好，并且全套系统在工厂完成全部技术指标测试。臭氧发生器设计运行方式为 72小时连续运转。

脱硝部分臭氧发生器气源为液氧源，脱硝设备维护成本低、无催化剂定换费用。前五年每年设备维护成本5万元，五年后每年维护成本不超过10万元。如采用SCR等氨法脱硝方法，催化剂寿命不超过24000小时，每三年需定期更换，更换成本很高。