臭氧脫硝對臭氧污染的影響
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發(fā)布時間：2019-12-05
1. 臭氧氧化脫硝的原理
臭氧脫氮氧化物系統(tǒng)是以臭氧為原料，將煙氣中低價態(tài)的 NOx 氧化為高價態(tài)的 NOx，并以高價氮氧化物優(yōu)良的溶解性和酸堿中和反應為基礎將其通過脫硫系統(tǒng)脫除。燃煤鍋爐燃燒過程中產(chǎn)生的 NOx 主要組成為：約 95%NO 和 5%NO 2 。NO 不易溶于水，同時也不和堿性物質反應，而 NO 2 是相對易溶于水，同時可以和脫硫反應中的堿性物產(chǎn)生中和反應生成亞硝酸鹽，可以很容易地溶解在堿液中形成硝酸根。
臭氧氧化法的原理主要是依據(jù)氮氧化合物與臭氧的反應速度較快，雖然 NO 和 NO 2 不溶于水，但是氧化產(chǎn)物 N 2 O 5 易溶于水，主要的反應和物質的溶解度見表 1~表 2。
從表1可以看出，O3和NOx的反應速度是O3和其他反應的數(shù)倍。特別O3和NO的反應速度是O3
和 CO 的 62,500 倍，因此選擇性很好。
臭氧的氧化能力極強，臭氧氧化脫硝技術正是利用這一特性，將煙氣中難溶的低價態(tài)的 NO 氧化成
為易溶的高價態(tài)的氮氧化物，從而實現(xiàn)了煙氣中氮氧化物有效脫除的效果。在此過程中，不僅可以有效
地對氮氧化物進行脫除，而且還可以避免在此過程中的二次污染。因此，臭氧脫硝不僅僅能夠脫除一些
高濃度的氮氧化污染物，更為關鍵的則是不至于限制其余污染治理系統(tǒng)運行的正常效果，能夠保證與傳
統(tǒng)脫硝技術聯(lián)合實用甚至直接予以替換。
臭氧氧化法脫硝分為三個過程：1) 臭氧的發(fā)生以及在煙道中的射入;2) 臭氧在煙道中對 NOX 的降解;3) 尾部堿液對各種污染物的吸收。
2. 臭氧氧化脫硝的優(yōu)勢
現(xiàn)在國家對氮氧化物的排放有了嚴格的要求，燃煤火電廠對原有的脫硝系統(tǒng)進行升級，來提高脫硝的效率。目前國內外煙氣脫硝的方式廣泛采用的是選擇性催化還原(SCR)法，去除效率可達 90%，但常常由于初期投資和運行成本費用較高，氨氣存在泄露等危險，后者對運行管理水平要求高，常常成為SCR系統(tǒng)的制約因素之一。
臭氧氧化法作為一種新型的煙氣多脫工藝，近年來在煙氣脫硝行業(yè)得到迅猛的推廣應用。臭氧氧化脫硝技術，解決了很多鍋爐傳統(tǒng)工藝上的難題。就其本身來說，該技術不需要對鍋爐及其附屬設施進行改造，無需更換風機、不需考慮阻力，更不需要停爐影響生產(chǎn)。只需在風機和脫硫塔之間合適位置投加，
相比其他技術，投資省，工藝簡潔，安裝、操作簡單。
除此之外，相比于其他的煙氣脫硝技術，臭氧氧化法還有如下的技術優(yōu)勢：
1) 顯著的脫硝效率，該技術脫硝的效率可以實現(xiàn)近零排放;
2) 相比于 SCR 法，臭氧氧化法的運行成本有優(yōu)勢;
3) 同時實現(xiàn)對汞、揮發(fā)性有機化合物(VOCs)以及二噁英的有效脫除;
4) 調整靈活，可根據(jù)煙氣的初始 NOX 排放濃度變化，根據(jù)簡單的摩爾比關系調節(jié)臭氧投加量，以
實現(xiàn)運行成本的優(yōu)化控制;
5) 無需昂貴的金屬催化劑，不存在催化劑中毒等現(xiàn)象。
根據(jù)以上的技術優(yōu)勢，利用臭氧進行脫硫脫銷工藝在國外已有工程實例。在我國的石化行業(yè)煙氣的脫硝也有廣泛的應用。
臭氧脫硝工藝適用溫度 90℃~250℃之間的煙氣，彌補了 SCR 脫硝解決不了的溫度區(qū)域。在同等脫硝效率的基礎上，投資低于 SCR 技術，也沒有催化劑更換成本，阻力增加較小，對于改造項目不會影響引風機出力。總體來說，對于溫度區(qū)間不滿足、改造空間受限、引風機余量不足的項目，提供了另一種技術選擇。
3. 臭氧氧化脫硝對臭氧污染的影響
藍天白云一定是好天氣嗎?答案是否定的。據(jù)生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的重點區(qū)域和 74 個城市空氣質量狀況顯示，夏季以臭氧為首要污染物的超標天數(shù)超過了 PM2.5，位居第一。根據(jù) 2018 年 5 月 31 日發(fā)布的《2017中國生態(tài)環(huán)境狀況公報》顯示，2017 年京津冀、長三角、珠三角等重點區(qū)域地級城市及直轄市、省會城市和計劃單列市的 74 個城市全年臭氧污染天數(shù)占全年污染天數(shù)的43.1%。如今，臭氧污染已經(jīng)成為多個城市的首要污染物，許多民眾也都開始注意和重視這類問題。存在于地球的平流層中的臭氧，是對人類有益的臭氧，是需要人類保護的，而在對流層中的臭氧是對人類的健康有危害的。臭氧具有強氧化性，可嚴重影響人類的健康，主要是刺激和損害深部呼吸道，并可損害中樞神經(jīng)系統(tǒng)。同時臭氧也對植物有危害，抑制植物生長，影響生態(tài)環(huán)境。
那么，臭氧脫硝會不會加劇臭氧污染呢?
臭氧污染中的臭氧污染物是典型的二次污染物，不是由污染源直接排放產(chǎn)生的，而是經(jīng)由排放到空氣中的氮氧化物和揮發(fā)性有機化合物在光化學反應下衍生的。在城市生活中，機動車尾氣、化石燃料燃燒、工業(yè)生產(chǎn)，都會產(chǎn)生氮氧化物。揮發(fā)性有機物的來源就更多了，汽車噴涂、印刷廠油墨揮發(fā)、加油站油氣揮發(fā)、化工行業(yè)生產(chǎn)過程、溶劑使用等都有所影響。為了降低臭氧污染，各行各業(yè)對于氮氧化物的排放都有一定的標準。
臭氧的化學性質很不穩(wěn)定，在常溫下會慢慢分解，含量為 1%以下的臭氧，在常溫常態(tài)常壓的空氣中分解半衰期為 20~30 分鐘左右。臭氧分解速度隨著溫度的升高而加強，當溫度超過 100℃時，臭氧分解將會非常的劇烈，臭氧立即轉化為氧氣的溫度是 270℃。臭氧在空氣中的分解速度遠不及水中的分解速度。在含有雜質的水溶液中臭氧迅速分解成氧氣。由于臭氧脫硝工藝在濕法脫硫之前，反應溫度通常在100℃以上，且在脫硫塔還會被漿液再次洗滌，未與 NO 充分反應的臭氧會在后續(xù)的工藝流程中分解為氧氣，因此從煙囪排入大氣的臭氧幾乎可以忽略。
4. 結論
通過以上的分析知道，臭氧氧化脫硝技術的應用，不對鍋爐及其附屬設備改造，很好地解決了很多鍋爐不能使用傳統(tǒng)工藝解決的難題。同時臭氧氧化脫硝工藝中未反應的臭氧對臭氧污染幾乎是沒有影響的。反而因為脫硝效率高，減少了排放到大氣中的氮氧化物，從而減少了臭氧的二次污染。
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