燃煤电厂烟气湿法同时脱硫脱硝技术研究赵富刚

燃煤电厂烟气湿法同时脱硫脱硝技术研究赵富刚

赵富刚

浙江融智能源科技有限公司浙江杭州310030

摘要：我国大气污染仍以煤烟型污染为主，主要污染物为烟尘、SO2和NOX。以NaClO2为吸收剂，系统地总结了和NOX在NaClO2中的反应机理。发现NaClO2在pH值3～4之间产生的黄绿色ClO2气体具有很强的氧化能力，并且说明了NaClO2溶液脱硝原理主要源于ClO2把NO氧化成NO2，而NO2的进一步吸收通过N2O3和N2O4的水解完成。而SO2在NaClO2中的吸收过程主要受气膜控制，据此探讨吸收剂液相同时脱硫脱硝的工业可行性。

关键词：NaClO2；脱硫塔；同时脱硫脱硝

引言

开发液相燃煤烟气同时脱硫脱硝技术尤为重要，本研究基于NaClO2同时脱硫脱硝技术，系统地总结SO2和NOX在NaClO2中的反应机理，为进一步定量分析提供了理论基础。同时与实际的工业生产相联系，推导出反应的最佳条件。

1反应机理研究

1.1ClO2在NaClO2溶液中的主要化学反应由于ClO2有强氧化性，所以CIO2的生成对于同时脱硫脱硝反应具有十分重要的促进作用，所以有必要研究ClO2在酸性NaClO2溶液中所发生的反应，分析其对于提高同时脱硫脱硝效率的化学机理。根据溶液中各物质的氧化还原特性及电动势，结合考虑NaClO2的化学性质可以推断出ClO2在Na-ClO2酸性溶液中可能发生的歧化反应。化学反应反应式如下：

2ClO2+H2O+3NaClO2→3NaClO3+HClO2+HCl

2ClO2+H2O+5NaCIO2→5NaClO3+2HCl

2ClO2+H2O+4NaClO2→4NaClO3+HClO2+HCl

4ClO2+H2O+9NaClO2→9NaClO3+Cl2+2HCl

1.2NO在NaClO2溶液中的脱除机理分析

NO在NaClO2溶液中的涉及许多平行和连续反应。在酸性介质中，NaClO2主要作为一个种介质把NO氧化成NO2。NO2的进一步吸收被认为需要通过水解N2O3或N2O4的水解反应。在不同的pH初始条件下，NO的脱除效率有着非常明显的变化，变化趋势如图1。总体趋势是随着pH值的不断升高，NO的脱除效率迅速下降。在pH值小于或者等于4．5的时候，NO的脱除效率能够达到60%以上。在前人的研究中，NO2的进一步吸收被认为需要通过水解N2O3或N2O4的水解反应。因此，溶液初始pH的选择应该要足够低，来确保NaClO2有足够的氧化能力；但是又不能过低，需要确保NO2通过N2O3和N2O4的水解来进行进一步吸收。因此，吸收液的pH值对于NO2的是一个至关重要的因素。

图1不同pH对脱硝效率的影响

NaClO2溶液在pH值为4左右时，具有很强的氧化能力。在这个pH值范围内，NO气体被完全氧化成为硝酸。同时，当溶液pH在3～5.2左右的时候，NaClO2会分解产生ClO2气体。由此可见黄绿色的ClO2气体极易在低pH的NaClO2中产生。其产生对于NO的氧化是有显著作用的。ClO2这种强氧化剂的形成，能够进一步把NO氧化成NO2，并且能够进一步和NO2反应。因此，NO在NaClO2溶液中的反应是一系列复杂的反应，其中不仅有NaClO2参与，也有ClO2的参与。由于在工业应用中，需要处理同时含有NO和SO2的气体，因此必须考虑SO2对于NO脱除效率的影响。不同SO2初始浓度对于NO的脱除效率的影响见图2。

图2不同SO2初始浓度对脱硝效率的影响

从本试验结果得出，初始SO2浓度为1000～2000mg/m3段，NO脱除效率曲线上升较为缓慢；初始SO2浓度为2000～3000mg/m3段，NO的脱除效率曲线上升较为迅速。这可能是由于当SO2的初始浓度加大，SO2在溶液中所形成的亚硫酸根离子增多，对NO2形成N2O4的促进能力加强。当SO2的初始浓度超过3000mg/m3的时候，SO2对于ClO2和NaClO2中的活性分子的竞争作用将大于协同作用，NO脱除效率明显下降。

综合考虑以上因素，可见pH应选定在5左右。如果初始pH小于4的话，在反应开始阶段，必定会有一定量的ClO2的逃出而造成二次污染。

1.3SO2在NaClO2溶液中的脱除机理分析由于SO2及其SO3在水中的溶解度非常高，所以该反应是一个气膜控制的反应，其液膜阻力很小。为了更好的研究SO2在NaClO2溶液中的传质机理，本试验在NaClO2加入一定剂量的NaOH溶液，使SO2吸收反应进行得更加完全，从而得到更有利于计算的试验环境。Lanciac等人的研究得出，在SO2/NaOH体系下的kg×a可以通过测定SO2吸收速率（rSO2mol/（cm3·s）根据公式（1）来计算：

rSO2=kg×a×△PSO2（1）

式中：△PSO2（1×105Pa）是吸收过程气液两相传质的主要推动力，它可以通过公式（2）进行计算：

△PSO2=P（SO2）av－HSO2×CSO2（2）

由于SO2在NaCIO2中的溶解度很大，所以液相阻力较小，可以看成是气膜控制反应，根据公式（1）和（2）可知，SO2在溶液中的总吸收速率ＲA可以用式（3）表示：

ＲA=kg×a×（P（SO2）av－HSO2×CSO2）（2.44）（3）

从式（3）可以看出，SO2在NaClO2中的吸收速率，跟SO2的流量，入口SO2的分压，以及SO2在NaClO2中的浓度有关。

2试验分析

在自制鼓泡反应器中同时脱硫脱硝的影响情况。本试验模拟烟气流量为395．64m3/h，反应温度为25℃，进气管采样口处测得的NOx质量浓度为516mg/m3，SO2质量浓度为2670mg/m3。不同pH下脱除效率曲线如图3所示。

图3初始pH值对SO2和NOx脱除效率的影响随着pH的不断增高，SO2的脱除效率持续增加，并在pH值从4升到5时脱除效率有一个明显的提高。这主要是因为NaClO2在pH值3～4时，会生成大量黄绿色的ClO2气体，该气体具有很强的氧化性，能够迅速把SO2氧化成SO3，SO3在水中的溶解度更高，因而加速了吸收。

同时可以看出，NO的脱除效率随初始pH值的增大而降低，并在pH为3～4时达到最大值。这是因为NO在NaClO2的吸收过程主要是依靠ClO2的氧化作用。而ClO2的产生主要是当溶液pH值在3～4的时候。

由上分析可知，当模拟烟气成分主要为SO2并对脱硝效率要求不高时，应适当提高溶液的pH值。当pH值为10时，脱硫效率可达到85%以上，脱硝效率在40%以上；若想获得较好的同时脱硫脱硝效果，吸收液的pH值应控制在5左右，此时脱硫效率可达到80.5%，脱硝效率可达到62.3%。

结语

污染物分级治理方式，存在占地面积大、设备投资和运行费用及能耗高、烟气系统稳定性差等问题，严重影响燃煤污染控制的经济性和适用性。因此本文对烟气多污染物同时脱除进行了研究。系统地总结了SO2和NOx在NaClO2中的反应机理。发现NaClO2在pH值3～4之间产生的黄绿色ClO2气体具有很强的氧化能力，并且说明了NaClO2溶液脱硝原理主要源于ClO2把NO氧化成NO2，而NO2的进一步吸收通过N2O3和N2O4的水解完成。而SO2在NaClO2中的吸收过程主要受气膜控制。

我国大气污染是煤烟型污染，其主要污染物是燃煤同时产生的SO2和NOx。目前烟气脱硫技术研究比较成熟，而烟气脱硝技术开发较晚，随着环保要求的不断提高，燃煤电厂同时脱硫脱硝是大气污染治理的必然趋势。

参考文献：

[1]王琼，胡将军，邹鹏．NaClO2湿法烟气脱硫脱硝技术的研究［J］．江西电力，2004，28（6）：14－16．

[2]吕宏强.燃煤烟气脱硫脱硝一体化技术研究进展[J].科技与企业，2016（6）：204-204.