脱硝方法分为干法脱硝和湿法脱硝两种方式,干法脱硝效率在80%左右,投入大,占地面积大,成本高,运行费用高;湿法脱硝,投入小,占地面积小,成本低,运行费用低,并且能与现有的脱硫技术进行有机结合实现脱硝,具有操作简单,使用方便.
一、湿法烟气脱硝剂溶液脱硝的反应机理
湿法烟气脱硝剂具有吸水性,溶于水,有很强的氧化性.湿法烟气脱硝剂溶液湿法脱除NOX的反应比较复杂,许多学者在进行这方面的研究后,对反应机理有了一定的了解.这是一个气膜控制的吸收氧化反应,NOX主要通过N2O3和N2O4的水解而被吸收,NO可以在水溶液中被湿法烟气脱硝剂定量地氧化.在这一反应过程中,NO被氧化成NO3-,反应式如下,
NO2溶于水生成硝酸和NO
3NO2+H2O=2HNO3+NO
当氧气足够时:
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
NO虽然溶于水,但不能生成氮的含氧酸,在0℃时,一体积水可溶解0.07体积的NO,NO难溶于水成为脱硝的难点,但在湿法烟气脱硝剂中,有足够的水水使NO溶于水中.有关研究表明当水溶液中硝酸含量>12%时,NO的溶解度比在纯水中大100倍,即一体积水能溶解7体积的NO,烟气开始溶于水中时水是纯净的,首先是NO2溶于水生成HNO3,如果NO2在水中不被还原,按照湿法烟气脱硝剂在水中的烟水比例计算,2小时44分钟后,水溶液中硝酸的含量为12%左右,因此可以说NO溶于水是不成问题的.
二、湿法烟气脱硝剂的研究
使用小型喷淋塔装置,所有的设备包括烟气模拟系统、喷淋塔和检测分析系统.
在加入压缩空气之前,NO首先在混合器1中被N2稀释以避免生成大量的NO2.稀释后的NO在混合器2中被控制流速的压缩空气再次稀释,以调节到所需浓度.在进入喷淋塔之前,模拟烟气被电控加热器加热到工作温度,然后在喷淋塔中被吸收.试验分析测量出气中SO2、NO和O2的浓度,喷淋液滴粒径大小,以及反应后的吸收液中各类生成离子的浓度.
三、影响脱硫脱硝效率的主要因素
在湿法烟气脱硝剂试验中,主要影响因素有湿法烟气脱硝剂溶液的浓度、NOX进气浓度、吸收液的PH值、液气比L/G、反应温度以及SO2的影响等.
四、湿法烟气脱硝剂溶液的浓度
湿法烟气脱硝剂溶液浓度的提高能促进SO2和NOX的吸收,湿法烟气脱硝剂与NO或(SO2+NO)的摩尔比对去除效率有显著的影响.
五、CaCO3的浓度
低浓度的CaCO3的加入可以提高对NOX的吸收率,但是高浓度的CaCO3的加入却会降低或者抑制吸收.
六、NOX进气浓度
单独脱硝试验中,NOX的进气浓度越高,脱硝效率就越高,这可能是因为当NOX的进气浓度在某一范围内时(试验是在200~800µL/L),NOX的去除是被动力学控制的.提高NOX的浓度,并且相应提高的湿法烟气脱硝剂溶液的浓度,有助于达到更高的脱硝效率,持续反应时间也会增长,但是达到最高效率的时间会比低浓度的情况要长.
同时脱硫脱硝试验中,当浓度保持一定时,NOX吸收率随NOX的浓度增大而增大,但SO2的吸收率不受NOX的浓度的影响.这可能是因为SO2的溶解度比NOX大得多,并且竞争湿法烟气脱硝剂的能力也比较强.而当NOX浓度保持一定时,SO2的吸收率随SO2的浓度增大而增大,但NOX的吸收率随SO2的浓度增大而减少.这是因为SO2的吸收是气相控制过程,SO2在溶液中的溶解度比NOX的高得多.SO2的浓度越高,与溶解中湿法烟气脱硝剂的反应就越多,因此同一吸收液与NO反应的湿法烟气脱硝剂就越少.
七、吸收液的PH值
吸收液的PH值对吸收效率影响显著,氮氧化物借助于N2O3和N2O4的水解而被吸收.由于会生成HNO3,PH值会迅速降低,初始PH值降低,吸收效率增大.这是因为湿法烟气脱硝剂氧化能力随PH值的减少而增强.当降到最低PH值,即吸收过程的最后,NOX的去除效率变得不明显,这可能是NO的溶解度随离子浓度的增大而减少,并且在一定的离子浓度下,NO的溶解度在PH值2~13范围内是常数.常规FGD系统的PH值范围一般控制在5~6之间,因此为了控制吸收塔内的PH值,在吸收液中添加了缓冲溶液,将吸收液的PH值控制在6~7 之间,并达到了最佳的去除效率.
八、液气比
液气比L/G越大,气液接触面积就越大,NOX的最大去除效率就越快达到.这可能是由于增加了气液接触面积,促进了大分子扩散.在实验中,L/G比为4~10L/m3,L/G比越高,去除效率就越高,当L/G比达10L/m3时,去除效率是令人满意的.
九、反应温度
一般来说,NOX溶解度随温度的上升而减少,但反应速率随温度升高而增大,这两种相反的影响有可能相互抵消.试验证明,随着温度的提高,去除效率也提高,操作温度从25℃变化到50℃其吸收率增加了1倍.
十、SO2的影响
发现同时脱硫脱硝时脱硫和脱硝效率分别在36%~72%和88%~100%的范围内,这比相同反应条件下的单独脱硝效率要高得多.可以推测,脱硝效率的提高与SO2的存在是有关的.SO32-离子的存在能提高脱硝效率.
目前,世界各国对大气污染物的排放有了越来越严格的要求,传统的脱硫脱硝技术,特别是脱硝技术还不能满足其要求.虽然湿法烟气脱硝剂溶液同时脱硫脱硝技术还处于研究探索阶段,但其优秀的脱硝性能让我们看到了新的希望,与其它脱硝的技术相比它的优越性是明显的,能与湿法脱硫工艺有效地结合起来,简单易行,减少脱硫脱硝设备及占地面积的投资;脱硫脱硝效率高.优化工艺流程,降低运行费用,随着湿法烟气脱硝剂的技术日益完善,其优势将会更加明显,有着很大的发展前景,必然会受到广泛的关注和应用.