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摘要：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。
关键词：燃煤电厂；烟气湿法同时脱硫脱硝技术；应用
引言
对于目前拥有脱硫系统的火力发电厂或其他拥有燃煤锅炉的企业来讲，基于经济上的考虑，不可能将现有脱硫设备搁置运行而重新建设同时脱硫脱硝设备。因此，对现有的烟气脱硫系统进行改造增加脱硝功能，可能成为最优先大规模应用的同时脱硫脱硝技术。湿法脱硫技术是在烟气脱硫领域应用最广泛，技术最成熟，运行最可靠和装置最稳定的脱硫工艺，占烟气脱硫总装机容量的近95%以上。其中以石灰石/石膏湿法脱硫工艺为主。因此，开发液相燃煤烟气同时脱硫脱硝技术显得尤为重要。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。
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，对于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及其氧化态的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:
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%。
3 实现火电厂烟气脱硫脱硝技术节能环保的策略
在中国的许多地区，电厂主要是根据火力来发电。事实上，热能和电能的转化是通过煤资源的消耗来完成。由于新能源的发展有一定的困难，在工业化的不断进步的背景下，发电仍主要用于火电厂。通过对火电厂烟气脱硫脱硝的当前状态的详细分析，我们了解到，火电厂在发电的过程中产生的烟雾里面仍有大量的有害物质产生，为了改善环境，消除烟气中的有毒物质，相关人员需要根据火电厂的运行和火电厂的规模整合的脱硫脱硝一体化技术。一方面，为了提高其节能和环保效果，利用烟气脱硫脱硝一体化技术，火电厂管理者需要加强技术的二次污染的控制，使之能确保由本身排出的烟道气不含有硫化物和氮化物，也保证不含有其他有害物质。在另一方面，在使用脱硫脱硝一体化技术的过程中，还需要积极研究相关副产品，使我国的火电厂能满足合理的节能和环保标准以及资源利用的条件。
结束语
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。
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论文作者:绳向辉
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/7
标签：烟气论文; 溶液论文; 效率论文; 火电厂论文; 浓度论文; 湿法论文; 技术论文; 《防护工程》2019年9期论文;