NaClO氧化法脫硝及與NaOH同時脫硫脫硝技術研究

文_張杰 鄧云波 北京中航天業科技有限公司

當前，工業煙氣的脫硝、脫硫治理一般分開進行，脫硝工藝以SNCR（選擇性非催化還原）和SCR（選擇性催化還原）為主，這兩種工藝需要特定的反應溫度窗口。脫硫工藝以用堿性物質作為吸收劑的濕法為主，對SO2的脫除效率較高，但對NOX的脫除效率很低。隨著排放標準逐漸提高，工業窯爐、焦爐及一些小型供熱鍋爐也開始對煙氣排放進行提標治理，但這類污染源排放的煙氣溫度一般較低，很難找到適合SNCR和SCR工藝的溫度窗口，如采用升溫、換熱等方式改造出相應溫度窗口則投資和運行費用較高。濕式氧化法脫硝是一種結構簡單，操作溫度低的處理工藝，對于一些特殊行業的煙氣治理有其適用性，有著廣闊應用前景。

1 試驗目的

研究NaClO溶液對NO的氧化效果及去除率：通過控制單一變量，分別研究入口NO濃度、pH值等因素對使用NaClO脫硝的影響，分別測定NO去除率。

研究NaClO氧化法的較佳液氣比區間。

進行NaClO/NaOH同時脫硫脫硝試驗，使用NaClO溶液作為氧化劑，NaOH溶液作為脫硫劑，試驗在同一套裝置內實現對煙氣中SO2、NO的同時進行脫除的效果，探索脫硫脫硝一體化的影響因素。在維持裝置入口煙氣量不變的情況下，分別調節煙氣入口SO2和NO的濃度、氧化劑及鈉堿溶液的循環量，研究液氣比對脫硫脫硝效率的影響。

2 試驗裝置

試驗裝置采用有機玻璃材質，為圓筒塔式結構，噴淋塔直徑300mm，高1200mm，進氣口位于裝置下部，模擬煙氣從裝置下部進氣口進入，逆流向上與噴淋層噴出的噴淋液接觸反應噴淋層采用兩層結構，噴淋管為316L材質不銹鋼管，噴淋管的末端裝有316L螺旋錐噴嘴，出氣口位于裝置頂部，在進、出氣口分別設有檢測孔，用于檢測進、出口污染物濃度。共制作三個相同尺寸的噴淋塔，可以單個運行，也可以三個串聯使用。

3 實驗數據及分析

控制NO濃度為200mg/m3，溫度為25℃，模擬煙氣的流量為500m3/h，循環泵流量4m3/h，計算液氣比為8L/m3。

調整NaClO溶液的質量濃度（調整范圍1～10g/L，梯度區間為1g/L），測定出口NO的脫除效率。

由圖1可知，NO的去除率隨NaClO溶液質量濃度的增加呈現明顯的上升趨勢。當NaClO溶液質量濃度增至6g/L時去除率達到65%；但當NaClO溶液質量濃度超過6g/L時NO去除率增長緩慢。根據浙江大學肖玲等的研究結論，增加溶液中有效氯(HClO)的濃度，更易將NO氧化為其它溶解度更高的氮氧化物，從而減小了液相的傳質分阻力，達到提高脫硝效率的目的。但當NaClO超過一定濃度時，NO去除率增長緩慢，原因是NO的溶解度極低，此時濃度控制因素所起作用逐漸降低，NO液相傳質成為了反應發生的主要阻力，故繼續提高NaClO的質量濃度對NO去除率的提升作用并不明顯。

圖1 NaClO 的質量濃度對NO去除率的影響

保持其他條件不變，控制NO濃度為200mg/m3，溫度為25℃，模擬煙氣流量為500m3/h，循環泵流量為4m3/h，計算液氣比為8L/m3。根據試驗結果，選擇NaClO質量濃度為6g/L，用稀硫酸調節NaClO溶液的pH（調整范圍4～7，梯度區間為0.5），測定NO的去除率。試驗最佳出pH條件。

隨著溶液pH 值的升高，NO的去除率總體呈下降趨勢。這與NaClO溶液的氧化性受溶液酸堿性環境影響的理論是相符合的，pH值越低，NaClO溶液的氧化性越強，NO的去除效果越好。

控制NaClO溶液質量濃度為6g/L，調節pH在5左右，模擬煙氣流量為500m3/h，循環泵流量2m3/h，計算液氣比為4L/m3，調節進口NO的濃度，測定各濃度下NO的去除率。

調節裝置進口NO的濃度范圍為100～600mg/m3，梯度區間為50mg/m3，測定各進口濃度下NaClO溶液對NO的去除率。

當進口NO濃度逐漸增大時，脫硝效率逐漸增高，這可能是因為當NO濃度在較低范圍內時，吸收過程由動力學控制，提高NO濃度，能一定程度上提高氣液傳質的推動力。但去除率增高不是很明顯，去除率增高，出口NO濃度也隨之增高。

保持其他條件不變，控制NO濃度為200mg/m3，溫度為25℃，模擬煙氣流量為500m3/h，NaClO質量濃度為6g/L，調節pH在5左右，調節循環泵的流量，控制液氣比，選擇出較為合適的液氣比。

采用三個塔，將三個塔都用于與煙氣中NO反應，從而使液氣比可分別控制為4、6和8L/m3。

增加液氣比會一定程度上提高NO的去除率，增加液氣比即增加循環液的持液量，會增加參與反應的有效成分，NO的去除率會相應提高。

將進口NO濃度控制在200mg/m3，SO2濃度控制在500mg/m3，控制NaClO溶液質量濃度為6g/L，調節pH在5左右，控制NaOH溶液濃度為5g/L，模擬煙氣流量為500m3/h，循環泵流量2m3/h，液氣比為4L/m3，分別進行以下試驗：①采用兩個塔，第一個塔的循環槽加入NaOH溶液，第二個塔的循環槽加入NaClO溶液，先脫硫后脫硝，在最末端排口分別測定SO2和NO的去除率；②采用兩個塔，第一個塔的循環槽加入NaClO溶液，第二個塔的循環池加入NaOH溶液，先脫硝后脫硫，在最末端排口分別測定SO2和NO的去除率；③采用一個塔，在同一個塔的循環槽中同時加入NaClO和NaOH溶液進行同時脫硫脫硝試驗，在最末端排口分別測定SO2和NO的去除率；各測了3組數據，其結果分別如圖2所示。

圖2 同時脫硫脫硝試驗結果

圖2的結果表明：先脫硝相對于先脫硫對SO2的去除率有一定的提高（從平均91.8%提高到平均94.3%），先脫硝時第一個塔中的NaClO循環液會將煙氣中的SO2氧化為SO3從而促進SO2的去除。先脫硝和先脫硫對NOX的去除率基本無影響，這是因為NO幾乎不與堿液反應。

試驗結果還表明：采用NaClO和NaOH試驗同時脫硫脫硝，NO去除率和SO2去除率均有一定程度提高，SO2去除率達到接近95%，NO去除率平均提高了接近4%（平均值由先脫硫后脫硝的62.6%提高到同時脫硫脫硝的66.5%）。

4 結論

在一定范圍內，提高NaClO的質量濃度、增加進口氣體NO的濃度、增加液氣比均可以一定程度上提高NO的去除率。建議工程應用中NaClO溶液濃度控制在6g/L左右，液氣比控制在6～8之間。繼續提高氧化液質量濃度和液氣比，NO去除效率略有提高，但不經濟。

pH值是影響NO去除率的重要因素，pH值較低的條件下有利于提高NaClO的氧化性，從而提高NO去除率，考慮到與脫硫的最佳pH值相一致，工程中建議pH值控制在4～6之間為宜。

進行了先脫硫后脫硝、先脫硝后脫硫及同時脫硫脫硝的試驗對比研究，試驗了三種情況下的脫硫脫硝效果，結果表明：NaClO/NaOH可作為協同藥劑同時去除煙氣中的SO2和NO并可同時達到接近70%的NO去除率和接近95%的SO2去除率。

根據實驗結果，本裝置適用于中低濃度同時脫硫脫硝應用，對高濃度的NO和SO2煙氣的處理效果尚待研究。