活性分子脱硝和氨法洗涤在炭黑尾气锅炉烟气净化中的应用

胡宏兴，林崇军，王智化

(浙江北高峰环境工程有限公司，浙江 杭州 310007)

炭黑尾气锅炉烟气中含有NOx、SO2等多种大气污染物，其中SO2的刺激性十分强烈，无色且易溶入人体的黏性液与血液中，还会导致眼结膜炎症、肺气肿、支气管炎、呼吸道炎症等多种疾病。在光、氧化剂的作用下，SO2能够生成致病的硫酸盐气溶胶，增加患病者的死亡率[1]。除此之外，SO2对钢结构等金属也具有强大的腐蚀性，我国每年都会因此而遭受巨大的经济损失。而NOx对动植物与人体具有致毒性，特别是一氧化氮由于具备很强的亲血红蛋白力，很容易引起肺气肿、支气管炎等病变，导致淋巴组织增生、早衰甚至肺癌[2]。同时NOx还参与破坏臭氧层。在NOx、SO2等多种大气污染物的作用下还会造成酸雨，破坏土壤与植物。

对于炭黑尾气锅炉烟气净化的研究，国内外均已十分深入[3]。国外的研究主要针对炭黑尾气锅炉烟气净化成本等方面，国内的研究则主要针对炭黑尾气锅炉烟气净化方法的改进等方面。为了获得更加多样化的研究成果，减少大气污染，必须对炭黑尾气锅炉烟气进行净化[4]，而活性分子脱硝和氨法洗涤是其中比较有效的方法，因此对活性分子脱硝和氨法洗涤在炭黑尾气锅炉烟气净化中的应用进行深入研究。

1 试验项目

1.1 项目情况

对某焦炉中的炭黑尾气锅炉烟气实施活性分子脱硝和氨法洗涤处理，此过程即为对烟气进行脱硫脱硝处理[5]。试验中焦炉的相关数据如表1所示。

表1 试验焦炉的相关数据

针对试验焦炉各进行一次活性分子脱硝处理与氨法洗涤处理，对处理后的烟气进行研究[6]。

1.2 参数及要求

焦炉中烟气入口的相关参数具体如表2所示。

表2 焦炉中烟气入口的相关参数

净化后要求烟囱的炭黑尾气锅炉烟气中NOx的实际排放浓度满足<150 mg/m3；SO2的实际排放浓度满足<30 mg/m3；脱硫效率高于95%[7]。

2 活性分子脱硝应用

2.1 主要设备与仪器

活性分子脱硝法中使用的主要设备与仪器包括臭氧发生器、臭氧分析仪、烟气分析仪、离子色谱仪以及喷淋装置[8]。其中，臭氧发生器的具体参数如表3所示。

表3 臭氧发生器的具体参数

臭氧分析仪的具体参数如表4所示。

表4 臭氧分析仪的具体参数

烟气分析仪的型号为Gasmet XD2000红外气体傅立叶烟气分析仪，能够对烟气中气体的组分浓度进行实时监测。

离子色谱仪为388 Basic CI离子色谱全自动系统，能够测定离子浓度，由数据处理系统、阻尼器、电导池、蠕动泵、色谱柱、进样阀、抑制器、高压泵、淋洗液、自动进样器构成[9]。其浓度测量范围为1～12 mg/L。

喷淋装置共两套，包括有机玻璃透明喷淋装置以及不锈钢式喷淋装置。

2.2 辅助设备仪器

辅助设备仪器包括pH计、蠕动泵、质量流量计、空气泵、混气室，具体参数如表5所示[10]。

表5 辅助设备仪器具体参数

2.3 试验试剂

试验中使用的液体试剂包括去离子水、阴离子717氯型交换树脂、纯盐酸，分子量为35.46。

试验中使用的固体试剂包括硫代硫酸钠、硝酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠(均为AR)，分子量依次为157、85.749 9、85.1、106、34。

试验中使用的气体试剂为氧气浓度为99.99%。

2.4 试验装置

活性分子脱硝试验装置包括分析装置、吸收装置、反应装置、配气装置。

其中配气装置由气体试剂构成。利用臭氧发生器制取臭氧，制取的臭氧通过质量流量计流入反应装置。

反应装置的作用是实施气相氧化，为一个圆柱体石英制反应室。

吸收装置由蠕动泵与喷淋装置构成，其中非吸收液为氢氧化钠，添加剂为硫代硫酸钠[11]。

分析装置包括臭氧分析仪、离子色谱仪、烟气分析仪。

2.5 脱硝过程

利用试验装置对试验焦炉进行改造。配气装置产生臭氧后，通过臭氧分析仪对其进行浓度检测，臭氧进入反应装置后，通过吸收装置将其送入烟道。在烟道中臭氧与NOx会发生反应，最后采用烟气分析仪、离子色谱仪对NOx的去除情况进行检测。

3 氨法洗涤应用分析

3.1 试验装置

以试验中的焦炉为基础构造一个氨法洗涤试验装置。氨法洗涤试验装置包括脱水干燥装置、硫铵浓缩结晶装置、工艺水装置、液氨供给装置、二氧化硫氧化吸收装置、烟气装置[12]。氨法洗涤试验装置的构成具体如图1所示。

图1 氨法洗涤试验装置的构成

氨法洗涤试验装置可以划分为两个循环系统，各系统循环流程与烟气排放过程具体如图2所示。

图2 各系统循环流程与烟气排放过程

其中，二氧化硫氧化吸收装置与烟气装置的具体构成如表6所示。

表6 二氧化硫氧化吸收装置与烟气装置的具体构成

液氨供给装置由测试pH值装置、液态循环供应缸、氨水泵以及氨水储缸构成。工艺水系统由水泵、工艺水箱构成[13]。脱水干燥装置与硫铵浓缩结晶装置用于获取脱硫副产物。

3.2 脱硫过程

利用氨法洗涤试验装置对试验焦炉进行脱硫处理。具体流程如下：烟气在焦炉尾道出来后，首先会进入静电除尘器，然后流经增压风机，最后进入脱硫塔[14]。之后一级喷淋层会喷出氨水浆液，氨水浆液与烟气发生逆流接触，从而吸收烟气中的二氧化硫，并冷却烟气。接下来通过波纹型一级除雾器对烟气中的液滴进行滤除。最后进入二级除雾器、喷淋层、水帽层再一次对烟气进行脱硫处理[15]。在脱硫处理中，氨水泵会向喷淋装置输送浓度为28%的氨水。

4 应用效果分析

在四种工况下，对活性分子脱硝和氨法洗涤在炭黑尾气锅炉烟气净化中的应用效果进行测试。其中第一种工况为未进行活性分子脱硝和氨法洗涤处理；第二种工况为只进行活性分子脱硝处理；第三种工况为只进行氨法洗涤处理；第四种工况为同时进行活性分子脱硝和氨法洗涤处理。试验中共设置两个测点，一个是出口测点，另一个是入口测点。

4.1 第一种工况试验结果

在未进行活性分子脱硝和氨法洗涤处理即第一种工况下，其试验结果具体如表7所示。

根据表7的试验结果可知，未进行活性分子脱硝和氨法洗涤之前，试验焦炉中的炭黑尾气锅炉烟气中SO2、NOx颗粒物含量很高。

表7 第一种工况下的试验结果

4.2 第二种工况试验结果

在第二种工况下，试验结果具体如表8所示。

根据表8的试验结果可知，在只进行活性分子脱硝处理后，试验焦炉中的炭黑尾气锅炉烟气中NOx含量明显降低，且颗粒物的含量也有所降低，而SO2含量则没有降低。

表8 第二种工况下的试验结果

4.3 第三种工况试验结果

在第三种工况下，试验结果具体如表9所示。

根据表9的试验结果可知，只进行氨法洗涤处理后，试验焦炉中的炭黑尾气锅炉烟气中SO2含量明显降低，且颗粒物的含量也有所降低，而NOx含量则没有降低。

表9 第三种工况下的试验结果

4.4 第四种工况试验结果

在第四种工况下，试验结果具体如表10所示。

表10 第四种工况下的试验结果

根据表10的试验结果可知，同时进行活性分子脱硝和氨法洗涤处理后，试验焦炉中的炭黑尾气锅炉烟气中SO2、NOx含量均明显降低，且颗粒物的含量也明显降低。

综上所述，将活性分子脱硝和氨法洗涤应用至炭黑尾气锅炉烟气后，能够使炭黑尾气锅炉烟气SO2、NOx含量的下降，达到了烟气净化的效果。

5 结 语

本文主要研究活性分子脱硝和氨法洗涤在炭黑尾气锅炉烟气净化中的应用。试验结果表明，该方法能够成功对炭黑尾气锅炉烟气进行脱硝脱硫处理，并令O2含量上升、SO2、NOx以及颗粒物含量下降，烟气净化效果好。