CN104857834B

CN104857834B - 基于臭氧的烟气脱硝装置及方法

Info

Publication number: CN104857834B
Application number: CN201510304899.0A
Authority: CN
Inventors: 童裳慧
Original assignee: Beijing Zhongjing Jiamei Environment Science & Technology Co Ltd
Current assignee: MICROTEK environmental Polytron Technologies Inc
Priority date: 2015-06-05
Filing date: 2015-06-05
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2035-06-05
Also published as: CN104857834A

Abstract

本发明公开了一种基于臭氧的烟气脱硝装置和方法。本发明的烟气脱硝装置包括：烟气脱硝设备，其内部设有：两层以上的喷淋吸收层，一层以上的臭氧喷雾反应和吸收层，其中所述的臭氧喷雾反应和吸收层将烟气中的低价氮氧化物氧化成高价的氮氧化物，所述的喷淋吸收层采用吸收剂吸收烟气中的氮氧化物，并形成吸收产物；臭氧供给设备，用于向所述臭氧喷雾反应和吸收层供给氧气。本发明的烟气脱硝装置和方法适用于燃煤锅炉、钢铁烧结机、球团、工业窑炉等含NOX烟气的脱硝处理，能够解决目前烟气脱硝工艺运行成本高、设备复杂、脱硝效率不高的问题。

Description

基于臭氧的烟气脱硝装置及方法

技术领域

本发明涉及一种烟气脱硝装置及方法，具体涉及一种基于臭氧的烟气脱硝装置及方法。

背景技术

根据中国环境监测总站提供的数，2007年，我国NO_x排放量为1643.4万t，其中工业NO_x排放量为1261.3万t，而电力行业占整个工业行业NO_x排放量的64.3％，占全国总NO_x排放量的45.5％。随着国民经济发展、人口增长和城市化进程的加快，中国NO_x排放量将继续增长，鉴于NO_x对大气环境的不利影响以及目前火电厂NO_x排放控制的严峻形势,我国已经制定出更为严格的排放标准，2014年7月1日开始执行的《火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011)》，规定了现有火力发电燃煤锅炉烟囱出口氮氧化物排放限值，全国为200mg/m³(以NO₂计)，重点地区特别排放限值为100mg/m³(以NO₂计)；《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准(GB28662-2012)》规定现有烧结机、球团焙烧设备颗粒物排放限值为300mg/m³，烧结机机尾排放限值为300mg/m³。

目前，应用于烟气脱硝的主要技术为选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)。截至2008年底,全国已投运的烟气脱硝机组约50多台共1957万kW,其中SCR机组占90.5％。SCR脱硝效率高，但设备投资和运行维护成本高，催化剂昂贵，容易失活，因反应不完全而导致的氨逃逸会造成二次污染；SNCR虽投资和运行费用较少，但脱硝效率比较低，达不到日益严格的排放标准。这两种烟气脱硝的方法反应都需要较高的温度、较大的占地面积，对现有的电厂设备改造较大。

因此，研发一种清洁节能、高效稳定、运行可靠的脱硝新技术成为该领域研究的热点。CN1768902A公开了一种烟气脱硝方法，首先将作为氧化剂的臭氧(O₃)喷入到烟道中，将锅炉烟气中的NO氧化成为易溶于水的NO₂或N₂O₅，然后用水或碱液洗涤烟气，脱除烟气中的氮氧化物。该氧化脱硝方法虽然能达到脱除氮氧化物的目的，但锅炉烟气先与臭氧(O₃)反应后再进行碱液处理工序，即氧化区与吸收区分离，臭氧(O₃)在超过130℃的烟温环境中以及在含尘量50～200mg/Nm³的烟气条件下，极易发生分解、或吸附粉尘失去活性，造成脱硝效率降低、臭氧(O₃)耗量过大，增加脱硝系统的运行成本。诸如此类的专利还有CN103736373A、CN103933841A、CN203227412U等，同样面临着上述的问题。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有脱硝技术的不足，本发明提供了一种基于臭氧的烟气脱硝装置及方法，可以有效减少了臭氧(O₃)的消耗。此外，本发明也提供一种基于臭氧的烟气脱硝装置及方法，可以提高烟气脱硝的效率。

本发明提供一种基于臭氧的烟气脱硝装置，包括：

烟气脱硝设备，其内部设有：两层以上的喷淋吸收层，和一层以上的臭氧喷雾反应和吸收层，其中，所述的臭氧喷雾反应和吸收层将烟气中的低价氮氧化物氧化成高价的氮氧化物，所述的喷淋吸收层采用吸收剂吸收烟气中的氮氧化物，并形成吸收产物；

臭氧供给设备，用于向所述臭氧喷雾反应和吸收层供给氧气。

根据本发明所述的装置，优选地，在烟气脱硝设备内部，臭氧喷雾反应和吸收层的上方和下方均设有至少一层喷淋吸收层。

根据本发明所述的装置，优选地，在烟气脱硝设备内部从下到上设置第一层喷淋吸收层、第二层喷淋吸收层和第三层喷淋吸收层，所述臭氧喷雾反应和吸收层设置在第一层喷淋吸收层、第二层喷淋吸收层与第三层喷淋吸收层之间的任一位置。

根据本发明所述的装置，优选地，所述臭氧喷雾反应和吸收层设置在第一层喷淋吸收层与第二层喷淋吸收层之间，臭氧喷雾反应和吸收层距离第一层喷淋吸收层0.8～2.8米，并且距离第二层喷淋吸收层1.0～2.3米。

根据本发明所述的装置，优选地，所述臭氧喷雾反应和吸收层设置在第一层喷淋吸收层与第二层喷淋吸收层之间，臭氧喷雾反应和吸收层距离第一层喷淋吸收层1.2～2.0米，并且距离第二层喷淋吸收层1.3～1.8米。

根据本发明所述的装置，优选地，所述的装置还包括：

浆液循环设备，用于接收来自烟气脱硝设备形成的吸收产物，并将至少一部分所述吸收产物循环至喷淋吸收层中；

除雾器，用于对烟气进行除尘除雾，所述除雾器位于全部喷淋吸收层上方。

本发明还提供一种利用上述装置进行脱硝的方法，包括如下步骤：

烟气氧化步骤，在臭氧喷雾反应和吸收层中，利用臭氧氧化烟气中的低价氮氧化物，形成高价氮氧化物；

湿法吸收步骤，将烟气氧化步骤形成的烟气与喷淋吸收层喷出的吸收剂进行接触，以脱除烟气中的氮氧化物；

臭氧供给步骤，由臭氧供给设备向所述臭氧喷雾反应和吸收层供给臭氧。

根据本发明所述的方法，优选地，烟气氧化步骤中，臭氧喷雾反应和吸收层的工艺条件为:烟气温度为40～70℃，尘含量为30～50mg/Nm³，相对湿度大于30％、烟气含湿量10％～15％之间。

根据本发明所述的方法，优选地，烟气氧化步骤中，将烟气的流速控制在小于5m/s。

根据本发明所述的方法，优选地，所述的吸收剂为碱性浆液。

采用本发明的装置及方法，使得烟气同时进行氧化反应和吸收反应，喷入的臭氧作为氧化剂，在含有氢氧根离子的环境下，引发链式反应，臭氧引发链式反应烟气中占NO_x主要成分的难溶于水的NO转化为NO₂或N₂O₅等高价态的氮氧化物，再被水或碱性物质吸收，完成脱硝过程，从而避免了臭氧(O₃)在氧化烟气之前被分解或失去活性，因而降低了臭氧(O₃)消耗量。此外，采用本发明的装置及方法，可以保证氧化反应和吸收反应能反应完全，提高了脱硝效率。

附图说明

图1是本发明实施例1的装置示意图。

图中，l为脱硝塔，2为第一层喷淋吸收层，3为第二层喷淋吸收层，4为第三层喷淋吸收层，5为臭氧喷雾反应和吸收层，6为除雾器，7为塔内浆液循环槽，8为烟气出口，9为浆液循环泵，10为塔外浆液池，11为臭氧输送泵，12为臭氧发生器，13为排出泵，14为板框压滤机，15为脱硝后浆液池，16为烟气事故喷淋层，17为烟气事故喷淋泵，18为烟气事故水箱，20为烟气进口。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明所述的“装置”为一种产品，即各装置的系统集合。本发明所述的“设备”仍可以为多个“设备”的系统集合，不局限单一“设备”。在本发明中，入口与进口具有相同的含义，二者可以替换。本发明所述的“相对湿度”采用百分比表示。本发明所述的“烟气含水率”为绝对含水率，以重量百分比表示。

在本发明中，低价氮氧化物表示氮为三价以下(含三价)的氮氧化物，包括NO等低价态的氮氧化物(NO_X)；高价氮氧化物表示氮为四价以上(含四价)的氮氧化物，包括NO₂、N₂O₅等高价态的氮氧化物(NO_X)。

本发明所述的“湿法吸收”，是指以碱性浆液作为主要的脱硝吸收成分，但不限于添加其他任一成分的烟气脱硝工艺。在本发明的烟气脱硝工艺中，起脱硝作用的碱性浆液的组成成份可能会有所变化，其配方或变化对于本领域技术人员来说是熟知的。

本发明所述的“脱硝”，不是严格限制仅除去烟气中的氮氧化物，还包括烟气中含有的一些其他酸性氧化物(如二氧化硫)，以及其他能够被氧化或吸收的物质，如汞等。

本发明所述的“上方”、“下方”、从下到上等表示相对位置的词语仅代表相对位置处于“上方”或“下方”，可以直接设置在“上方”或“下方”，也可以间接设置在“上方”或“下方”，即不相邻地设置在“上方”或“下方”，如在A层的上方设有B层，仅表示B层在A层的上方，可以相邻，也可以不相邻，不受任何限制。

<烟气脱硝装置>

本发明的臭氧的烟气脱硝装置包括如下设备：烟气脱硝设备、臭氧供给设备，其中烟气脱硝设备优选为脱硝塔。在烟气脱硝设备内部设有：两层以上的喷淋吸收层，一层以上的臭氧喷雾反应和吸收层，其中所述的臭氧喷雾反应和吸收层将烟气中的低价氮氧化物氧化成高价的氮氧化物，所述的喷淋吸收层采用吸收剂吸收烟气中的氮氧化物(吸收剂可以吸收烟气中的氮氧化物，还可以吸收烟气中的除了氮氧化物之外的其他物质，例如二氧化硫、粉尘等，但对是否吸收除了氮氧化物之外的其他物质不做任何限制)，并形成吸收产物；所述烟气脱硝装置还包括臭氧供给设备，用于向所述臭氧喷雾反应和吸收层供给氧气。任选地，本发明的烟气脱硝装置还包括浆液循环设备、除雾器。任选地，本发明的烟气脱硝装置还包括浆液排出设备、塔外板式过滤器或真空过滤器、DCS或PLC控制设备。

本发明的烟气脱硝设备内部设有一层以上的臭氧喷雾反应和吸收层，所述臭氧喷雾反应和吸收层的设置层数可以根据实际对烟气脱硝的要求而定，优选为一层臭氧喷雾反应和吸收层。本发明的臭氧喷雾反应和吸收层包括臭氧雾化喷嘴。通过设置在该层的臭氧雾化喷嘴喷出臭氧，烟气中的低价氮氧化物(如NO)与臭氧喷雾反应和吸收层中喷出的臭氧进行反应，完成氧化反应后变为容易被吸收剂吸收的高价氮氧化物(如NO₂，N₂O₅)。臭氧喷雾反应和吸收层所采用的雾化喷淋部件没有特别的限制，可使用本领域熟知的那些。作为优选，本发明的雾化喷淋部件为耐高压耐腐蚀雾化喷淋部件，更优选为耐高压耐酸耐碱腐蚀雾化喷淋部件。根据本发明的一个实施方式，所述雾化喷淋部件优选为高压雾化喷嘴，更优选为不锈钢材质喷嘴。从高压雾化喷嘴内喷出的臭氧的压力范围优选为0.8～0.9MPa，所述臭氧雾化喷嘴出口方向可以与烟气流动方向的夹角为60～120度，优选为80～100度，更优选为90度，以保证臭氧喷出管路的喷雾在塔内覆盖范围为100％。

本发明关键之处在于喷入的臭氧作为氧化剂，在含有氢氧根离子的环境下，臭氧引发链式反应，然后链式反应传递，生成氧化性极强的羟基自由基。羟基自由基作为强氧化剂，氧化NO成为NO₂和更高价氮氧化物，与水反应生成硝酸和亚硝酸，生成的硝酸与亚硝酸与浆液中的碱性物质反应生成硝酸盐，达到脱硝目的，并极大地提高了臭氧的反应效率，并降低了臭氧的消耗量。

其具体原理为：臭氧在湿度恰当与含有氢氧根离子的环境下，引发链式反应，进而引发链传递反应、生成氧化性极强的羟基自由基和氧化NO。

链引发反应

O₃+OH^-→HO₂·+O₂·

链传递反应

HO₂·→O₂ ^-·+H⁺

O₃+O₂ ^-·→O₃ ^-·+O₂

O₃ ^-·+H⁺→HO₃·

HO₃·→HO·+O₂

生成氧化性极强的羟基自由基。

羟基自由基作为强氧化剂，氧化NO。

HO·+NO→HONO

HO·+HONO→NO₂+H₂0

HO·+NO₂→HNO₃

HO·+HONO→HNO₃+H·

在本发明的烟气脱硝设备内部两层以上的喷淋吸收层，所述的喷淋吸收层采用吸收剂吸收烟气中的氮氧化物，并形成吸收产物。所述吸收剂为碱性浆液，所述碱性浆液氧化物或氢氧化物配制而成，更优选为氧化钙、氧化镁、氧化钠、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化钠、氨水中的一种或几种配制而成，最优选为氧化镁或氢氧化镁配制而成。喷淋吸收层的层数可以根据烟气中氮氧化物、二氧化硫等待去除物质的含量而定。优选地，本发明在脱硝设备内部，在臭氧喷雾反应和吸收层的上方设有至少一层喷淋吸收层，保证发生氧化反应后的烟气中的氮氧化物被该喷淋吸收层喷出的碱性浆液吸收。优选地，在烟气脱硝设备内部，在臭氧喷雾反应和吸收层的下方设有至少一层喷淋吸收层，以保证烟气在通过臭氧喷雾反应和吸收层之前，先通过至少一层喷淋吸收层，喷淋吸收层喷出的碱性浆液不仅能够去除烟气中的二氧化硫和粉尘，还能够适当降低高温烟气的温度，防止部分臭氧在与高温烟气接触时分解，同时提供部分OH^-，保证链式反应的发生。优选地，通过在臭氧喷雾反应与吸收层上方设置两层以上的喷淋吸收层，更优选地为二、三或四层，以吸收NO₂或N₂O₅等高价氮氧化物、未吸收完的SO₂或其他杂质。

在本发明的烟气脱硝设备内部，优选地，从下到上设置第一层喷淋吸收层、第二层喷淋吸收层和第三层喷淋吸收层，所述臭氧喷雾反应和吸收层设置在第一层喷淋吸收层、第二层喷淋吸收层与第三层喷淋吸收层之间任一位置，以保证氢氧根离子和臭氧充分引发链式反应和链传递反应，并生成氧化性极强的羟基自由基。根据本发明所述的装置，优选地，臭氧喷雾反应和吸收层设置在第一层喷淋吸收层上方0.8～2.8米处，并且距离第二层喷淋吸收层1.0～2.3米。根据本发明所述的装置，更优选地，臭氧喷雾反应和吸收层设置在第一层喷淋吸收层上方1.2～2.0米处，并且距离第二层喷淋吸收层1.3～1.8米。作为本发明优选的一个具体实施方式，所述臭氧喷雾反应和吸收层设置在第一层喷淋吸收层、第二层喷淋吸收层之间。本发明的臭氧喷雾反应和吸收层设置在第一层喷淋吸收层上方0.8～2.8米处，优选为1.2～2.0米处，更优选为1.8米处；本发明的臭氧喷雾反应和吸收层设置在第二层喷淋吸收层下方1.0～2.3米处，优选为1.1～1.8米处，更优选为1.3米处。

在本发明的烟气脱硝装置中，臭氧喷雾反应和吸收层设有臭氧雾化喷嘴，由臭氧制备与供给设备中的臭氧发生器生成臭氧，经由管路输送至布置在所述臭氧喷雾反应和吸收层中的所述臭氧雾化喷嘴，优选地，臭氧发生器生成臭氧后，通过加压后经由管路输送至布置在所述臭氧喷雾反应和吸收层中的所述臭氧雾化喷嘴，更优选地，由臭氧输送泵加压。所述臭氧发生器的管路材质优选为表面覆盖碳纤维的玻璃钢。

在本发明的脱硝烟气装置中，在臭氧喷雾反应和吸收层中，烟气温度可以为40～70℃，优选为50～60℃，更优选为55℃，尘含量为30～50mg/Nm³，优选为35～45mg/Nm³，相对湿度大于30％，优选大于40％，烟气含湿量10％～15％之间，优选为12％～13％。在上述条件下，臭氧分解缓慢，喷淋吸收层浆液呈碱性提供氢氧根离子，湿度、温度及氢氧根离子含量特别适宜分解出更多的羟基自由基，而羟基自由基是比臭氧氧化性能更强的物质，能够更快的将低价氮氧化物氧化成高价的氮氧化物，从而提供臭氧与NO_X最佳的反应环境，最大限度地提高脱硝效率，节约臭氧用量，本发明工艺方法脱硝效率可达到85％以上，臭氧消耗可降低30％以上。进一步地，羟基自由基与烟气中的氮氧化物反应生成硝酸和亚硝酸。

在本发明的烟气脱硝装置中，脱硝烟气(即脱硝过程中的烟气)的温度优选控制在70℃以内，以防止臭氧过早发生分解，优选在控制在40～70℃之间，优选为50～65℃之间；脱硝烟气的流速控制在小于5m/s，更优选为2m/s～4m/s，最优选为3.5m/s，以保证烟气中的氮氧化物被充分氧化。

在本发明的烟气脱硝装置中，所述臭氧发生器产生的臭氧浓度在1～15wt％之间范围内，从经济性考虑，更优选的所用臭氧浓度为10wt％，以保证臭氧充分被利用。

在本发明的烟气脱硝装置中，所述氧化反应的时间由脱硝氧化区的尺寸决定，脱硝烟气流过臭氧喷雾反应和吸收层，在脱硝氧化反应区中与臭氧进行氧化反应，所述氧化反应的时间一般为0.1～10s之间，优选为0.2～5s；更优选为0.5～2s。

在本发明的烟气脱硝装置中，还可以包括浆液循环设备，用于接收来自烟气脱硝设备形成的浆液(含硝酸盐的浆液)，并将所述浆液部分或全部循环至喷淋吸收层中。优选地，喷淋吸收层中的浆液采用氧化镁或氢氧化镁配制的浆液，所述浆液循环设备用于接收来自烟气脱硝设备形成的含硝酸镁的浆液，并将含硝酸镁的浆液循环至喷淋吸收层中。

在本发明的烟气脱硝装置中，还可以包括除雾器，所述除雾器位于全部喷淋吸收层的上方(即最顶层喷淋吸收层的上方)。本发明的除雾器为常规平板式或屋脊式，优选为平板式，用于除去脱硝后烟气中夹带的雾滴。

在本发明的烟气脱硝装置中，还包括塔外板式过滤器或真空过滤器，用以过滤掉浆液中的固体颗粒物，如亚硫酸镁、硫酸钙、烟气中自带的粉尘。过滤后的干净脱硝液送入沉降池或水处理池中。

在本发明的烟气脱硝装置中，还包括浆液排出设备，以排出塔内pH值达到规定值的脱硝后的浆液。

在本发明的烟气脱硝装置中，还包括DCS或PLC控制设备，将整套设备尽可能自动化，以节约人力，提高设备及工艺的自动化水平，减少人为产生的操作误差。

<烟气脱硝方法>

利用本发明的上述装置进行脱硝的烟气脱硝方法，包括如下步骤：烟气氧化步骤、湿法吸收步骤、臭氧供给步骤。任选地，本发明的烟气脱硝方法还包括浆液循环步骤、除雾步骤、浆液排出步骤和过滤步骤等。

本发明的烟气氧化步骤为在臭氧喷雾反应和吸收层中，利用臭氧氧化烟气中的低价氮氧化物，形成高价氮氧化物，所述臭氧喷雾反应和吸收层的设置层数可以根据实际对烟气脱硝的要求而定，优选为一层臭氧喷雾反应和吸收层。优选地，本发明的烟气氧化步骤包括：在臭氧喷雾反应和吸收层中，通过设有臭氧雾化喷嘴喷射出臭氧。臭氧喷雾反应和吸收层的工艺条件如前所述，这里不再敷述。

本发明的湿法吸收步骤为将烟气氧化步骤形成的烟气与喷淋吸收层喷出的吸收剂进行接触，以脱除烟气中的氮氧化物；优选地，所述吸收剂为碱性浆液，所述碱性浆液由氧化物或氢氧化物配制而成，更优选为氧化钙、氧化镁、氧化钠、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化钠、氨水中的一种或几种配制而成，最优选为氧化镁或氢氧化镁配制而成。喷淋吸收层的层数可以根据烟气中氮氧化物、二氧化硫等待去除物质的含量而定。本发明在脱硝设备内，臭氧喷雾反应和吸收层的上方和下方均设有至少一层喷淋吸收层。具体如前所述，这里不再敷述。

本发明的臭氧供给步骤，由臭氧供给设备中的臭氧发生器生成臭氧，加压后经由管路输送给布置在所述臭氧喷雾反应和吸收层中的所述臭氧雾化喷嘴，进而喷入到脱硝设备内，优选地，所述臭氧发生器的管路材质为表面覆盖碳纤维的玻璃钢。臭氧发生器产生的臭氧浓度在1wt％～15wt％之间范围内，从经济性考虑，更优选的所用臭氧浓度为5wt％～10wt％，以保证臭氧充分被利用。

任选地，本发明的烟气脱硝方法还包括浆液循环步骤，采用浆液循环设备接收来自烟气脱硝设备形成的含硝酸盐的浆液，并将所述含硝酸盐的浆液循环至喷淋吸收层中。

任选地，本发明的烟气脱硝方法还包括除雾步骤，采用除雾器除去脱硝后烟气中夹带的雾滴。除雾器的设置方式如前所述，这里不再赘述。

任选地，本发明的烟气脱硝方法还包括过滤步骤，采用塔外板式过滤器或真空过滤器，过滤掉浆液中的固体颗粒物，如亚硫酸镁、硫酸钙、烟气中自带的粉尘。过滤后的干净脱硫液送入沉降池或水处理池中。

任选地，本发明的烟气脱硝方法还包括浆液排出步骤，以排出塔内pH值达到规定值的脱硝后的浆液。

上述浆液循环步骤、除雾步骤、浆液排出步骤和过滤步骤的工艺条件没有特别的限制，可以使用本领域所熟知的工艺条件。

在本发明中，当所述脱硝烟气量为1,000,000Nm³/h、烟气的流速小于5m/s，烟气中NO_X浓度为500mg/Nm³左右，要求脱硝处理后烟气中NO_x浓度为100mg/Nm³左右时，采用O₃作为脱硝氧化剂，所述脱硝氧化剂的耗量优选为260～460kg/h，优选为300～360kg/h。

以下是结合附图对本发明的装置和方法进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限制本发明的范围。

本发明以下实施例中使用的原料说明如下：

碱性浆液为氢氧化镁浆液；

O₃生成物的臭氧浓度为10wt％。

实施例1

图1是本发明实施例1的装置示意图。由图可知，本发明的烟气脱硝装置包括脱硝塔1，臭氧供给设备。臭氧供给设备包括臭氧发生器12、臭氧输送泵11。脱硝塔1内包括三层喷淋吸收层(第一层喷淋吸收层2、第二层喷淋吸收层3、第三层喷淋吸收层4)、臭氧喷雾反应和吸收层5和塔内浆液循环槽7。脱硝塔1内从下到上依次设有第一层喷淋吸收层2、臭氧喷雾反应和吸收层5、第二层喷淋吸收层3和第三层喷淋吸收层4。脱硝烟气从烟气进口20进入脱硝塔1内，经过第一层喷淋吸收层2，然后经过臭氧喷雾反应和吸收层5，反应后的烟气进一步通过第二层喷淋吸收层3和第三层喷淋吸收层4。臭氧喷雾反应和吸收层5距离第一层喷淋吸收层2为1.8m，距离第二层喷淋吸收层3为1.3m，第二层喷淋吸收层2和第三层喷淋吸收层3之间的间距为2.8m。塔内浆液循环槽7内装有碱性浆液，经过浆液循环泵9通过碱性浆液输送管路输送至各喷淋吸收层(第一层喷淋吸收层2、第二层喷淋吸收层3、第三层喷淋吸收层4)。臭氧在臭氧发生器12中生成，通过臭氧输送泵11经管道送至臭氧喷雾反应和吸收层5的喷嘴中。在脱硝塔1内第三层喷淋吸收层4的上方0.6m处设有除雾器6，除雾器6的上方设有烟气出口8。塔内浆液循环槽7设在脱硝塔1底部，塔外浆液池10与塔内浆液循环槽7相连通，用于向塔内浆液循环槽7补充浆液；脱硝后浆液池15通过排出泵13、板框压滤机14与塔内浆液循环槽7相连通。在脱硝塔1内的第一层喷淋吸收层2下方还设有烟气事故喷淋层16，烟气事故喷淋层16经烟气事故喷淋泵17通过管路与烟气事故水箱18相连通。

本发明实施例1的工艺流程为：

a、脱硝塔1的塔内浆液循环槽7中含有碱性碱液，通过浆液循环泵9经碱性浆液输送管路输送至第一层喷淋吸收层2、第二层喷淋吸收层3和第三层喷淋吸收层4并向下喷射。

b、脱硝烟气从脱硝塔1内的烟气进口20进入脱硝塔1内部并上升，烟气在上升过程中与第一层喷淋吸收层2喷射出的碱性浆液逆流接触发生中和反应，除去烟气中的大部分SO₂和粉尘，形成初步净化的烟气，烟气的温度得以降低；

c、由臭氧发生器产生的O₃生成物通过臭氧输送泵11加压，经臭氧输送管路输送至臭氧喷雾反应与吸收层5并向下喷射，烟气在上升过程中与O₃逆流接触发生氧化反应，氧化烟气中的低价氮氧化物，除去烟气中的NO_X，形成臭氧氧化烟气；

d、臭氧氧化烟气继续上升，与第二层喷淋吸收层3喷射出的碱性浆液逆流接触发生中和反应，得到含有硝酸盐和亚硝酸盐的吸收产物，并形成臭氧氧化脱硝烟气，臭氧氧化脱硝烟气继续上升，与第三层喷淋吸收层4喷射出的碱性浆液逆流接触进一步发生中和反应，得到含有硝酸盐和亚硝酸盐的吸收产物，并形成臭氧氧化再脱硝烟气；

e、臭氧氧化再脱硝烟气继续上升，通过除雾器6除去臭氧氧化再脱硝烟气中夹带的雾滴，合格的烟气通过烟气出口8排放；

f、整个氧化脱硝过程生成的硝酸盐和亚硝酸盐落入脱硝塔底部的中的塔内浆液循环槽7中，亚硝酸盐与环境中氧气发生氧化反应生成硝酸盐，而后硝酸盐随浆液一起下落至塔内浆液循环槽7中，达到去除氮氧化物的目的；当塔内浆液循环槽7的浆液不足时，塔外浆液池10向塔内浆液循环槽7补充浆液；

g、塔内浆液循环槽7中反应饱和后的浆液经由排出泵13排出，经过板框压滤机14压滤得到固体，压滤后的浆液进入脱硝后浆液池15。

h、当发生烟气事故时，将自动启动烟气事故喷淋泵17，同时关闭浆液循环泵9和臭氧输送泵11，烟气事故水箱18中的水或浆液经烟气事故喷淋泵17送至烟气事故喷淋层16，用于烟气降温，以保证设备安全。

将上述的脱硝装置及工艺方法应用于150万吨球团脱硝项目中。150万吨球团脱硝装置运行参数如表1所示。

表1 150万吨球团脱硝装置运行参数表

序号	参数	单位	数值
				1	烟气量(工况)	m³/h	780000
2	入口二氧化硫浓度	mg/Nm³	1600
				3	出口二氧化硫浓度	mg/Nm³	60
4	入口氮氧化物浓度	mg/Nm³	450
				5	出口氮氧化物浓度	mg/Nm³	70
6	入口粉尘	mg/Nm³	115
				7	出口粉尘	mg/Nm³	22
8	烟气温度	℃	110～160
				9	运行成本	元/吨球团矿	4.4

该项目的烟气量为78万m³/h，在O₃喷入后10min测试，至70min后结束，在该过程中，出口氮氧化物含量基本稳定在60～75mg/Nm³之间，高于设计值，排放含量低于排放限值。该项目脱硝效率等技术指标如表2所示：

表2 150万吨球团脱硝装置运行技术指标

O₃消耗量与以传统O₃脱硝技术相比，要少25～33％。脱硝效率平均在84％以上，完全满足现行排放标准。

比较例1

将实施例1中所述的脱硝装置及方法应用于150万吨球团脱硝项目中，区别仅在于将第一层喷淋吸收层层2、第二层喷淋吸收层3和第三层喷淋吸收层4关闭1小时10分，记录臭氧吸收层烟温，如表3所示：

表3臭氧喷雾反应和吸收层烟温

时间(min)	10	20	30	40	50	60	70
								烟温(℃)	78	76	82	74	79	73	78

其平均烟温为：77.1℃。

在O₃投入后10min测试，至70min后结束，在此过程内，出口氮氧化物含量基本稳定在125～189之间，低于设计值，排放含量虽低于排放限值，但O₃消耗量显著增加。该项目脱硝效率等技术指标如表4所示：

表4 150万吨球团脱硝装置运行技术指标

将第一层喷淋吸收层层2、第二层喷淋吸收层3和第三层喷淋吸收层4关闭，将导致烟温上升，其平均温度为77.1℃，此时温度会造成O₃部分分解，同时羟基氧化剂含量减少，氧化反应效率明显降低，同时没有氢氧离子的提供使得吸收反应近乎无法进行。此时便会造成出口NO_X明显超标。与实施例1相比，O₃消耗量增加了将近一倍。平均脱硝效率只有15.7％左右。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于臭氧的烟气脱硝装置进行脱硝的方法，其特征在于，

所述烟气脱硝装置包括：

臭氧供给设备，用于向所述臭氧喷雾反应和吸收层供给臭氧；

其中，在烟气脱硝设备内部，臭氧喷雾反应和吸收层的上方和下方均设有至少一层喷淋吸收层；在烟气脱硝设备内部从下到上设置第一层喷淋吸收层、第二层喷淋吸收层和第三层喷淋吸收层，所述臭氧喷雾反应和吸收层设置在第一层喷淋吸收层与第二层喷淋吸收层之间，臭氧喷雾反应和吸收层距离第一层喷淋吸收层0.8～2.8米，并且距离第二层喷淋吸收层1.0～2.3米；

其中，所述臭氧喷雾反应和吸收层所采用的雾化喷淋部件为高压雾化喷嘴，从所述高压雾化喷嘴内喷出的臭氧的压力范围为0.8～0.9MPa，所述高压雾化喷嘴的出口方向与烟气流动方向的夹角为80～120度；

其中，所述臭氧供给设备中的臭氧发生器产生的臭氧浓度在5wt％～15wt％之间；

其中，所述吸收剂为氧化镁或氢氧化镁配制的浆液；

所述的方法包括如下步骤：

臭氧供给步骤，由臭氧供给设备向所述臭氧喷雾反应和吸收层供给臭氧；

在所述烟气氧化步骤中，臭氧喷雾反应和吸收层的工艺条件为:烟气温度为40～70℃，尘含量为30～50mg/Nm³，相对湿度大于30％、烟气含湿量10％～15％之间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述臭氧喷雾反应和吸收层距离第一层喷淋吸收层1.2～2.0米，并且距离第二层喷淋吸收层1.3～1.8米。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高压雾化喷嘴的出口方向与烟气流动方向的夹角为80～100度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高压雾化喷嘴的出口方向与烟气流动方向的夹角为90度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述臭氧供给设备中的臭氧发生器产生的臭氧浓度在5wt％～10wt％之间。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的烟气脱硝装置还包括：

除雾器，用于对烟气进行除尘除雾，所述除雾器位于全部喷淋吸收层的上方。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，烟气氧化步骤中，将烟气的流速控制在小于5m/s。