1 臭氧脫硝原理

臭氧脫硝主要是利用臭氧的強氧化性，將不可溶的低價態氮氧化物氧化為可溶的高價態氮氧化物，然后在脫硫塔內氮氧化物被洗滌、吸收，達到脫除的目的。臭氧對一氧化氮(煙氣中氮氧化物的主要成分)進行氧化是本技術的核心反應原理。一氧化氮被氧化的公式為：

2NO+3O3=N2O5+3O2(1)

2NO2+O3=N2O5+O2(2)

NO+O3=NO2+O2(3)

經過氧化反應后，絕大部分臭氧被消耗，剩余的少量臭氧在脫硫塔中進行分解。臭氧脫硝技術的優勢如下：

1）高靈活性。由于臭氧脫硝對溫度的要求不高（80~200℃），臭氧噴射裝置布置在爐后尾部煙道的脫硫塔入口前端，該處的煙氣溫度滿足臭氧脫硝的要求�，F場可以根據的煙道布置情況，靈活調整安裝位置，噴射噴嘴與煙道格柵的總壓損不超過100Pa，對鍋爐運行影響非常小。

2）施工便捷。臭氧發生器屬于成型設備，安裝工程量��；針對噴射系統而言，只需對一段煙道進行改造，施工工程量小，施工便捷。

3）易于維護、操作管理簡單。整個工藝涉及的核心設備是臭氧發生器，設備少，且屬于自動化控制。臭氧發生器的維護主要是臭氧發生單元的維護，需要根據運行情況定期維護。

4）可以隨鍋爐負荷及NOx排放的變化調整臭氧產量，降低能耗。

5）系統調試簡單、啟動時間短。

在SCR脫硝效率達到設計值的情況下，采用臭氧脫硝技術與現有的SCR系統配合使用，降低NOx排放濃度的同時緩解現有SCR設備的運行壓力，并實現氨逃逸的良好控制。它是傳統脫硝技術的一個高效補充技術[10]。

2 臭氧脫硝系統設備

臭氧脫硝系統主要由制氧分系統、臭氧發生系統、臭氧噴射系統、工藝水系統、吸收塔系統、輔助系統和DCS控制系統(Distributed Control System)組成。

其中制氧采用加壓吸附真空解吸法（Vacuum pressure Swing Adsorption, VPSA）進行制得，該系統主要由真空泵、鼓風機、吸附塔、氧壓機、電氣儀表控制系統以及緩沖罐、平衡罐等組成。變壓吸附制氧裝置，是在常溫條件下，利用分子篩選擇性吸附空氣中的氮氣，降低吸附塔壓力以脫附吸附于分子篩中的氮氣，從而實現吸附—脫附循環操作，連續制取純度90~95%，露點小于-60℃的氧氣。

臭氧發生系統主要由臭氧發生器、冷卻內循環水系統、儀器儀表控制系統等組成。臭氧發生器采用微間隙介質阻擋放電設計，不僅大大提高了運行的效率，而且增加了系統連續運行的安全可靠性。臭氧發生器放電單元所采用的模塊化設計方法，使設備的安裝，檢修和維護工作更加容易。有90%左右的電能不是用來生成臭氧而是轉變成熱量，這部分熱量必須由冷卻內循環水系統攜帶至電廠外循環冷卻系統。當冷卻水溫度超過系統設計溫度或水量不足時，系統會自動發出報警信號并降低臭氧發生器功率。

臭氧噴射系統主要由稀釋風機、混合器、噴嘴和格柵等組成的。臭氧噴射系統是影響臭氧脫硝效率的核心部件，其中稀釋風機的選型、混合器距吸收塔的距離、噴嘴的方向以及格柵的設計都會影響到臭氧脫硝的效率。

某330MW燃煤電廠為了落實河北省深度減排攻堅方案，經過多次調研和技術比選，決定采用臭氧脫硝技術進行改造。表1和表2分別為該發電廠鍋爐、SCR系統的設計參數，表3則為本次臭氧脫硝改造的設計參數。

3臭氧脫硝改造效果

某330MW燃煤電廠采用臭氧脫硝技術順利通過168試運，該項目采用VPSA現場制氧，配置60kg/h臭氧發生器，DCS全自動控制，設備運行狀態良好。經環保監測，煙囪出口NOx濃度小于25mg/Nm3、SO2/SO3轉化率小于1.5%、總排口出未檢測到臭氧逃逸、SCR出口氨逃逸率小于2.28mg/Nm3。各項目性能指標完全滿足技術協議要求，取得了圓滿成功。具體的性能試驗結果參見表4。

在不同鍋爐蒸發量（985t/h、845t/h和700t/h）和SCR出口NOx折算濃度為40mg/Nm3的前提下，向煙道內噴射60kg/h的臭氧，考察總排口處NOx的變化規律。圖1為主蒸汽流量為985t/h條件下，SCR出口和總排口處NOx折算濃度在24個小時內的變化規律。在臭氧投放量固定時，總排口處NOx折算濃度的變化規律與SCR出口NOx折算濃度相一致，其中SCR出口和總排口處NOx折算濃度的平均值分別為：40.06mg/Nm3和24.91mg/Nm3，臭氧脫硝系統能脫除15.15mg/Nm3的NOx。

圖2為主蒸汽流量為845t/h條件下，SCR出口和總排口處NOx折算濃度在24個小時內的變化規律。在臭氧投放量固定時，總排口處NOx折算濃度的變化規律與SCR出口NOx折算濃度相一致，其中SCR出口和總排口處NOx折算濃度的平均值分別為：40.43mg/Nm3和20.01mg/Nm3，臭氧脫硝系統能脫除20.42mg/Nm3的NOx。

圖3為主蒸汽流量為700t/h條件下，SCR出口和總排口處NOx折算濃度在24個小時內的變化規律。在臭氧投放量固定時，總排口處NOx折算濃度的變化規律與SCR出口NOx折算濃度相一致，其中SCR出口和總排口處NOx折算濃度的平均值分別為：39.59mg/Nm3和14.65mg/Nm3，臭氧脫硝系統能脫除24.94mg/Nm3的NOx。

圖4為不同O3/NOx摩爾比對臭氧脫硝效率的影響作用，從圖中可以看出：隨著O3/NOx摩爾比的增加，臭氧脫硝效率逐漸增加。當O3/NOx摩爾比分別為：1.28、1.49和1.80時，臭氧系統的脫硝效率分別為：37.83%、50.53%和63.00%。

相關研究表明[10]：NOx脫硝效率隨著臭氧投加量的增加而增大的速率變緩，臭氧脫硝效率越高，投資成本就越高，性價比越差。而在大型燃煤電廠基本上能達到超低排放的前提下，完成河北省深度減排的要求，即NOx濃度都能控制在30mg/Nm3以內，臭氧脫硝的設計效率宜小于等于50%。

4結論

為了完成河北省深度減排的要求，同時考慮到氨逃逸超標對空預器的影響，將臭氧脫硝技術首次應用到330MW大型燃煤電廠。

本次臭氧脫硝技術的應用成功，為大型燃煤電廠深度減排提供了一項可靠的脫硝技術路線，它是現有SCR脫硝或SNCR技術的一個高效補充，不受鍋爐負荷的影響，同時能間接解決氨逃逸超標帶來的空預器堵塞這一頑疾。

在超低排放的前提下，臭氧脫硝的設計效率宜不小于等于50%，以達到環保效益和經濟效益。另外臭氧脫硝技術不僅設備成熟、施工周期短，而且擴容性好，為后續NOx的近零排放做鋪墊。