活性分子多种污染物协同脱除试验台

由于中国单位国土面积的能源利用强度较高，不论从煤炭消费总量还是从实际单位国土面积煤炭消费量来看，中国要想实现空气质量的根本改善，燃煤企业必须执行比其他国家更为严格的烟气污染物排放标准。燃煤企业烟气污染物超低排放是未来其生存与发展的重要方向。目前成熟的燃煤烟气污染物治理措施具有相当强的针对性，而由于烟气中的污染物成分较为复杂，致使后续环保系统复杂、占地面积大、投资和运行成本高、影响锅炉正常运行等问题出现，能够协同脱除两种或两种以上烟气污染物的技术亟待开发。

活性分子臭氧氧化结合湿法洗涤实现烟气中多种污染物协同脱除的方法具有反应温度低、脱除效率高、能耗较低、并且臭氧反应产物为氧气，在烟气治理过程中不引入其它污染等优点。相对来说，该方法在烟气多种污染物协同治理方面有较为广阔的应用前景。

1、试验装置概述

活性分子低温氧化硫硝一体化脱除试验平台设计系统流程图如下图所示。

活性分子低温氧化硫硝一体化脱除试验平台流程图

燃料经燃烧器燃烧生成高温烟气，高温烟气混入空气降温，混合后的烟气经烟道及引风机进入吸收塔。引风机至吸收塔之间配有催化剂层及臭氧反应器，污染物与臭氧在催化剂条件下反应，然后进入吸收塔中吸收脱除。最后烟气经过换热器升温后脱白，残余臭氧经催化分解及尾部吸附后排出，实现“无烟排放”。系统配备DCS控制系统及在线CEMS检测仪表，实现烟气参数在线检测和实时自动化控制。

2、试验装置组成

平台主要由烟气加热器、换热器、液氧罐、臭氧发生器、催化反应箱、吸收塔、引风机、浆液灌、添加剂储罐、副产物处理、烟道及附件等组成。平台的装置布置图，如图所示。

活性分子低温氧化硫硝一体化脱除试验平台设备布置图

3、试验装置设计指标

青山湖活性分子低温氧化硫硝一体化脱除试验装置单独配有控制室和分析室，其主要的设计参数如表所示。

主要设计参数

4 、试验装置的功能

（1）臭氧耦合催化剂脱除污染物

平台在高温区（300~400℃）和中温区（100~150℃）均布置催化箱，内置抽屉式催化剂，并且每个催化箱前也都设有臭氧喷入口，用于加强催化反应进行的深度，提高脱除效率。中试催化试验除了对常规污染物NO进行深度催化氧化研究外，还针对N2O和VOCs等烟气污染物的催化脱除进行研究。

N2O的排放目前广泛存在于循环流化床锅炉烟气中，由于其床温较低，燃烧会产生较大量的N2O，而部分地区也已经将N2O并入排放的总NOx当中。并且，现阶段还没有针对N2O脱除技术实现工业化应用。因此，有必要开展N2O的排放控制研究。本实验平台在高温区设置的催化剂，主要是用于催化脱除N2O的试验研究。

此外，随着现阶段燃煤电厂的超低排放改造的推广，常规污染物NOx，SO2和PM都得到了有效的控制，燃煤电厂产生的VOCs将成为下一个控制目标。VOCs是近地面臭氧产生的主要前驱体之一，我国环保部在《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》中提出到2020年，实现重点地区、重点行业VOCs排放总量下降10%以上。因此，开发VOCs的控制技术迫在眉睫。臭氧是一种强氧化剂，可以氧化VOCs，降低催化反应温度。本平台中温区催化剂布置在脱硫塔之前，目的是将烟气中的VOCs在催化剂和臭氧的耦合作用下，转变成CO2和H2O。

（2）强化型吸收剂和添加剂调控

活性分子一体化脱除技术目前已经在烟气超低排放中大规模应用，脱除效率高，具有良好的经济效益及社会效益。但是，由于臭氧是由高压放电产生的，因此，耗电量较大，运行成本也相应提高。本平台设置有氧化剂储罐和添加剂储罐。其中，氧化剂储罐主要是将氧化剂喷入烟道中，对烟气中的NO进行初步氧化，氧化为NO2，然后再喷入臭氧将NO2进一步深度氧化，提高脱除效率。添加剂储罐是向脱硫浆液中添加剂，目的是提高NO2的吸收效率。两种试验方案都可以降低臭氧的投入量，减小运行成本及投资成本。

（3）残留臭氧催化分解

在工业应用中，对于NOx的排放要求，有时会需要达到20mg/Nm3以下，这时候就需要过量臭氧的加入，臭氧的残留现象就不可避免，因此，需要对尾端残留的臭氧分解脱除。平台在脱硫塔的出口低温区（50~70℃）设置有低温催化箱，用于残留臭氧的催化分解研究。由于催化箱布置在脱硫塔的出口，因此，烟气中SO2的浓度较低，催化剂的硫中毒现象不明显，残留臭氧的催化分解较易实现。

（4）副产物资源化利用

活性分子一体化脱除技术是将NO氧化为高价态的NOx，然后利用其较高的溶解度，借助湿法喷淋装置，实现一体化脱除。所以，脱硫浆液中除了有硫酸盐，也不可避免地产生硝酸盐。而硝酸盐又可以作为生产氮肥的原料，因此，本平台针对湿式钙法脱硫脱硝副产物硫酸钙、亚硝酸钙和硝酸钙的处理开展研究。拟采用复盐沉淀和蒸发结晶等方法分离提取副产物，分析产物纯度、结晶形态、浆液各组分的影响。尝试开发更高效的提纯方式，提高提纯效率、速率和纯度，进而提高副产物利用率。