隨著《大氣污染防治行動計劃》的頒布以及進一步降低燃煤鍋爐煙氣污染物排放的要求，氮氧化物NO_x的控制也進一步提高。SCR是目前應用最有效脫除效率高的一種脫硝技術。然而在追求更低NOx排放的目標時，該技術因其固有的混合和流場不均勻會引起氨逃逸超標問題，同時隨著催化劑裝載量的增加，使得SO₂向SO₃轉化率增大，最終煙氣中NH₃和SO₃濃度的增大將進一步加重空預器的堵塞現象。而基于低溫活性分子氧化脫硝技術則很好的可以避免上述問題的出現。活性分子（如O₃）與SCR不同，是通過對NO、重金屬等污染物的氧化進行煙氣協同處理的工藝。該工藝與鍋爐類型無關，處理對象為鍋爐的尾部煙氣，將燃煤煙氣中的NO以及重金屬等氧化為高價態的NO_x以及金屬氧化物，再進行NO_x、SO₂以及重金屬等污染物的協同脫除。

本文采用活性分子氧化脫硝技術對燃煤煙氣中的NOx排放控制進行了研究，并對氧氣濃度、冷卻水溫度以及鍋爐負荷變化等影響脫硝效率的因素進行了分析。

1、改進方案

 某電廠原有鍋爐為2臺35t/h和1臺50t/h鏈條爐，原濕法脫硫系統采用一套石灰石石膏法進行SO₂脫除�；钚苑肿友趸�脫硝技術應用在煙氣匯合后的尾部煙道上，因此僅需考慮尾部煙道的煙氣流量以及氮氧化物含量等參數，與鍋爐的燃燒方式無關。利用原有脫硫裝置僅對原脫硫塔入口煙道進行改造，安裝活性分子反應器。其余改造均為新增裝置如圖1所示包括：制氧系統、活性分子系統、冷卻水系統以及電氣、儀控輔助系統。制氧系統采用吸附劑通過吸附和脫附手段進行空氣中氧氣和氮氣的分離，產生濃度較高的氧氣。經過加壓、除油、除塵后的氧氣進入活性分子發生器中，通過在放電室的局部放電最終產生活性分子（O₃）。該放電室內采用高壓電對氧氣進行放電會產生大量的熱量，因此需要外來冷卻水對放電室進行換熱處理以提高活性分子（O₃）的濃度。

2、結果分析

2.1  VPSA制氧吸附壓力的影響

目前活性分子（O₃）的生產方法主要是依靠對氧氣進行高壓放電，一般認為活性分子（O₃）主要通過以下途徑產生：

因此，除放電電壓外，根據反應式（2.1）~（2.4），O₂濃度對活性分子（O₃）的生產至關重要。氧氣濃度越高則活性分子（O₃）的產量也隨之增加。氧氣是在常溫常壓的條件下，利用VPSA吸附劑選擇性吸附產生。鼓風機將空氣鼓入吸附塔I中，在加壓吸附條件下，優先吸附N₂、CO₂和H₂O等雜質，從而獲得濃度較高的氧氣；同時真空泵抽對吸附塔II進行抽氣，在減壓脫附的條件下，脫附吸附劑中的N₂及其他雜質，吸附劑再生后進行下一輪吸附。因此，加壓和減壓過程直接影響吸附劑的吸附和再生能力，從而影響氧氣濃度。表1給出了6種工況吸附壓力和脫附壓力變化時，氧氣濃度的變化。其中可以看出隨著吸附壓力的升高，脫附壓力減小有利于氧氣濃度的提升。下表中，當吸附壓力40~48 kPa，脫附壓力-52~-55kPa時，氧氣濃度達到92%以上。

2.2冷卻水溫度的影響

 電暈放電產生活性分子（O₃）時，由于存在反應式（2.3）和（2.4）的逆反應，同時放電過程中會產生大量的熱量。活性分子自身存在不穩定性，隨著環境溫度的提升，活性分子自身的分解會加速，反應式（2.3）會迅速向右進行。因此需要采用大量冷卻水進行熱交換以確保活性分子（O₃）的生成。圖1給出了冷卻水溫度變化對活性分子產生濃度的影響。隨著冷卻水水溫的增加，活性分子濃度隨著增加。冷卻水溫度主要受當地環境溫度的影響，季節性變化較大。因此，考慮到經濟性運行，高溫時冷卻水水溫控制在30~32℃，此時的活性分子濃度控制在128~135mg/Nm³。溫度過高會影響設備自身的穩定性，同時活性分子的濃度大大降低同時設備運行能耗會大幅上升。因此，對于冷卻水溫超過37℃時，需要進行冷卻水降溫，增加額外的冷卻費用，以確保整套系統的經濟性運行。
 

2.3 鍋爐負荷變化的影響

鏈條爐的運行方式與煤粉爐不同，煤粉供應以及風門均依靠人為手工操作，因此燃燒過程中氮氧化物濃度的變化較大。鍋爐運行負荷的變化直接影響到最終的氮氧化物脫除能力。對鍋爐負荷的變化情況進行分析，運行工況分別為：（1）30 t/h~50 t/h負荷；（2）50 t/h~70 t/h負荷；（3）70 t/h~80 t/h負荷；（4）80 t/h~90 t/h負荷；（5）90 t/h以上負荷。表2給出了相應負荷下的NOx初始濃度、排放濃度以及相應的脫硝效率。工況1和工況2條件下，最終的NOx排放濃度比較接近分別為7.6~65.7 mg/Nm³和16.2~75.1 mg/Nm³。該排放值上下浮動較大，這與鍋爐自身的運行方式有關，也與該系統自身的運行方式有關。一方面，背壓機組鍋爐負荷的變化受運行人員手動給煤量和供風量的影響，自身初始濃度變化較大。另一方面，活性分子產生裝置由于其采用高壓電源放電，若與鍋爐負荷系統連鎖，則導致電源電壓波動較大，設備將不能穩定運行。因此，采用梯段法，固定投加量的方式進行自動跟蹤操作。在固定的負荷段，鎖定活性分子的投加上限，以滿足脫硝需求同時兼顧系統的經濟性運行。當負荷提升至工況（5）時，這種浮動明顯降低，NOx初始濃度波動明顯下降，同時NOx排放值也穩定在58~74 mg/Nm³。在不同負荷變化條件下，進行活性分子投加量的設定，使得最終NOx排放達到排放要求。

3、結果討論

本文就活性分子氧化脫硝技術對氮氧化物的處理能力進行了研究，并對氧氣濃度、冷卻水溫度以及鍋爐負荷變化等影響因素進行了分析，提出了最佳運行工況及自動運行方式。主要結論如下：

(1) 通過對試驗工況的分析，在吸附壓力達到40~48kPa，脫附壓力達到-45~-55 kPa時，氧氣濃度達到最佳值93%~94%。

(2) 冷卻水溫度受環境溫度影響較大。為滿足設備的穩定性和經濟性運行，在高溫天氣條件下，冷卻水水溫控制在30~32℃以下為宜，活性分子濃度為128~135mg/Nm³。若冷卻水溫度超過37℃，需進行冷卻水自身冷卻，增加相應的投資運行費用。

(3) 鍋爐負荷變化會導致氮氧化物脫除效果上下波動較大，采用梯段定量模式進行活性分投加，能夠有效減少該波動對NOx控制的影響，同時降低運行成本，實現系統的自動化控制。

4、結語

本文采用活性分子氧化脫硝技術對燃煤煙氣中的氮氧化物進行處理，該技術為相對獨立的系統，不受鍋爐形式的限制，與燃燒方式無關，僅在鍋爐的尾部煙道上進行煙氣處理。研究結果揭示了氧氣濃度、冷卻水溫度、鍋爐負荷變化等因素對活性分子脫硝的影響，并提出了最佳的運行數據。同時采用梯段定量方法作為系統的自動運行模式，也為活性分子氧化脫硝技術的運行自動化方面提供了試驗依據。