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玻纤池窑废气臭氧脱硝技术探讨

文档作者：杜红彩孙振海隋荣禄文档来源：中材科技股份有限公司		点击数：	更新时间： 2021年05月12日
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《玻璃纤维》2018 年 第2 期 29
中图分类号：TQ171.9 文献标识码：A
玻纤池窑废气臭氧脱硝技术探讨
杜红彩，孙振海，隋荣禄
（中材科技股份有限公司，南京 210012）
摘 要：依据玻纤池窑烟气的特点，分析了目前烟气脱硝工艺适用性，介绍了一种新的适用于玻纤池窑废气脱硝技术——臭
氧氧化脱硝技术，详细论述了臭氧氧化脱硝工艺流程、主要系统组成和技术优势。臭氧氧化脱硝技术具有简单、高效、对工况
适应性强等特点，在工业窑炉中具有一定的应用前景。
关键词：玻纤池窑；废气处理；臭氧；脱硝；氮氧化物
Exploration of Using Ozone to Deplete NOx in Waste Gas from
Fiberglass Furnaces
Du Hongcai, Sun Zhenhai, Sui Ronglu
( Sinoma Science &amp;amp; Technology Co., Ltd. , Nanjing 210012 )
Abstract ：Based on the features of exhaust gas from fiberglass furnaces and the analysis on the applicability of currentlyused
technology for NOx depletion, a new technology suitable for depleting NOx in the waste gas from fiberglass furnaces,
namely the technology by means of oxidation with ozone, is presented. This article describes in detail the process flow, main
systems and technical advantages of the technology, affirming that this technology is characterized by simple process, high
efficiancy and good suitability to operation conditions, and thus can be well used in industrial furnaces.
Key words ：fiberglass furnace; waste gas treatment; ozone; NOx depletion; nitrogen oxide
0 前言
随着我国玻纤工业的飞速发展，玻纤年产量稳
居世界第一。工业窑炉废气处理，虽然我国很早就
颁布了相关的环保标准，但具体实施的厂家不多，
能够严格按照国家标准排放的也很少。因此它的
运行状况和污染问题，成为制约行业进一步发展
的瓶颈［1-3］。对于玻纤池窑废气中的氮氧化物处
理，目前工程主要应用技术采用选择性催化还原法
（SCR）脱硝工艺，但催化剂昂贵、飞灰易堵塞催化
剂、存在氨泄漏隐患等因素，特别是部分烟气中微
量砷等重金属对SCR催化剂中毒的影响而限制其使
用［4，5］。在过去的20 多年时间里，涌现出了多种脱
除烟气中的NOX的方法，臭氧法脱硝就是其中之一，
其特点是效率高、占地面积小、不需要进行烟道改
造等。
收稿日期：2018-01-22
修回日期：2018-02-26
作者简介：杜红彩（1982-），女，工程师。主要从事环保工艺
设计、岩棉工艺设计等工作。
杜红彩，等：玻纤池窑废气臭氧脱硝技术探讨节能环保
《玻璃纤维》2018 年 第2 期 30
2001 年美国BOC公司开发了名为LoTOX的低温
脱硝技术得了Kerkpatrick奖，该技术就是用臭氧将
NOX氧化为高价态的氮氧化物，尾部利用脱硫碱液
喷淋洗涤NOX，脱硝效率达到90%［6］。
时至今日，“臭氧氧化+湿法吸收”已成为备受
关注的烟气湿法脱硝技术，臭氧脱硝以它简单、高
效、对工况适应性强等特点，逐渐被市场所接受，尤
其是在玻璃工业窑炉中的应用。
1 臭氧脱硝基本原理
1.1 臭氧特性
臭氧的氧化能力极强，其氧化还原电位仅次于
F，在其应用中主要利用这一特性，氧化还原电位比
较见表1。
臭氧的标准电极电位除比氟低外，比其他几个氧
化剂都要高很多，是常规氧化剂中氧化能力最强的，
工业中也经常用来作为水处理中的强氧化剂使用［7］。
表1 几种常见氧化剂的电位特性
序号名称分子式氧化还原电位/mV
1 氟F 2.87
2 臭氧O3 2.07
3 过氧化氢H2O2 1.78
4 高锰酸钾KMnO4 1.67
5 二氧化氯ClO2 1.50
6 氯气Cl2 1.36
1.2 脱硝原理
废气中NOX的主要成分组成为：约95%NO和
5%NO2，NO不易溶于水，同时也不和碱性物质发生
反应，而NO2 是相对易溶于水［8］。NO2 的溶解度是
NO的20 倍，可以和湿法脱硫喷淋的碱液发生反应
生成硝酸盐。
臭氧作为一种强氧化剂，可以轻易的将NO
氧化成可溶于水生成HNO2 和HNO3 的NO2、N2O3、
N2O5 等高价态氮氧化物，然后利用碱性溶液进行吸
收，最终将废气中NOX脱除的目的，NOX的去除率高
达95%［9］。
浙江大学王智化［10］等对臭氧同时脱硫脱硝过
程中NO的氧化机理进行了研究，构建出O3 与NOX
之间65 步详细的化学反应机理，该机理比较复杂，
低温条件下，O3 与NO之间的主要化学反应如下：
NO+O3 NO2+O2
NO2+O3 NO3+O2
NO3+NO2 N2O5
与气相中的其他化学物质如CO，SOX等相比，
NOX可以很快地被臭氧氧化，这就使得NOX的臭氧氧
化具有很高的选择性。因为气相中的NOX被转化成
溶于水溶液的离子化合物，这就使得氧化反应更加
完全，从而不可逆地脱除了废气中的NOX。经过氧
化反应，加入的臭氧被反应所消耗，过量的臭氧可
以在喷淋塔中喷淋的碱液中得以分解，而不产生二
次污染。
1.3 臭氧脱硝的主要影响因素
臭氧脱硝的影响因素主要有摩尔比、反应温
度、反应时间等，这些因素对脱硝效率的影响如下：
1.3.1 摩尔比
摩尔比[O3]/[NO]是指O3 与NO之间摩尔数的比
值，它反映了臭氧量相对于一氧化氮量的高低。NO
的氧化率随[O3]/[NO]的升高直线上升。根据已有相
关实验研究文献中反映，在0.9 ≤[O3]/[NO]＜ 1 的情
况下，脱硝率可达到85%以上。
理论上，1 mol的NOX需要1 mol的O3 去脱除，O3
量不足会导致NOX的脱除效率降低，但O3 过量时会
造成运行成本的增加，因此在工业应用中，一般的
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《玻璃纤维》2018 年 第2 期 31
摩尔比都控制在1.5 以内。
1.3.2 温度
烟气温度也是影响臭氧脱硝效率的因素之
一，温度越高分解半周期越短。一般而言，臭氧在
150 ℃的环境下，自身分解率不大，通常臭氧脱硝
的反应温度都控制在150 ℃以下。
1.3.3 反应时间
臭氧在烟气中的反应时间很快，因此臭氧在烟
道内的停留时间比较容易得到保证。在这种情况下，
臭氧与烟气的混合均匀程度成为臭氧脱硝效率的决
定因素。臭氧在烟道内速度分布均匀，流动方向调
整得当时，NOX转化率才能得以保证。采用合理的喷
射/混合装置是使O3 和烟气均匀混合的有效措施。
2 臭氧脱硝工艺技术介绍
2.1 概况
以玻纤池窑生产线废气脱硝为例，生产线通常
配置包含一台余热锅炉和一套湿法脱硫装置。实
际运行中废气经余热锅炉后烟气温度约为200 ℃
左右，降温后的烟气再进入脱硫装置。由于生产原
材料的差异，部分生产线排放废气中灰分中含砷等
重金属超标，不适合采用SCR法脱硝技术，故可考
虑使用臭氧法脱硝技术，与已有的湿法脱硫技术相
结合。
采用臭氧脱硝技术后，可将生产线废气中NOX
排放浓度由3000 mg/Nm3 降低至400 mg/Nm3 以内，
脱硝效率不低于87%，处理后能够满足多地地标
《工业炉窑大气污染物排放标准》中NOX的排放浓度
低于400 mg/Nm3 的要求。
2.2 臭氧脱硝工艺
臭氧氧化脱硝系统含一套液氧储存气化系统及
一套臭氧发生系统，及其他配套设备，主要工艺流程
如图1 所示。
2.2.1 臭氧制备工艺及流程
根据废气中NOX排放浓度及烟气量，计算所需
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图1 臭氧脱硝工艺流程图
要配置的臭氧设备约为2 台30 kg/h的臭氧发生器，
配套气源控制系统、冷却水系统及配套齐全的自动
控制（PLC）、检测仪器等，采用的气源为氧气的臭
氧发生器系统。
设置一座70 m3 的液氧储罐，1 座10 m3 的氧气
缓冲罐，液氧由槽罐车定期运至厂区液氧储罐，经
气化装置，并经减压后通入臭氧发生器。每套系统
的进气管路上设置安全阀用于泄压保护系统。
在臭氧发生室内的高频高压电场内，部分氧
气转换成臭氧，产品气体为臭氧化气体，经温度、
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《玻璃纤维》2018 年 第2 期 32
压力监测后，经出气调节阀后出气口排出臭氧。
臭氧发生室出气管路上设有臭氧取气口，并装有
电磁阀，每个设备的取气管各配置一套臭氧在线
监测仪。
臭氧发生器设置1 套封闭循环冷却水系统，通
过板式换热器换热，为臭氧发生器提供冷却水。并
配置一台冷却循环水泵，冷却循环水泵受PLC自动
控制系统监控，内循环水通常考虑采用除盐水。
臭氧外循环冷却水可采用工艺水，配置2 台
80m3/h的循环水泵。由于耗水量较大，可采用厂区
工艺水，此水仅起冷却作用，不改变成分，不会影响
其他工艺环节的使用。
臭氧发生器设置吹扫系统，便于检修前将管道
剩余臭氧吹扫干净。
臭氧设备放置点设计安装氧气泄漏报警仪和臭
氧泄漏报警仪（具备现场声光报警），检测到周围环
境中氧气或臭氧超标时检测仪将报警。
2.2.2 臭氧发生器工艺参数
根据工艺及设备选型配置要求，臭氧发生器臭
氧产量等相关性能参数如表2 所列。
表2 臭氧发生器产量性能参数
序号参数单位数量
1 额定臭氧产量kg/h 2×30
2 最大产量kg/h 2×35
3 臭氧产量可调节范围kg/h 6 ～ 35
4 额定臭氧质量分数% 10
5 臭氧质量分数可调节范围% 0 ～ 12
2.2.3 臭氧布气装置及烟气混合器
为了使臭氧与废气中的NOX充分混合，从臭氧
发生器出来的臭氧气体通过臭氧喷射格栅布气装
置，均匀的喷入脱硫塔进气管截面中，利用设置的
废气混合器使烟气产生湍流，保证臭氧与废气中的
NOX能够充分接触发生反应。由于臭氧与NOX反应
快速，基本不会受到SO2 的影响，因此不需要额外
增加设备，只需要在烟气管道中布置喷臭氧格栅即
可。整个臭氧喷射格栅布气装置与烟气混合的总压
损不超过300 Pa。
2.3.4 洗涤装置
目前玻璃工业窑炉中基本已配置湿法洗涤脱硫
项目，因此臭氧脱硝可利用已有的湿法脱硫塔同时
进行NOX和SO2 的吸收治理，无需增设洗涤装置。部
分生产线未配置，需建设臭氧脱硝时同步增设湿法
脱硫装置。
3 臭氧脱硝工艺特点
（1）反应时间短，速度快。臭氧与NOX反应速
度极快，只需要很短的时间，即可将NOX氧化成高价
态的NO2 和N2O5。因此不需要特别的反应设备，只
需要在烟气管道中混合，即可进行。
（2）吸收完全，净化效率高。由于NO2 与N2O5
都是易溶于水的物质，在碱性环境下，只需要很小
的喷淋量，即可彻底吸收烟气中的NOX，转化为硝酸
盐和亚硝酸盐，因此烟气净化效率高。
（3）不产生二次污染。由于臭氧与NOX反应的
生成物是O2，在烟道中不影响排放。而且还可以提
高SO2 的转化效率。
（4）可以直接利用脱硫洗涤塔进行洗涤。由于
废气中NOX体积分数相对SO2 来说很小，基本不需要
增加脱硫洗涤塔的负荷。
（5）自动化程度高。整套设备全部通过PLC自
动控制，不需要专人值守，只要定期巡查即可。
4 结论
随着环保要求的日益严格，传统的烟气脱硫脱
硝工艺将不能满足严格的减排要求，此外，传统工
艺还存在设备投资高、占地面积大、系统复杂等缺
节能环保杜红彩，等：玻纤池窑废气臭氧脱硝技术探讨
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点，特别是部分玻纤池窑烟气中砷等重金属对SCR
催化剂中毒的影响而限制SCR脱硝技术的使用，因
此开发工艺简单、可靠的脱硝工艺具有重要意义。
采用臭氧的强氧化技术，可以与现有的湿法
脱硫装置相结合，对废气中NOX具有良好的脱除效
果。目前臭氧脱硝技术在国内外都已进入工业化
应用阶段，但现阶段臭氧的制备费用较高，制约了
该技术的推广使用，随着臭氧发生装置的逐步改
进，臭氧氧化同时脱硫脱硝技术必将有更加广泛的
应用前景。
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