一种火电厂臭氧脱硝系统的制作方法

本实用新型属于火电厂烟气脱硝领域，具体为使用臭氧对烟气进行脱硝处理的系统。

背景技术：

现有技术中，火电厂调峰工作已成为电网运行中较为突出的矛盾，目前国内火电灵活性调峰改造均针对冬季供热机组，而如何调整夏季调峰是摆在众多火电厂面前的一个难题，为了满足电网调峰需求，最大程度的降低调峰过程中的能源浪费，考虑到电厂在激烈竞争中的生存需要，深度进行调峰的改革势在必行。

另一方面，火电厂超低排放已经在国内火电行业大范围推广。现有干法或湿法scr脱硝系统投资巨大，且很难实现超低甚至有些区域要求的零排放。因此，需要找到一种能够低成本实现超低排放的烟气脱硫脱硝处理技术。

周知的，臭氧是世界公认的广谱高效杀菌消毒剂。采用空气或氧气为原料利用高频高压放电产生臭氧。臭氧比氧分子多了一个活泼的氧原子，臭氧的化学性质特别活泼，具有仅次于氟的强氧化性，完全有能力将烟气恶劣环境中的nox氧化成高价态，提高烟气中氮氧化物的水溶性，从而通过湿法洗脱。

火电厂锅炉中的废气主要为nox，其组分为：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。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，nox的去除率高达95％。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的是提供一种火电厂臭氧脱硝系统，利用调峰调频富余电力制取臭氧，从而利用臭氧脱硝技术实现火电厂的超低排放。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种火电厂臭氧脱硝系统，包括，制氧装置，以火电厂供电装置的调峰调频富余电量为电源，制取氧气；臭氧发生器，由制氧装置提供氧气输送，并通过电厂调峰调频高压电环境放电生产臭氧；臭氧发生器产生的臭氧直接通入臭氧脱硝装置，对火电厂排放的烟气进行脱硝处理。

可选的，所述制氧装置为电解水槽。使用电厂调峰调频富余电量通过逆变器给电解水槽供电以制取氧气。电解制氧可以是固体聚合物电解水槽制氧和碱性电解水槽制氧中的任意一种。

进一步，所述电解水槽的水可以来自火电厂的化学水处理车间。

进一步，所述电解水槽的冷却水来自于电厂凝结水管路，所述电解水槽余热用来加热电厂凝结水。

可选的，所述制氧装置为空分装置制氧。

利用火电厂供电装置的调峰调频富余电量为电源为所述空分装置供电。

所述空分装置采用深度冷冻、变压吸附或膜分离三种方式中的任意一种或组合制取氧气。

本实用新型的有益效果如下：

(1)直接消耗电厂的调峰电量，间接利用了弃风弃光弃水弃核电力，缓解电网平衡和峰谷差的问题。

(2)延长了电厂设备的使用寿命，对电能进行变相的储存，实现能源的稳定储存和有效利用。

(3)反应时间短，速度快；吸收完全，净化效率高；不产生二次污染。

附图说明

图1为火电厂臭氧脱硝系统实施例一的结构示意图。

图2为火电厂臭氧脱硝系统实施例二的结构示意图。

图3为火电厂臭氧脱硝系统实施例三的结构示意图。

图4为火电厂臭氧脱硝系统实施例四的结构示意图。

附图标记：

1电站锅炉、2电厂化学水处理车间、3省煤器、4臭氧发生器、5臭氧脱硝装置、6汽轮机、7发电机、8送变电及供电控制装置、9空分装置、10储氧罐、11电解水槽、12逆变器、13除氧器、14高压加热器、15低压加热器、16纯净水制备装置、17补水泵

具体实施方式

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本实用新型的核心是提供一种火电厂臭氧脱硝系统，该系统能够实现能源的高效利用，避免调峰过程损失电能。

实施例一

一种火电厂臭氧脱硝系统，包括，电站锅炉1、电厂化学水处理车间2、省煤器3、臭氧发生器4、臭氧脱硝装置5、汽轮机6、发电机7、送变电及供电控制装置8、空分装置9、储氧罐10、电解水槽11、逆变器12、除氧器13、高压加热器14、低压加热器15、纯净水制备装置16和补水泵17。

其中，利用发电厂供电装置的调峰调频结余电量为电源，即，利用送变电及供电控制装置8为空分装置9供电。空分装置9利用空气中各组分物理性质的不同，采用深度冷冻、吸附、膜分离等方法从空气中分离出氧气、氮气。随后将分离出的氧气储存在储氧罐10中，以供臭氧发生器4使用。

空分装置9的氧输出管路设置有气体过滤装置和/或净化装置，通过对制得气体的过滤和净化，提高气体的纯度、避免杂质影响，从而能够更好的利用制得的氧气。

电解水槽11是通过电能进行电解水反应的装置，其设有与火电厂的供电装置连接的电源端，即，以火电厂供电装置的输出电量为电源进行电解水操作。本例中，电解水槽11通过逆变器12获取电能。

电解水槽11按电极的连接方式，可分为单极式和复极式两类。

通过电解水槽11和发电厂供电装置的作用可以将发电厂发电机在用电量低谷阶段的调峰结余电量进行利用，将电能转化为氧能加以利用。

电解水槽11的氧输出管路连接通过储氧罐10连接至臭氧发生器4。

电解水槽11的氧输出管路设置有气体过滤装置和/或净化装置，通过对制得气体进行过滤和净化，使得气体的纯度更高，避免杂质影响，从而能够更好的利用制得的氧气。

电解制氧可以是固体聚合物电解技术和碱性电解质制氧技术。

可选的，固体聚合物电解装置和碱性电解质装置的水源可以来自于锅炉废水或锅炉系统的凝结水。

电解水槽11的水源可以来自于电厂化学水处理车间2流出的经纯净水制备装置16处理过的水。

可选的，电解水槽11的水来自火电厂的化学水处理车间。

可选的，电解水槽11的冷却水来自于电厂凝结水管路，电解水槽11余热用来加热电厂凝结水。

可选的，氧输出管路上设有杂质过滤器。

臭氧发生器4，接收来自储氧罐10的氧气，制取臭氧，供臭氧脱硝装置5之用。

可选的，臭氧发生器4可以采用电晕放电式的方法，干燥的氧气或含氧气体流过由内电极和外电极组成的电晕放电区，放电区内施加数千伏的高频高压电能，将流入放电区的原料气电离生成臭氧。

臭氧发生器4也可以采用电解式的方法，利用水的电化学氧化法生成臭氧。含有水化荧光阴离子电解质的水中，在近似室温下以高电流功率可将水氧化成臭氧。

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。

臭氧脱硝的影响因素主要有摩尔比、反应温度和反应时间等，这些因素对脱硝效率的影响如下：

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。臭氧注入量与烟气中no摩尔比为0.8时，no的脱除率达到94％；增加臭氧用量，no脱除率无明显变化；使用自制臭氧增强催化剂后，臭氧和气态水在催化剂表面反应产生羟基自由基，以提高臭氧的氧化效率，当o3:no(mol:mol)＝0.7时，脱硝效率达到85％以上。n的氧化率随[o3]/[no]的升高直线上升。换言之，在0≤[o3]/[no]＜1的情况下，脱硝率可达到85％以上。理论上，1mol的nox需要1mol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，一般的摩尔比都控制在1.5以内。

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。

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。

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300pa。

实施例二

使用电解水槽11制备氧气，随后存储于储氧罐10中，经氧输出管路向臭氧发生器4供给氧气。

电解水槽11还可以与电厂化学水处理车间2的纯净水制备装置相连，利用纯净水制备装置形成的水资源作为水源，电解水槽11、纯净水制备装置16、电站锅炉1和汽轮机6之间可以形成水循环回路，例如电解水槽11的水源管路可以与锅炉的汽轮机相连，以便利用汽轮机的凝结水进行电解制氢。

本例中，火电厂臭氧脱硝系统可以利用电厂调峰调频富余电量通过逆变器给电解水槽11供电，大量生产高纯度的氧气。

本例中臭氧脱硝系统的其它部件结构及连接关系与实施例一相应结构及连接关系相同，不再赘述。

实施例三

使用空分装置9制备氧气，并由储氧罐10进行存储，供臭氧发生器4使用。

本例中臭氧脱硝系统的其它部件结构及连接关系与实施例一相应结构及连接关系相同，不再赘述。

实施例四

所述臭氧脱硝系统在制备臭氧时，所用的氧气可以从外面购买，并存储在储氧罐10中。

本例中臭氧脱硝系统的其它部件结构及连接关系与实施例一相应结构及连接关系相同，不再赘述。

除上述各实施例所提供的火电厂臭氧脱硝系统，该系统中的其它各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本实用新型所提供的火电厂臭氧脱硝系统通过利用电厂调峰调频富余电量制氧，再以氧为原料制取臭氧，将电能转化为燃料的化学能。

所述火电厂臭氧脱硝系统可直接消耗电厂的调峰电量，间接利用弃风弃光弃水弃核电力，缓解了电网平衡和峰谷差问题，延长了电厂设备的使用寿命，实现电能的稳定存储和有效利用，极大程度的缓解了发电厂峰谷用电不平衡导致对电厂设备的损害。

以上对本实用新型所提供的火电厂臭氧脱硝系统、发电厂调峰系统及发电厂进行了详细介绍。本文中应用了具体示例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本新型的方法及其核心思想。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本新型原理的前提下，还可对其进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。