基于MgO/NaClO2的燃煤工业锅炉同时脱硫脱硝反应特性及机理研究

Simultaneous desulfurization and denitrification of industrial coal-fired boiler, one of very important pollution sources resulting in haze, is always a difficult subject in this field. In this proposal, a fundamental research will be carried out to develop an efficient simultaneous removal technology for SO2 and NOx based on the magnesium oxide (MgO) desulfurization technology popularly used for industrial coal-fired boiler in which sodium chlorite (NaClO2) will be added as an additive for denitrification. The research contents can be concluded as follows: (1) reaction characteristics of removing SO2 and NOx by MgO/NaClO2; (2) intrinsic and macroscopic reaction kinetics for removing SO2 and NOx by MgO/NaClO2; (3) mechanism of removing SO2 and NOx by MgO/NaClO2. This proposal will be significant for the control of SO2 and NOx from industrial coal-fired boilers and be served as a theoretical underpinning for eliminating corrosion and secondary pollution caused by Cl- commonly produced in NaClO2-used technologies.

作为雾霾的重要污染源，燃煤工业锅炉的同时脱硫脱硝一直是该领域的难点。本课题拟以燃煤工业锅炉常用的氧化镁(MgO)脱硫工艺为基础，以亚氯酸钠(NaClO2)为添加剂，开展回收型MgO/NaClO2同时脱硫脱硝技术的基础研究，主要内容包括：(1) MgO/NaClO2同时脱硫脱硝的反应特性；(2) MgO/NaClO2同时脱硫脱硝反应的本征和宏观反应动力学研究；(3) MgO/ NaClO2同时脱硫脱硝的反应机理。本课题旨在为燃煤工业锅炉大气污染控制提供技术支持，并为解决NaClO2类脱硫脱硝技术的Cl-腐蚀及二次污染问题奠定理论基础。

电站锅炉的SO2和NOx等污染排放已得到有效控制。作为我国第二大气态污染物排放源的中小型工业锅炉成为了导致雾霾等大气污染现象的最主要贡献者，因此控制中小型工业锅炉成为了我国继续改善大气质量的关键。本文研究的MgO/NaClO2同时脱硫脱硝工艺是一种以燃煤工业锅炉常用的氧化镁(MgO)脱硫工艺为基础，结合NaClO2氧化吸收的适用于燃煤工业锅炉的同时脱硫脱硝技术。主要研究内容包括三个方面。（1）以在同一个反应装置中实现经济、安全、高效的脱硫脱硝为目的，通过理论和实验研究，探索了MgO/NaClO2同时脱硫脱硝反应特性，确定了最佳反应条件。在进气口深度2.25cm，MgO浓度4.3mmol/L，NaClO2的浓度30mmol/L，溶液pH5.0，反应温度50℃，烟气流量1L/min，SO2初始浓度800ppm，NO初始浓度450ppm，NO2初始浓度50ppm，O2含量6%的最佳条件下，SO2和NO的脱除效率分别达到100%，NOx的脱除率可达65%以上。（2）研究了MgO/NaClO2同时脱硫脱硝反应的化学反应动力学。NO、SO2和NaClO2的反应分级数均近似为一级，NO和SO2的表观活化能Ea分别为4.816kJ/mol和7.022kJ/mol；获得了NO、SO2和NaClO2的反应速率方程式 。（3）基于恒速冷却结晶法，分析了脱除废液中硫酸镁晶体形成及生长机理，探索了结晶收率、晶体成分及形貌的影响因素及其规律。研究发现，过饱和度是决定晶体粒度和晶型的关键因素；各影响因素均对晶型有显著影响；随着溶质初始浓度的增大和冷却终温的降低，自发结晶收率明显增大；随着搅拌速率和降温速率的增大，自发结晶收率略微降低。本研究结果为工业锅炉的同时脱硫脱硝提供了一种全新的技术选择，也为脱除浆液的资源化提供了新的方法。