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臭氧脫硝系統采用臭氧作為脫硝的反應物，把臭氧通過臭氧格柵均勻的注入煙氣中，把不溶性的氮氧化物（NO）轉變成為水溶性氮氧化合物（NO2或N2O3，或N2O5）。臭氧可通過臭氧發生器在現場按煙氣中的氮氧化物濃度來定量生產。

臭氧脫除氮氧化物是一個低溫系統，不需要像 SCR和SNCR系統那樣需要較高的溫度窗口。臭氧發生器可以是對生產過程中煙氣中的NOx量做出及時的響應。無論煙氣流量或者氮氧化物含量的波動，臭氧發生系統都可以在線及時響應，在節省能量的同時控制凈煙氣中氮氧化物的排放量。

臭氧脫硝系統對酸性氣體或微粒沒有不良的敏感性，一些微粒甚至可能提高反應，這些微粒會促進催化氧化反應。通過一系列的反應不溶性NO轉化為了NO2并會形成可溶性N2O5。N2O5是高度可溶性，并迅速與煙氣中的水分發生反應，形成硝酸。

NO經臭氧轉化后進入脫硫塔，在脫硫塔中NO2、N2O5等氮氧化物迅速的與噴淋下來的堿性漿液接觸反應，生成硝酸鹽等物質，隨著脫硫副物硫酸鹽一起進入脫硫后處理裝置。臭氧與NOx的反應是非常快速的，這使臭氧成為在處理NOx時具有較高的選擇性，通過控制反應時間和臭氧的數量很容易控制對CO和SOx等化合物的氧化反應，使得在脫硝中臭氧利用率高。NO和NO2溶解度：

當臭氧數量足夠多時，可以將NOx氧化成為N2O5，然后生成硝酸（或者硝酸鹽），主要的化學反應如下：

NO+O3→NO2+O2

2NO2+O3→N2O5+O2

N2O5+H2O→2HNO3