CN101721904A - 生物质直接再燃与选择性非催化还原复合脱硝方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤粉炉低NOx燃烧和烟气脱硝技术领域。本发明的技术方案是：煤粉通过煤粉炉的燃烧器进入主燃区形成含有NOx的烟气，将生物质颗粒与一次风、再循环烟气混合喷入再燃还原区，使主燃区形成的部分NOx反应生成N2，从再燃还原区的上部喷入燃尽风，采用循环烟气与压缩空气混合气作为氨基还原剂与添加剂混合溶液的雾化介质，通过设在炉膛和水平烟道内的喷嘴将氨基还原剂与添加剂混合溶液雾化喷入燃尽区域及下游水平烟道内，使烟气中NOx反应形成N2。本方法提高了脱硝效率，提高了生物质及氨基还原剂的利用率，减少二次污染物生成和排放。
Description
技术领域
本发明涉及生物质再燃脱硝与选择性非催化脱硝工艺，属于煤粉炉低NOx燃烧和烟气脱硝技术领域。
背景技术
煤粉锅炉排放的氮氧化物是造成大气环境污染的主要物质之一，现有的低NOx燃烧器技术、空气分级燃烧技术、煤粉再燃技术等低NOx燃烧技术的脱硝效率一般低于50％。再燃脱硝技术中超细煤粉再燃对煤种和超细煤粉制备有严格的要求，天然气再燃运行成本较高，生物质再燃脱硝技术依赖于生物质燃料供应的范围和输运而影响其经济性和效率。选择性非催化脱硝(SNCR)由于较窄的反应温度窗口、氨逃逸等二次污染物排放而受到限制应用，温度高于1100℃，氨基还原剂易被氧化生成NOx，温度低于900℃时氨基还原剂与NOx反应速率降低，易造成氨逃逸，因而对应于900℃～1100℃的炉膛上部及水平烟道的空间是有限的，加之氨基还原剂与烟气混合过程需要较长的时间，限制了SNCR脱硝反应的效率。混合良好且温度适宜的实验条件下，SNCR脱硝效率达到80％～90％，而SNCR技术工程应用中脱硝效率一般为30％～50％。授权公告号为CN101244361A的发明专利公开了《一种促进选择性非催化还原氮氧化物的方法》，提出以超细煤粉、天然气或合成气作为SNCR添加剂，提高SNCR反应在低温时的脱硝效率。授权公告号CN101433799A的发明专利公开了《生物质气化气雾化的选择性非催化还原方法及使用的锅炉》，将生物质气化气作为添加剂与空气混合作为氨基还原剂溶液的物化介质。上述的两方法不同程度地降低脱硝反应温度窗口，但在SNCR反应温度水平下添加超细煤粉的燃尽性难以保证，添加天然气、合成气或生物质气化气装置工艺较为复杂，且以上方法都难以将氨逃逸量降低到更低水平，一般在5ppm～15ppm。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物质直接再燃与选择性非催化还原复合脱硝方法，该方法解决生物质直接再燃脱硝效率偏低、选择性非催化脱硝反应温度窗口狭窄、脱硝效率低及较高的氨逃逸等问题。
生物质直接再燃与选择性非催化还原复合脱硝方法，煤粉通过煤粉炉燃烧器进入煤粉炉炉膛底部主燃区形成含有NOx烟气，一次风与再循环的尾部烟气的混合物将生物质颗粒喷入炉膛中部，形成再燃还原区，将主燃区产生的部分NOx还原成N2；从再燃还原区上部喷入燃尽风形成燃尽区，其特征在于：采用循环烟气与压缩空气混合气作为氨基还原剂与添加剂混合溶液的雾化介质，通过喷嘴将氨基还原剂与添加剂混合溶液雾化喷入到燃尽区域及下游水平烟道内，使烟气中NOx反应形成N2。
本发明的上述技术方案中，主燃区过量空气系数为0.8～1.0，再燃还原区过量空气系数0.8～0.9；燃尽区过量空气系数1.15～1.2。主燃区投入煤的发热量占锅炉燃料总输入热的80％～90％，再燃区投入生物质的发热量占10％～20％。生物质喷入再燃还原区温度为1100℃～1400℃，燃尽风喷入口温度1100℃～1200℃。氨基还原剂与添加剂混合溶液经多个喷嘴装置雾化喷入燃尽区及下游水平烟道，燃尽区及下游水平烟道的温度范围800℃～1100℃，氨基还原剂的喷入量以还原剂中NHi与烟气中NOx的摩尔比表示，其摩尔比为1.0～2.0。添加剂为钠盐与乙醇摩尔比为1的混合物，喷入的钠盐、乙醇与烟气中NOx的摩尔比为1/20～1/3。钠盐为碳酸钠、甲酸钠和乙酸钠的一种。
采用生物质直接再燃与选择性非催化还原复合脱硝方法具有以下优点：
采用再循环烟气与空气的混合气作为氨基还原剂和添加剂混合溶液的雾化介质，有利于避免选择性非催化还原反应区域氧浓度过高而降低脱硝效率，同时可增强雾化射流刚性，强化氨基还原剂、添加剂与烟气的混合，保证氨基还原剂与NOx的还原反应，减小氨逃逸的可能性；生物质灰中碱性物质以及添加的钠盐可以拓宽SNCR温度窗口，促进氨基还原剂与NOx的反应，并能抑制氨逃逸、CO和N2O二次污染物生成和排放。乙醇作为添加剂可以向低温方向拓宽SNCR温度窗口；解决再燃脱硝与选择性非催化还原技术各自脱硝效率偏低的缺陷，脱硝效率可以达到80％以上。采用的钠盐和乙醇添加剂廉价易得，且易溶解于氨基还原剂溶液，添加方法简单，便于实施。
附图说明
图1为本发明的生物质直接再燃与选择性非催化还原复合脱硝方法流程示意图；
其中，1为氨基还原剂与添加剂混合溶液，2为压缩空气，3为增压再循环烟气，4为混气装置，5为雾化介质，6为主燃烧器，7为一次风混合煤粉，8为再燃燃烧器，9为一次风与再循环烟气混合生物质燃料，10为燃尽风喷口，11为燃尽风，12为主燃区，13为再燃还原区，14为燃尽区，15为雾化喷嘴，16为前屏过热器，17为后屏过热器，18为再热器，19为低温过热器，20为水平烟道。
图2为碳酸钠与乙醇对氨选择性非催化脱硝的影响模拟曲线。
图3为碳酸钠与乙醇对尿素选择性非催化脱硝的影响模拟曲线。
图4为不同添加量的碳酸钠与乙醇对氨和尿素选择性非催化脱硝过程中CO生成的影响曲线。
图5为碳酸钠对尿素选择性非催化脱硝N2O生成的影响曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行说明：
图1为本发明的工艺流程，具体步骤为：
A、一次风混合煤粉7经主燃烧器6进入炉膛底部主燃区12形成含有NOx的烟气。
B、一次风与再循环烟气混合生物质燃料9经再燃燃烧器8进入炉膛，形成再燃还原区13。生物质颗粒在再燃还原区13低化学当量比条件下析出气相碳氢基、氨基等活性基团，与主燃区12形成的NOx反应形成N2，同时生物质焦炭与NOx在再燃还原区13发生异相还原反应，将主燃区12产生的NOx还原成N2。
C、从再燃还原区13上部的燃尽风喷口10喷入燃尽风11，形成燃尽区14，使未完全燃烧的可燃物完全燃烧。
D、压缩空气2与增压再循环烟气3进入混气装置4，形成雾化介质5。雾化介质5流经多个雾化喷嘴15将氨基还原剂与添加剂混合溶液1雾化喷入燃尽区14和水平烟道20。雾化喷嘴15布置于燃尽区14，以及前屏过热器16、后屏过热器17、再热器18、低温过热器19之间的区域。
在步骤A中所述的主燃区过量空气系数为0.8～2.0，煤粉占炉膛总燃料输入热的80％～90％。
在步骤B中所述的一次风与再循环烟气混合生物质燃料9中的再循环烟气占混合气的比例为30％～100％。再燃比即生物质燃料占炉膛总燃料输入热的10％～20％。再燃还原区13过量空气系数为0.8～0.9。一次风与再循环烟气混合气将生物质喷入再燃还原区13，这样有利于保证再燃所需的低化学当量比条件和强化生物质燃料射流的刚性以及和烟气的混合。
在步骤C中所述的燃尽区14过量空气系数为1.15～1.2。
在步骤D中，燃尽区14及水平烟道20布置的雾化喷嘴15对应炉膛中烟气温度范围800℃～1100℃。氨基还原剂溶液的喷入总量以还原剂产生的NHi与还原剂喷入前即燃尽区14烟气中NOx的摩尔比表示，NHi与烟气中NOx摩尔比为1.0～2.0。氨基还原剂溶液为氨水、尿素溶液、碳酸氢铵溶液的一种。添加剂为钠盐与乙醇摩尔比为1的混合物，喷入的钠盐和乙醇与烟气中NOx摩尔比为1/20～1/3。钠盐为碳酸钠、甲酸钠和乙酸钠的一种。雾化介质5中再循环烟气占雾化介质的比例为30％～100％，这样有利于保证氨基还原剂与添加剂混合溶液1的雾化射流刚性和烟气的混合。
图2为碳酸钠、乙醇对氨选择性非催化脱硝的影响曲线。实验条件为：烟气初始NOx浓度600ppm，氧浓度3％，氨氮摩尔比为1.5，碳酸钠、乙醇与NOx摩尔比为1/3。碳酸钠和乙醇可以向低温方向拓宽温度窗口50℃～100℃，向高温方向拓宽20℃，碳酸钠可以提高各反应温度下的脱硝效率。
图3为碳酸钠与乙醇对尿素选择性非催化脱硝的影响模拟曲线。实验条件为：烟气初始NOx浓度600ppm，氧浓度3％，氨氮摩尔比为1.5，碳酸钠、乙醇与NOx摩尔比为1/3。碳酸钠和乙醇可以向低温方向拓宽温度窗口50℃左右，碳酸钠可以提高温度窗口下的脱硝效率。
图4为不同添加量的碳酸钠与乙醇对氨和尿素选择性非催化脱硝过程中CO生成的影响曲线。实验条件为：烟气初始NOx浓度600ppm，氧浓度3％，氨氮摩尔比为1.5，反应温度1223K。随碳酸钠添加量增加，CO排放量降低，而随乙醇添加量增加，CO排放量增加。
图5为碳酸钠对尿素选择性非催化脱硝N2O生成的影响曲线。实验条件为：烟气初始NOx浓度500ppm，氧浓度3.9％，氨基还原剂为尿素，氨氮摩尔比为1.5，添加剂为碳酸钠，碳酸钠与NOx摩尔比为6％。实验与模拟均表明碳酸钠能明显降低N2O生成量。
通过调整生物质再燃比、NHi与烟气中NOx摩尔比、添加剂与烟气中NOx摩尔比，本方法的脱硝效率可以达到80％～92％。氨逃逸降低到5ppm以下，无明显的CO和N2O生成和排放。
Claims (7)
1.一种生物质直接再燃与选择性非催化还原复合脱硝方法，煤粉通过煤粉炉燃烧器进入煤粉炉炉膛底部主燃区形成含有NOx烟气，一次风与再循环的尾部烟气的混合生物质颗粒喷入炉膛中部，形成再燃还原区，将主燃区产生的部分NOx还原成N2，从再燃还原区上部喷入燃尽风形成燃尽区，其特征在于，采用循环烟气与压缩空气混合气作为雾化介质，将钠盐与乙醇混合物作为添加剂，通过喷嘴将氨基还原剂与添加剂混合溶液雾化喷入燃尽区域及下游水平烟道内，使烟气中NOx反应形成N2。
2.根据权利要求1所述的生物质直接再燃与选择性非催化还原复合脱硝方法，其特征在于主燃区过量空气系数为0.8～1.0，再燃还原区过量空气系数0.8～0.9；燃尽区过量空气系数1.15～1.2。
3.根据权利要求1和2所述的生物质直接再燃与选择性非催化还原复合脱硝方法，其特征在于煤粉炉炉膛主燃区投入煤的发热量占锅炉燃料总输入热的80％～90％，再燃区投入生物质的发热量占10％～20％。
4.根据权利要求1、2和3所述的生物质直接再燃与选择性非催化还原复合脱硝方法，其特征在于生物质喷入再燃还原区温度为1100℃～1400℃，燃尽风喷入口温度1100℃～1200℃。
5.根据权利要求1所述的生物质直接再燃与选择性非催化还原复合脱硝方法，其特征在于氨基还原剂与添加剂混合溶液经多个位置雾化喷入燃尽区及下游水平烟道，燃尽区及下游水平烟道的温度范围800℃～1100℃，氨基还原剂的喷入量以还原剂中NHi与烟气中NOx的摩尔比表示，其比值为1.0～2.0。
6.根据权利要求1和5所述的生物质直接再燃与选择性非催化还原复合脱硝方法，其特征在于添加剂为钠盐与乙醇摩尔比为1的混合物，喷入的钠盐、乙醇与烟气中NOx的摩尔比为1/20～1/3。
7.根据权利要求1和6所述的生物质直接再燃与选择性非催化还原复合脱硝方法，其特征在于：钠盐为碳酸钠、甲酸钠和乙酸钠的一种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100609 |