CN102966945A - 降低生物质循环流化床锅炉氮氧化物排放的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低生物质循环流化床锅炉氮氧化物排放的方法，包括如下步骤：1）将流化床锅炉排出的烟气导入除尘器中，去除其中绝大部分的粉尘杂质，获得较为洁净的烟气；2）将所得较为洁净的烟气中的一部分从流化床锅炉的一次风入口引入到一次风室中进行循环，以降低一次风的氧含量，进而降低流化床锅炉的炉膛燃烧温度；3）与此同时，将脱氮还原剂从流化床锅炉的二次风入口喷入其中，利用二次风使雾化的脱氮还原剂与炉膛内的烟气充分混合，进而使其中的氮氧化物与脱氮还原剂发生化学反应而被脱除。该方法工艺简单实用，不需要对生物质循环流化床锅炉进行大的改造，投资成本低，降低氮氧化物排放效果显著。

Description

降低生物质循环流化床锅炉氮氧化物排放的方法
技术领域
本发明涉及生物质循环流化床锅炉，具体地指一种降低生物质循环流化床锅炉氮氧化物排放的方法。
背景技术
在现有的锅炉、熔炉、焚烧炉等大型燃烧设备中，多使用燃尽风***（OFA，Overfire Air）来降低污染物的排放，即将燃料（可为煤粉、燃油、天然气等）和二次风（指自炉排上部高速喷入炉膛的若干股气流所构成的风，可为空气、氧气等）一起喷入炉膛的燃烧区并使之燃烧，并向燃烧区上方喷入燃尽风（为降低NOx的生成，炉膛内采用分级送风方式在主燃烧器上部单独送入的热风，以使可燃物在后期进一步燃尽）以形成完全燃烧区，从而实现燃烧的最大化，减少污染物的产生。但即使采用了燃尽风***，燃烧生成的炉膛烟气中仍会含有一定量的氮氧化物（NOx，主要为NO和NO2），而氮氧化物会导致酸雨、光化学雾等污染。为了进一步降低排放的烟气中氮氧化物的含量，可使用选择性非催化还原法（SNCR,SelectiveNon-CatalyticReduction），即将能选择性地把氮氧化物还原为氮气的还原剂注入炉膛温度为850~1100℃的烟气中，从而降低炉膛烟气中氮氧化物的含量，其中还原剂可通过设在折焰角下方的喷口喷入。
目前，生物质燃烧发电设备大多采用生物质循环流化床锅炉，它的氮氧化物排放量比燃煤锅炉要小，一般在200mg/m3左右，略超国家标准的100mg/m3。由于生物质循环流化床锅炉的装机容量较小，如果采用选择性催化还原法（SCR）进行脱氮，其投资大、成本较高；而使用传统的选择性非催化还原法（SNCR）进行脱氮，其采用的还原剂如尿素水溶液将会携带大量的水份进入炉内，以使水滴携带尿素能够到达炉膛的深部与烟气充分混合，但由于生物质燃料本身含水量就比较高，进入大量的水份将使烟气的热量被水的汽化潜热所消耗，所以会导致生物质循环流化床锅炉的效率下降。
为了解决上述问题，公开号为CN201748452U的中国专利提供了一种选择性非催化还原***和燃烧***相结合的降低氮氧化物***，其在炉本体侧壁上设有燃料喷口，用于将燃料和二次风喷入炉膛中，在炉本体侧壁上高于燃料喷口的位置设有燃尽风喷口，在燃尽风喷口处设有液态还原剂喷雾器，使液态还原剂形成液滴随燃尽风一同喷入炉膛。由于燃尽风的风量比二次风要小，与烟气的混合效果也比较差，且利用此结构喷入炉膛的还原剂溶液浓度偏低，依然存在进入炉内水份过高、脱氮效果较差、锅炉效率降低的问题。
发明内容
本发明的目的就是要克服现有技术存在的缺陷，提供一种脱氮效果显著、且工艺简单、经济实用的降低生物质循环流化床锅炉氮氧化物排放的方法。
为实现上述目的，本发明所设计的降低生物质循环流化床锅炉氮氧化物排放的方法，包括以下步骤：
1）将生物质循环流化床锅炉排出的烟气导入除尘器中，去除其中绝大部分的粉尘杂质，获得较为洁净的烟气；
2）将所得较为洁净的烟气中的一部分从生物质循环流化床锅炉的一次风入口引入到一次风室中进行循环，以降低一次风的氧含量，进而降低生物质循环流化床锅炉的炉膛燃烧温度；
3）与此同时，将脱氮还原剂从生物质循环流化床锅炉的二次风入口喷入其中，利用二次风使雾化的脱氮还原剂与炉膛内的烟气充分混合，进而使其中的氮氧化物与脱氮还原剂发生化学反应而被脱除。
优选地，所述步骤3）中，脱氮还原剂采用尿素水溶液、氨水溶液、胺化合物水溶液中的一种，各溶液的质量百分比浓度为40~60%。这样，高浓度的脱氮还原剂可使进入生物质循环流化床锅炉内的水量较少，避免大量水份导致热烟气被水的汽化潜热消耗过多，保证生物质循环流化床锅炉的热效率。
优选地，所述步骤3）中，脱氮还原剂雾滴颗粒的平均直径为100~1000μm。由于微米级的雾滴颗粒具有极大的比表面积，可以使脱氮还原剂与烟气充分接触混合。
优选地，所述步骤3）中，通过调整二次风喷入时的温度，控制生物质循环流化床锅炉的二次风入口处的炉膛温度在800~900℃的范围内。这个温度在脱氮还原剂与氮氧化物发生反应的最佳温度区间850~1100℃之内，可以确保脱氮还原剂与氮氧化物充分反应。
优选地，所述步骤2）中，通过调整引入到一次风室中的循环烟气量，使炉膛底部处于欠氧燃烧状态，来控制生物质循环流化床锅炉的燃料入口处炉膛温度在800~900℃的范围内。这样，保持炉膛各处温度一致，可避免炉内局部温度过高而导致的爆燃，减少燃料氮的产生，同时避免燃料的结渣、聚团，进而提高锅炉的效率。
优选地，所述步骤3）中，将生物质循环流化床锅炉内脱氮还原剂与氮氧化物反应的停留时间控制在0.5~2s的范围内。该停留时间可确保脱氮还原剂与氮氧化物充分反应。
本发明的优点在于：将生物质循环流化床锅炉的烟气经除尘器除尘处理后送入一次风室，降低了一次风的氧含量，降低炉膛的燃烧温度，减少氮氧化物的生成；锅炉炉内接近二次风入口处的温度在800℃~900℃的温度区间，这个温度区间在脱氮还原剂脱氮反应的最佳温度区间之内，同时利用二次风能够在炉内与烟气混合良好的特点，使携带脱氮还原剂的雾化颗粒也能够与烟气进行良好的混合，得到较好的脱氮效果。传统脱氮使用的还原剂一般为10%的稀溶液，会带入大量的水，使烟气中的水份增加，降低锅炉效率，本发明在二次风入口处喷入高浓度的脱氮还原剂，降低了入炉的水含量，在保证脱氮效果的基础上提高了锅炉效率。
综上所述，本发明采用烟气再循环和在二次风入口处喷高浓度脱氮还原剂相结合的方法有效解决了烟气脱氮与锅炉效率下降的问题。同时，本发明工艺简单实用，不需要对生物质循环流化床锅炉进行大的改造，投资成本低，降低氮氧化物排放效果显著。
附图说明
图1为采用本发明方法的生物质循环流化床锅炉的连接结构示意图。
图中各部件标号如下：生物质循环流化床锅炉1、二次风入口1a、一次风入口1b、旋流分离器1c、一次风室1d、燃料入口1e、除尘器2、烟囱3。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图中所示的生物质循环流化床锅炉1，其侧壁上部设有二次风入口1a，其侧壁下部设有燃料入口1e，其底部设有一次风室1d，一次风室1d上设有一次风入口1b，其顶部烟气出口通过烟气管道与旋流分离器1c的输入端相连，旋流分离器1c的下部连有通往生物质循环流化床锅炉1的绝热返料管道，旋流分离器1c的上部烟气出口通过烟气管道与除尘器2的进口相连，除尘器2的出口分为两路，分别与烟囱3以及一次风入口1b相通。同时，除尘器2通往一次风入口1b的烟气管道上设有流量控制阀。而二次风入口1a处设有脱氮还原剂喷嘴。
本发明降低生物质循环流化床锅炉氮氧化物排放的方法是这样实现的：
首先，生物质燃料从燃料入口1e进入生物质循环流化床锅炉1，进行燃烧，产生的烟气自锅炉顶部进入旋流分离器1c，将未燃尽的生物质燃料分离出来，并通过绝热返料管道返回到锅炉中重新燃烧，从旋流分离器1c分离出的烟气导入除尘器2中，去除其中绝大部分的粉尘杂质，获得较为洁净的烟气，所得较为洁净的烟气中的一部分通往烟囱3，排入大气；剩余烟气从生物质循环流化床锅炉1的一次风入口1b引入到一次风室1d中进行循环，以降低一次风的氧含量，进而降低生物质循环流化床锅炉1的炉膛燃烧温度。所引入一次风室1d的烟气量可以根据实际工况通过设置在除尘器2通往一次风入口1b的烟气管道上的流量控制阀进行调整，使炉膛底部处于欠氧燃烧状态，从而使燃料入口1e处炉膛温度控制在800~900℃的范围内，避免局部爆燃、超温的发生，减少燃料氮的生成，减少燃料的结渣、聚团，提高锅炉的热效率。
与此同时，脱氮还原剂由生物质循环流化床锅炉1的二次风入口1a处喷出，与二次风混合后导入炉膛，利用二次风使雾化的脱氮还原剂与炉膛内的烟气充分混合，进而使其中的氮氧化物与脱氮还原剂发生化学反应而被脱除。脱氮还原剂可选用尿素水溶液、氨水、胺化合物水溶液中的一种，各溶液的百分比浓度为40%~60%。本实施例中，优选质量百分比浓度为50%的尿素水溶液。该尿素水溶液通过喷射方式雾化成平均直径为100~1000μm雾化液滴颗粒，利用二次风与烟气充分混合，由于尿素水溶液的浓度很高，水含量很少，因而避免了大量水份使热烟气的热量被水的汽化潜热消耗过多的不足，同时使锅炉不会因为喷入大量的水而降低效率。通过调整二次风喷入时的温度，控制生物质循环流化床锅炉1的二次风入口1a处的炉膛温度在800~900℃的范围内，并将尿素水溶液与氮氧化物反应的停留时间控制在0.5~1s的范围内，这样尿素水溶液将与炉膛内的氮氧化物充分反应，最大限度地降低生物质循环流化床锅炉1排放物中的氮氧化物，从而在不污染环境的同时，保证生物质循环流化床锅炉1的热效率。

Claims (10)

1.一种降低生物质循环流化床锅炉氮氧化物排放的方法，包括以下步骤：
1）将生物质循环流化床锅炉（1）排出的烟气导入除尘器（2）中，去除其中绝大部分的粉尘杂质，获得较为洁净的烟气；
2）将所得较为洁净的烟气中的一部分从生物质循环流化床锅炉（1）的一次风入口（1b）引入到一次风室（1d）中进行循环，以降低一次风的氧含量，进而降低生物质循环流化床锅炉（1）的炉膛燃烧温度；
3）与此同时，将脱氮还原剂从生物质循环流化床锅炉（1）的二次风入口（1a）喷入其中，利用二次风使雾化的脱氮还原剂与炉膛内的烟气充分混合，进而使其中的氮氧化物与脱氮还原剂发生化学反应而被脱除。
2.根据权利要求1所述的降低生物质循环流化床锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：所述步骤3）中，脱氮还原剂采用尿素水溶液、氨水溶液、胺化合物水溶液中的一种，各溶液的质量百分比浓度为40~60%。
3.根据权利要求2所述的降低生物质循环流化床锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：所述步骤3）中，脱氮还原剂雾滴颗粒的平均直径为100~1000μm。
4.根据权利要求1或2或3所述的降低生物质循环流化床锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：所述步骤3）中，通过调整二次风喷入时的温度，控制生物质循环流化床锅炉（1）的二次风入口（1a）处的炉膛温度在800~900℃的范围内。
5.根据权利要求1或2或3所述的降低生物质循环流化床锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：所述步骤2）中，通过调整引入到一次风室（1d）中的循环烟气量，使炉膛底部处于欠氧燃烧状态，来控制生物质循环流化床锅炉（1）的燃料入口（1e）处炉膛温度在800~900℃的范围内。
6.根据权利要求4所述的降低生物质循环流化床锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：所述步骤2）中，通过调整引入到一次风室（1d）中的循环烟气量，使炉膛底部处于欠氧燃烧状态，来控制生物质循环流化床锅炉（1）的燃料入口（1e）处炉膛温度在800~900℃的范围内。
7.根据权利要求1或2或3所述的降低生物质循环流化床锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：所述步骤3）中，将生物质循环流化床锅炉（1）内脱氮还原剂与氮氧化物反应的停留时间控制在0.5~2s的范围内。
8.根据权利要求4所述的降低生物质循环流化床锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：所述步骤3）中，将生物质循环流化床锅炉（1）内脱氮还原剂与氮氧化物反应的停留时间控制在0.5~2s的范围内。
9.根据权利要求5所述的降低生物质循环流化床锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：所述步骤3）中，将生物质循环流化床锅炉（1）内脱氮还原剂与氮氧化物反应的停留时间控制在0.5~2s的范围内。
10.根据权利要求6所述的降低生物质循环流化床锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：所述步骤3）中，将生物质循环流化床锅炉（1）内脱氮还原剂与氮氧化物反应的停留时间控制在0.5~2s的范围内。
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