專利名稱：一種促進選擇性非催化還原氮氧化物的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在電站鍋爐、工業(yè)鍋爐等燃燒設備以及利用氨基還原劑脫除煙氣中NOx 的污染控制系統上進行選擇性非催化還原(SNCR)氮氧化物的工藝方法。
技術背景燃煤電站鍋爐及工業(yè)鍋爐排放大量的氮氧化物(NOx)污染，嚴峻的氮氧化物污染現狀要求 對各種鍋爐燃燒產生的NOx進行控制。通過燃燒控制方式減排NOx已不能滿足越來越嚴格 的排放標準，在進一步的NOx控制技術中，選擇性催化還原(SCR)技術脫硝效率高，然而投 資也最高，同時對已有機組的改造存在困難。再燃脫硝由于改變了爐內燃燒方式，容易引起 不完全燃燒的能量損失。選擇性非催化還原(SNCR)技術投資低廉，建設周期短，易于改造， 脫硝效率中等，是一種性價比較高的脫硝技術。再燃技術中將燃料分級送入爐膛燃燒， 一般將80-85%的主燃料和空氣通過燃燒器送入主 燃區(qū)，在過量空氣系數大于1的條件下進行充分燃燒，燃燒中形成NOx，在主燃區(qū)上部的再 燃區(qū)噴入15-20%的再燃燃料，消耗煙氣中的氧，形成富燃料的還原性氣氛，利用不完全燃燒 形成的碳氫化合物將NOx還原為N2，再燃區(qū)上部噴入燃盡風保證燃盡。燃燒方式的改變會 引起爐膛熱負荷分布的變化，影響過熱器、再熱器以及尾部受熱面的熱負荷，同時受再燃燃 料燃燒特性的限制，不完全燃燒損失增大。由再燃結合SNCR技術發(fā)展來的先進再燃，在再 燃區(qū)噴入氨基還原劑，可以進一步提高脫硝效率，然而燃料分級產生的影響依然存在。SNCR技術以爐膛煙道做為反應器，在合適的溫度(約950°。1150^)位置噴入含氮的還原 劑(氨，氨水，尿素，氰尿酸，有機或無機銨鹽如碳酸銨等)，無需催化劑，利用還原劑分解 產生的氨選擇性的將煙氣中的NOx還原為N2，從而降低煙氣中的NOx含量，這一過程稱為 選擇性非催化還原(Selective Non-Catalytic Reduction, SNCR)。適合SNCR脫硝反應的溫度區(qū) 間較為狹窄，在最佳反應溫度(約1000。C)下SNCR反應可以達到最高約90。/。的脫硝效率，因 此在SNCR技術中，為有效脫除煙氣中的NOx，需要在合適的溫度位置噴入還原劑，并保證 噴入的還原劑在適宜的溫度區(qū)間保持足夠的停留時間以充分反應，同時還原劑與煙氣的混合 程度也是影響脫硝效率的重要因素。在鍋爐煙道內適合SNCR反應的溫度區(qū)間大概處于鍋爐 折焰角附近，臨近對流換熱面，隨著煙氣流動，溫度迅速降低，溫度梯度較大，適宜SNCR 反應的溫度區(qū)間狹窄，停留時間有限，噴入的還原劑難以與煙氣有效混合并充分反應，很快 就脫離出適宜SNCR反應的溫度區(qū)間，導致SNCR技術在實際應用中脫硝效率只能達到 30%-50%，而未完全反應的氨存在于尾部煙道中，形成較高的氨泄漏(15-20ppm)，容易引起 尾部煙道的沾污、腐蝕和堵塞，同時也會影響飛灰的再利用，形成二次污染。在實際應用中，由于煙氣溫度隨鍋爐的負荷改變，經常在多個水平位置設置多層的還原劑噴嘴陣列，以保證 在合適的溫度位置噴入還原劑。適宜SNCR反應的溫度區(qū)間較為狹窄，在鍋爐煙道內溫度迅速降低的條件下，還原劑的 停留時間有限，噴入的還原劑難與煙氣中的NOx充分反應，導致SNCR技術的脫硝效率較低， 而氨泄漏較高。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的試針對在SNCR脫硝實際應用中，爐內適宜SNCR反應的溫度區(qū)間狹窄， 噴入的還原劑隨煙氣流動溫度迅速降低，在合適的溫度區(qū)間內停留時間較短，還原劑難以與 煙氣中的NOx充分反應，導致脫硝效率較低以及較高的氨泄漏等問題，提出一種促進選擇性 非催化還原氮氧化物的方法，該方法通過在SNCR反應區(qū)噴入微量的添加劑，而不是做為還 原劑，促進氨在較低的反應溫度下有效的還原煙氣中的NOx，在鍋爐煙道內溫度迅速降低的 條件下，拓寬SNCR反應有效的溫度區(qū)間，并加速脫硝反應速率，從而提高脫硝效率，降低 氨泄漏。本發(fā)明的技術方案如下一種促進選擇性非催化還原氮氧化物的方法，其特征在于，該方法是在選擇性非催化還 原反應區(qū)或反應區(qū)后部噴入超細煤粉、天然氣或合成氣作為添加劑，利用添加劑促進選擇性 非催化還原氮氧化物。本發(fā)明的上述技術方案中，噴入添加劑時的優(yōu)選反應溫度為600。C 1000。C，選擇性非 催化還原劑的噴入量以還原劑中的NH3與煙氣中的NO的摩爾比表示，NHb與NO的優(yōu)選比 值為0.8 3.0;超細煤粉添加劑的加入量以煤粉質量與煙氣中NO的物質的量之比進行表示， 兩者的優(yōu)選比值為大于0小于150g/mol;天然氣添加劑的加入量以天然氣中CH4的含量與煙 氣中NO的含量的摩爾比表示，兩者的優(yōu)選比值為大于0小于2.0;合成氣添加劑的加入量以 合成氣中CH4的含量與煙氣中NO的含量的摩爾比表示，兩者的優(yōu)選比值為大于0小于3.0。與現有技術相比，本發(fā)明申請具有以下優(yōu)點① 加入添加劑使SNCR脫硝的有效溫度區(qū)間向低溫方向拓展，改善了常規(guī)SNCR過程 由于爐膛煙道內溫度迅速降低而不能充分反應的狀況。② 加入添加劑后不僅可拓寬SNCR反應有效的溫度區(qū)間，還可加快SNCR反應速率， 改善了常規(guī)SNCR反應在適宜的溫度區(qū)間停留時間較短的狀況。③ 加入添加劑可提高氨基還原劑在較低溫度下的反應活性，提高還原劑的利用效率，降 低氨泄漏。④ 本發(fā)明采用的添加劑(超細煤粉、天然氣或合成氣)廉價易得，采用的系統對設備的改 造簡便，便于實施，并可顯著提高常規(guī)SNCR過程的脫硝效率。⑤ 本發(fā)明中加入的超細煤粉、天然氣或合成氣量很少，做為SNCR反應的助劑，不會對爐內燃燒過程產生影響，在反應過程中不會產生明顯的二次污染。


圖1是實施例1煤粉爐內加入超細煤粉促進SNCR脫硝過程的裝置結構示意圖。 圖2是加入超細煤粉對SNCR反應促進效果的曲線。圖3是實施例2煤粉爐內加入天然氣促進SNCR脫硝過程的裝置結構示意圖。 圖4是加入天然氣對SNCR反應促進效果的曲線。圖5是實施例3煤粉爐內加入合成促進SNCR脫硝過程的裝置結構示意圖。 以上各圖中，l一燃燒裝置；2—燃燒器；3 —爐膛內部；4一還原劑供應裝置；5—還原劑噴嘴，6 —添加劑供應裝置；7 — SNCR反應區(qū)；8 —反應區(qū)后部；9一添加劑噴嘴；IO —折焰角。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明的原理及具體實施作進一步的說明。本發(fā)明提供的一種促進選擇 性非催化還原氮氧化物的方法，其技術方案是在選擇性非催化還原反應區(qū)或在反應區(qū)后部伴 隨還原劑噴入微量的超細煤粉、天然氣或合成氣，也可以單獨在反應區(qū)后部噴入，噴入添加劑時的反應溫度一般在600。C 1000。C，利用添加劑促進選擇性非催化還原氮氧化物。加入 的添加劑氧化過程提供激發(fā)SNCR鏈式反應的關鍵基元0H，促進還原劑在較低的反應溫度 下依然有效還原N0x，降低并拓寬SNCR反應中有效還原N0x的溫度區(qū)間，同時加入添加 劑還可以提高SNCR反應速率，使SNCR還原劑在有限的溫度區(qū)間和停留時間內，更充分的 還原N0x，達到提高脫硝效率和降低氨泄漏的目的。本發(fā)明涉及產生包含氮氧化物煙氣的燃燒礦物燃料的電站鍋爐或工業(yè)鍋爐，以及利用氨 基還原劑脫除煙氣中NOx的污染控制系統，特別是SNCR系統，其通過把氨基還原劑注入爐 膛煙道中以將煙氣中的N0x還原為N2和水，SNCR系統包括氨基還原劑的儲存、輸送管路 和噴射系統。該方法還包括一種添加劑注入系統，該添加劑注入系統將超細煤粉、天然氣或 合成氣注入煙道中的SNCR反應區(qū)，并可有效控制超細煤粉或天然氣的加入量，以促進氨基 還原劑選擇性還原NOx的過程，提高脫硝效率，并降低氨泄漏。圖1顯示具有SNCR系統的燃燒裝置1，燃燒裝置1可以是在爐膛內部3完成燃燒的任 何設備，優(yōu)選的燃燒裝置包括電站鍋爐和工業(yè)鍋爐，用于通過沒有顯示的傳統裝置產生蒸汽。 燃燒裝置l的側壁或末端壁設置燃燒器2，由燃燒器2送入燃料和空氣，在爐膛內部3燃燒， 適合的燃料包括燃料油、煤粉和石油焦炭等，燃料中含結合氮，燃燒過程生成含有NOx的煙 氣。燃燒裝置1的中上部設置還原劑噴嘴5，通過常規(guī)裝置從還原劑供應裝置4通過多個還 原劑噴嘴5向還SNCR反應區(qū)7噴入還原劑，優(yōu)選的噴入還原劑位置溫度約為1000°C左右。 優(yōu)選的還原劑實例包括氨、尿素、氰尿酸、無機和有機銨鹽如碳酸銨，以及它們的混合物。加入的還原劑量，以NHs與NO的摩爾比進行表示，優(yōu)選的范圍為0.8 3.0。伴隨SNCR系 統設置添加劑注入系統，通過常規(guī)裝置從添加劑供應裝置6與添加劑噴嘴5連接。優(yōu)選的添 加劑為超細煤粉、天然氣和合成氣。在爐膛內部3燃燒形成的包含NOx的煙氣在鍋爐折焰角IO位置溫度降至約1000°C，此 溫度適宜SNCR反應發(fā)生，常規(guī)SNCR反應通過還原劑噴嘴5將氨基還原劑噴入爐內SNCR 反應區(qū)7，在SNCR反應區(qū)7高溫條件下還原劑分解生成NH3，NH3選擇性的將煙氣中的NOx 還原為N2和水。由SNCR反應機理可知，NH3需要轉化為NH2才能有效的與煙氣中的NOx 反應，將之還原為N2和水，使NH3轉化為NH2的關鍵基元是OH等活性基元。在SNCR反 應區(qū)7后部緊鄰對流換熱面，煙氣溫度迅速降低，OH等活性基元含量隨之降低，不足以激 發(fā)SNCR反應，NH3不能繼續(xù)有效的還原NOx， NOx還原量急劇下降，即使還原劑與煙氣均 勻混合，也只有不到30%的NOx被還原。本發(fā)明在SNCR反應區(qū)7或反應區(qū)后部8內注入超細煤粉、天然氣或合成氣添加劑，添 加劑的氧化過程使反應氣氛中的OH等活性基元量增加，從而激發(fā)NH3形成NH2，在較低的 反應溫度下有效的還原NOx，同時由于加入添加劑使活性基元量增加，提高SNCR反應速率， 促使SNCR反應在更短的時間內完成，縮短脫硝反應所需的時間，提高氨基還原劑的利用效 率，提高脫硝效率，減少氨泄漏。實施例1一種加入超細煤粉添加劑促進SNCR脫硝過程的方法，包括SNCR還原劑供應裝置4和 還原劑噴嘴5，超細煤粉添加劑供應裝置6。如圖1所示，燃料在爐膛內部3燃燒，生成含有NOx的煙氣，煙氣在折焰角10位置溫 度下降至約1000。C，達到適宜SNCR反應的溫度位置，之后煙氣流動進入對流換熱區(qū)，溫度 迅速降低，在二級過熱器后部降至不到卯0°(2，脫離最佳的SNCR反應溫度區(qū)間。在折焰角 10位置布置還原劑噴嘴5，還原劑由還原劑供應裝置4供給并通過噴嘴5注入SNCR反應區(qū) 7, SNCR還原劑的噴入量以NH3與NO的摩爾比進行表示，優(yōu)選的值為0.8-3.0，超細煤粉添 加劑的加入量以煤粉質量與煙氣中NO的物質的量之比進行表示，優(yōu)選的值為大于小于 150g/mol。超細煤粉通過添加劑供應裝置6供給，并隨氨基還原劑噴入SNCR反應區(qū)7。添 加劑的氧化過程使反應氣氛中OH等活性基元增加，提高SNCR反應的速率，使SNCR反應 在狹窄的溫度區(qū)間和較短的停留時間內更充分的進行，而且加入添加劑使適宜SNCR反應的 溫度區(qū)間向低溫方向偏移，促進氨基還原劑在600°C-1000°C的反應溫度下依然有效的還原煙 氣中的NOx，從而提高SNCR反應過程的脫硝效率，降低氨泄漏。加入超細煤粉對SNCR反 應脫硝過程的促進作用見圖2。加入的超細煤粉在高溫和氧化性的煙氣氣氛中被氧化為C02， 不產生明顯的二次污染。本實施實例可保證使常規(guī)SNCR過程的脫硝效率提高10%-30%，氨泄漏降低到5-15ppm。實施例2一種加入天然氣添加劑促進SNCR脫硝過程的工藝，包括SNCR還原劑供應裝置4和還 原劑噴嘴5，天然氣添加劑供應裝置6。如圖3所示，燃料在爐膛內部3燃燒，生成含有NOx的煙氣，煙氣在折焰角10位置溫 度下降至約1000。C，達到適宜SNCR反應的溫度位置，之后煙氣流動進入反應區(qū)后部8，溫 度迅速降低，在二級過熱器后部降至不到900。C，脫離最佳的SNCR反應溫度區(qū)間。在折焰 角10位置以及過熱器和再熱器之間布置多層的還原劑噴嘴5，還原劑由還原劑供應裝置4供 給并通過噴嘴5注入SNCR反應區(qū)7和反應區(qū)后部8， SNCR還原劑的噴入量以NH3與NO 的摩爾比進行表示，優(yōu)選的值為0.8-2.0，天然氣添加劑的加入量以天然氣中CH4的含量與煙 氣中NO的含量的摩爾比表示，兩者的比值為大于0小于2.0;天然氣添加劑通過添加劑供應 裝置6供給，并隨還原劑噴入SNCR反應區(qū)7和反應區(qū)后部8，在反應區(qū)后部8位置由于溫 度較低，常規(guī)SNCR反應不能充分進行。添加劑的氧化過程使反應氣氛中OH等活性基元增 加，提高SNCR反應的速率，使SNCR反應在狹窄的溫度區(qū)間和較短的停留時間內更充分的 進行。通過常規(guī)裝置控制添加劑的注入量，在SNCR反應區(qū)7內噴入較少的添加劑，而在反 應區(qū)后部8內噴入相對較多的添加劑，使適宜SNCR反應的溫度區(qū)間向低溫方向偏移，促進 氨基還原劑在600。C-1000°C較低溫度下依然有效的還原煙氣中的NOx，即使在二級過熱器后 部的溫度條件下仍可有效脫除NOx，從而提高SNCR反應過程的脫硝效率，降低氨泄漏。加 入天然氣對SNCR反應脫硝過程的促進作用見圖4。同時加入的天然氣添加劑，在高溫和氧 化性的煙氣氣氛中被氧化為C02，不產生明顯的二次污染。本實施實例可保證使常規(guī)SNCR過程的脫硝效率提高10%-30%，氨泄漏降低到5-15ppm。實施例3一種加入合成氣添加劑促進SNCR脫硝過程的工藝，包括SNCR還原劑供應裝置4和還 原劑噴嘴5，合成氣添加劑供應裝置6和添加劑噴嘴9。如圖5所示，燃料在爐膛內部3燃燒，生成含有NOx的煙氣，煙氣在折焰角10位置溫 度下降至約1000。C，達到適宜SNCR反應的溫度位置，之后煙氣流動進入反應區(qū)后部8，溫 度迅速降低，在二級過熱器后部降至不到900。C，脫離最佳的SNCR反應溫度區(qū)間。在折焰 角10位置布置還原劑噴嘴5，還原劑由還原劑供應裝置4供給并通過還原劑噴嘴5噴入SNCR 反應區(qū)7， SNCR還原劑的噴入量以NH3與NO的摩爾比進行表示，優(yōu)選的值為0.8-2.0。噴 入的還原劑在SNCR反應區(qū)7內與煙氣中NOx發(fā)生常規(guī)SNCR反應，未完全反應的還原劑 隨煙氣流動進入反應區(qū)后部8，溫度降低不再適宜常規(guī)SNCR反應，在屏區(qū)合適位置由添加 劑供應裝置6供給并通過添加劑噴嘴9噴入適量添加劑，熱解氣添加劑噴入量以合成氣中碳 氫化合物含量與NO的摩爾比表示，兩者的比值為大于0小于3.0。，添加劑的氧化過程使反 應氣氛中OH等活性基元增加，提高SNCR反應的速率，并使適宜SNCR反應的溫度區(qū)間向低溫方向偏移，促進氨基還原劑在600GC-1000。C的較低溫度下依然有效的還原煙氣中的NOx， 拓寬適宜SNCR反應的溫度區(qū)間，從而提高SNCR反應過程的脫硝效率，降低氨泄漏。同時 加入的合成氣添加劑，在高溫和氧化性的煙氣氣氛中被氧化為C02，不產生明顯的二次污染。 本實施實例可保證使常規(guī)SNCR過程的脫硝效率提高10%-30%,氨泄漏降低到5-15ppm。
權利要求
1.一種促進選擇性非催化還原氮氧化物的方法，其特征在于，該方法是在選擇性非催化還原反應區(qū)或反應區(qū)后部噴入超細煤粉、天然氣或合成氣作為添加劑，利用添加劑促進選擇性非催化還原氮氧化物。
2. 按照權利要求1所述的選擇性非催化還原氮氧化物的方法，其特征在于噴入添加劑時的反應溫度為600。C 1000。C，選擇性非催化還原劑的噴入量以還原劑中的NH3與煙氣中 的NO的摩爾比表示，NH3與NO的比值為0.8 3.0;超細煤粉添加劑的加入量以煤粉質量與 煙氣中NO的物質的量之比進行表示，兩者的比值為大于O小于150g/mol;天然氣添加劑的 加入量以天然氣中CH4的含量與煙氣中NO的含量的摩爾比表示，兩者的比值為大于0小于 2.0;合成氣添加劑的加入量以合成氣中CH4的含量與煙氣中NO的含量的摩爾比表示，兩者 的比值為大于0小于3.0。
全文摘要
一種促進選擇性非催化還原氮氧化物的方法，涉及一種在電廠鍋爐和工業(yè)爐等燃燒設備上選擇性非催化還原(SNCR)脫硝過程中加入添加劑促進脫硝過程的工藝方法，屬于氮氧化物控制技術領域。本發(fā)明針對常規(guī)SNCR脫硝技術應用中存在的合適的溫度區(qū)間狹窄和反應停留時間不足的問題，公開了一種以超細煤粉、天然氣或合成氣為添加劑的選擇性非催化還原氮氧化物的方法，從而提高了脫硝反應速率，拓寬了適宜SNCR反應的溫度區(qū)間，提高了脫硝率并降低了氨泄漏。本發(fā)明方法改造簡便，便于實施，采用的添加劑廉價易得，用量很少，不會對爐內燃燒過程產生影響，也不會產生明顯的二次污染。
文檔編號B01D53/56GK101244361SQ20081010237
公開日2008年8月20日 申請日期2008年3月21日 優(yōu)先權日2008年3月21日
發(fā)明者張彥文, 李振山, 波 胥, 蔡寧生 申請人:清華大學