一種燃煤電站鍋爐生物質再燃脫硝劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種燃煤電站鍋爐生物質再燃脫硝劑及其制備方法，基于高級再燃脫硝技術原理，以生物質能利用和燃煤煙氣氮氧化物（NOx）控制為背景，采用生物質/生物質炭、堿金屬鹽（KCl、NaCl、Na2CO3等）以及添加劑（尿素、Fe2O3等）制備的生物質再燃脫硝劑來控制燃煤煙氣NOx排放。本發(fā)明通過對生物質原料預處理（風干、粉碎、篩分）、低溫熱解（200-300℃、10～30min、氮氣氣氛）、溶液（Na2CO3、NaCl和KCl）噴淋或浸漬以及添加劑（尿素、Fe2O3）的機械混合等處理過程，制得含水率低、能量密度高、易粉碎、適宜儲藏和長距離運輸?shù)纳镔|再燃脫硝劑。該發(fā)明具有原料來源廣泛、制備過程簡單、成本低和脫硝效率高等特點，適用于燃煤電站以及垃圾焚燒等領域煙氣中氮氧化物的排放控制。
【專利說明】一種燃煤電站鍋爐生物質再燃脫硝劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃煤電站鍋爐生物質再燃脫硝劑及其制備方法，屬于生物質能利用與燃煤鍋爐煙氣脫硝【技術領域】。
【背景技術】
[0002]我國是以煤為主的能源消耗大國。2011年，我國火電氮氧化物(NOx)排放量高達1050萬噸，占全國排放總量的40%以上，其快速增長加劇了地區(qū)酸雨惡化，部分抵消了我國在SO2減排上付出的努力。2012年實施的國家標準《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)對燃煤電站氮氧化物排放限值做了明確規(guī)定，要求燃煤電站鍋爐氮氧化物排放濃度不得高于100mg/m3，這對燃煤鍋爐氮氧化物控制技術提出了新的挑戰(zhàn)。
[0003]目前，氮氧化物控制技術可分為燃燒改進和尾部煙氣脫硝兩大類，主要有低NOx燃燒器(Low-NOx Burner, LNB)、燃料再燃(Fuel reburning)、選擇性非催化還原(SelectiveNon-Catalytic Reduction, SNCR)和選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduction,SCR)等。LNB技術投資成本較低，基本不需要運行費用，但其NOx脫除效率較低，不能滿足NOx排放控制的要求。SNCR和SCR是目前廣泛使用的煙氣脫硝技術，其中SCR不僅需要一定的投資費用和安裝空間，而且其所需的催化劑價格昂貴；SNCR同樣存在脫硝還原劑耗量大、脫硝效率較低以及難以滿足NOx排放控制要求等缺陷。燃料再燃脫硝技術具有鍋爐改造小、運行費用低、脫硝效率高、適用性廣等優(yōu)點，被認為是一種極具應用前景的脫硝技術。
[0004]燃料再燃 技術主要特點是將爐內燃燒過程沿爐膛高度分成主燃燒區(qū)、再燃區(qū)和燃燼區(qū)，將80%_90%的燃料送入主燃燒區(qū)(α >1)，10%_20%的燃料送入再燃燒區(qū)(α < I)。在再燃區(qū)還原性氣氛下，使得主燃區(qū)內生成的NOx還原為N2，最后在燃燼區(qū)內補入部分空氣，保證燃燒產(chǎn)物完全燃燒。再燃燃料有天然氣、油、煤和生物質等。天然氣是最佳的再燃燃料，但是由于天然氣價格較高，且儲量有限，不適合大規(guī)模推廣。研究表明，褐煤及超細煤粉也是一種很好的再燃燃料，但單純采用煤粉再燃技術，對煤粉細度要求較高(通常< 10 μ m)，同時存在燃燒效率低、飛灰含碳量大、脫硝效率較低等缺點。生物質具有低硫、低氮、高揮發(fā)份、高灰焦活性和零CO2凈排放等特點，是一種優(yōu)質的再燃燃料。我國的生物質資源豐富，種類繁多。據(jù)測算，我國可開發(fā)的生物質能資源總量近期約為5億噸標準煤/年，遠期約為10億噸標準煤/年。但是，由于生物質存在含水率高、熱值和能量密度低、易腐爛、不宜長期儲存與長距離運輸?shù)热毕?，限制了其大?guī)模利用。因此，如何結合生物質的特點，將生物質能利用與燃煤污染物控制有效結合是當前能源環(huán)境領域亟待解決的問題。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有再燃脫硝技術存在的再燃燃料系統(tǒng)復雜、運行成本高、飛灰含碳量高以及脫硝效率低等缺陷，提供一種廉價高效的生物質再燃脫硝劑及其制備方法。
[0006]本發(fā)明是以農林生物質(秸桿、稻殼、木屑、樹枝等)為原料，首先，將進行風干、剪切、粉碎、篩分以及壓縮成型等預處理工藝，制成粒徑小于5cm的生物質顆粒；接著，在熱解溫度為200-300°C、熱解時間為10-30min、且隔絕空氣條件下對生物質顆粒進行低溫熱解，獲得生物質炭，再經(jīng)過粉碎工藝制得粒徑小于0.5mm生物質炭粉；最后，將生物質炭粉進行溶液噴淋或浸潰以及添加劑(如Fe2O3、尿素等)的機械混合，并經(jīng)干燥后制得生物質再燃脫硝劑。
[0007]本發(fā)明所涉及的一種燃煤電站鍋爐生物質再燃脫硝劑，由浸潰生物質炭粉和添加劑顆粒組成的復合生物質炭粉，其中，所述浸潰生物質炭粉的含水率小于10%，其粒徑小于
0.5mm ;所述添加劑顆粒為Fe2O3和尿素顆粒，F(xiàn)e2O3顆粒占脫硝劑的質量比小于0.5%，尿素顆粒占脫硝劑的質量百分比小于2.5%
[0008]制備上述生物質再燃脫硝劑的方法和過程如下:
[0009]I)生物質原料預處理:選取農林生物質(如稻桿、麥桿、稻殼、木屑、樹枝、竹子等)，將生物質原料經(jīng)過風干、剪切、粉碎、篩分以及壓縮成型等處理過程，制得粒徑小于5cm的生物質顆粒原料；
[0010]2)生物質低溫熱解:利用固定式或移動式(螺旋等)低溫熱解裝置，在熱解溫度為200-300°C和隔絕空氣(以氮氣為保護氣)條件下，對生物質顆粒進行低溫熱解(熱解時間為10-30min)，并在氮氣氣氛下冷卻至室溫，獲得生物質炭，再經(jīng)粉碎處理后，制得粒徑小于
0.5mm的生物質炭粉，可直接用于再燃脫硝；
[0011]3)生物質炭粉的噴淋或浸潰:分別采用質量濃度為1-5%的堿金屬鹽(Na2C03、NaCl和KCl中的任意一種或幾種)溶液對生物質炭進行0.5-2h噴淋或浸潰處理，再經(jīng)干燥(干燥溫度為60-90°C，l_2h)和粉磨后，制得含水率小于10%以及粒徑小于0.5mm的浸潰生物質炭粉，該浸潰生物質炭粉可以直接作為再燃脫硝劑用于再燃脫硝；
[0012]4)浸潰生物質炭粉與添加劑的機械混合:將浸潰生物質炭粉、添加劑顆粒(粒徑小于0.45mm, Fe2O3和尿素等)、以及粒徑小于0.5mm生物質原料粉按比例混合(其中鐵粉和尿素占脫硝劑的質量比分別控制在0.5%和2.5%以內，生物質原料粉的添加比例可根據(jù)再燃脫硝劑的熱值和揮發(fā)份確定)，經(jīng)充分混勻后，制得復合生物質炭粉，即為本發(fā)明的生物質再燃脫硝劑。
[0013]本發(fā)明通過一系列的處理工藝降低了生物質再燃脫硝劑的含水率，提高了生物質的熱值和能量密度，改善了生物質的粉磨性能，并經(jīng)過浸潰和機械混勻處理，提高了脫硝劑中有利于NOx還原的堿金屬元素和氨基等還原組分的含量，進而通過強化再燃脫硝劑對煙氣中NOx的同相和異相還原作用，實現(xiàn)了燃煤電站大規(guī)模利用生物質能和高效脫除NOx的雙重效果。本發(fā)明再燃脫硝的作用機理是:
[0014]I)在再燃區(qū)還原性氣氛下，高揮發(fā)分生物質再燃脫硝劑燃料快速熱解，生成NHi和HCN等基團，進而通過反應(Rl)- (R5)實現(xiàn)了 NOx同相還原。
[0015]
【權利要求】
1.一種燃煤電站鍋爐生物質再燃脫硝劑，其特征在于，所述生物質再燃脫硝劑為由浸潰生物質炭粉和添加劑顆粒組成的復合生物質炭粉，其中，所述浸潰生物質炭粉的含水率小于10%，其粒徑小于0.5mm ;所述添加劑顆粒為Fe2O3和尿素顆粒，F(xiàn)e2O3顆粒占脫硝劑的質量比小于0.5%，尿素顆粒占脫硝劑的質量百分比小于2.5%。
2.制備如權利要求1所述的一種燃煤電站鍋爐生物質再燃脫硝劑的方法，其特征在于，具體過程如下: .1)生物質原料預處理:選取農林生物質，將生物質原料經(jīng)過風干、剪切、粉碎、篩分以及壓縮成型的處理過程，制得粒徑小于5cm的生物質顆粒原料； .2)生物質低溫熱解:利用固定式或移動式低溫熱解裝置，在熱解溫度為200-300°C、熱解時間為10-30min和隔絕空氣條件下，對生物質顆粒原料進行低溫熱解，然后在氮氣氣氛下冷卻至室溫，獲得生物質炭，再經(jīng)粉碎處理后，制得粒徑小于0.5mm的生物質炭粉； .3)生物質炭粉的噴淋或浸潰:分別采用質量濃度為1-5%的堿金屬鹽溶液對生物質炭粉進行0.5-2h噴淋或浸潰處理，再經(jīng)干燥和粉磨后，制得含水率小于10%以及粒徑小于.0.5mm的浸潰生物質炭粉，其中，干燥溫度為60-90°C，時間為l_2h ； . 4)浸潰生物質炭粉與添加劑的機械混合:將浸潰生物質炭粉、添加劑顆粒、以及粒徑小于0.5mm的生物質原料粉按比例混合，經(jīng)充分混勻后，制得復合生物質炭粉，即為所述生物質再燃脫硝劑。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述農林生物質為稻桿、麥桿、稻殼、木屑、樹枝或竹子。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟2)得到的生物質炭粉可直接用于再燃脫硝；所述步驟3)得到的浸潰生物質炭粉可直接作為再燃脫硝劑用于再燃脫硝。
5.根據(jù)權利要求2、3或4所述的方法，其特征在于，所述步驟3)采用的堿金屬鹽溶液為Na2C03、NaCl和KCl中的任意一種或幾種。
6.根據(jù)權利要求2、3或4所述的方法，其特征在于，所述添加劑顆粒的粒徑小于.0.45mm,為Fe2O3和尿素顆粒，其中，F(xiàn)e2O3顆粒占脫硝劑的質量比小于0.5%，尿素顆粒占脫硝劑的質量百分比小于2.5%。
【文檔編號】B01D53/90GK103525502SQ201310459339
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權日:2013年9月30日
【發(fā)明者】盧平, 郝江濤, 于偉, 祝秀明, 徐森榮 申請人:南京師范大學