一种促进选择性非催化还原氮氧化物的方法技术

一种促进选择性非催化还原氮氧化物的方法，涉及一种在电厂锅炉和工业炉等燃烧设备上选择性非催化还原（ＳＮＣＲ）脱硝过程中加入添加剂促进脱硝过程的工艺方法，属于氮氧化物控制技术领域。本发明专利技术针对常规ＳＮＣＲ脱硝技术应用中存在的合适的温度区间狭窄和反应停留时间不足的问题，公开了一种以超细煤粉、天然气或合成气为添加剂的选择性非催化还原氮氧化物的方法，从而提高了脱硝反应速率，拓宽了适宜ＳＮＣＲ反应的温度区间，提高了脱硝率并降低了氨泄漏。本发明专利技术方法改造简便，便于实施，采用的添加剂廉价易得，用量很少，不会对炉内燃烧过程产生影响，也不会产生明显的二次污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在电站锅炉、工业锅炉等燃烧设备以及利用氨基还原剂脱除烟气中NOx 的污染控制系统上进行选择性非催化还原(SNCR)氮氧化物的工艺方法。技术背景燃煤电站锅炉及工业锅炉排放大量的氮氧化物(NOx)污染，严峻的氮氧化物污染现状要求 对各种锅炉燃烧产生的NOx进行控制。通过燃烧控制方式减排NOx已不能满足越来越严格 的排放标准，在进一步的NOx控制技术中，选择性催化还原(SCR)技术脱硝效率高，然而投 资也最高，同时对已有机组的改造存在困难。再燃脱硝由于改变了炉内燃烧方式，容易引起 不完全燃烧的能量损失。选择性非催化还原(SNCR)技术投资低廉，建设周期短，易于改造， 脱硝效率中等，是一种性价比较高的脱硝技术。再燃技术中将燃料分级送入炉膛燃烧， 一般将80-85%的主燃料和空气通过燃烧器送入主 燃区，在过量空气系数大于1的条件下进行充分燃烧，燃烧中形成NOx，在主燃区上部的再 燃区喷入15-20%的再燃燃料，消耗烟气中的氧，形成富燃料的还原性气氛，利用不完全燃烧 形成的碳氢化合物将NOx还原为N2，再燃区上部喷入燃尽风保证燃尽。燃烧方式的改变会 引起炉膛热负荷分布的变化，影响过热器、再热器以及尾部受热面的热负荷，同时受再燃燃 料燃烧特性的限制，不完全燃烧损失增大。由再燃结合SNCR技术发展来的先进再燃，在再 燃区喷入氨基还原剂，可以进一步提高脱硝效率，然而燃料分级产生的影响依然存在。SNCR技术以炉膛烟道做为反应器，在合适的温度(约950°。1150^)位置喷入含氮的还原 剂(氨，氨水，尿素，氰尿酸，有机或无机铵盐如碳酸铵等)，无需催化剂，利用还原剂分解 产生的氨选择性的将烟气中的NOx还原为N2，从而降低烟气中的NOx含量，这一过程称为 选择性非催化还原(Selective Non-Catalytic Reduction, SNCR)。适合SNCR脱硝反应的温度区 间较为狭窄，在最佳反应温度(约1000。C)下SNCR反应可以达到最高约90。/。的脱硝效率，因 此在SNCR技术中，为有效脱除烟气中的NOx，需要在合适的温度位置喷入还原剂，并保证 喷入的还原剂在适宜的温度区间保持足够的停留时间以充分反应，同时还原剂与烟气的混合 程度也是影响脱硝效率的重要因素。在锅炉烟道内适合SNCR反应的温度区间大概处于锅炉 折焰角附近，临近对流换热面，随着烟气流动，温度迅速降低，温度梯度较大，适宜SNCR 反应的温度区间狭窄，停留时间有限，喷入的还原剂难以与烟气有效混合并充分反应，很快 就脱离出适宜SNCR反应的温度区间，导致SNCR技术在实际应用中脱硝效率只能达到 30%-50%，而未完全反应的氨存在于尾部烟道中，形成较高的氨泄漏(15-20ppm)，容易引起 尾部烟道的沾污、腐蚀和堵塞，同时也会影响飞灰的再利用，形成二次污染。在实际应用中，由于烟气温度随锅炉的负荷改变，经常在多个水平位置设置多层的还原剂喷嘴阵列，以保证 在合适的温度位置喷入还原剂。适宜SNCR反应的温度区间较为狭窄，在锅炉烟道内温度迅速降低的条件下，还原剂的 停留时间有限，喷入的还原剂难与烟气中的NOx充分反应，导致SNCR技术的脱硝效率较低， 而氨泄漏较高。
技术实现思路
本专利技术的目的试针对在SNCR脱硝实际应用中，炉内适宜SNCR反应的温度区间狭窄， 喷入的还原剂随烟气流动温度迅速降低，在合适的温度区间内停留时间较短，还原剂难以与 烟气中的NOx充分反应，导致脱硝效率较低以及较高的氨泄漏等问题，提出一种促进选择性 非催化还原氮氧化物的方法，该方法通过在SNCR反应区喷入微量的添加剂，而不是做为还 原剂，促进氨在较低的反应温度下有效的还原烟气中的NOx，在锅炉烟道内温度迅速降低的 条件下，拓宽SNCR反应有效的温度区间，并加速脱硝反应速率，从而提高脱硝效率，降低 氨泄漏。本专利技术的技术方案如下，其特征在于，该方法是在选择性非催化还 原反应区或反应区后部喷入超细煤粉、天然气或合成气作为添加剂，利用添加剂促进选择性 非催化还原氮氧化物。本专利技术的上述技术方案中，喷入添加剂时的优选反应温度为600。C 1000。C，选择性非 催化还原剂的喷入量以还原剂中的NH3与烟气中的NO的摩尔比表示，NHb与NO的优选比 值为0.8 3.0;超细煤粉添加剂的加入量以煤粉质量与烟气中NO的物质的量之比进行表示， 两者的优选比值为大于0小于150g/mol;天然气添加剂的加入量以天然气中CH4的含量与烟 气中NO的含量的摩尔比表示，两者的优选比值为大于0小于2.0;合成气添加剂的加入量以 合成气中CH4的含量与烟气中NO的含量的摩尔比表示，两者的优选比值为大于0小于3.0。与现有技术相比，本专利技术申请具有以下优点① 加入添加剂使SNCR脱硝的有效温度区间向低温方向拓展，改善了常规SNCR过程 由于炉膛烟道内温度迅速降低而不能充分反应的状况。② 加入添加剂后不仅可拓宽SNCR反应有效的温度区间，还可加快SNCR反应速率， 改善了常规SNCR反应在适宜的温度区间停留时间较短的状况。③ 加入添加剂可提高氨基还原剂在较低温度下的反应活性，提高还原剂的利用效率，降 低氨泄漏。④ 本专利技术采用的添加剂(超细煤粉、天然气或合成气)廉价易得，采用的系统对设备的改 造简便，便于实施，并可显著提高常规SNCR过程的脱硝效率。⑤ 本专利技术中加入的超细煤粉、天然气或合成气量很少，做为SNCR反应的助剂，不会对炉内燃烧过程产生影响，在反应过程中不会产生明显的二次污染。 附图说明图1是实施例1煤粉炉内加入超细煤粉促进SNCR脱硝过程的装置结构示意图。 图2是加入超细煤粉对SNCR反应促进效果的曲线。图3是实施例2煤粉炉内加入天然气促进SNCR脱硝过程的装置结构示意图。 图4是加入天然气对SNCR反应促进效果的曲线。图5是实施例3煤粉炉内加入合成促进SNCR脱硝过程的装置结构示意图。 以上各图中，l一燃烧装置；2—燃烧器；3 —炉膛内部；4一还原剂供应装置；5—还原剂喷嘴，6 —添加剂供应装置；7 — SNCR反应区；8 —反应区后部；9一添加剂喷嘴；IO —折焰角。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的原理及具体实施作进一步的说明。本专利技术提供的一种促进选择 性非催化还原氮氧化物的方法，其技术方案是在选择性非催化还原反应区或在反应区后部伴 随还原剂喷入微量的超细煤粉、天然气或合成气，也可以单独在反应区后部喷入，喷入添加剂时的反应温度一般在600。C 1000。C，利用添加剂促进选择性非催化还原氮氧化物。加入 的添加剂氧化过程提供激发SNCR链式反应的关键基元0H，促进还原剂在较低的反应温度 下依然有效还原N0x，降低并拓宽SNCR反应中有效还原N0x的温度区间，同时加入添加 剂还可以提高SNCR反应速率，使SNCR还原剂在有限的温度区间和停留时间内，更充分的 还原N0x，达到提高脱硝效率和降低氨泄漏的目的。本专利技术涉及产生包含氮氧化物烟气的燃烧矿物燃料的电站锅炉或工业锅炉，以及利用氨 基还原剂脱除烟气中NOx的污染控制系统，特别是SNCR系统，其通过把氨基还原剂注入炉 膛烟道中以将烟气中的N0x还原为N2和水，SNCR系统包括氨基还原剂的储存、输送管路 和喷射系统。该方法还包括一种添加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种促进选择性非催化还原氮氧化物的方法，其特征在于，该方法是在选择性非催化还原反应区或反应区后部喷入超细煤粉、天然气或合成气作为添加剂，利用添加剂促进选择性非催化还原氮氧化物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡宁生，张彦文，李振山，胥波，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]