燃煤鍋爐煙氣二段法脫硝的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬鍋爐煙氣脫硝技術,具體是燃煤鍋爐煙氣二段法脫硝的方法。
【背景技術】
[0002]新的國家標準《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB13271 — 2014)將氮氧化物列入燃煤鍋爐煙氣排放檢測限值項目,在用燃煤鍋爐(生物質鍋爐按燃煤鍋爐標準)煙氣中氮氧化物濃度限值400mg/m3以下,新建燃煤鍋爐(生物質鍋爐按燃煤鍋爐標準)煙氣中氮氧化物濃度限值300mg/m3以下。由于燃煤/生物質鍋爐的構造、使用的燃料及燃燒方法及尾氣處理方式等原因所制約,氮氧化物濃度一般在500mg/m3以上,要達到標準規定難度很大。國外普遍使用的煙氣末端脫硝技術由于設備投資大、運行費用高難以推廣。有文獻提出利用生物質再燃燒脫硝可還原氮氧化物,生物質是一種含有較低氮和硫成分的可再生能源,用生物質作再燃燃料替代部分化石燃料,可減少N0x、S02的生成量以及CO 2的排放。生物質熱解產生大量氣態揮發物,主要包括CO、H2、014和C mHn、CO2等混合氣體,在再燃過程中起到很大的作用。但是由于普通燃煤/生物質鍋爐爐膛空間小,再燃燃料在爐膛內逗留時間短、反應時間不夠等原因,利用生物質燃料再燃燒脫硝效果并不明顯,再燃燃料燃燒不充分易從煙道排出降低了再燃燃料的利用率,因此生物質燃料也不是極理想的再燃燃料。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種燃煤鍋爐煙氣二段法脫硝的方法。
[0004]本發明的技術原理
[0005]降低氮氧化物排放目前有兩類比較經濟有效的方法:
[0006]一是通過改善鍋爐的燃燒方法,控制空氣含氧量、降低主燃燒區溫度來減少氮氧化物的生成量,采用相當于鍋爐空氣總量20?25%凈化后的低氧煙氣再循環燃燒方式可減少20%以上氮氧化物的生成量。
[0007]二是還原在鍋爐燃燒過程生成的氮氧化物以減少氮氧化物的排放,利用燃料分級燃燒方式來達到此目的。燃料再燃消減高溫煙氣中NOx的生成量是一個復雜的化學反應過程,這個過程包括在微富燃料條件下再燃燃料的部分氧化、碳氫基團與氮氧化物反應以及中間含氮物質的轉化。再燃燃料的選擇、在爐膛內的反應時間、燃料燃燒需氧量、再燃燒區域煙氣含氧量均對氮氧化物的還原率有影響。國外工業應用中的再燃燃料主要是天然氣,但由于我國是貧氣國家,國內天然氣主要集中在西部地區,應用不方便,且價格較昂貴,所以天然氣并不是最適宜的再燃燃料,根據我國國情,利用生物質熱解氣作為鍋爐再燃燃料,是最經濟有效的。生物質熱解氣成份主要含CO ( 一氧化碳)、H2 (氫)、CH4 (甲烷)XmHn (烴)等成份的可燃氣體,含焦油的生物質氣在900°C以上的高溫氛圍下裂解生成簡單烴類及其相應的自由基,它們的反應活性高于由天然氣中的甲烷轉化而來的自由基,與氮氧化物產生反應可以提高氮氧化物還原效率,可以達到以天然氣為再燃燃料相同的還原效率,但費用可節省一半以上。
[0008]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:
[0009]1.燃煤鍋爐煙氣二段法脫硝的方法:
[0010]I)燃煤鍋爐煙氣二段法脫硝裝置,由生物質氣化爐、鍋爐、布袋除塵器、主引風機、煙氣引風機、混氣室、鼓風機、煙囪構成。所述鍋爐設有燃盡風入口、生物質氣入口、煙氣出口、混合煙氣入口和鍋筒。所述生物質氣化爐設有空氣入口和生物質氣出口。所述混氣室設有空氣入口 a、煙氣入口 b和混合氣出口 C。
[0011]所述生物質氣化爐7的生物質氣出口與鍋爐的生物質氣入口連接;鍋爐的煙氣出口與布袋除塵器的入口連接,布袋除塵器的出口通過煙氣管道分別與主引風機、煙氣引風機的入口連接;主引風機的出口與煙囪的入口連接;混氣室的空氣入口 a、煙氣入口 b和混合氣出口 c分別與鼓風機的出口、煙氣引風機的出口和鍋爐的混合煙氣入口連接。
[0012]2)燃煤鍋爐煙氣二段法脫硝的方法步驟如下:
[0013]2.1)第一段:鍋爐煙氣循環回燃減少氮氧化物生成
[0014]煙氣引風機抽取經布袋除塵器凈化后的煙氣進入混氣室,與鼓風機送來的自然空氣混合,經鍋爐混合煙氣入口送入鍋爐內助燃,由于布袋除塵器凈化后的煙氣中的氧含量一般在13%以內,自然空氣中的氧含量21%,混合后的助燃氣體氧含量19%左右,過量空氣系數α >1,因此可使主燃燒區在微富氧工況下燃燒而溫度降低,從而減少氮氧化物的生成。
[0015]第一段目的為控制氮氧化物生成量,主要由鼓風機、混氣室、煙氣引風機、煙氣管道組成煙氣回燃系統。鍋爐總風量不變,助燃空氣以布袋除塵器凈化后的煙氣量20?25%加自然空氣75?80%構成,主燃燒區溫度控制在750°C?850°C時可減少氮氧化物生成量20?30 %,主燃燒區燃料燃燒后的煙氣中的氧含量小于3 %,有利于在第二段的生物質氣再燃燒過程中加速還原主燃燒區生成的氮氧化物。
[0016]2.2)第二段:生物質氣再燃燒還原已生成的氮氧化物
[0017]生物質氣化爐產生的未經凈化的含焦油生物質氣經鍋爐的生物質氣入口噴入鍋爐爐膛,噴入位置緊貼主燃燒區上方、鍋爐爐膛中部形成再燃燒區,生物質氣進入爐膛后立即被引燃。生物質氣的高位發熱量在15MJ/m3燃燒時的理論空氣量為3.65m3/m3、焦油含量10?15%,在再燃燒區過量空氣系數α < I工況下燃燒時耗氧量大,形成欠氧還原氣氛逼使氮氧化物還原為氮分子,煙氣中的氧含量小于3 %時氮氧化物的還原效率極高。此時生物質氣為不完全燃燒,燃燒溫度800°C?900°C ;在主引風機負壓作用下設在鍋爐爐膛上部的燃盡風入口涌入自然空氣形成燃盡區,過量空氣系數α > I使燃料在富氧工況下完全燃燒并產生1100?1300°C高溫,在高溫氛圍下生物質氣內的焦油因裂解而產生激烈反應,繼續還原氮氧化物。煙氣從鍋爐的煙氣出口排出,經布袋除塵器除塵后進入主弓I風機入口,通過引風機出口經煙囪排入大氣。由于鍋爐燃燒時的總風量沒有改變,排出煙氣中的氧含量仍可控制在13%以內。
[0018]第二段目的為還原氮氧化物,由生物質氣化爐、燃盡風入口、主引風機組成再燃燒系統,鍋爐總熱量不變。熱量以生物質氣化爐產生的生物質氣熱量20?25%和鍋爐燃料熱量75?80%構成,燃盡區溫度1100°C?1300°C時可減少氮氧化物濃度30?40%,由于鍋爐總熱量沒有改變,燃盡區溫度較高使熱交換率提高、燃料充分燃燒,分段燃燒后的鍋爐效率比采用原燃燒方式的鍋爐效率高。
[0019]未經脫硝處理前煙氣中氮氧化物濃度< 600mg/m3的燃煤/生物質鍋爐以兩段法脫硝技術處理后,煙氣中的氮氧化物濃度減少50%?70%,可以達到《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB13271 - 2014)規定的新建鍋爐排放煙氣中氮氧化物濃度限值300mg/m3以下、在用鍋爐排放煙氣中氮氧化物濃度限值400mg/m3以下標準。
[0020]本發明的有益效果:
[0021]1.采用本發明方法可以減少環保治理設備投資和運行費用,通過抑制氮氧化物生成、還原已生成的氮氧化物達到減少鍋爐煙氣排放到大氣中的氮氧化物濃度之目的。由于投資少、運行費用低、鍋爐效率提高、無須改造鍋爐結構或更換鍋爐達到環保要求,令企業易于接受,使本發明方法具有廣闊的推廣前景。
[0022]2.由于本發明方法采用生物質氣為再燃燒燃料,還可以減少二氧化碳排放量。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明燃煤鍋爐煙氣二段法脫硝裝置的結構示意圖。
[0024]圖中:燃盡風入口 1、鍋爐2、煙氣出口 3、布袋除塵器4、煙囪5、空氣入口 6、生物質氣化爐7、鼓風機8、混氣室9、煙氣引風機10、煙氣管道11、主引風機12、鍋筒13、生物質氣入口 14、混合煙氣入口 15。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體使用對本發明作進一步描述。
[0026]1.本發明燃煤鍋爐煙氣二段法脫硝裝置的結構如圖1所示,燃煤鍋爐煙氣二段法脫硝裝置由生物質氣化爐7、鍋爐2、布袋除塵器4、主引風機12、煙氣引風機10、混氣室9、鼓風機8、煙囪5構成。所述鍋爐2設有燃盡風入口 1、生物質氣入口 14、煙氣出口 3、混合煙氣入口 15和鍋筒13。所述生物質氣化爐7設有空氣入口 6和生物質氣出口。所述混氣室9設有空氣入口 a、煙氣入口 b和混合氣出口 C。
[0027]所述生物質氣化爐7的生物質氣出口與鍋爐2的生物質氣入口 14相連接;鍋爐2的煙氣出口 3與布袋除塵器4的入口相連接,布