專利名稱：選擇性非催化還原及添加劑一體化噴射的煙氣脫硝方法
技術領域：
本發明涉及煙氣脫硝技術，特別涉及選擇性非催化還原及添加劑一體化噴射的煙氣脫硝方法。
背景技術：
進入新世紀以來，中國經濟持續高速增長使得能源消耗量大增，已經引起政治、經濟以及生態環境等一系列問題。其中，以煤為主的能源消費結構造成的大氣環境質量惡化尤為嚴重，這主要是因為在煤燃燒利用過程中，燃料中和燃燒空氣中的氮被轉化成一氧化氮(NO)、氧化亞氮(N2O)和二氧化氮(NO2)等氮氧化物(NOx )。我國氮氧化物排放量巨大,僅次于二氧化硫，對空氣質量和地面臭氧濃度的影響越來越大，氮氧化物已成為空氣中的首 要污染物。2011年10月11日環保部公布上半年全國主要污染物減排情況1飛月，全國氮氧化物排放總量1206. 7萬噸，同比增長6. 17%。我國對氮氧化物排放的治理尚處于起步階段。從近年來國家一系列的政策行為看，脫硝將成為脫硫之后污染治理的又一重點。2003年7月I日開始執行的《排污費征收使用管理條例》中也規定，氮氧化物2004年7月I日起按每一污染當量O. 63元收費，這表明我國開始采用經濟杠桿來強化NOx排放的控制治理力度。2008年底《大氣污染防治法(修訂草案)》開始起草，其中將氮氧化物作為二氧化硫治理取得重大成果之后的重要治理領域。2011年3月16日發布的《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》提出了 “十二五”主要污染物排放總量顯著減少，化學需氧量、二氧化硫排放分別減少8%，氨氮、氮氧化物排放分別減少10%的約束性指標。火電、汽車、水泥行業是我國氮氧化物三大排放源。在《GB 13223-2011火電廠大氣污染物排放標準》中，將NOx排放標準從之前的450 1100 mg/m3修改為2003年12月31日之前的火力發電燃煤鍋爐的NOx排放標準定為200 mg/m3,在此日期之后或環保要求高的地區的火力發電燃煤鍋爐的NOx排放標準定為100 mg/m3。可見，今后我國對火電廠的大氣污染物排放的控制將越來越嚴格。而針對水泥行業的新標準也正在熱烈的討論階段。預計將從現行標準《GB4915-2004水泥工業大氣污染物排放標準》的800 mg/m3，提高到300 500mg/m3左右ο目前國內外控制NOx排放技術大致分為兩類一類是低NOx燃燒技術，即通過鍋爐運行方式的優化或者對燃燒過程進行控制，抑制燃燒過程中NOx的反應生成，從而降低NOx的最終排放濃度。另一類是煙氣脫硝技術，即把已生成的NOx還原為N2,從而脫除煙氣中NOx,主要有選擇性非催化還原技術SNCR和選擇性催化還原技術SCR。選擇性非催化還原脫硝技術(SelectiveNon-Catalytic Reduction, SNCR)是一種成熟的NOx控制處理技術，成本較低，改造方便，脫硝效率高，是適合我國國情的脫硝技術之一。SNCR技術主要是將氨或含有氨基的還原劑在900 1100°C的溫度區域噴入到燃燒后的煙氣中，發生選擇性還原反應，將NO還原成N2。該技術對反應溫度有嚴格的要求，相對較窄的溫度限制是SNCR技術應用的一個難點。
循環流化床鍋爐被廣泛應用于熱電行業，而新型干法水泥窯在水泥行業中占了70%以上。循環流化床鍋爐爐膛出口和水泥窯的預分解爐具有的兩個共同特點制約了現有的SNCR技術(1)爐內溫度一般在75(T900°C左右；(2)煙氣中灰分含量高。如何提高SNCR技術在低溫區域的脫硝率，同時防止噴槍在高灰分環境下的磨損和堵塞成為亟待解決的問題。在提高SNCR低溫區脫硝率方面目前已經有部分SNCR添加劑相關的發明專利。由蔡寧生，張彥文，李振山，胥波等人在2008年提出的“一種促進選擇性非催化還原氮氧化物的方法”(專利申請號CN200810102373. 4)就涉及一種在電廠鍋爐和工業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，見圖1，該發明針對常規SNCR脫硝技術應用中存在的合適的溫度區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反應的溫度區間，提高了脫硝率并降低了氨泄漏。 由劉輝，邱朋華，焦峰，王啟志，朱贊，楊運超，吳少華等人在2008年提出的“添加生物質氣化氣的選擇性非催化還原方法及使用的鍋爐”(專利申請號CN200810209608.X)表明生物質氣化氣作為添加劑可以提高低溫條件下SNCR反應的脫硝效率，見圖2。同時，劉輝，吳少華，曹慶喜，朱舒揚，黃霞，蘇俊偉，郭浩然等人在同年還提出“生物質氣化氣霧化的選擇性非催化還原方法及使用的鍋爐”(專利申請號CN200810209606. 0)，見圖3，將氣體添加劑管道內的生物質氣化氣與壓縮空氣通過混氣裝置混合后作為氨基還原劑溶液的霧化介質與氨基還原劑溶液一同通過設在爐膛和水平煙道上的噴嘴噴入800°C 950°C溫度區域的爐膛和水平煙道內，可以提高脫硝效率，擴大溫度窗口。曲萬山、任秀琴、曲清亮、曲青青等人在2011年提出的“煙氣脫硝添加劑”(專利申請號CN201110023841. O)涉及一種向濕法脫硫吸收劑中添加的脫硝添加劑，由氫氧化鈣、氫氧化鎂、氧化鎂、氧化鈦、過氧化鈉、電氣石粉和高嶺土組成。以上專利前三種主要針對煤粉鍋爐，所以，為了避免還原劑或添加劑與受熱面接觸，添加劑作為霧化介質與還原劑在同一通道中噴入爐膛。這種方法使得還原劑的霧化細度較細，但卻存在穿透煙氣的剛性不佳的缺點，故不適用于循環流化床、水泥窯等高灰分含量的煙氣環境。另一方面，超細煤粉的管道輸送具有潛在的安全風險，而增加生物質氣化裝置設備操作相對復雜。最后一種添加劑與濕法脫硫一同作用，反應溫區在200°C以下，不適用于SNCR技術。所以，為了解決循環流化床鍋爐和水泥窯SNCR脫硝的溫區偏低和高粉塵環境兩個問題，有必要提出一種新的解決方案。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種簡單可行、結構簡單、投資成本低、運行費用低、適用于循環流化床鍋爐和水泥窯煙氣環境，又能提高其SNCR脫硝效率的方法和裝置。為解決技術問題，本發明的解決方案如下提供一體化噴射添加劑的SNCR煙氣脫硝方法，是在循環流化床鍋爐的旋風分離器入口段或者水泥窯預分解爐的縮口部位處設置一體化噴射裝置，該一體化噴射裝置具有內通道和外通道，噴口處的外通道套設于內通道的外側；在循環流化床鍋爐或水泥窯預分解爐的運行過程中，由一體化噴射裝置的內通道噴入還原劑氨水與添加劑碳酸鈉的混合溶液，噴射入爐膛的Na離子在煙氣中體積濃度為5 30 ppm ;由外通道噴入霧化風和添加劑甲烷氣體的混合物，甲烷氣體的體積與煙氣中的NO摩爾比為O. 5^2. 5。本發明一體化噴射添加劑的SNCR煙氣脫硝的裝置，包括循環流化床鍋爐，在循環流化床鍋爐的旋風分離器入口段設置一體化噴射裝置；該一體化噴射裝置具有內通道和外通道，噴口處的外通道套設于內通道的外側。本發明一體化噴射添加劑的SNCR煙氣脫硝的裝置，包括水泥窯預分解爐，在水泥窯預分解爐的縮口部位設置一體化噴射裝置；該一體化噴射裝置具有內通道和外通道，噴口處的外通道套設于內通道的外側。本發明的優點在于(I)本發明同時使用SNCR添加劑碳酸鈉溶液和甲烷氣體，在其協同作用下使得 SNCR最佳反應溫區下移，并擴大了溫度窗口，提高了 75(T90(TC這一 SNCR低溫區的脫硝率；(2)外通道霧化風和SNCR添加劑甲烷氣體的混合物同時又起到保護噴射器的作用，防止其受到粉塵磨損及堵塞；(2)設備集成度高，操作運行簡便；(3)投資少，運行和維護費用低。
圖I為現有技術中第一種SNCR脫硝裝置。圖2為現有技術中第二種SNCR脫硝裝置。圖3為現有技術中第三種SNCR脫硝裝置。圖4為配置了一體化噴射器的循環流化床鍋爐。圖5為配置了一體化噴射器的水泥窯預分解爐。圖6為一體化噴射器的示意圖。圖7為添加劑量對SNCR反應溫區的影響。圖中附圖標記為1、一體化噴射裝置；2、內通道；3、外通道；4、循環流化床鍋爐；
5、水泥窯預分解爐；6、旋風分離器的入口段；7、水泥窯預分解爐的縮口部位。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明的具體實施方式
加以闡述。本發明的核心是，在循環流化床鍋爐4的旋風分離器入口段6或者在水泥窯預分解爐5的縮口部位7處設置一體化噴射裝置I ;該一體化噴射裝置I具有內通道2和外通道3，其噴口處的外通道3套設于內通道2的外側；內通道2是用于噴入還原劑氨水與添加劑碳酸鈉的混合溶液的通道，噴射入爐膛的Na離子在煙氣中體積濃度為5 30 ppm ;所述外通道3是用于噴入霧化風和添加劑甲烷氣體的混合物的通道，甲烷氣體的體積與煙氣中的NO摩爾比為O. 5 2. 5。
本發明中，運行過程中添加劑的投入以碳酸鈉溶液為主，以甲烷氣體為輔。例如當投入爐膛的氨水溶液中含5 30 ppm Na離子時，有效反應溫區擴大至750°C 1200°C，其中最佳反應溫區下移至850°C、50°C，如圖7所示。當由于負荷波動等原因爐內溫度進一步降低的時候，結合投入含甲烷氣體，強化溫區下移效果。本發明中的一體化噴射裝置I專為循環流化床鍋爐4和水泥窯預分解爐5設計，一般布置在循環流化床鍋爐4的旋風分離器的入口段6或者水泥窯預分解爐的縮口部位
7。這兩個位置的特點均是截面積較小，有利于噴射器噴射的還原劑充分覆蓋煙氣，從而達到較高的脫硝效果。外通道中使用的霧化風和含甲烷氣體的混合物需起到保護噴射器的作用，防止噴嘴在高粉塵濃度的環境下，受到粉塵磨損及堵塞。
本發明的SNCR煙氣脫硝技術具有設備集成度高，操作運行簡便，有效溫區廣，低溫區脫硝效率高等特點，特別適合于循環流化床鍋爐和新型干法水泥窯。
權利要求
1.一種選擇性非催化還原及添加劑一體化噴射的煙氣脫硝方法，其特征在于SNCR及其添加劑一體化噴射裝置(I)由內通道(2 )和外通道(3 )組成，內通道為SNCR還原劑氨水和SNCR添加劑碳酸鈉的混合溶液，外通道(3)為霧化風和SNCR添加劑甲烷氣體的混合物；該SNCR及其添加劑一體化噴射裝置(I)專為循環流化床鍋爐(4)和水泥窯預分解爐(5 )設計，布置在循環流化床鍋爐(4)的旋風分離器入口段(6)或者水泥窯預分解爐(5)的縮口部位(7);內通道(2)的碳酸鈉溶液和外通道(3)的甲烷氣體是均為SNCR的添加劑，噴射入爐膛的Na離子在煙氣中體積濃度為5 30 ppm,甲烷氣體的體積與煙氣中的NO摩爾比為O. 5 2.5 ;其協同作用使SNCR最佳反應溫區下移，并擴大了溫度窗口，提高了 75(T900°C溫區的SNCR脫硝率。
全文摘要
本發明涉及煙氣脫硝技術，旨在提供一種選擇性非催化還原及添加劑一體化噴射的煙氣脫硝方法。是在循環流化床鍋爐的旋風分離器入口段或者水泥窯預分解爐的縮口部位處設置一體化噴射裝置，該一體化噴射裝置具有內通道和外通道；在運行過程中，由內通道噴入還原劑氨水與添加劑碳酸鈉的混合溶液，由外通道噴入霧化風和添加劑甲烷氣體的混合物。本發明同時使用SNCR添加劑碳酸鈉溶液和甲烷氣體，在其協同作用下使得SNCR最佳反應溫區下移，并擴大了溫度窗口，提高了750~900℃這一SNCR低溫區的脫硝率；外通道霧化風和SNCR添加劑甲烷氣體的混合物同時又起到保護噴射器的作用，防止其受到粉塵磨損及堵塞；設備集成度高，操作運行簡便；投資少，運行和維護費用低。
文檔編號B01D53/56GK102824842SQ20121032703
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月6日 優先權日2012年9月6日
發明者周俊虎, 劉茂省, 謝斌飛, 陳鎮超, 潘利紅, 楊雪峰 申請人:浙江百能科技有限公司