一种用于燃气锅炉烟气中氮氧化物脱除的系统及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于燃气锅炉烟气中氮氧化物脱除的系统及其方法，该方法在燃气锅炉燃烧器给入口前、燃烧器出口区域加设蒸汽喷射装置，通过喷射一定量的蒸汽降低烟气中氮氧化物的生成量。本发明可以通过降低峰值火焰温度来控制热力NOx，峰值火焰温度可以通过燃料和空气混合、燃烧区局部过量空气、燃料停留时间长短以及燃烧功率密度等影响因素进行控制，具有脱硝效率高、占用空间小、设备投资低、无需对现有设备进行大规模改动的特点，广泛适用于新建燃气锅炉配套及已有燃气锅炉的脱硝技术改造。
【专利说明】
一种用于燃气锅炉烟气中氮氧化物脱除的系统及其方法
技术领域
[0001]本发明涉及化工燃气燃烧脱硝技术领域，特别涉及一种用于燃气锅炉烟气中氮氧化物脱除的系统及其方法。
【背景技术】
[0002]随着钢铁和炼焦行业的迅猛发展，焦炉煤气的产量也大幅提高，其合理利用越来越受到重视。焦炉煤气主要是用作燃料，燃烧过程中不可避免地排放废烟气。2012年10月I日实施的国家标准《炼焦化学工业污染物排放标准》GB 1611 — 2012对氮氧化物排放已经有了严格要求，《标准》规定了“特别地区”冶焦炉烟囱排放的NOx限值为150mg/m3，可视为国际上最为严厉的焦炉环保标准，体现了国家对这些地区焦化企业污染物排放的严格控制要求，无疑是出于国家对于生态环境脆弱地区特别保护的需要。因此，及时、系统、深入地开展焦炉煤气低氮氧化物燃烧技术的研究尤显重要。
[0003]焦炉煤气中有机氮含量极少，只能产生小部分快速型NOx，几乎没有燃料型NOx生成。焦炉煤气燃烧过程中产生的NOx 95%是温度热力型。因此，对于焦炉煤气燃烧，抑制温度热力型NOx的生成是实现其燃烧低NOx排放的主要途径。传统的炼焦方式很难发生革命性变化，焦炉设计偏向特大型化是其发展趋势。为了保证焦炉的生产效率，需要提高火道温度。火道温度的提高会使焦炉燃烧过程中产生大量的NOx，传统的技术已不能满足低NOx排放的要求。
[0004]焦炉煤气燃烧产生的氮氧化物主要为温度热力型，因此，实现焦炉煤气低氮氧化物燃烧可以采用的技术主要有以下几种:废气循环、空气分级燃烧、焦炉煤气分级燃烧、高温低氧燃烧、浓淡偏差燃烧、特定设计燃烧器、催化燃烧等技术，或者采取几种方式结合的方法。也可以采用燃烧后处理的方法来减少氮氧化物的排放，如选择性非催化脱硝、选择性催化脱硝、湿法烟气脱硝技术、等离子体过程烟气NOx治理技术。目前国内应用较多的技术主要采用燃烧后处理的方法来减少氮氧化物的排放，如选择性催化还原法SCR(SelectiveCatalytic Reduct1n)和选择性非催化还原法 SNCR (Selective Non-CatalyticReduct1n) ACR法是指烟气中的氮氧化物在催化剂的作用下，与脱硝还原剂(NH3或尿素)反应生成无毒无污染的仏和出0。由于催化剂的存在，SCR法脱硝反应效率高，但是这种方法对于催化剂和反应空间有着严格的限制。受到寿命影响，催化剂需要定期更换，运行成本较高。如果基建期间没有预留脱硝装置布置空间，投运后进行改造的难度比较大。SNCR法不需要使用催化剂，能够在850°C?100tC范围内还原氮氧化物。在此温度范围内，脱硝还原剂(NH3或尿素)会与烟气中的氮氧化物反应生成N2 ANCR法系统简单，不需要催化剂，运行成本相对较低，但对反应温度要求严格且脱硝效率较低，如果烟气原始的氮氧化物排放浓度较高，采用SNCR法很难满足环保排放要求。与此同时，以上技术均存在改造工作量大、投资成本大、运行维护费用高等弊端。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于燃气锅炉烟气中氮氧化物脱除的系统及其方法，将蒸汽与气体燃料均匀预混，无需催化剂、氨吸收反应物和其它附加系统和设备，利用蒸汽具有比空气高的比热容，降低火焰温度从而减少NOx的生成，达到控制排放的目的。
[0006]为了达到上述目的，本发明/实用新型的技术方案是:
[0007]—种用于燃气锅炉烟气中氮氧化物脱除的系统，包括燃气罐I，燃气罐I的出口依次连接第一流量计2及第一调节阀3，并通过燃烧器5的第一尾部接口 4连接燃烧器5;蒸汽罐6设置路出口管路，其一路出口依次连接第二流量计7及第二调节阀8，并通过燃烧器5的第二尾部接口 9连接燃烧器5，其另一路出口依次连接第三流量计1及第三调节阀11，并通过蒸汽给入口 12连接燃烧室17;还包括鼓风机13，鼓风机13出口依次连接第四流量计14及第四调节阀15，并通过燃烧器5的第三尾部接口 16连接燃烧器5。
[0008]上述所述系统用于燃气锅炉烟气中氮氧化物脱除的方法，包括如下步骤:
[0009]步骤1、燃气罐I经第一流量计2及第一调节阀3，向燃烧器5提供足够的燃气量，达到锅炉所需的燃烧温度；
[0010]步骤2、蒸汽罐6向燃烧器5提供足够的蒸汽量；
[0011]步骤3、鼓风机13经第四流量计14及第四调节阀15，向燃烧器5提供燃烧所需空气量；
[0012]上述3个步骤工作正常运转后同时进行;燃气、蒸汽与空气在燃烧器5中燃烧，达到脱除烟气中氮氧化物的目的；
[0013]步骤2所述蒸汽罐6向燃烧器5提供足够的蒸汽量采用如下方式一或方式二或方式一和方式二均米用:
[0014]方式一为将蒸汽通过蒸汽给入口12喷入燃烧室17内；
[0015]方式二为将蒸汽通过燃烧器5的第二尾部接口9通入接燃烧器5，与燃气在燃烧器5内预混合后给入燃烧室17。
[0016]所述燃烧器5将蒸汽与燃气介质相混合，利用载运介质输送还原剂，载运介质是空气。
[0017]蒸汽喷射量与燃料量的摩尔比为2?3。
[0018]所述蒸汽罐6提供的蒸汽为低压蒸汽，压力控制在0.5?0.7MPa。
[0019]所述燃烧器5伸出燃烧室17的耐火浇注料层。
[0020]所述燃气罐I采取缩短火焰扩散范围和增加氧气扩散率的措施。
[0021]本发明方法通过采取缩短火焰扩散范围、增加氧气扩散率并抑制氮气扩散率等措施，达到如下目的:减少燃料燃烧后形成的最高温度区域容积，极高的燃料喷射速度同样减少了火焰封闭区域体积。通过燃料和蒸汽的均匀预混，使得燃料和氧气的当量浓度表面内缩，扩散火焰范围缩短;混合后体积流量升高需要更高的喷嘴喷射动能，增加了氧气中对流组分的扩散速率;火焰封闭区向内移动以及燃烧后更高的对流组分等因素，使氧气和氮气同时存在于火焰封闭区前端的时间明显缩短。由于采用燃气与蒸汽混合后使燃料侧稀释，火焰前端向燃料侧移动，使得温度梯度增加，扩散率和浓度梯度增加，从而燃烧速率加速。NOx最大值出现在燃料耗尽后的区域，燃料和蒸汽均匀混合物增大了喷射动能，使得氧气向火焰的扩散率增大，燃料和蒸汽均匀混合物使燃烧加速，使得火焰内有更高的温度梯度，水蒸汽的存在减少了氮气的浓度，因此NOx排放减小，由于存在更多的氧，CO保持较低的水平。
[0022]与现有技术相比，本发明的优点是:
[0023]I)该工艺脱硝效率可满足现有环保要求，蒸汽脱硝工艺简单，投资成本低，系统维护检修方便。
[0024]2)脱硝所用蒸汽介质易得到，运行成本低。
[0025]3)蒸汽脱硝无二次污染。
[0026]综上所述，本发明具有高效脱硝、工艺简单、投资成本低、运行成本低、无二次污染等优点。
【附图说明】
[0027]图1是燃气锅炉蒸汽脱硝系统图。
【具体实施方式】
[0028]如图1所示，本发明一种用于燃气锅炉烟气中氮氧化物脱除的系统，包括燃气罐I，燃气罐I的出口依次连接第一流量计2及第一调节阀3，并通过燃烧器5的第一尾部接口 4连接燃烧器5;蒸汽罐6设置路出口管路，其一路出口依次连接第二流量计7及第二调节阀8，并通过燃烧器5的第二尾部接口 9连接燃烧器5，其另一路出口依次连接第三流量计10及第三调节阀11，并通过蒸汽给入口 12连接燃烧室17;还包括鼓风机13，鼓风机13出口依次连接第四流量计14及第四调节阀15，并通过燃烧器5的第三尾部接口 16连接燃烧器5。
[0029]本发明系统用于燃气锅炉烟气中氮氧化物脱除的方法，包括以下步骤:
[0030]步骤一、燃气罐I经流量计2及调节阀3，向燃烧器5提供足够的燃气量，达到锅炉所需的燃烧温度；
[0031]步骤二、蒸汽罐6经流量计7及调节阀8，向燃烧器5提供足够的蒸汽量；
[0032]步骤三、鼓风机13经流量计14及调节阀15，向燃烧器5提供燃烧所需空气量；
[0033]上述3个步骤工作正常运转后同时进行;燃气、蒸汽与空气在燃烧器5中燃烧，达到脱除烟气中氮氧化物的目的。
[0034]为了实现反应的经济高效，本发明系统与烟气监测系统相连通，脱硝蒸汽喷射量受到烟气监测系统控制，当烟气中氮氧化物含量增加时蒸汽喷射量随之增加，当烟气中氮氧化物含量降低蒸汽喷射量随之降低。
[0035]为了更好的实现蒸汽与燃气的充分混合，将蒸汽与燃气通过燃烧器混合均匀后，喷入燃烧室内，喷射装置喷射口接有雾化喷嘴。
[0036]本发明的核心在于其一为采用蒸汽为还原介质，来源便利，无二次污染生成，利用蒸汽具有比空气高的比热容，降低火焰温度，从而减少NOx的生成，达到控制排放的目的；其二为采用蒸汽与燃气在燃烧前预混合方式给入，有利于提高NOx的减排量;其三为采用专用喷射装置，加强蒸汽与燃气的混合均匀性，有利于提高NOx的减排量。
【主权项】
1.一种用于燃气锅炉烟气中氮氧化物脱除的系统，其特征在于:包括燃气罐(I)，燃气罐(I)的出口依次连接第一流量计(2)及第一调节阀(3)，并通过燃烧器(5)的第一尾部接口(4)连接燃烧器(5);蒸汽罐(6)设置路出口管路，其一路出口依次连接第二流量计(7)及第二调节阀(8)，并通过燃烧器(5)的第二尾部接口(9)连接燃烧器(5)，其另一路出口依次连接第三流量计(10)及第三调节阀(11 )，并通过蒸汽给入口(I2)连接燃烧室(17);还包括鼓风机(13)，鼓风机(13)出口依次连接第四流量计(14)及第四调节阀(15)，并通过燃烧器(5)的第三尾部接口( 16)连接燃烧器(5)。2.权利要求1所述系统用于燃气锅炉烟气中氮氧化物脱除的方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤1、燃气罐(I)经第一流量计(2)及第一调节阀(3)，向燃烧器(5)提供足够的燃气量，达到锅炉所需的燃烧温度； 步骤2、蒸汽罐(6)向燃烧器(5)提供足够的蒸汽量； 步骤3、鼓风机(13)经第四流量计(14)及第四调节阀(15)，向燃烧器(5)提供燃烧所需空气量； 上述3个步骤工作正常运转后同时进行;燃气、蒸汽与空气在燃烧器(5)中燃烧，达到脱除烟气中氮氧化物的目的； 步骤2所述蒸汽罐(6)向燃烧器(5)提供足够的蒸汽量采用如下方式一或方式二或方式一和方式二均米用: 方式一为将蒸汽通过蒸汽给入口(12)喷入燃烧室(17)内； 方式二为将蒸汽通过燃烧器(5)的第二尾部接口(9)通入接燃烧器(5)，与燃气在燃烧器(5)内预混合后给入燃烧室(17)。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:所述燃烧器(5)将蒸汽与燃气介质相混合，利用载运介质输送还原剂，载运介质是空气。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:蒸汽喷射量与燃料量的摩尔比为2?3。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:所述蒸汽罐(6)提供的蒸汽为低压蒸汽，压力控制在0.5?0.7MPa。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:所述燃烧器(5)伸出燃烧室(17)的耐火浇注料层。7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:所述燃气罐(I)采取缩短火焰扩散范围和增加氧气扩散率的措施。
【文档编号】F23D14/64GK105889921SQ201610396646
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】韩应, 高洪培
【申请人】中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司