专利名称：选择性非催化还原及添加剂一体化喷射的烟气脱硝方法
技术领域：
本发明涉及烟气脱硝技术，特别涉及选择性非催化还原及添加剂一体化喷射的烟气脱硝方法。
背景技术：
进入新世纪以来，中国经济持续高速增长使得能源消耗量大增，已经引起政治、经济以及生态环境等一系列问题。其中，以煤为主的能源消费结构造成的大气环境质量恶化尤为严重，这主要是因为在煤燃烧利用过程中，燃料中和燃烧空气中的氮被转化成一氧化氮(NO)、氧化亚氮(N2O)和二氧化氮(NO2)等氮氧化物(NOx )。我国氮氧化物排放量巨大,仅次于二氧化硫，对空气质量和地面臭氧浓度的影响越来越大，氮氧化物已成为空气中的首 要污染物。2011年10月11日环保部公布上半年全国主要污染物减排情况1飞月，全国氮氧化物排放总量1206. 7万吨，同比增长6. 17%。我国对氮氧化物排放的治理尚处于起步阶段。从近年来国家一系列的政策行为看，脱硝将成为脱硫之后污染治理的又一重点。2003年7月I日开始执行的《排污费征收使用管理条例》中也规定，氮氧化物2004年7月I日起按每一污染当量O. 63元收费，这表明我国开始采用经济杠杆来强化NOx排放的控制治理力度。2008年底《大气污染防治法(修订草案)》开始起草，其中将氮氧化物作为二氧化硫治理取得重大成果之后的重要治理领域。2011年3月16日发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》提出了 “十二五”主要污染物排放总量显著减少，化学需氧量、二氧化硫排放分别减少8%，氨氮、氮氧化物排放分别减少10%的约束性指标。火电、汽车、水泥行业是我国氮氧化物三大排放源。在《GB 13223-2011火电厂大气污染物排放标准》中，将NOx排放标准从之前的450 1100 mg/m3修改为2003年12月31日之前的火力发电燃煤锅炉的NOx排放标准定为200 mg/m3,在此日期之后或环保要求高的地区的火力发电燃煤锅炉的NOx排放标准定为100 mg/m3。可见，今后我国对火电厂的大气污染物排放的控制将越来越严格。而针对水泥行业的新标准也正在热烈的讨论阶段。预计将从现行标准《GB4915-2004水泥工业大气污染物排放标准》的800 mg/m3，提高到300 500mg/m3左右ο目前国内外控制NOx排放技术大致分为两类一类是低NOx燃烧技术，即通过锅炉运行方式的优化或者对燃烧过程进行控制，抑制燃烧过程中NOx的反应生成，从而降低NOx的最终排放浓度。另一类是烟气脱硝技术，即把已生成的NOx还原为N2,从而脱除烟气中NOx,主要有选择性非催化还原技术SNCR和选择性催化还原技术SCR。选择性非催化还原脱硝技术(SelectiveNon-Catalytic Reduction, SNCR)是一种成熟的NOx控制处理技术，成本较低，改造方便，脱硝效率高，是适合我国国情的脱硝技术之一。SNCR技术主要是将氨或含有氨基的还原剂在900 1100°C的温度区域喷入到燃烧后的烟气中，发生选择性还原反应，将NO还原成N2。该技术对反应温度有严格的要求，相对较窄的温度限制是SNCR技术应用的一个难点。
循环流化床锅炉被广泛应用于热电行业，而新型干法水泥窑在水泥行业中占了70%以上。循环流化床锅炉炉膛出口和水泥窑的预分解炉具有的两个共同特点制约了现有的SNCR技术(1)炉内温度一般在75(T900°C左右；(2)烟气中灰分含量高。如何提高SNCR技术在低温区域的脱硝率，同时防止喷枪在高灰分环境下的磨损和堵塞成为亟待解决的问题。在提高SNCR低温区脱硝率方面目前已经有部分SNCR添加剂相关的发明专利。由蔡宁生，张彦文，李振山，胥波等人在2008年提出的“一种促进选择性非催化还原氮氧化物的方法”(专利申请号CN200810102373. 4)就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，见图1，该发明针对常规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。 由刘辉，邱朋华，焦峰，王启志，朱赞，杨运超，吴少华等人在2008年提出的“添加生物质气化气的选择性非催化还原方法及使用的锅炉”(专利申请号CN200810209608.X)表明生物质气化气作为添加剂可以提高低温条件下SNCR反应的脱硝效率，见图2。同时，刘辉，吴少华，曹庆喜，朱舒扬，黄霞，苏俊伟，郭浩然等人在同年还提出“生物质气化气雾化的选择性非催化还原方法及使用的锅炉”(专利申请号CN200810209606. 0)，见图3，将气体添加剂管道内的生物质气化气与压缩空气通过混气装置混合后作为氨基还原剂溶液的雾化介质与氨基还原剂溶液一同通过设在炉膛和水平烟道上的喷嘴喷入800°C 950°C温度区域的炉膛和水平烟道内，可以提高脱硝效率，扩大温度窗口。曲万山、任秀琴、曲清亮、曲青青等人在2011年提出的“烟气脱硝添加剂”(专利申请号CN201110023841. O)涉及一种向湿法脱硫吸收剂中添加的脱硝添加剂，由氢氧化钙、氢氧化镁、氧化镁、氧化钛、过氧化钠、电气石粉和高岭土组成。以上专利前三种主要针对煤粉锅炉，所以，为了避免还原剂或添加剂与受热面接触，添加剂作为雾化介质与还原剂在同一通道中喷入炉膛。这种方法使得还原剂的雾化细度较细，但却存在穿透烟气的刚性不佳的缺点，故不适用于循环流化床、水泥窑等高灰分含量的烟气环境。另一方面，超细煤粉的管道输送具有潜在的安全风险，而增加生物质气化装置设备操作相对复杂。最后一种添加剂与湿法脱硫一同作用，反应温区在200°C以下，不适用于SNCR技术。所以，为了解决循环流化床锅炉和水泥窑SNCR脱硝的温区偏低和高粉尘环境两个问题，有必要提出一种新的解决方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种简单可行、结构简单、投资成本低、运行费用低、适用于循环流化床锅炉和水泥窑烟气环境，又能提高其SNCR脱硝效率的方法和装置。为解决技术问题，本发明的解决方案如下提供一体化喷射添加剂的SNCR烟气脱硝方法，是在循环流化床锅炉的旋风分离器入口段或者水泥窑预分解炉的缩口部位处设置一体化喷射装置，该一体化喷射装置具有内通道和外通道，喷口处的外通道套设于内通道的外侧；在循环流化床锅炉或水泥窑预分解炉的运行过程中，由一体化喷射装置的内通道喷入还原剂氨水与添加剂碳酸钠的混合溶液，喷射入炉膛的Na离子在烟气中体积浓度为5 30 ppm ;由外通道喷入雾化风和添加剂甲烷气体的混合物，甲烷气体的体积与烟气中的NO摩尔比为O. 5^2. 5。本发明一体化喷射添加剂的SNCR烟气脱硝的装置，包括循环流化床锅炉，在循环流化床锅炉的旋风分离器入口段设置一体化喷射装置；该一体化喷射装置具有内通道和外通道，喷口处的外通道套设于内通道的外侧。本发明一体化喷射添加剂的SNCR烟气脱硝的装置，包括水泥窑预分解炉，在水泥窑预分解炉的缩口部位设置一体化喷射装置；该一体化喷射装置具有内通道和外通道，喷口处的外通道套设于内通道的外侧。本发明的优点在于(I)本发明同时使用SNCR添加剂碳酸钠溶液和甲烷气体，在其协同作用下使得 SNCR最佳反应温区下移，并扩大了温度窗口，提高了 75(T90(TC这一 SNCR低温区的脱硝率；(2)外通道雾化风和SNCR添加剂甲烷气体的混合物同时又起到保护喷射器的作用，防止其受到粉尘磨损及堵塞；(2)设备集成度高，操作运行简便；(3)投资少，运行和维护费用低。
图I为现有技术中第一种SNCR脱硝装置。图2为现有技术中第二种SNCR脱硝装置。图3为现有技术中第三种SNCR脱硝装置。图4为配置了一体化喷射器的循环流化床锅炉。图5为配置了一体化喷射器的水泥窑预分解炉。图6为一体化喷射器的示意图。图7为添加剂量对SNCR反应温区的影响。图中附图标记为1、一体化喷射装置；2、内通道；3、外通道；4、循环流化床锅炉；
5、水泥窑预分解炉；6、旋风分离器的入口段；7、水泥窑预分解炉的缩口部位。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的具体实施方式
加以阐述。本发明的核心是，在循环流化床锅炉4的旋风分离器入口段6或者在水泥窑预分解炉5的缩口部位7处设置一体化喷射装置I ;该一体化喷射装置I具有内通道2和外通道3，其喷口处的外通道3套设于内通道2的外侧；内通道2是用于喷入还原剂氨水与添加剂碳酸钠的混合溶液的通道，喷射入炉膛的Na离子在烟气中体积浓度为5 30 ppm ;所述外通道3是用于喷入雾化风和添加剂甲烷气体的混合物的通道，甲烷气体的体积与烟气中的NO摩尔比为O. 5 2. 5。
本发明中，运行过程中添加剂的投入以碳酸钠溶液为主，以甲烷气体为辅。例如当投入炉膛的氨水溶液中含5 30 ppm Na离子时，有效反应温区扩大至750°C 1200°C，其中最佳反应温区下移至850°C、50°C，如图7所示。当由于负荷波动等原因炉内温度进一步降低的时候，结合投入含甲烷气体，强化温区下移效果。本发明中的一体化喷射装置I专为循环流化床锅炉4和水泥窑预分解炉5设计，一般布置在循环流化床锅炉4的旋风分离器的入口段6或者水泥窑预分解炉的缩口部位
7。这两个位置的特点均是截面积较小，有利于喷射器喷射的还原剂充分覆盖烟气，从而达到较高的脱硝效果。外通道中使用的雾化风和含甲烷气体的混合物需起到保护喷射器的作用，防止喷嘴在高粉尘浓度的环境下，受到粉尘磨损及堵塞。
本发明的SNCR烟气脱硝技术具有设备集成度高，操作运行简便，有效温区广，低温区脱硝效率高等特点，特别适合于循环流化床锅炉和新型干法水泥窑。
权利要求
1.一种选择性非催化还原及添加剂一体化喷射的烟气脱硝方法，其特征在于SNCR及其添加剂一体化喷射装置(I)由内通道(2 )和外通道(3 )组成，内通道为SNCR还原剂氨水和SNCR添加剂碳酸钠的混合溶液，外通道(3)为雾化风和SNCR添加剂甲烷气体的混合物；该SNCR及其添加剂一体化喷射装置(I)专为循环流化床锅炉(4)和水泥窑预分解炉(5 )设计，布置在循环流化床锅炉(4)的旋风分离器入口段(6)或者水泥窑预分解炉(5)的缩口部位(7);内通道(2)的碳酸钠溶液和外通道(3)的甲烷气体是均为SNCR的添加剂，喷射入炉膛的Na离子在烟气中体积浓度为5 30 ppm,甲烷气体的体积与烟气中的NO摩尔比为O. 5 2.5 ;其协同作用使SNCR最佳反应温区下移，并扩大了温度窗口，提高了 75(T900°C温区的SNCR脱硝率。
全文摘要
本发明涉及烟气脱硝技术，旨在提供一种选择性非催化还原及添加剂一体化喷射的烟气脱硝方法。是在循环流化床锅炉的旋风分离器入口段或者水泥窑预分解炉的缩口部位处设置一体化喷射装置，该一体化喷射装置具有内通道和外通道；在运行过程中，由内通道喷入还原剂氨水与添加剂碳酸钠的混合溶液，由外通道喷入雾化风和添加剂甲烷气体的混合物。本发明同时使用SNCR添加剂碳酸钠溶液和甲烷气体，在其协同作用下使得SNCR最佳反应温区下移，并扩大了温度窗口，提高了750~900℃这一SNCR低温区的脱硝率；外通道雾化风和SNCR添加剂甲烷气体的混合物同时又起到保护喷射器的作用，防止其受到粉尘磨损及堵塞；设备集成度高，操作运行简便；投资少，运行和维护费用低。
文档编号B01D53/56GK102824842SQ20121032703
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者周俊虎, 刘茂省, 谢斌飞, 陈镇超, 潘利红, 杨雪峰 申请人:浙江百能科技有限公司