专利名称：一种降低燃煤电站锅炉烟气中氮氧化物的方法
技术领域：
本发明涉及燃煤电站锅炉烟气降低氮氧化物技术，该技术可以应用于燃煤火力发电厂污染物-氮氧化物的排放控制过程，适合于现有或新建大中小机组的降低氮氧化物技术改造和建设工程。
背景技术：
随着我国经济的发展，在能源消费中带来的环境污染也越来越严重。其中大气烟尘、酸雨、温室效应和臭氧层的破坏已成为危害人们生存的四大杀手。燃煤烟气所含的烟尘、二氧化硫、氮氧化物等有害物质是造成大气污染、酸雨和温室效应的主要根源。我国南方及西南部地区相当一大片地域频繁发生酸雨和酸雾的灾害。2000年全国环境状况公报表明在统计的338个城市中，63.5％的城市超过国家空气质量二级标准，其中超过三级标准的有112个城市，占监测城市的33.1％。我国煤炭储量丰富，每年的产量超过10亿t。我国燃煤取得的能量达到能源总量的75％以上，而且这种能源结构在近年不会改变。与此同时燃煤烟气中排放的二氧化硫和氮氧化物占全国总排放量的90％。煤炭的燃烧造成了严重的空气污染，特别是燃煤烟气中的NOx，对大气的污染已成为一个不容忽视的重要问题。从“十一五”开始，对火电厂排放氮氧化物实施总量控制；最新修订的火电厂排放标准将对新老机组都执行同样严格的排放浓度标准，在《排污费征收使用管理条例》中规定，对氮氧化物执行与二氧化硫相同的排污费征收标准。因此积极研究开发研究脱硝技术，以满足环境保护的要求，具有现实的环境、经济和社会意义。
我国近年很多城市尤其是南方沿海城市对电需求量持续增加，我国电站供电有些不堪重负，国内很多电厂纷纷上马(大部分是火电厂)以缓解城市缺电问题，这势必增加燃煤的消费量，氮氧化物产量也会随之增加，如果不迅速研究出行之有效的适合我国国情的燃煤烟气脱硝技术，我国的大气环保事业又将面临着严峻的考验。而且随着人们对环保要求的不断提高，今后的排放标准势必也越来越严格，特别是2008年北京申奥成功，绿色奥运的主题促使北京市做出2005年北京市燃煤电站锅炉NOx排放低于250mg/Nm3的要求，相对于目前650mg/Nm3的要求要严格的多。
对于燃煤发电锅炉，控制NOx排放主要分为两种技术方式，一种是燃烧控制即在燃烧过程中减少NOx的生成量；另一种是燃烧后控制即烟气脱硝技术，脱硝技术中又分SCR和SNCR技术。燃烧控制技术控制NOx排放的效率比较低，一般情况下不会超过50％，而目前的NOx排放标准基本高于50％，因此，就需要采取烟气脱硝技术来控制NOx的排放量。在NOx控制技术方面，欧美许多国家均已应用商业化的低NOx燃烧技术，其中奥地利、日本、德国等国家已应用商业化的烟气脱硝技术。如今，全世界大约有300套SNCR装置应用于电站锅炉、工业锅炉、市政垃圾焚烧炉和其它燃烧装置。现在在美国SNCR的商业应用以及全尺度的示范工程已经运用于燃用各种燃料的所有类型的锅炉中，其中有30个电站锅炉应用了SNCR技术，容量总共约为7100MW，其中有5个机组的容量超过了600MW，最大容量达到了640MW。
在引进国外先进SNCR烟气脱硝技术的同时，也要求我国在该领域对国外技术进行消化和吸收，并走出一条适合我国国情的烟气脱硝技术的道路来，实现SNCR烟气脱硝技术商业应用的国产化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低燃煤电站锅炉烟气中氮氧化物的方法，该方法可以大幅度地降低燃煤电站锅炉烟气中氮氧化物脱除的运行成本。
本发明具体提供了一种降低燃煤电站锅炉烟气氮氧化物(NOx)的方法，其特征在于以碳酸铵和/或碳酸氢铵为还原剂，碳酸铵和/或碳酸氢铵的喷入量是根据烟气中NOx的含量按0.8～2.5的当量比喷入的。
本发明燃煤电站锅炉烟气降低氮氧化物的方法中，所述NOx脱除反应的烟气温度范围为800～1200℃。
本发明燃煤电站锅炉烟气降低氮氧化物的方法中，所述NOx脱除反应的反应时间范围为0.3～0.8s。
本发明燃煤电站锅炉烟气降低氮氧化物的方法中，所述碳酸铵和/或碳酸氢铵是以水溶液的形式喷入炉膛，液态浓度为5％～20％。
本发明燃煤电站锅炉烟气降低氮氧化物工艺过程和方法，其特征在于所述碳酸铵和/或碳酸氢铵溶液是用压缩空气作为载体喷入炉膛中。
本发明还提供了一种专门用于上述方法的燃煤电站锅炉炉内脱除氮氧化物系统，其特征在于该系统由碳酸铵和/或碳酸氢铵物质装卸装置(1)、储藏装置(2)、与水混合装置(3)、喷入装置(4)、喷枪装置(5)、锅炉(6)及炉膛烟气温度测量装置(7)构成。
本发明涉及的技术是烟气降低氮氧化物的一种，该技术的基本原理基于SNCR技术。具体地，提供了燃煤电站锅炉烟气降低氮氧化物的又一还原剂，即碳酸铵和碳酸氢铵，在燃煤锅炉内，喷入碳酸铵或碳酸氢与煤燃烧中产生的氮氧化物反应，喷入点位置在烟气温度为800～1200℃，可降低烟气中30～70％的氮氧化物，烟气中氨的漏失率为＜10ppm。碳酸铵或碳酸氢作为还原剂，在喷入到锅炉炉膛内之前雾化或者注入到锅炉中靠炉内的热量蒸发雾化，在适宜的温度范围内，与NO的化学反应式如下(NH4)2CO3+2NO+1/2O2→2N2+CO2+4H2O2NH4HCO3+2NO+1/2O2→2N2+2CO2+5H2O本发明采用碳酸铵和碳酸氢铵取代国外在SNCR脱硝技术中使用尿素或氨水作为NOx脱除还原剂，适于我国国情，我国碳酸铵和碳酸氢铵来源丰富并且分布广、价格更低并且安全生产好。
本发明具有下述优点(1)降低氮氧化物效率为30～70％；(2)二次污染水平低。氨的漏失率可达到＜10ppm。
(3)与通常使用的尿素或氨水作为还原剂相比可降低20～40％的运行费用。本发明具有更为广泛的商业应用前景。
图1为燃煤电站锅炉炉内脱除氮氧化物系统结构示意。
具体实施例方式燃煤电站锅炉炉内脱除氮氧化物系统结构如图1所示，图中1装卸装置、2储藏装置、3与水混合装置、4喷入系统、5喷枪系统、6锅炉、7炉膛烟气温度测量装置，碳酸铵或碳酸氢铵和水按一定量的比例混合后，存入贮藏罐中，由计量泵从罐抽取碳酸铵或碳酸氢铵溶液，压缩空气作为载体将碳酸铵或碳酸氢铵溶液从喷枪喷入炉膛内一定的烟气温度范围内，使之与烟气混合并反应。
实施例1某燃煤电站锅炉，125MW发电机组，燃煤量为55t/h，在过量空气系数为1.2的条件下，燃烧产生的烟气量为8.34Nm3/kg，烟气中NOx浓度为300～500ppm。具体流程为碳酸铵由装卸装置(1)存入到储藏装置(2)中，送到与水混合装置(3)配成一定浓度的碳酸铵水溶液，在炉膛烟气温度测量装置(7)测量烟气温度后，确定了喷入位置后，将碳酸铵通过喷入系统(4)和喷枪系统(5)，送到锅炉(6)与烟气中NOx反应。该系统氮氧化物的脱除率为45.39％。
实施例2某燃煤电站锅炉，200MW发电机组，燃煤量为115.2t/h，在过量空气系数为1.32的条件下，燃烧产生的烟气量为9.25Nm3/kg，烟气中NOx浓度为200～400ppm。具体流程为直接购买一定浓度的碳酸铵溶液，存入到储藏装置(2)中，在炉膛烟气温度测量装置(7)测量烟气温度后，确定了喷入位置后，将碳酸铵通过喷入系统(4)和喷枪系统(5)，送到锅炉(6)与烟气中NOx反应。该系统氮氧化物的脱除率为49.31％。
实施例3
某燃煤电站锅炉，350MW发电机组，燃煤量为129.5t/h，在过量空气系数为1.26的条件下，燃烧产生的烟气量为8.93Nm3/kg，烟气中NOx浓度为300～500ppm。具体流程为碳酸氢铵由装卸装置(1)存入到储藏装置(2)中，送到与水混合装置(3)配成一定浓度的碳酸氢铵水溶液，在炉膛烟气温度测量装置(7)测量烟气温度后，确定820℃的喷入位置，将碳酸氢铵通过喷入系统(4)和喷枪系统(5)，送到锅炉(6)与烟气中NOx反应。该系统喷入不同当量比的碳酸氢铵后氮氧化物的脱除率见表1。
表1 碳酸氢铵脱硝效率试验
实施例4某燃煤电站锅炉，2.5MW发电机组，燃煤量为32t/h，在过量空气系数为1.14的条件下，燃烧产生的烟气量为7.09Nm3/kg，烟气中NOx浓度为300～500ppm。具体流程为碳酸氢铵由装卸装置(1)存入到储藏装置(2)中，送到与水混合装置(3)配成一定浓度的碳酸氢铵水溶液，在炉膛烟气温度测量装置(7)测量烟气温度后，确定870℃的喷入位置，将碳酸氢铵通过喷入系统(4)和喷枪系统(5)，送到锅炉(6)与烟气中NOx反应。该系统喷入不同当量比的碳酸氢铵后氮氧化物的脱除率见表2。
表2 碳酸氢铵脱硝效率试验
实施例5某燃煤电站锅炉，2.5MW发电机组，燃煤量为26t/h，在过量空气系数为1.2的条件下，燃烧产生的烟气量为8.52Nm3/kg，烟气中NOx浓度为300～500ppm。具体流程为碳酸氢铵由装卸装置(1)存入到储藏装置(2)中，送到与水混合装置(3)配成一定浓度的碳酸氢铵水溶液，在炉膛烟气温度测量装置(7)测量烟气温度后，确定了喷入位置后，将碳酸氢铵通过喷入系统(4)和喷枪系统(5)，送到锅炉(6)与烟气中NOx反应。该系统喷入不同当量比的碳酸铵后氮氧化物的脱除率见表3。
表3 碳酸氢铵脱硝效率试验
权利要求
1.一种降低燃煤电站锅炉烟气氮氧化物(NOx)的方法，其特征在于以碳酸铵和/或碳酸氢铵为还原剂，碳酸铵和/或碳酸氢铵的喷入量是根据烟气中NOx的含量按0.8～2.5的当量比喷入的。
2.按照权利要求1所述燃煤电站锅炉烟气降低氮氧化物的方法，其特征在于所述NOx脱除反应的烟气温度范围为800～1200℃。
3.按照权利要求1所述燃煤电站锅炉烟气降低氮氧化物的方法，其特征在于所述NOx脱除反应的反应时间范围为0.3～0.8s。
4.按照权利要求1所述燃煤电站锅炉烟气降低氮氧化物的方法，其特征在于所述碳酸铵和/或碳酸氢铵是以水溶液的形式喷入炉膛，浓度为5％～20％。
5.按照权利要求1所述燃煤电站锅炉烟气降低氮氧化物工艺过程和方法，其特征在于所述碳酸铵和/或碳酸氢铵溶液是用压缩空气作为载体喷入炉膛中。
6.一种专门用于权利要求1～5之一所述方法的燃煤电站锅炉炉内脱除氮氧化物系统，其特征在于该系统由碳酸铵和/或碳酸氢铵物质装卸装置(1)、储藏装置(2)、与水混合装置(3)、喷入装置(4)、喷枪装置(5)、锅炉(6)及炉膛烟气温度测量装置(7)构成。
全文摘要
一种降低燃煤电站锅炉烟气氮氧化物的方法，以碳酸铵或碳酸氢铵为还原剂，在燃煤锅炉内烟气温度为800～1200℃的位置，喷入碳酸铵或碳酸氢铵与煤燃烧后产生的氮氧化物(NOx)反应，可降低烟气中30～70％的氮氧化物，而烟气中氨的漏失率为＜10ppm。与国外通常采用尿素或氨水作为还原剂的工艺过程相比可降低20～40％的运行费用，因此具有更为广泛的应用前景。
文档编号B01D53/56GK101077468SQ200610046690
公开日2007年11月28日 申请日期2006年5月26日 优先权日2006年5月26日
发明者李振中, 李辰飞, 吴少华, 董建勋, 王阳, 曾庆广, 祁宁, 高冠帅, 蔡文海, 郭建华 申请人:国家电站燃烧工程技术研究中心, 李振中, 吴少华