專利名稱：生物質(zhì)直接再燃與選擇性非催化還原復合脫硝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及生物質(zhì)再燃脫硝與選擇性非催化脫硝工藝，屬于煤粉爐低N0x燃燒和 煙氣脫硝技術領域。
背景技術：
煤粉鍋爐排放的氮氧化物是造成大氣環(huán)境污染的主要物質(zhì)之一，現(xiàn)有的低NOx燃 燒器技術、空氣分級燃燒技術、煤粉再燃技術等低NOx燃燒技術的脫硝效率一般低于50% 。 再燃脫硝技術中超細煤粉再燃對煤種和超細煤粉制備有嚴格的要求，天然氣再燃運行成本 較高，生物質(zhì)再燃脫硝技術依賴于生物質(zhì)燃料供應的范圍和輸運而影響其經(jīng)濟性和效率。 選擇性非催化脫硝(SNCR)由于較窄的反應溫度窗口、氨逃逸等二次污染物排放而受到限 制應用，溫度高于1 IO(TC ，氨基還原劑易被氧化生成NOx，溫度低于900°C時氨基還原劑與 NOx反應速率降低，易造成氨逃逸，因而對應于900°C IIO(TC的爐膛上部及水平煙道的空 間是有限的，加之氨基還原劑與煙氣混合過程需要較長的時間，限制了 SNCR脫硝反應的效 率?；旌狭己们覝囟冗m宜的實驗條件下，SNCR脫硝效率達到80% 90% ，而SNCR技術工程 應用中脫硝效率一般為30% 50%。授權公告號為CN101244361A的發(fā)明專利公開了《一 種促進選擇性非催化還原氮氧化物的方法》，提出以超細煤粉、天然氣或合成氣作為SNCR添 加劑，提高SNCR反應在低溫時的脫硝效率。授權公告號CN101433799A的發(fā)明專利公開了 《生物質(zhì)氣化氣霧化的選擇性非催化還原方法及使用的鍋爐》，將生物質(zhì)氣化氣作為添加劑 與空氣混合作為氨基還原劑溶液的物化介質(zhì)。上述的兩方法不同程度地降低脫硝反應溫度 窗口 ，但在SNCR反應溫度水平下添加超細煤粉的燃盡性難以保證，添加天然氣、合成氣或 生物質(zhì)氣化氣裝置工藝較為復雜，且以上方法都難以將氨逃逸量降低到更低水平， 一般在 5ppm 15ppm。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種生物質(zhì)直接再燃與選擇性非催化還原復合脫硝方法，該 方法解決生物質(zhì)直接再燃脫硝效率偏低、選擇性非催化脫硝反應溫度窗口狹窄、脫硝效率 低及較高的氨逃逸等問題。 生物質(zhì)直接再燃與選擇性非催化還原復合脫硝方法，煤粉通過煤粉爐燃燒器進入 煤粉爐爐膛底部主燃區(qū)形成含有N0X煙氣， 一次風與再循環(huán)的尾部煙氣的混合物將生物質(zhì) 顆粒噴入爐膛中部，形成再燃還原區(qū)，將主燃區(qū)產(chǎn)生的部分NO,還原成N^從再燃還原區(qū)上 部噴入燃盡風形成燃盡區(qū)，其特征在于采用循環(huán)煙氣與壓縮空氣混合氣作為氨基還原劑 與添加劑混合溶液的霧化介質(zhì)，通過噴嘴將氨基還原劑與添加劑混合溶液霧化噴入到燃盡 區(qū)域及下游水平煙道內(nèi)，使煙氣中N0X反應形成N2。 本發(fā)明的上述技術方案中，主燃區(qū)過量空氣系數(shù)為0.8 l.O，再燃還原區(qū)過量空 氣系數(shù)0. 8 0. 9 ;燃盡區(qū)過量空氣系數(shù)1. 15 1. 2。主燃區(qū)投入煤的發(fā)熱量占鍋爐燃料 總輸入熱的80% 90%，再燃區(qū)投入生物質(zhì)的發(fā)熱量占10% 20%。生物質(zhì)噴入再燃還原區(qū)溫度為1100°C 140(TC，燃盡風噴入口溫度1100°C 1200°C。氨基還原劑與添加劑
混合溶液經(jīng)多個噴嘴裝置霧化噴入燃盡區(qū)及下游水平煙道，燃盡區(qū)及下游水平煙道的溫度
范圍800°C IIO(TC，氨基還原劑的噴入量以還原劑中NHi與煙氣中N0X的摩爾比表示，其
摩爾比為1. 0 2. 0。添加劑為鈉鹽與乙醇摩爾比為1的混合物，噴入的鈉鹽、乙醇與煙氣
中N0X的摩爾比為1/20 1/3。鈉鹽為碳酸鈉、甲酸鈉和乙酸鈉的一種。 采用生物質(zhì)直接再燃與選擇性非催化還原復合脫硝方法具有以下優(yōu)點 采用再循環(huán)煙氣與空氣的混合氣作為氨基還原劑和添加劑混合溶液的霧化介質(zhì)，
有利于避免選擇性非催化還原反應區(qū)域氧濃度過高而降低脫硝效率，同時可增強霧化射流
剛性，強化氨基還原劑、添加劑與煙氣的混合，保證氨基還原劑與NO,的還原反應，減小氨逃
逸的可能性；生物質(zhì)灰中堿性物質(zhì)以及添加的鈉鹽可以拓寬SNCR溫度窗口，促進氨基還原
劑與N0X的反應，并能抑制氨逃逸、CO和N20 二次污染物生成和排放。乙醇作為添加劑可以
向低溫方向拓寬SNCR溫度窗口 ；解決再燃脫硝與選擇性非催化還原技術各自脫硝效率偏
低的缺陷，脫硝效率可以達到80%以上。采用的鈉鹽和乙醇添加劑廉價易得，且易溶解于氨
基還原劑溶液，添加方法簡單，便于實施。


圖1為本發(fā)明的生物質(zhì)直接再燃與選擇性非催化還原復合脫硝方法流程示意圖；
其中，1為氨基還原劑與添加劑混合溶液，2為壓縮空氣，3為增壓再循環(huán)煙氣，4為 混氣裝置，5為霧化介質(zhì)，6為主燃燒器，7為一次風混合煤粉，8為再燃燃燒器，9為一次風 與再循環(huán)煙氣混合生物質(zhì)燃料，10為燃盡風噴口 ， 11為燃盡風，12為主燃區(qū)，13為再燃還原 區(qū)，14為燃盡區(qū)，15為霧化噴嘴，16為前屏過熱器，17為后屏過熱器，18為再熱器，19為低 溫過熱器，20為水平煙道。 圖2為碳酸鈉與乙醇對氨選擇性非催化脫硝的影響模擬曲線。 圖3為碳酸鈉與乙醇對尿素選擇性非催化脫硝的影響模擬曲線。 圖4為不同添加量的碳酸鈉與乙醇對氨和尿素選擇性非催化脫硝過程中CO生成
的影響曲線。 圖5為碳酸鈉對尿素選擇性非催化脫硝N20生成的影響曲線。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明進行說明
圖1為本發(fā)明的工藝流程，具體步驟為 A、一次風混合煤粉7經(jīng)主燃燒器6進入爐膛底部主燃區(qū)12形成含有N0X的煙氣。
B、一次風與再循環(huán)煙氣混合生物質(zhì)燃料9經(jīng)再燃燃燒器8進入爐膛，形成再燃還 原區(qū)13。生物質(zhì)顆粒在再燃還原區(qū)13低化學當量比條件下析出氣相碳氫基、氨基等活性基 團，與主燃區(qū)12形成的N0X反應形成N2，同時生物質(zhì)焦炭與N0X在再燃還原區(qū)13發(fā)生異相 還原反應，將主燃區(qū)12產(chǎn)生的N0X還原成N2。 C、從再燃還原區(qū)13上部的燃盡風噴口 IO噴入燃盡風ll，形成燃盡區(qū)14，使未完 全燃燒的可燃物完全燃燒。 D、壓縮空氣2與增壓再循環(huán)煙氣3進入混氣裝置4，形成霧化介質(zhì)5。霧化介質(zhì)5流經(jīng)多個霧化噴嘴15將氨基還原劑與添加劑混合溶液1霧化噴入燃盡區(qū)14和水平煙道 20。霧化噴嘴15布置于燃盡區(qū)14，以及前屏過熱器16、后屏過熱器17、再熱器18、低溫過 熱器19之間的區(qū)域。 在步驟A中所述的主燃區(qū)過量空氣系數(shù)為O. 8 2. O，煤粉占爐膛總燃料輸入熱的 80% 90%。 在步驟B中所述的一次風與再循環(huán)煙氣混合生物質(zhì)燃料9中的再循環(huán)煙氣占混合 氣的比例為30% 100%。再燃比即生物質(zhì)燃料占爐膛總燃料輸入熱的10% 20%。再 燃還原區(qū)13過量空氣系數(shù)為0. 8 0. 9。 一次風與再循環(huán)煙氣混合氣將生物質(zhì)噴入再燃還 原區(qū)13，這樣有利于保證再燃所需的低化學當量比條件和強化生物質(zhì)燃料射流的剛性以及 和煙氣的混合。 在步驟C中所述的燃盡區(qū)14過量空氣系數(shù)為1. 15 1. 2。 在步驟D中，燃盡區(qū)14及水平煙道20布置的霧化噴嘴15對應爐膛中煙氣溫度范 圍800°C IIO(TC。氨基還原劑溶液的噴入總量以還原劑產(chǎn)生的NHi與還原劑噴入前即燃 盡區(qū)14煙氣中N0X的摩爾比表示，NHi與煙氣中N0X摩爾比為1. 0 2. 0。氨基還原劑溶液 為氨水、尿素溶液、碳酸氫銨溶液的一種。添加劑為鈉鹽與乙醇摩爾比為1的混合物，噴入 的鈉鹽和乙醇與煙氣中NOx摩爾比為1/20 1/3。鈉鹽為碳酸鈉、甲酸鈉和乙酸鈉的一種。 霧化介質(zhì)5中再循環(huán)煙氣占霧化介質(zhì)的比例為30% 100%，這樣有利于保證氨基還原劑 與添加劑混合溶液1的霧化射流剛性和煙氣的混合。 圖2為碳酸鈉、乙醇對氨選擇性非催化脫硝的影響曲線。實驗條件為煙氣初始 N0j農(nóng)度600卯m，氧濃度3^，氨氮摩爾比為1. 5，碳酸鈉、乙醇與N0X摩爾比為1/3。碳酸鈉 和乙醇可以向低溫方向拓寬溫度窗口 50°C IO(TC，向高溫方向拓寬2(TC，碳酸鈉可以提 高各反應溫度下的脫硝效率。 圖3為碳酸鈉與乙醇對尿素選擇性非催化脫硝的影響模擬曲線。實驗條件為煙 氣初始N0j農(nóng)度600卯m，氧濃度3X，氨氮摩爾比為1. 5，碳酸鈉、乙醇與N0X摩爾比為1/3。 碳酸鈉和乙醇可以向低溫方向拓寬溫度窗口 5(TC左右，碳酸鈉可以提高溫度窗口下的脫硝 效率。 圖4為不同添加量的碳酸鈉與乙醇對氨和尿素選擇性非催化脫硝過程中CO生成 的影響曲線。實驗條件為煙氣初始N0x濃度600卯m，氧濃度3X，氨氮摩爾比為1.5，反應 溫度1223K。隨碳酸鈉添加量增加，CO排放量降低，而隨乙醇添加量增加，CO排放量增加。
圖5為碳酸鈉對尿素選擇性非催化脫硝N20生成的影響曲線。實驗條件為煙氣 初始N0j農(nóng)度500ppm，氧濃度3. 9% ，氨基還原劑為尿素，氨氮摩爾比為1. 5，添加劑為碳酸 鈉，碳酸鈉與N0X摩爾比為6%。實驗與模擬均表明碳酸鈉能明顯降低N20生成量。
通過調(diào)整生物質(zhì)再燃比、NHi與煙氣中NOx摩爾比、添加劑與煙氣中NO,摩爾比，本 方法的脫硝效率可以達到80% 92%。氨逃逸降低到5ppm以下，無明顯的CO和N20生成 和排放。
權利要求
一種生物質(zhì)直接再燃與選擇性非催化還原復合脫硝方法，煤粉通過煤粉爐燃燒器進入煤粉爐爐膛底部主燃區(qū)形成含有NOx煙氣，一次風與再循環(huán)的尾部煙氣的混合生物質(zhì)顆粒噴入爐膛中部，形成再燃還原區(qū)，將主燃區(qū)產(chǎn)生的部分NOx還原成N2，從再燃還原區(qū)上部噴入燃盡風形成燃盡區(qū)，其特征在于，采用循環(huán)煙氣與壓縮空氣混合氣作為霧化介質(zhì)，將鈉鹽與乙醇混合物作為添加劑，通過噴嘴將氨基還原劑與添加劑混合溶液霧化噴入燃盡區(qū)域及下游水平煙道內(nèi)，使煙氣中NOx反應形成N2。
2. 根據(jù)權利要求1所述的生物質(zhì)直接再燃與選擇性非催化還原復合脫硝方法，其特征 在于主燃區(qū)過量空氣系數(shù)為0. 8 1. 0，再燃還原區(qū)過量空氣系數(shù)0. 8 0. 9 ;燃盡區(qū)過量 空氣系數(shù)1. 15 1. 2。
3. 根據(jù)權利要求1和2所述的生物質(zhì)直接再燃與選擇性非催化還原復合脫硝方法，其 特征在于煤粉爐爐膛主燃區(qū)投入煤的發(fā)熱量占鍋爐燃料總輸入熱的80% 90%，再燃區(qū) 投入生物質(zhì)的發(fā)熱量占10% 20%。
4. 根據(jù)權利要求1、2和3所述的生物質(zhì)直接再燃與選擇性非催化還原復合脫硝方法， 其特征在于生物質(zhì)噴入再燃還原區(qū)溫度為1100°C 140(TC，燃盡風噴入口溫度1100°C 1200°C。
5. 根據(jù)權利要求1所述的生物質(zhì)直接再燃與選擇性非催化還原復合脫硝方法，其特征 在于氨基還原劑與添加劑混合溶液經(jīng)多個位置霧化噴入燃盡區(qū)及下游水平煙道，燃盡區(qū)及 下游水平煙道的溫度范圍800°C IIO(TC，氨基還原劑的噴入量以還原劑中NHi與煙氣中 N0X的摩爾比表示，其比值為1. 0 2. 0。
6. 根據(jù)權利要求1和5所述的生物質(zhì)直接再燃與選擇性非催化還原復合脫硝方法，其 特征在于添加劑為鈉鹽與乙醇摩爾比為1的混合物，噴入的鈉鹽、乙醇與煙氣中N0X的摩爾 比為1/20 1/3。
7. 根據(jù)權利要求1和6所述的生物質(zhì)直接再燃與選擇性非催化還原復合脫硝方法，其 特征在于鈉鹽為碳酸鈉、甲酸鈉和乙酸鈉的一種。
全文摘要
本發(fā)明屬于煤粉爐低NOx燃燒和煙氣脫硝技術領域。本發(fā)明的技術方案是煤粉通過煤粉爐的燃燒器進入主燃區(qū)形成含有NOx的煙氣，將生物質(zhì)顆粒與一次風、再循環(huán)煙氣混合噴入再燃還原區(qū)，使主燃區(qū)形成的部分NOx反應生成N2，從再燃還原區(qū)的上部噴入燃盡風，采用循環(huán)煙氣與壓縮空氣混合氣作為氨基還原劑與添加劑混合溶液的霧化介質(zhì)，通過設在爐膛和水平煙道內(nèi)的噴嘴將氨基還原劑與添加劑混合溶液霧化噴入燃盡區(qū)域及下游水平煙道內(nèi)，使煙氣中NOx反應形成N2。本方法提高了脫硝效率，提高了生物質(zhì)及氨基還原劑的利用率，減少二次污染物生成和排放。
文檔編號B01D53/79GK101721904SQ20101001164
公開日2010年6月9日 申請日期2010年1月21日 優(yōu)先權日2010年1月21日
發(fā)明者李英杰, 王永征, 程世慶, 趙建立, 路春美, 韓奎華 申請人:山東大學