一種燃煤電站鍋爐生物質(zhì)再燃脫硝劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種燃煤電站鍋爐生物質(zhì)再燃脫硝劑及其制備方法，基于高級再燃脫硝技術(shù)原理，以生物質(zhì)能利用和燃煤煙氣氮氧化物（NOx）控制為背景，采用生物質(zhì)/生物質(zhì)炭、堿金屬鹽（KCl、NaCl、Na2CO3等）以及添加劑（尿素、Fe2O3等）制備的生物質(zhì)再燃脫硝劑來控制燃煤煙氣NOx排放。本發(fā)明通過對生物質(zhì)原料預(yù)處理（風(fēng)干、粉碎、篩分）、低溫?zé)峤猓?00-300℃、10～30min、氮氣氣氛）、溶液（Na2CO3、NaCl和KCl）噴淋或浸漬以及添加劑（尿素、Fe2O3）的機(jī)械混合等處理過程，制得含水率低、能量密度高、易粉碎、適宜儲藏和長距離運輸?shù)纳镔|(zhì)再燃脫硝劑。該發(fā)明具有原料來源廣泛、制備過程簡單、成本低和脫硝效率高等特點，適用于燃煤電站以及垃圾焚燒等領(lǐng)域煙氣中氮氧化物的排放控制。
【專利說明】一種燃煤電站鍋爐生物質(zhì)再燃脫硝劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃煤電站鍋爐生物質(zhì)再燃脫硝劑及其制備方法，屬于生物質(zhì)能利用與燃煤鍋爐煙氣脫硝【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是以煤為主的能源消耗大國。2011年，我國火電氮氧化物(NOx)排放量高達(dá)1050萬噸，占全國排放總量的40%以上，其快速增長加劇了地區(qū)酸雨惡化，部分抵消了我國在SO2減排上付出的努力。2012年實施的國家標(biāo)準(zhǔn)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)對燃煤電站氮氧化物排放限值做了明確規(guī)定，要求燃煤電站鍋爐氮氧化物排放濃度不得高于100mg/m3，這對燃煤鍋爐氮氧化物控制技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。
[0003]目前，氮氧化物控制技術(shù)可分為燃燒改進(jìn)和尾部煙氣脫硝兩大類，主要有低NOx燃燒器(Low-NOx Burner, LNB)、燃料再燃(Fuel reburning)、選擇性非催化還原(SelectiveNon-Catalytic Reduction, SNCR)和選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduction,SCR)等。LNB技術(shù)投資成本較低，基本不需要運行費用，但其NOx脫除效率較低，不能滿足NOx排放控制的要求。SNCR和SCR是目前廣泛使用的煙氣脫硝技術(shù)，其中SCR不僅需要一定的投資費用和安裝空間，而且其所需的催化劑價格昂貴；SNCR同樣存在脫硝還原劑耗量大、脫硝效率較低以及難以滿足NOx排放控制要求等缺陷。燃料再燃脫硝技術(shù)具有鍋爐改造小、運行費用低、脫硝效率高、適用性廣等優(yōu)點，被認(rèn)為是一種極具應(yīng)用前景的脫硝技術(shù)。
[0004]燃料再燃 技術(shù)主要特點是將爐內(nèi)燃燒過程沿爐膛高度分成主燃燒區(qū)、再燃區(qū)和燃燼區(qū)，將80%_90%的燃料送入主燃燒區(qū)(α >1)，10%_20%的燃料送入再燃燒區(qū)(α < I)。在再燃區(qū)還原性氣氛下，使得主燃區(qū)內(nèi)生成的NOx還原為N2，最后在燃燼區(qū)內(nèi)補入部分空氣，保證燃燒產(chǎn)物完全燃燒。再燃燃料有天然氣、油、煤和生物質(zhì)等。天然氣是最佳的再燃燃料，但是由于天然氣價格較高，且儲量有限，不適合大規(guī)模推廣。研究表明，褐煤及超細(xì)煤粉也是一種很好的再燃燃料，但單純采用煤粉再燃技術(shù)，對煤粉細(xì)度要求較高(通常< 10 μ m)，同時存在燃燒效率低、飛灰含碳量大、脫硝效率較低等缺點。生物質(zhì)具有低硫、低氮、高揮發(fā)份、高灰焦活性和零CO2凈排放等特點，是一種優(yōu)質(zhì)的再燃燃料。我國的生物質(zhì)資源豐富，種類繁多。據(jù)測算，我國可開發(fā)的生物質(zhì)能資源總量近期約為5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤/年，遠(yuǎn)期約為10億噸標(biāo)準(zhǔn)煤/年。但是，由于生物質(zhì)存在含水率高、熱值和能量密度低、易腐爛、不宜長期儲存與長距離運輸?shù)热毕荩拗屏似浯笠?guī)模利用。因此，如何結(jié)合生物質(zhì)的特點，將生物質(zhì)能利用與燃煤污染物控制有效結(jié)合是當(dāng)前能源環(huán)境領(lǐng)域亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有再燃脫硝技術(shù)存在的再燃燃料系統(tǒng)復(fù)雜、運行成本高、飛灰含碳量高以及脫硝效率低等缺陷，提供一種廉價高效的生物質(zhì)再燃脫硝劑及其制備方法。
[0006]本發(fā)明是以農(nóng)林生物質(zhì)(秸桿、稻殼、木屑、樹枝等)為原料，首先，將進(jìn)行風(fēng)干、剪切、粉碎、篩分以及壓縮成型等預(yù)處理工藝，制成粒徑小于5cm的生物質(zhì)顆粒；接著，在熱解溫度為200-300°C、熱解時間為10-30min、且隔絕空氣條件下對生物質(zhì)顆粒進(jìn)行低溫?zé)峤?，獲得生物質(zhì)炭，再經(jīng)過粉碎工藝制得粒徑小于0.5mm生物質(zhì)炭粉；最后，將生物質(zhì)炭粉進(jìn)行溶液噴淋或浸潰以及添加劑(如Fe2O3、尿素等)的機(jī)械混合，并經(jīng)干燥后制得生物質(zhì)再燃脫硝劑。
[0007]本發(fā)明所涉及的一種燃煤電站鍋爐生物質(zhì)再燃脫硝劑，由浸潰生物質(zhì)炭粉和添加劑顆粒組成的復(fù)合生物質(zhì)炭粉，其中，所述浸潰生物質(zhì)炭粉的含水率小于10%，其粒徑小于
0.5mm ;所述添加劑顆粒為Fe2O3和尿素顆粒，F(xiàn)e2O3顆粒占脫硝劑的質(zhì)量比小于0.5%，尿素顆粒占脫硝劑的質(zhì)量百分比小于2.5%
[0008]制備上述生物質(zhì)再燃脫硝劑的方法和過程如下:
[0009]I)生物質(zhì)原料預(yù)處理:選取農(nóng)林生物質(zhì)(如稻桿、麥桿、稻殼、木屑、樹枝、竹子等)，將生物質(zhì)原料經(jīng)過風(fēng)干、剪切、粉碎、篩分以及壓縮成型等處理過程，制得粒徑小于5cm的生物質(zhì)顆粒原料；
[0010]2)生物質(zhì)低溫?zé)峤?利用固定式或移動式(螺旋等)低溫?zé)峤庋b置，在熱解溫度為200-300°C和隔絕空氣(以氮氣為保護(hù)氣)條件下，對生物質(zhì)顆粒進(jìn)行低溫?zé)峤?熱解時間為10-30min)，并在氮氣氣氛下冷卻至室溫，獲得生物質(zhì)炭，再經(jīng)粉碎處理后，制得粒徑小于
0.5mm的生物質(zhì)炭粉，可直接用于再燃脫硝；
[0011]3)生物質(zhì)炭粉的噴淋或浸潰:分別采用質(zhì)量濃度為1-5%的堿金屬鹽(Na2C03、NaCl和KCl中的任意一種或幾種)溶液對生物質(zhì)炭進(jìn)行0.5-2h噴淋或浸潰處理，再經(jīng)干燥(干燥溫度為60-90°C，l_2h)和粉磨后，制得含水率小于10%以及粒徑小于0.5mm的浸潰生物質(zhì)炭粉，該浸潰生物質(zhì)炭粉可以直接作為再燃脫硝劑用于再燃脫硝；
[0012]4)浸潰生物質(zhì)炭粉與添加劑的機(jī)械混合:將浸潰生物質(zhì)炭粉、添加劑顆粒(粒徑小于0.45mm, Fe2O3和尿素等)、以及粒徑小于0.5mm生物質(zhì)原料粉按比例混合(其中鐵粉和尿素占脫硝劑的質(zhì)量比分別控制在0.5%和2.5%以內(nèi)，生物質(zhì)原料粉的添加比例可根據(jù)再燃脫硝劑的熱值和揮發(fā)份確定)，經(jīng)充分混勻后，制得復(fù)合生物質(zhì)炭粉，即為本發(fā)明的生物質(zhì)再燃脫硝劑。
[0013]本發(fā)明通過一系列的處理工藝降低了生物質(zhì)再燃脫硝劑的含水率，提高了生物質(zhì)的熱值和能量密度，改善了生物質(zhì)的粉磨性能，并經(jīng)過浸潰和機(jī)械混勻處理，提高了脫硝劑中有利于NOx還原的堿金屬元素和氨基等還原組分的含量，進(jìn)而通過強(qiáng)化再燃脫硝劑對煙氣中NOx的同相和異相還原作用，實現(xiàn)了燃煤電站大規(guī)模利用生物質(zhì)能和高效脫除NOx的雙重效果。本發(fā)明再燃脫硝的作用機(jī)理是:
[0014]I)在再燃區(qū)還原性氣氛下，高揮發(fā)分生物質(zhì)再燃脫硝劑燃料快速熱解，生成NHi和HCN等基團(tuán)，進(jìn)而通過反應(yīng)(Rl)- (R5)實現(xiàn)了 NOx同相還原。
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種燃煤電站鍋爐生物質(zhì)再燃脫硝劑，其特征在于，所述生物質(zhì)再燃脫硝劑為由浸潰生物質(zhì)炭粉和添加劑顆粒組成的復(fù)合生物質(zhì)炭粉，其中，所述浸潰生物質(zhì)炭粉的含水率小于10%，其粒徑小于0.5mm ;所述添加劑顆粒為Fe2O3和尿素顆粒，F(xiàn)e2O3顆粒占脫硝劑的質(zhì)量比小于0.5%，尿素顆粒占脫硝劑的質(zhì)量百分比小于2.5%。
2.制備如權(quán)利要求1所述的一種燃煤電站鍋爐生物質(zhì)再燃脫硝劑的方法，其特征在于，具體過程如下: .1)生物質(zhì)原料預(yù)處理:選取農(nóng)林生物質(zhì)，將生物質(zhì)原料經(jīng)過風(fēng)干、剪切、粉碎、篩分以及壓縮成型的處理過程，制得粒徑小于5cm的生物質(zhì)顆粒原料； .2)生物質(zhì)低溫?zé)峤?利用固定式或移動式低溫?zé)峤庋b置，在熱解溫度為200-300°C、熱解時間為10-30min和隔絕空氣條件下，對生物質(zhì)顆粒原料進(jìn)行低溫?zé)峤猓缓笤诘獨鈿夥障吕鋮s至室溫，獲得生物質(zhì)炭，再經(jīng)粉碎處理后，制得粒徑小于0.5mm的生物質(zhì)炭粉； .3)生物質(zhì)炭粉的噴淋或浸潰:分別采用質(zhì)量濃度為1-5%的堿金屬鹽溶液對生物質(zhì)炭粉進(jìn)行0.5-2h噴淋或浸潰處理，再經(jīng)干燥和粉磨后，制得含水率小于10%以及粒徑小于.0.5mm的浸潰生物質(zhì)炭粉，其中，干燥溫度為60-90°C，時間為l_2h ； . 4)浸潰生物質(zhì)炭粉與添加劑的機(jī)械混合:將浸潰生物質(zhì)炭粉、添加劑顆粒、以及粒徑小于0.5mm的生物質(zhì)原料粉按比例混合，經(jīng)充分混勻后，制得復(fù)合生物質(zhì)炭粉，即為所述生物質(zhì)再燃脫硝劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述農(nóng)林生物質(zhì)為稻桿、麥桿、稻殼、木屑、樹枝或竹子。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟2)得到的生物質(zhì)炭粉可直接用于再燃脫硝；所述步驟3)得到的浸潰生物質(zhì)炭粉可直接作為再燃脫硝劑用于再燃脫硝。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的方法，其特征在于，所述步驟3)采用的堿金屬鹽溶液為Na2C03、NaCl和KCl中的任意一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的方法，其特征在于，所述添加劑顆粒的粒徑小于.0.45mm,為Fe2O3和尿素顆粒，其中，F(xiàn)e2O3顆粒占脫硝劑的質(zhì)量比小于0.5%，尿素顆粒占脫硝劑的質(zhì)量百分比小于2.5%。
【文檔編號】B01D53/90GK103525502SQ201310459339
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】盧平, 郝江濤, 于偉, 祝秀明, 徐森榮 申請人:南京師范大學(xué)