CN101574616B - 碳酸氢铵干法热解制氨的烟气脱硝工艺及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于火电厂烟气脱硝技术领域的一种碳酸氢铵干法热解制氨的烟气脱硝工艺及其系统。脱硝工艺采用碳酸氢铵粉末作为脱硝还原剂，采用干法制氨方式得到氨气；碳酸氢铵粉末在热空气的加热作用下被分解出氨气、二氧化碳和水，热解后的混合气体流入到缓冲罐，随后通过调节阀进入氨气空气混合器，稀释后的混合气体通过喷氨格栅进入SCR反应器，在催化剂的作用下，氨气将NOx还原成N₂。本工艺采用碳酸氢铵干法热解，避免了设置溶解系统，简化系统设计，节省设备占地面积，进一步提高了经济性，避免了液氨及氨水等还原剂在运输存储方面的安全隐患，碳酸氢铵的经济性优于尿素还原剂。运输储存方便安全，经济性好，整个脱硝系统简洁，高效。

Description

碳酸氢铵干法热解制氨的烟气脱硝工艺及其系统

技术领域

[0001] 本发明属于火电厂烟气脱硝技术领域，特别涉及一种碳酸氢铵干法热解制氨的烟气脱硝工艺及其系统。

技术背景

[0002] 火力发电厂排放出的烟气含有N0X，严重污染环境。日益严格的环保法规要求新建火力发电机组必须安装脱硝系统。常用的烟气脱硝技术一般是将脱硝还原剂制备出氨气， 再将氨气通过喷氨格栅喷入到烟气中。在催化剂的作用下，NOx被氨气还原成N2。

[0003] 火力发电厂烟气脱硝系统常用的还原剂有液氨、氨水及尿素。液氨具有高毒性，采用液氨作为还原剂必须对液氨的储存、运输和使用进行严格的规范。液氨通过液氨卸料压缩机进入储存罐，随后进入蒸发器，在蒸汽加热作用下气化变成氨气，氨气再通过空气稀释后送入烟气中脱硝。该脱硝系统需要设置液氨卸料压缩机，液氨储存罐和液氨蒸发器。

[0004] 采用氨水作为还原剂，是将25 %的含氨水溶液通过加热装置使其蒸发，形成氨气和水蒸汽，随后氨气被空气稀释后送入烟气中脱硝，该脱硝系统需要匹配大型的氨水存储设备及氨水蒸发器。

[0005] 采用尿素作为还原剂，常见的有热解法和水解法制氨，尿素水解法是将尿素溶于水中，尿素溶液受热析出的氨气经过空气稀释后送入烟气中脱硝。尿素热解法则是雾化后的尿素溶液在加热条件下析出氨气，氨气经过空气稀释后送入烟气中脱硝。采用尿素作为还原剂的脱硝系统，需要设置固体尿素存储系统、尿素溶解系统以及尿素水解或热解系统。

[0006] 火力发电厂烟气脱硝系统常用的还原剂有液氨、氨水及尿素。在这三种脱硝还原剂中，液氨的投资、运输和事业成本为三者最低，但氨是国家规定的乙类危险品，在液氨的运输和储存过程中都存在一定的危险性，液氨的运输和储存都需要国家有关部门的审批和准许。液氨的储存量超过40吨即可被列为重大危险源，在其储存和运输过程中一旦发生事故，其后果往往不堪设想。在国外，很多电站仅允许使用铁路运输液氨。液氨的高毒性使得其工业应用存在较大的安全隐患。

[0007] 脱硝所用氨水的质量百分比一般为20%〜30%，较液氨安全，但是氨水也是一种危险性物质，具有毒性和腐蚀性，低浓度的氨气刺激眼睛、皮肤和鼻子，而且运输体积大，运输成本相对纯氨高，且氨水需要大型存储设备。其脱硝系统复杂，占地面积大，系统能耗高， 经济性差。

[0008] 尿素是一种固体物质，安全无害，运行存储方便。但是尿素溶液对容器具有腐蚀性，系统增加了尿素溶解系统，系统变的更复杂。尿素制氨需要先制备成低浓度的尿素溶液 (< 10%)在高温高压条件下进行，系统能耗高，设备占地面积大。尿素分解产物中可能含有联二脲等聚合物，易与飞灰一起形成SCR催化剂层的堵塞，甚至造成催化剂的中毒。尿素作为还原剂有潮解问题，尿素溶液要加添加剂，添加剂在管道和罐中容易产生沉淀，且尿素添加剂长期影响SCR催化剂使用寿命。

[0009] 碳酸氢铵常温常压下以固态存在，所以与液氨和氨水相比，碳酸氢铵在储存和运

3输方面不存在安全问题；与尿素相比，碳酸氢铵分解温度低，可采用干法热解，脱硝系统经济性更好。因此，从安全性和经济性角度考虑，碳酸氢铵适合作为烟气脱硝系统的还原剂。 因此，本发明提出了碳酸氢铵干法热解制氨的烟气脱硝工艺及其系统。

发明内容，

[0010] 本发明的目的是提供一种碳酸氢铵干法热解制氨的烟气脱硝工艺及其系统，其特征在于，所述碳酸氢铵干法热解制氨的烟气脱硝工艺为采用碳酸氢铵粉末作为脱硝还原剂，采用热空气热解碳酸氢铵粉末的干法制氨方式得到氨气；具体烟气脱硝工艺流程如下：

[0011] 1.碳酸氢铵粉末直接通过罐装车送入粉仓内储存，

[0012] 2.粉仓下的给粉机根据烟气中NOx的量来调节转速，控制给粉量；

[0013] 3.碳酸氢铵粉末落入文丘利混合器被送粉风机吹来的风输送到热解炉；

[0014] 4.在热解炉中，碳酸氢铵粉末在热空气的加热作用下被分解出氨气、二氧化碳和水；

[0015] 5.热解后的混合气体流入到缓冲罐，随后通过调节阀进入氨气空气混合器；

[0016] 6.稀释后的混合气体通过喷氨格栅进入SCR反应器，在催化剂的作用下，氨气将 NOx还原成N2,达到烟气脱硝目的。

[0017] 所述给粉机的给粉量与烟气中NOx量成一定函数关系。

[0018] 碳酸氢铵的给粉量为=

30x0.95

[0019] 其中，Q为烟气量，Nm3/h ；cN0为烟气中NO的浓度，mg/Nm3 ；K为氨氮比系数，即氨气与氮氧化物的摩尔比系数，为了减小氨气逃逸率，K取值小于1。

[0020] 所述缓冲罐内设置起加热作用的蒸汽管道，以保持混合气体温度在175°C以上，避免氨气与二氧化碳低温下发生逆向反应生成氨基甲酸盐。

[0021] 所述碳酸氢铵干法热解制氨的烟气脱硝系统，由送粉风机1、文丘利混合器4、热解炉5、缓冲罐6、调节阀7、氨气空气混合器9依次串联后连接至与锅炉12的烟气管道连接的喷氨格栅11 ；喷氨格栅11连接SCR反应器10，SCR反应器10再通过空气预热器13和热解炉5相连；碳酸氢铵粉仓2通过给粉机3与文丘利混合器4连接。

[0022] 所述氨气空气混合器9还与稀释风机6连接。

[0023] 所述热解炉为立式圆罐，热解炉体5. 4下部分布了四根热空气引入管5. 1和2根碳酸氢铵气流引入管5. 2，顶部布置一根引出管5. 3，热解炉体5. 4的高度，必须保证气体在炉内有0. 4〜0. 6秒的停留时间，使得碳酸氢铵充分热解为准；

[0024] 所述四根热空气引入管轴线与立式圆罐截面轴线有10度的偏斜。

[0025] 所述四根热空气引入管的偏斜布置使得热空气进入热解炉后具有一定旋转强度， 炉内流场充满度好，热解炉内温度分布均勻。

[0026] 所述碳酸氢铵气流引入管对称分布在热解炉的四根热空气引入管上方，使热空气对碳酸氢铵粉末具有良好的依托作用，防止碳酸氢铵粉末沉积在热解炉底部；碳酸氢铵气流混合物与热空气在此处相互混合，共同向上流动，在热空气的作用下碳酸氢铵分解成氨气、二氧化碳和水蒸气。[0027] 本发明的有益效果是本脱硝工艺采用碳酸氢铵作为还原剂，运输储存方便安全， 经济性好，避免了液氨及氨水等还原剂在运输存储方面的安全隐患，鉴于碳酸氢铵易于分解，并且由于混合气体温度保持在175°C以上，则碳酸氢铵可以在短时间内分解，分解率可以达到100%。本工艺采用碳酸氢铵干法热解，避免了设置溶解系统，经济性优于尿素还原剂，整个脱硝系统简洁，高效

附图说明

[0028] 图1为碳酸氢铵干法热解制氨的烟气脱硝系统图。

[0029] 图2为热解炉示意图。

[0030] 图3为热空气引入管布置截面。

[0031] 图4为碳酸氢铵喷射管布置截面。

具体实施方式

[0032] 本发明提供一种碳酸氢铵干法热解制氨的烟气脱硝工艺及其系统。所述碳酸氢铵干法热解制氨的烟气脱硝工艺为采用碳酸氢铵粉末作为脱硝还原剂，采用热空气热解碳酸氢铵粉末的干法制氨方式得到氨气；碳酸氢铵粉末在热空气的加热作用下被分解出氨气、 二氧化碳和水，热解后的混合气体流入到缓冲罐，随后通过调节阀进入氨气空气混合器，混合气体的温度需要保持在175°C以上，以避免氨气与二氧化碳低温下发生逆向反应生成氨基甲酸盐，为了保持混合气体温度，缓冲罐内设置了蒸汽伴热装置。稀释后的混合气体通过喷氨格栅进入SCR反应器，在催化剂的作用下，氨气将NOx还原成队。下面结合附图，具体对烟气脱硝工艺流程说明如下：

[0033] 在图1所示的碳酸氢铵干法热解制氨的烟气脱硝系统图中，碳酸氢铵粉末直接通过罐装车送入碳酸氢铵粉仓2内储存，碳酸氢铵粉仓2下的给粉机3根据烟气中NOx的量来改变给粉量，将碳酸氢铵粉末送入文丘利混合器4，碳酸氢铵粉末被送粉风机1吹来的风经过立式圆罐热解炉体5. 4下部分布的2根碳酸氢铵气流引入管5. 2 (如图4所示）输送到热解炉5内，空气预热器13送入的热空气从热解炉体5. 4下部分布的四根热空气引入管 5. 1 (如图3所示）进入热解炉5 (如图2所示）内加热碳酸氢铵粉末，分析纯级别的碳酸氢铵最低的分解温度在80°C以上，普通碳酸氢铵因为含有杂质，实际分解温度为35°C -600C0 采用300°C以上的空气来热解碳酸氢铵粉末，且保证热解炉出口气流温度在175°C以上，则碳酸氢铵可以在0. 1〜0.4秒时间内分解，分解率可以达到100%，分解出氨气、二氧化碳和水，热解后的混合气体流通过热解炉顶部的一根引出管5. 3入到缓冲罐，经过调节阀7进入氨气空气混合器9，并由稀释风机8稀释，稀释后的混合气体通过与锅炉12的烟气管道连接的喷氨格栅11进入SCR反应器10，在催化剂的作用下，氨气将NOx还原成N2。其中，混合气体的温度需要保持在175°C以上，以避免氨气与二氧化碳低温下发生逆向反应生成氨基甲酸盐，为了保持混合气体温度，在缓冲罐6内设置起加热作用的蒸汽管道，以保持混合气体的温度，使得碳酸氢铵充分热解；

[0034] 如图3所示，四根热空气引入管轴线与立式圆罐截面轴线有10度的偏斜，引入管的偏斜布置使得空气进入热解炉后具有一定旋转强度，炉内流场充满度好，热解炉内温度分布均勻。2根碳酸氢铵气流引入管对称分布在热解炉的两端（如图4所示），从文丘利混合器过来的碳酸氢铵气流混合物通过两根对称布置的管道喷入到热解炉中，热空气对碳酸氢铵粉末有良好的依托作用，可以防止碳酸氢铵粉末沉积在热解炉底部。碳酸氢铵气流混合物与热空气相互混合，共同向上流动。火力发电厂空气预热器出口的热空气，温度在 300°C以上，且呈现正压。将一部分热空气引到热解炉，从热解炉底部四根热空气引入管喷入，在热空气的作用下碳酸氢铵分解成氨气、二氧化碳和水蒸气。分解产物通过热解炉顶端的引出管前往缓冲罐储存。

[0035] 所说碳酸氢铵含氨量为21.5%，尿素含氨量为56. 7%。2009年5月国内碳酸氢铵的平均价格在480元/吨左右，尿素的平均销售价格在1800元/吨左右。每生成1公斤氨气，采用碳酸氢铵作为还原剂，需要花费2. 23元；而采用尿素作为还原剂，则需要花费3. 17 元。明显，碳酸氢铵作为还原剂比尿素更为经济。且碳酸氢铵分解温度低，鉴于碳酸氢铵易于分解，本工艺采用碳酸氢铵干法热解，避免了设置溶解系统，简化了系统设计，节省了设备占地面积，进一步提高了经济性和安全性。整个脱硝系统简洁，高效，进一步提高了经济性。

Claims (3)

1. 一种碳酸氢铵干法热解制氨的烟气脱硝工艺，所述碳酸氢铵干法热解制氨的烟气脱硝工艺采用的系统由送粉风机（1)、文丘利混合器（4)、热解炉（¾、缓冲罐（6)、调节阀（7)、 氨气空气混合器（9)依次串联后连接至与锅炉（1¾的烟气管道连接的喷氨格栅（11)；喷氨格栅（11)连接SCR反应器（10)，SCR反应器（10)再通过空气预热器（13)和热解炉（5) 相连；碳酸氢铵粉仓（¾通过给粉机C3)与文丘利混合器（4)连接组成，其特征在于，所述烟气脱硝工艺为以碳酸氢铵粉末作为脱硝还原剂，采用热空气热解碳酸氢铵粉末的干法制氨方式得到氨气；具体烟气脱硝工艺流程如下：1)碳酸氢铵粉末直接通过罐装车送入粉仓内储存；2)粉仓下的给粉机根据烟气中NOx的量来调节给粉量；3)碳酸氢铵粉末落入文丘利混合器被送粉风机吹来的风输送到热解炉；4)在热解炉中，碳酸氢铵粉末在热空气的加热作用下被分解出氨气、二氧化碳和水；5)热解后的混合气体流入到缓冲罐，随后通过调节阀进入氨气空气混合器；6)稀释后的混合气体通过喷氨格栅进入SCR反应器，在催化剂的作用下，氨气将NOx还原成N2,达到烟气脱硝目的。

2.根据权利要求1所述碳酸氢铵干法热解制氨的烟气脱硝工艺，其特征在于，所述给粉机的给粉量与烟气中NOx量成一定函数关系，碳酸氢铵的给粉量为:g-gxC^0X9759xl°"6 kg/h,其中，Q为烟气量，Nm3/h ；Cno为烟气中NO的浓度，mg/Nm3 ；K为氨氮比系数，即氨气与氮氧化物的摩尔比系数，为了减小氨气逃逸率，K取值小于1。

3.根据权利要求1所述碳酸氢铵干法热解制氨的烟气脱硝工艺，其特征在于，所述缓冲罐内设置起加热作用的蒸汽管道，以保持混合气体温度在175°C以上，避免氨气与二氧化碳低温下发生逆向反应生成氨基甲酸盐。