CN102671532A - 增强选择性非催化还原反应烟气脱硝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强选择性非催化还原反应烟气脱硝的方法。在选择性非催化还原反应喷枪旁附加二甲醚喷射微管，在选择性非催化还原反应反应区内掺混微量二甲醚，喷入的二甲醚的含量与烟气中的NOx的物质的量之摩尔比为0～1.2，二甲醚的低温蒸发效应使择性非催化还原反应还原剂发生闪击沸腾效应，增强雾化效果，同时二甲醚在炉膛高温环境下分解生成的中间产物H基能促进选择性非催化还原反应所需的OH基元的生成，促进选择性非催化还原反应效果，喷入二甲醚后，将选择性非催化还原反应原来所需的温度窗口拓宽，同时增强的雾化效果可以将烟气在炉膛内的所需停留时间缩短。本发明提高了选择性非催化还原反应脱销效率。

Description

增强选择性非催化还原反应烟气脱硝的方法
技术领域
本发明涉及一种增强选择性非催化还原反应烟气脱硝的方法。适用于选择性非催化还原法辅助燃烧和喷枪雾化，应用于电厂锅炉、水泥预分解炉和垃圾焚烧炉NOx减排。
背景技术
煤粉燃烧产生的氮氧化物除了作为一次污染物伤害人体健康外，还会产生多种二次污染。氮氧化物是生成臭氧的重要前体物之一，也是形成区域细粒子污染和灰霾的重要原因。除了通过改善燃烧技术降低NOx排放，SNCR技术已被证明是一种有效的烟气脱硝手段。
SNCR是在1973年由Exxon申请的专利的基础上发展起来的，该专利介绍了在烧成排气阶段还原NO。按照该专利的作法，当温度为870～1095℃时，在有氧的情况下将氨或氨的先驱物注入排出的气体流中，NO便会按照下面的反应式进行选择性还原：4NO+4NH3+O2→N2+6H2O。Lyon在美国专利（3900554）和Arand在美国专利（4208386，4325924）对SNCR的进一步实用化进行了改进。将氨作为还原剂的方法称Exxon法，美国称此为De—NOx法，德国称此为热力NOx法，该法由美国Exxon研究和工程公司于1975年开发并获得专利。使用尿素与增强剂的方法，称为燃烧技术中的脱NO法，也称NOxOUT法。该法由EPRI于1980年研制并获得专利，美国Fuel Tech公司在此基础上作了工艺完善，并持有几项补充专利。目前公认氨和尿素是较为合适的还原剂。
通常SNCR的脱硝效率在30%～50%左右。两大问题严重影响其脱硝效率。首先是狭窄的温度窗口。无论是在燃煤锅炉或是在水泥分解炉和垃圾焚烧炉内，SNCR的反应只有在850℃一1200℃狭窄的温度区间内，而且反应还必须在该温度区问有一定的停留时间才能达到最好效果。这在一定程度上严重限制了SNCR的实际效果。另一个问题是对于较大的炉膛，由于SNCR溶液与烟气的混合不均匀，同样造成还原反应的不充分，甚至还会带来氨逃逸的问题。
目前针对温度窗口问题，普通的方法是采用CFD数值模拟或者实际测量炉膛内的温度分布，选择合适的高度分层布置SNCR喷枪。这种方法的一个前提是炉膛内必须存在850℃一1250℃的区域，而且考虑到安装的问题，这个区域尺寸不能太窄而且位置要便于安装。对于像水泥分解炉内，由于同时还存在一个吸热反应，就是生料的分解，碳酸钙在高温作用下分解成氧化钙和二氧化碳。这个吸热的过程会导致温度的快速下降。另外一个SNCR溶液与烟气混合的问题，目前采用空气（蒸汽）雾化和机械雾化SNCR溶液，将尿素和氨溶液破碎成微小的液滴，增加与烟气的混合。这种雾化的局限在于，对于较大尺寸的炉膛，如果雾化液滴尺寸太细，液滴的动量不足以喷射到炉膛中央，如果液滴尺寸太粗，虽然液滴能喷射到炉膛中央，但又可能会造成液滴来不及蒸发，同样达不到混合均匀的效果。同时，由于运行负荷的变化性和燃煤成分的复杂性，加大了温度窗口狭窄和混合不均匀问题的影响。虽然目前已有一些研究在探索辅助添加剂氢、甲烷、一氧化碳以及纳化合物等，也有使用氧气为添加剂扩展温度窗口（CN 1668877A）的专利，但还不能同时为这两种问题提供解决方案。
发明内容
本发明的目的针对选择性非催化还原反应（SNCR）在电厂燃煤锅炉、水泥窑炉以及垃圾焚烧炉内的烟气脱硝应用中，由于合适反应的温度范围狭窄，以及反应溶液与烟气的混合不均匀，还原剂与NOx不能充分反应，导致SNCR脱硝效率低，而且带来氨逃逸和氨泄漏等问题，提供一种增强选择性非催化还原反应烟气脱硝的方法。
增强选择性非催化还原反应烟气脱硝的方法：在选择性非催化还原反应喷枪旁附加一个二甲醚喷射微管，使得在选择性非催化还原反应反应区内掺混微量二甲醚进入喷射区，喷入的二甲醚的含量与烟气中的NOx的物质的量之摩尔比为0～1.2，二甲醚的低温蒸发效应使择性非催化还原反应还原剂在喷入温度区间为650℃～1150℃炉膛后，发生闪击沸腾效应，增强雾化效果，同时二甲醚在炉膛高温环境下分解生成的中间产物H基能促进选择性非催化还原反应所需的OH基元的生成，促进选择性非催化还原反应效果，喷入二甲醚后，将选择性非催化还原反应原来所需的温度窗口850℃～1200℃扩展为650℃～1250℃，同时增强的雾化效果可以将烟气在炉膛内的所需停留时间缩短0.1s～0.3s，从而将选择性非催化还原反应脱销效率从30%～50%提高至40%～70%。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
1）加入DME使得SNCR脱硝的有效温度窗口拓宽，避免了由于烟气炉膛内温度窗口狭窄和温度过低而使SNCR反应不充分的情况；
2）加入DME后，充分利用DME在炉膛内的闪击沸腾效应，改善SNCR溶液喷射效果，增加还原剂与烟气的混合度，提高SNCR反应速度；
通过加入DME拓宽SNCR温度窗口和加速催化还原反应，可以改善常规炉膛内由于停留时间不足造成SNCR反应不充分的情况；
通过提高SNCR反应区间和速度，提高还原剂的利用率，有效降低氨逃逸和氨泄漏；
3）本发明采用的添加剂DME，与LPG持有相似的物性，国内法规中的高压气体安全法规适用。而且DME具有优良的混溶性，能同大多数极性和非极性有机溶剂混溶。输送与储藏系统也与LPG相同，对金属无腐蚀，便于安装和改造；
4）本发明中添加的DME含量很少，其分子式为CH3-O-CH3， 纯粹为碳氢元素构成，作为SNCR反应的添加剂，不会对原系统产生其它不良影响，也不会明显产生二次污染物。
附图说明
图1是燃煤锅炉内加入DME促进SNCR脱硝系统装置结构图；
图2是水泥预分解炉膛内加入DME促进SNCR脱硝过程的系统装置结构图；
    图3是SNCR喷枪布置图；
    图4是DME溶液闪击沸腾过程；
    图5是SNCR+DME脱硝反应途径示意图；
图中，烟气出口1、燃烧器2、炉膛3、多层喷枪4、烟气出口5、SNCR喷枪6 、DME注入器7、喷射溶液8、生料入口9、 DME溶液液滴10、DME溶液液滴受热破碎11、DME溶液沸腾12。
 
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理及其实施过程作说明。
增强选择性非催化还原反应烟气脱硝的方法：在选择性非催化还原反应喷枪旁附加一个二甲醚（DME）喷射微管，使得在选择性非催化还原反应反应区内掺混微量二甲醚进入喷射区，喷入的二甲醚的含量与烟气中的NOx的物质的量之摩尔比为0～1.2，二甲醚的低温蒸发效应使择性非催化还原反应还原剂在喷入温度区间为650℃～1250℃炉膛后，发生闪击沸腾效应，增强雾化效果，同时二甲醚在炉膛高温环境下分解生成的中间产物H基能促进选择性非催化还原反应所需的OH基元的生成，促进选择性非催化还原反应效果，喷入二甲醚后，将选择性非催化还原反应原来所需的温度窗口850℃～1200℃扩展为650℃～1250℃，同时增强的雾化效果可以将烟气在炉膛内的所需停留时间缩短0.1s～0.3s，从而将选择性非催化还原反应脱销效率从30%～50%提高至40%～70%。
本发明涉及以煤粉为主要燃料的电场锅炉、工业锅炉、水泥预分解炉和垃圾焚烧炉等利用尿素和氨为还原剂降低烟气中NOx的SNCR系统，该系统将尿素或氨作为还原剂喷入炉膛中，通过一系列的复杂反应过程将NOx还原为N2和水。SNCR系统包括尿素或氨溶液配制系统、在线稀释计量系统和喷射系统构成。本发明通过一种辅助添加剂加入喷射系统，该添加剂以微量DME为原料，在DME喷射到炉膛SNCR反应区后，可以拓展SNCR反应有效温度区间，并增强还原剂与烟气的混合，缩短停留时间，提高脱硝效率，并减少氨逃逸问题。
如图1所示，燃煤锅炉的烟气主要锅炉下部一次、二次风燃烧产生，由1进入炉膛中上部，燃烧器2进行低氮燃烧并提升烟气温度。在烟气经过炉膛中3后，根据温度分布情况可以接入SNCR喷射系统4，辅助添加剂DME通过注入器7同时加入到原有SNCR喷射器6，最终烟气从出口5排出。还原剂喷射系统根据烟气量大小、脱硝指标和温度分布设置分层分布式结构如附图3。DME在喷射到炉膛后，将产生闪击沸腾现象如附图4，DME溶液液滴10在受热状态下发生DME溶液液滴破碎11，最后DME溶液闪击沸腾12，增加了还原剂与烟气的混合，从而提高脱硝效率，降低氨逃逸。原有的大颗粒物尺寸的液滴DME强烈的沸腾蒸发作用下迅速破裂分解成细微的小液滴，这将有效增强还原剂与烟气的混合。并且DME在燃烧过程中产生的H基元激发NH3形成NH2，从而促进NOx可以在更宽松的温度氛围下正向被还原。DME增强SNCR脱硝反应机理如图5。
如图2所示，水泥分解炉的烟气主要由回转炉窑尾1进入炉膛，预分解炉底部通常设有三次风进口，混合煤粉通过燃烧器2燃烧并提升烟气温度，水泥生料9从燃烧区域上部进入。在烟气经过分解炉中上部位直管道3时，根据温度分布情况可以接入SNCR喷射系统4，辅助添加剂4同时加入到原有喷射器6。

Claims (1)

1.一种增强选择性非催化还原反应烟气脱硝的方法，其特征在于，在选择性非催化还原反应喷枪旁附加一个二甲醚喷射微管，使得在选择性非催化还原反应反应区内掺混微量二甲醚进入喷射区，喷入的二甲醚的含量与烟气中的NOx的物质的量之摩尔比为0～1.2，二甲醚的低温蒸发效应使择性非催化还原反应还原剂在喷入温度区间为650℃～1250℃炉膛后，发生闪击沸腾效应，增强雾化效果，同时二甲醚在炉膛高温环境下分解生成的中间产物OH基是选择性非催化还原反应所需的关键基元，促进选择性非催化还原反应效果，喷入二甲醚后，将选择性非催化还原反应原来所需的温度窗口850℃～1200℃扩展为650℃～1250℃，同时增强的雾化效果可以将烟气在炉膛内的所需停留时间缩短0.1s～0.3s，从而将选择性非催化还原反应脱销效率从30%～50%提高至40%～70%。
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Denomination of invention: Method for enhancing selective non catalytic reduction reaction flue gas denitrification

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Pledgor: HANGZHOU ZHEDA TIANYUAN SCIENCE & TECHNOLOGY CO.,LTD.

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