CN103071377B - 一种烟道活化脱硝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烟道活化脱硝的方法，包括陶瓷纳米催化剂的制备以及活化脱硝各单元过程，所述陶瓷纳米催化剂的制备是将纳米氮化钛和碳化硅粉体按1：1的质量比混合，分散均匀后于1400℃烧结14小时得到陶瓷纳米催化剂；所述活化脱硝是将氨气通入含有陶瓷纳米催化剂的反应活化器中，活化后送入烟道内。本发明活化脱硝的方法相比SCR脱硝技术氨气的使用量仅为其三分之一，经试验论证，烟道反应温度在低温40℃和高温350℃之间均可达到较好的脱硝效果，其中脱硝效率可达90%以上，实现了低温低成本高效脱硝。

Description

一种烟道活化脱硝的方法
一、技术领域
本发明涉及一种对于含有氮氧化物的烟道外首先活化还原剂然后把还原剂喷入烟道内直接脱硝的方法。具体的说是利用一种活化器在烟道外壁活化还原剂，还原剂喷入烟道内和烟气中的氮氧化物产生气相还原反应，达到净化烟气的方法，此方法使烟道内在脱硝时没有风阻,不受烟气温度制约，不需增加分机负荷，无二次污染，属于精细化工技术领域。
二、背景技术
随着经济的快速发展和大量石化燃料的使用，氮氧化物(NOx)污染所引起的光化学烟雾、酸雨等环境问题日益严峻。火电厂及其他工业燃烧装置尾气是大气中NOX的主要来源。随着国家可持续发展战略的实施及节能减排政策的提出，由NOx污染所引起的环境问题越来越为人们所重视，因此如何提高资源利用率、减轻环境污染，除了尽力改造燃烧装置及工艺参数外，还需要更有效的脱硝技术来减少NOx尾气的排放。
传统脱硝技术主要从三个方面着手：(1)采用低NOx燃烧技术，降低炉内NOx的生成量；(2)炉膛喷射脱硝技术，在一定的高温度条件下还原已经生成的NOx，以降低其排放量，即SNCR技术；(3)在烟道尾部加装脱硝装置，把烟气中的NOx转变成为无害的N2或有用的肥料，即SCR技术。
针对水泥厂而言，目前较多采用的是方法(1)和方法(2)，方法(1)其实是让煤粉分级燃烧，降低煤粉燃烧的热力强度，达到氮氧化物生成量降低的目的；这样势必会降低生料的分解率和水泥厂的台时产量，增加脱硝带来的成本压力，并且脱硝效率有限，脱硝效率越高，成本增加越厉害，方法(1)是有过多缺陷的。方法(2)是目前水泥行业较普遍采用的一种脱硝方法，此工艺在分解炉顶部安装多个喷枪，把还原剂氨基材料均匀地喷洒到分解炉顶部的烟气管道里，完成气相还原反应；其不足之处有以下几点：a、此喷洒位置为高温区域(900-1100℃)，氮氧化物被还原成氮气后，很容易被氧化，所以还原剂用量大，脱硝效率低；b、氨基材料喷洒到分解炉顶部，很容易和烟气中的二氧化硫反应形成硫酸铵结晶，粘附于预热器通风管道内，影响预热器通风，影响分解率，造成回转窑产量低下，成本高、熟料质量差；c、为了氨基材料在分解炉利分散均匀，多数采用空气和氨基材料一起送到分解炉顶部的方法，这样，冷空气也会造成分解炉效率下降，影响系统产质量。
针对电厂而言，目前较多采用的是方法(1)和方法(3)，方法(3)是目前火电机组脱硝的常用方法，即，在空气预热器和省煤器之间安装蜂窝(板式、波纹)状催化剂，此方法脱硝率还能达到国家要求，但是从运行情况来看，仍存在不足，其不足之处有以下几点：a、在空气预热器和省煤器之间安装蜂窝(板式、波纹)状催化剂增加风阻，系统电耗增加；b、脱硝还原反应需要在特定温度(320-350℃)下才能进行，发电负荷不够，温度达不到设定温度，还原反应不发生，不能脱硝；c、脱硝还原反应生成的水很容易和烟气中的粉尘一起粘附于催化剂的通风孔里，影响脱硝效果和系统通风。所以，研究一种投资少、脱硝效率高、不影响现有工艺及生产的脱硝技术很有必要。
三、发明内容
本发明旨在提供一种烟道活化脱硝的方法，所要解决的技术问题是提高脱硝效率并降低脱硝成本。
本发明烟道活化脱硝的方法，包括陶瓷纳米催化剂的制备以及活化脱硝各单元过程：
所述陶瓷纳米催化剂的制备是将纳米氮化钛和碳化硅粉体按1：1的质量比混合，经高压湍流剪切机分散均匀，然后于1400℃烧结14小时得到蜂窝状陶瓷片即为陶瓷纳米催化剂；
所述活化脱硝是将氨气通入含有陶瓷纳米催化剂的反应活化器中，活化后送入烟道内；
所述氨气与烟道内氮氧化物之间的摩尔比为1：1。
所述反应活化器为等离子发生器，本发明使用的等离子发生器是专利号为ZL02138264.6公开的等离子发生器，该等离子发生器的参数为常温常压，电流160A，电压250V，循环水压力0.3-0.5MPa，流量20-30L/h。
所述纳米氮化钛的粒径≤40nm。
本发明通过在烟道外设置反应活化器来实现对氨气的活化处理，反应活化器在纳米催化剂的作用下将氨气全部活化成活性氨基离子基团，这些活性氨基离子基团能与烟道内的氮氧化物发生气相还原反应，降低烟道内氮氧化物的排放，起到净化烟气作用。
本发明活化脱硝的方法专门针对固定源尾气(水泥厂、电厂等)，反应活化器安装在静电除尘器与引风机之间的烟道处，在工艺线上的负压管道上。反应活化器内装有纳米催化剂并设置有定量喷洒氨气的装置，当接通电源后氨气分子通过含有纳米催化剂的活化器时被活化成活性氨基离子基团，这些活性氨基离子基团能迅速把进入烟道的氮氧化物还原成氮气排出，降低了原有氮氧化物的排放量，起到了净化尾气的效果，其中氮氧化物的脱除率能达到90％以上。本发明的化学反应如下：
NH3→NH++H+，
NH++NOx→N2+H2O，
H++NOx→N2+H2O。
本发明活化脱硝的方法是根据电厂和水泥厂的特点设计的，适合所有温度≤350℃的低温烟道。
本发明陶瓷纳米催化剂10-20g所能处理的氮氧化物的量为18000-30000吨。氨气的喷洒量与尾气中的氮氧化物的摩尔比为1：1，流量一般控制在200-500kg/h，与烟气温度无关。
与已有脱硝方法相比，主要区别如下：
本发明活化脱硝方法具备以下优点：
1、工艺简单、安装方便；
2、不受烟气温度影响，没有风阻，对锅炉等其他设备无影响；
3、投资小，运行成本低；
4、脱硝效率高、反应彻底。符合国家可持续发展战略和节能减排政策。
四、具体实施方式。
1、陶瓷纳米催化剂的制备
将粒径≤40nm的纳米氮化钛和碳化硅粉体按1：1的质量比混合，经高压湍流剪切机分散均匀，然后于1400℃烧结14小时得到陶瓷纳米催化剂；
2、活化脱硝
将氨气通入含有10g陶瓷纳米催化剂的等离子发生器中，活化后送入烟道内；等离子发生器的参数为常温常压，电流160A，电压250V，循环水压力0.3-0.5MPa，流量20-30L/h；所述氨气与烟道内氮氧化物之间的摩尔比为1：1。
以一台35万发电机组为例，每小时产生烟气12万立方米，烟气中氮氧化物含量为600mg/m3。等离子发生器安装位置为电除尘器后面引风机之前部位，活化器工作电流160A，电压250V，氨气喷入量为240kg/h，经等离子发生器后，在不同温度下测试烟道氮氧化物含量。作为对比，不加活化器装置的氮氧化物排放量为600mg/m3。
经反复试验论证，本发明活化脱硝的方法相比SCR脱硝技术氨气的使用量仅为其三分之一，经试验论证，烟道反应温度在低温40℃和高温350℃之间均可达到较好的脱硝效果，其中脱硝效率可达90％以上，实现了低温低成本高效脱硝。

Claims (1)

1.一种烟道活化脱硝的方法，包括陶瓷纳米催化剂的制备以及活化脱硝各单元过程，其特征在于：
所述陶瓷纳米催化剂的制备是将纳米氮化钛与碳化硅粉体按1：1的质量比混合，分散均匀后于1400℃烧结14小时得到陶瓷纳米催化剂；
所述活化脱硝是将氨气通入含有陶瓷纳米催化剂的反应活化器中，活化后送入烟道内；烟道反应温度为40-350℃；
所述氨气与烟道内氮氧化物之间的摩尔比为1：1；
所述纳米氮化钛的粒径≤40nm；
所述反应活化器为等离子发生器。
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