CN103301733B - 一种利用有机废物脱除烟气中氮氧化物的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用有机废物脱除烟气中氮氧化物的方法及装置。该方法是：将经浓缩后的有机废物喷射入锅炉或窑炉炉膛的高温区与烟气接触反应，该有机废物的化学需氧量大于150g/L；有机物分解生成小分子碳氢化合物，与烟气中的氮氧化物发生反应生成氮气和水，从而脱除烟气中的氮氧化物。该装置包括有机废物储罐、泥浆泵、有机废物稳压罐、空气压缩机、空气稳压罐及数个喷枪，数个喷枪分为多层设置在锅炉或窑炉炉膛的高温区，各喷枪均具有液体接口和气体接口，液体接口通过管路依次连接有机废物稳压罐、泥浆泵和有机废物储罐，气体接口通过管路依次连接空气稳压罐和空气压缩机。本发明以废治废，高效，降低了废物处理、脱除烟气氮氧化物的运行成本。

Description

一种利用有机废物脱除烟气中氮氧化物的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种利用有机废物脱除烟气中氮氧化物的方法及装置，属于环境污染控制技术领域。
背景技术
氮氧化物(以一氧化氮和二氧化氮为主)是形成光化学烟雾和酸雨的重要原因。氮氧化物与烃类经紫外线照射发生反应可形成光化学烟雾，光化学烟雾具有特殊气味，刺激人的眼、鼻、气管和肺等器官，产生眼红流泪、气喘咳嗽等症状，长期危害使肺机能减退、支气管发炎，甚至发展成癌；氮氧化物与氨等生成硝酸盐细颗粒物，降低大气能见度；氮氧化物与水生成的硝酸和亚硝酸，形成酸雨，危害生态环境。
2011年，我国氮氧化物排放量达到2400万吨。而我国水泥窑、燃煤工业锅炉量大面广，NOx排放量多。2011年，我国水泥生产企业约4000家，新型干法水泥生产线1500多条，水泥产量达到20.9亿吨，占世界水泥产量的一半以上。工业锅炉约56.88万台，其中燃煤工业锅炉约48万台，年耗煤量约6.4亿吨，广泛分布于化工、冶金、建材等工业企业。水泥窑、燃煤工业锅炉NOx排放量分别约290万吨/年和200万吨，仅次于火电厂位列固定源第二，减排压力巨大。
目前，脱硝技术以国外引进的选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)技术为主。
(1)SCR技术
SCR技术是在催化剂作用下，喷入的还原剂NH3(液氨、氨水、尿素等)与烟气中的NOX反应，将烟气中的NOX还原为氮气和水。其反应器设置于锅炉省煤器出口与空气预热器入口之间，反应温度一般在320℃～400℃之间，其反应原理如下：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O
(2)SNCR技术
SNCR技术是将还原剂NH3(液氨、氨水、尿素等)喷入炉内温度为850～1100℃的区域，NH3与烟气中的NOx进行选择性反应，NOx被还原为氮气和水，主要的化学反应：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
SCR或SNCR技术存在以下三大不足：
第一、脱硝与农争粮。若我国水泥窑、燃煤工业锅炉采用SNCR氨法脱硝技术，则每年消耗约250万吨的氨，占全国氨总产量的5％，而其副产物为不可回收的氮气，存在与农争粮、氨资源浪费问题。
第二、资源能源浪费大。燃煤工业锅炉、水泥窑每年脱硝所需氨的煤耗、电耗分别增加370万吨和33亿度，煤、电资源浪费惊人。
第三、综合成本高。污染控制流程复杂冗长，投资大、运行成本高，污染设施重建设轻运行，导致企业环境绩效和区域的环境质量难以根本改善。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用有机废物脱除烟气中氮氧化物的方法，该方法以废治废，高效，降低了废物处理、脱除烟气氮氧化物的运行成本。
本发明的另一目的在于提供一种用于上述方法的装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用有机废物脱除烟气中氮氧化物的方法，将经浓缩后的有机废物喷射入锅炉或窑炉炉膛的高温区与烟气接触反应，该有机废物的化学需氧量大于150g/L；有机物分解生成小分子碳氢化合物，与烟气中的氮氧化物发生反应生成氮气和水，从而脱除烟气中的氮氧化物。
本发明的方法采用有机废物代替液氨、氨水、尿素等作为脱硝剂，高浓度的有机废物(废水、污泥)可与氮氧化物在850～1100℃的高温下发生选择性还原反应：HC(有机物)+2NO+O2→N2+H2O+CO2，生成对环境完全无害的氮气和水。本发明的方法中，所述锅炉或窑炉炉膛的高温区为900～1050℃温度区。
烟气中氮氧化物的脱除效率与喷射入锅炉或窑炉炉膛的有机废物化学需氧量COD有关，通常化学需氧量折算到氧(O)含量，表示为COD(O，mg/L)。假设化学需氧量(COD)为Ag/L，而O原子的摩尔质量为16g/mol，则化学需氧量(COD，O)的摩尔浓度为16/A mol/L，若喷射的有机废水量为BL，则喷射的化学需氧量(COD，O)摩尔数为16/Amol/L×BL。本发明中，喷射入锅炉或窑炉炉膛的有机废物化学需氧量按O的摩尔数表示与NOx的摩尔比高，有利于NOx的脱除，但此摩尔比过高，会导致有机废物过量，反应不完全，导致没有反应的有机物随烟气排出而造成二次污染。本发明中有机废物化学需氧量按O的摩尔数表示与NOx的摩尔比为1.0～1.3。
一种利用有机废物脱除烟气中氮氧化物的装置，与锅炉或窑炉炉膛的高温区连接，该装置包括有机废物储罐、泥浆泵、有机废物稳压罐、空气压缩机、空气稳压罐及数个喷枪，其中，数个喷枪分为多层设置在锅炉或窑炉炉膛的高温区，各喷枪均具有液体接口和气体接口，液体接口通过管路依次连接有机废物稳压罐、泥浆泵和有机废物储罐，气体接口通过管路依次连接空气稳压罐和空气压缩机。
本发明的优点在于：
本发明的方法采用有机废物代替液氨、氨水、尿素等脱硝剂，每脱除1吨NOx可节约0.62吨液氨，若工业锅炉及水泥窑全部采用本发明的方法，每年可节约250万吨氨，大大减少了氨资源浪费，同时处理了难处理的有机废物。
本发明采用有机废物代替液氨、氨水、尿素等脱硝剂，降低了废物处理、脱除烟气氮氧化物的运行成本，提高企业运行积极性，切实减排NOx，为改善大气环境做出积极贡献。
附图说明
图1为本发明利用有机废物脱除烟气中氮氧化物的装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明利用有机废物脱除烟气中氮氧化物的装置包括有机废物储罐1、泥浆泵2、有机废物稳压罐3、空气压缩机6、空气稳压罐7及数个喷枪5，其中，数个喷枪5分为多层设置在锅炉或窑炉炉膛8的高温区，各喷枪均具有液体接口和气体接口，液体接口通过管路依次连接有机废物稳压罐1、泥浆泵2和有机废物储罐3，气体接口通过管路依次连接空气稳压罐7和空气压缩机6。在连接泥浆泵2、有机废物稳压罐3、喷枪5的管路上分别设有泥浆控制开关，有机废物稳压罐3与喷枪5之间的管路上还设有质量流量计4；有机废物储罐1通过另一管路连接至泥浆泵2与有机废物稳压罐3之间的管路上。在连接空气压缩机6、空气稳压罐7、喷枪5之间的管路上分别设有空气控制开关。在该装置中，根据烟气量和喷枪的雾化粒子确定喷枪的个数及层数，例如，在烟气量为30～35m3/h的小型锅炉中，可以仅设置1个喷枪；在烟气量为2500～3000m3/h的锅炉中，可以设置3个喷枪分3层布置。
采用该装置脱除烟气中氮氧化物的方法为：首先由泥浆泵2吸取有机废物储罐1的有机废物，经增压后输送至有机废物稳压罐3中，经质量流量计4计量后进入喷枪5的液体接口；同时压缩空气经空气压缩机6增压后，进入空气稳压罐7，稳压后进入喷枪5的气体接口；有机废物和压缩空气在喷枪5中混合后，喷入炉膛8的高温区域，在高温区域有机废物分解形成小分子HC化合物，与NO发生氧化还原反应：HC(有机物)+2NO+O2→N2+H2O+CO2，生成对环境完全无害的氮气、水和二氧化碳后排放。根据有机废物分解形成的小分子HC化合物量及烟气中NOx的含量调节有机废物向锅炉或窑炉中的输送量。
实施例1
以石油化工生产丙烯酸的有机废水为例，其主要有机成分为丙烯酸钠溶液(C3H3O2Na，COD浓度为19.8％)。有机废水经泥浆泵增压至0.5MPa后输送至有机废物稳压罐中，稳压后进入喷枪的液体接口；同时压缩空气经空气压缩机增压至0.6MPa后，进入空气稳压罐，稳压后进入喷枪的气体接口；有机废水和压缩空气在喷枪中混合后，喷入炉膛的高温区域。经过对丙烯酸钠在空气中的程序升温分解的热重谱图，及其分解产物的红外谱图分析，结果表明丙烯酸钠有机废水在高温下的分解产物为Na2CO3+C5H6O，C5H6O在高温区与NO发生氧化还原反应，其总反应方程式为：2C3H3O2Na+2NO+5O2＝N2+5CO2+3H2O+Na2CO3。有机废水中的丙烯酸钠分解后形成的小分子碳氢化合物C5H6O与烟气中的氮氧化物发生反应生成氮气、水和二氧化碳后排放。
在烟气量为30m3/h的燃煤锅炉中，NOx(火电厂大气污染物排放标准中NOx以NO计是由于NO2很低，试验中仅为2～10mg/m3)的浓度为450～500mg/m3；喷射入炉膛的丙烯酸钠有机废水化学需氧量为19.8g/L，喷入量为6.2L/h，则喷入的化学需氧量(O)为0.5mol/h。NO的摩尔质量为30g/mol，NOx的浓度为30m3/h×450mg/m3/1000/(30g/mol)＝0.45mol/h，则化学需氧量与NOx的摩尔比为0.5mol/h/0.45mol/h＝1.11，喷射入炉膛的温度区间为970～1040℃，经测试，烟气中NOx的脱除效率达到40.1～42.3％。

Claims (1)

1.一种利用有机废物脱除烟气中氮氧化物的方法，其特征在于，将经浓缩后的有机废物喷射入锅炉或窑炉炉膛的高温区与烟气接触反应，该高温区为900~1050℃温度区，该有机废物的化学需氧量按O的摩尔数表示与NOx的摩尔比为1.0~1.3；有机物分解生成小分子碳氢化合物，与烟气中的氮氧化物发生反应生成氮气和水，从而脱除烟气中的氮氧化物。
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