CN103857460B

CN103857460B - 减少氮氧化物含量的装置及其方法

Info

Publication number: CN103857460B
Application number: CN201180071912.2A
Authority: CN
Inventors: 贝恩德·冯德海德
Original assignee: Mehldau & Steinfath Umwelttechnik GmbH
Current assignee: Mehldau & Steinfath Umwelttechnik GmbH
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2031-12-02
Also published as: US20150290583A1; ES2788130T3; PL2772301T3; EP2772301B1; DE102011122970B3; US9238195B2; CN103857460A; EP2704817A1; EA036174B1; EP2772301A1; DE102011105419B4; WO2012168758A1; DE102011105419A1; EA201391831A1; WO2012168758A9

Abstract

本发明提供了一种处理来自工业生产过程的含氮氧化物废气的方法，所述废气例如烟道气，用于去除和/或分离出氮氧化物和/或用于通过化学还原氮氧化物减少氮氧化物含量，特别是从工业设备废气中去除氮氧化物的方法，其中至少两种不同的含氮还原剂与含氮氧化物废气接触或引入到含氮氧化物废气流中。本发明还提供了一种实施该方法的装置（设备）。

Description

减少氮氧化物含量的装置及其方法

技术领域

本发明涉及废气处理的技术领域，特别是含有氮氧化物废气的处理。

本发明尤其涉及一种处理来自工业生产过程的含氮氧化物废气的方法，所述废气例如，烟道气，为了去除或分离出氮氧化物和/或通过化学还原氮氧化物而减少氮氧化物含量。特别地，本发明涉及从工业设备废气中去除氮氧化物的方法，所述工业设备例如，发电站，特别是组合热发电站，或垃圾焚化设备。

此外，本发明涉及一种处理来自工业生产过程的含氮氧化物废气的装置，所述废气例如，烟道气，为了去除或分离出氮氧化物或通过化学还原氮氧化物而减少氮氧化物含量。

背景技术

在亚稳态空气中的燃烧反应，通常具有毒性和反应性的氮的氧化物，也称为氮氧化物。由于有机及无机含氮化合物的燃烧或热分解及热解，形成的氮氧化物增加，其出现在大规模燃烧设备中，例如组合热发电站，或垃圾焚化设备。

氮氧化物，特别是术语含氮气体中已知的化合物一氧化氮和二氧化氮，其还被表示为缩写的分子式NO_x，不仅有毒导致刺激并损伤肺部系统，而且由于其与水分反应形成酸还增加酸雨的形成。

然而，由于环境保护的进一步原因，氮氧化物的释放成为问题，因为首先其促进烟雾以及近地面有害臭氧的形成，其次其作为温室气体加速全球变暖。

由于氮氧化物对健康和环境的不利影响，并且特别地由于与其相关的经济损失，研究人员已进行了长时间的尝试以最小化或防止燃烧过程中氮氧化物的释放。例如，在客车中，已通过使用催化剂实现，该催化剂允许实际上完全从废气中除去氮氧化物。

为了减少工业设备，特别是大型工业燃烧设备中氮氧化物的排放，已针对现行法律地位及经济考虑开发用于氮氧化物去除或脱氮（deNOx）的各种方法，其中，所述方法单独或组合使用，能够有效地减少或避免废气中，特别是烟道气中的氮氧化物。

用于减少废气，特别是烟道气的氮氧化物含量的方法和措施，可分为主要措施和辅助措施：

关于主要措施，以如下方式控制燃烧过程，即所产生废气的氮氧化物含量尽可能的低；可以这么说，根本不形成氮氧化物。主要措施包括，例如，烟道气的再循环，其中烟道气再循环至燃烧区，且在空气和燃料阶段，以这种方式控制燃烧，即获得具有不同氧浓度的多个燃烧区。此外，还可通过加入添加剂或通过淬火减少烟道气中氮氧化物的形成，也就是，通过在燃烧过程中喷洒水以降低温度。

相比于旨在减少氮氧化物形成的主要措施，使用辅助措施旨在降低废气、，特别是烟道气中氮氧化物的浓度。辅助措施包括，例如，分离方法，其中氮氧化物被化学结合或从烟道气流中去除。然而，分离方法的缺点是产生大量废产物，例如产生工艺用水，其经常被烟道气中的其他组分污染，且必须将其处理掉，这会耗费资金。

因此，现代工业厂房采用的辅助措施通常是基于将氮氧化物还原至元素氮且仅产生少量废物的方法，通常在催化方法与非催化方法之间存在差异。

氮氧化物的选择性催化还原（SCR）包括催化过程，其中借助于金属催化剂将氮氧化物转化为元素氮。通常，通过SCR方法获得最佳脱氮值，但是使用催化剂使该方法更加昂贵且经济可行性较小。此外，购买及维护实施SCR方法的设备及其昂贵，因为需要在短时间间隔处理或替换敏感催化剂。尤其是在大型燃烧设备中，其中燃料组成通常不能满足要求，例如，垃圾焚化设备，总是存在由于烟道气中的杂质产生催化剂中毒的风险。这种风险只能通过其他昂贵的措施降低。

另一方面，选择性非催化还原（SNCR）是基于氮化合物，特别是氨或尿素的热分解，然后在归中反应中与氮氧化物反应以形成元素氮。

相比于选择性催化还原，实施选择性非催化还原显然更便宜，因此，购买及维护SNCR设备的费用只是相应的SCR设备的10%至20%。

然而，SNCR过程的问题是其效果低于催化过程的效果，例如，致使在进一步降低法律许可的废气、特别是烟道气中氮氧化物限值的情况下，大部分SNCR设备不再能够使用。

基于选择性非催化还原氮氧化物的方法的另一缺点是，必须过量还原剂使用且不能完全反应，导致废气中含有氨负载，其有时是不能忽略的。废气中过量的氨必需分离出来，或者必需通过工艺工程措施将其含量降低至废气流可排放至环境中的程度。

此外，还有方法是同时基于催化作用方式及还原剂的使用，但这些方法也不能克服各自方法的原则上的缺点（采用催化方法的高成本及使用还原剂的低效果）。

发明内容

因此本发明的目的在于提供处理来自工业生产过程的含氮氧化物废气的方法及装置或设备，所述废气例如烟道气，从而去除或分离出氮氧化物和/或通过化学还原氮氧化物而减少氮氧化物含量，至少很大程度地避免或至少减轻现有技术中存在的上述问题和缺点。

特别地，本发明的目的在于提供适合实施该工艺的方法及装置或设备，由此从工业设备废气中去除氮氧化物，至少最初实现选择性催化还原方法的效率，且费用相当于传统选择性非催化还原方法的费用。

上述目的通过根据权利要求1所述的方法根据本发明完成，本发明方法的其它有利进展及实施方式是从属方法权利要求的主题。

本发明还提供了根据权利要求22所述的装置或设备，本发明该方面的其它有利进展及实施方式是从属装置权利要求的主题。

不言而喻，为了避免不必要的重复，下文中的特性、特征、实施方式及变体只在本发明的一方面提及，不需要明确提及，其也自然地同样适用于本发明的其它方面。

此外，不言而喻，在表示为以下值、数字和范围的情况下，所示的各自的值、数字和氛围并非限制本发明，本领域技术人员应当清楚，在个别情况下或用于特定用途时，所示范围或附图在不超出本发明范围情况下可存在差异。

此外，下文中所示的所有值及参数等原则上能够使用标准的或明确指出的测定方法测量或测定，或使用本领域技术人员已知的测定方法测量或测定。

根据上述内容，在下文中将更详细地描述本发明。

因此，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种处理来自工业生产过程的含氮氧化物废气的方法，所述废气例如烟道气，该方法的目的在于去除和/或分离出氮氧化物和/或通过化学还原氮氧化物而减少氮氧化物含量，特别是从工业设备废气中去除氮氧化物，其中至少两种不同的含氮还原剂与含氮氧化物废气接触或被引入到含氮氧化物废气流中。

为了本发明的该目的，氮氧化物通过与还原剂的化学反应被还原成元素氮，这首先可以实现有效减少所产生废气中氮氧化物含量，其次不产生被烟道气组分污染的液体或固体，例如，如同在分离反应中，这些液体或固体随后必须以复杂且昂贵的方式处理。

单独并灵活地特意使用至少两种不同含氮还原剂能够减少废气、特别是烟道气中的氮氧化物，并可能极其有效地去除废气中的氮氧化物，所述还原剂，例如具有不同的反应动力学，特别是反应速率，和/或最佳还原效果的不同温度范围。特别地，所述方法可对烟道气中的氮氧化物含量的波动快速反应，其结果是，使用较少量的还原剂和/或实现氮氧化物含量的进一步减少。

令人惊讶地，本发明的方法能够明显更有效的去除废气、特别是烟道气中的氮氧化物，并且其效率或效果相当于催化还原方法的效率。

此外，同样令人惊讶地，使用两种不同的含氮还原剂消耗更少量的还原剂，相比于，例如只使用单一还原剂。例如，当氨水和尿素溶液一起使用时，比单独使用氨或尿素，明显消耗更少量的还原剂。

因此，本发明的方法比迄今为止现有技术中已知的方法具有明显更高的效率，且可廉价且灵活地实施。

此外，如所发现的，现有技术的SNCR方法中出现的设备部件的腐蚀，特别是使用尿素作为还原剂时，可通过本发明的方法避免。

在本发明方法中首先去除的氮氧化物主要是亚硝气，即一氧化氮和二氧化氮。然而，也可靠地从废气流中去除其它氮氧化物。

本发明的方法，特别是氮氧化物的还原，通常在不存在催化剂的情况下进行。因此，在本发明的方法中不存在用于氮氧化物还原的催化剂的高的购买及维护成本。

优选地，根据选择性非催化还原实施本发明的方法，特别是根据SNCR方法。

在氮氧化物的选择性非催化还原（SNCR）中，通常还原剂以水溶液（例如氨水或尿素水溶液）或以气体形式（例如氨）喷撒进入热废气或烟道气中。然后，还原剂与氮氧化物反应，例如，如以下反应方程式(1)和(2)所示，还原剂氨和尿素反应生成氮分子、水和二氧化碳。

(NH₂）₂CO+2NO+1/2O₂弓2N₂+CO₂+2H₂O (1)

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O (2)

根据烟道气组分，实现氮氧化物明显减少的最佳温度范围通常为900℃至1100℃。超过这个温度范围，氨被氧化至增加的程度，即，形成额外的氮氧化物。

温度低于这个范围时，反应速率降低，由此发生氨穿透并随着烟道气的其它路径导致形成铵盐，由此产生第二类问题，例如腐蚀；因此应尽量保持少发生氨穿透。

术语氨穿透特别是指氨的这样一部分，即，该部分的氨不与氮氧化物反应形成元素氮。所述氨源自于氨的过量引入或是由含氮还原剂热分解形成的降解产物，例如尿素。

对于大多数应用，迄今为止使用尿素或氨水作为还原剂。为了实现最佳的氮氧化物去除且最小化氨穿透，在最佳温度范围内均匀混合还原剂与烟道气。为了达到完全混合的冲量（impulse），氨水需要比尿素高得多的能量输入，因为氨具有明显较高的蒸汽压。

此外，尿素和氨的水溶液表现出不同的反应动力学，特别是，由于只有当尿素颗粒周围的水完全蒸发时，溶解在水中的尿素能够离解成反应的自由基，所以以相对低的能量输入能确保进入废气的高穿透深度。

另一方面，当使用氨水溶液时，进入烟道气后氨立即从单个水滴中蒸发，以使反应优选地在反应器壁附近发生。因此，在低至38℃时氨的局部压力为1bar。在气体氨的情况下，还原剂最佳穿透深度必需的冲量，由于其相比于水滴的较低质量只能在较高的能量输入时达到，以使相应的蒸汽或空气的量明显增加。除了高能量消耗产生的高运行成本，由于安全要求使用氨水运行的设备的投资成本明显较高，因为氨是有毒气体且其在环境温度下易溶于水。

因此，氨水被指定为2类水污染物，且由于其对环境的高潜在危害，还要遵守蒸汽锅炉的技术导则。

相比之下，由于尿素分子中氨的化学结合，尿素溶液可被加热至106℃而不释放氨气。尿素只有在130℃时开始分解为氨气和二氧化碳气体且在380℃时达到最大值。因为在存储期间达不到这么高的温度，所以不需要氨水所需的安全预防措施。根据德国水管理法（WHG），尿素溶液仅指定为1类水危害物（即，仅需要确保尿素无法进入地表水和地下水，为此目的，储存罐的收集盘已足够）。

然而，在引入过多尿素的情况下，尿素溶液存在缺点，其以固体形式沉积于设备部件上并导致不希望的腐蚀。这点非常重要，因为实施SNCR方法的设备相对紧密地安装在燃烧室后面，即，安装在通常存在的热交换器的上游。在燃烧器高负荷或高功率的情况下，尿素溶液进入热交换器区域，然后其必须有效地还原氮氧化物。然而，这将引起以下风险，固体尿素将沉积在热交换器上并因此导致部件腐蚀，其缩短设备的使用寿命并显著地增加运行成本。

出于本发明的目的，通常还提供了，以这样的方式接触或导入还原剂，即，还原剂与氮氧化物反应，特别是还原氮氧化物，优选还原成元素氮。

此外，已发现选择不同的还原剂并且以这样的方式使用是有用的，即，每种情况下其与氮氧化物归中反应以形成元素氮。氮氧化物与含氮还原剂归中反应形成元素氮，且进一步优选的气体组分防止形成其它需以昂贵方式处理的废物。

当不同还原剂在不同反应条件下与氮氧化物反应时，特别是不同温度或不同动力学和/或热力学条件下，根据本发明获得了特别好的结果。

因此，不同还原剂优选地不仅在其化学组成上不同，还在物理性质上不同或优选的反应温度及反应速率不同。这可能通过靶向混合至少两种不同还原剂生成一种新型还原剂，其可单独地并灵活地适合相应的用途。理想地，所用还原剂的性质不同，可通过将其混合获得非常宽的最佳效果范围。

关于将还原剂引入至含氮氧化物废气中，已发现使用至少一种水溶液形式的还原剂是有利的。然而，当使用的所有还原剂都是水溶液形式时，获得了更好的结果。使用水溶液及针对性地改变各自溶液中的还原剂浓度可以有针对性的控制还原剂进入烟道气流的穿透深度，其使得定制并有效的使用还原剂成为可能。

对于不同还原剂，优选为首先使用氨，其次使用尿素，特别是以其水溶液形式。

使用氨溶液的优点在于，其在工业规模上可便宜的获得，由此可以非常便宜地实施本发明的方法，且氨立即从水溶液中蒸发并与反应器壁附近的氮氧化物反应。然而，后一个优点也是缺点，因为通常很难或不可能达到进入烟道气流的穿透深度，当使用氨溶液时其可以有效还原氮氧化物。

另一方面，尿素溶液的优点在于，使用时可达到进入烟道气流的高穿透深度，因为只有当水全部蒸发后尿素才分解为游离的NH2自由基并与氮氧化物反应。然而，另一方面，尿素溶液存在腐蚀设备部件的风险，特别是当其被引入到热交换器附近时。

然而，两种上述还原剂的靶向结合，特别是作用部位结合，其在每种情况下都是有利的，能够避免单一还原剂的各自缺点并仅发挥优点。

在设计恰当的罐中，氨溶液和尿素溶液都可容易地存储，且所述罐可提供用于进一步用水稀释的各自溶液，在可能发生的任何混合之前或之后。

当氨用作出于本发明目的的还原剂之一时，优选地提供或使用特别是水溶液形式的氨，所述水溶液含有基于溶液的重量计，10wt%至35wt%的NH3，特别是15wt%至30wt%，优选地20wt%至30wt%，更优选地大约25wt%。

如果尿素用作减少废气中氮氧化物含量的还原剂之一，已发现出于本发明目的，提供或使用特别是水溶液形式的尿素是有利的，所述水溶液含有基于溶液的重量计，10wt%至50wt%的尿素，特别是20wt%至wt50%，优选30wt%至50wt%，更优选40wt%至45wt%。

相似地，在溶液引入废气流之前，可提供将尿素水溶液或氨水溶液与额外的水混合。

上述浓度范围的氨溶液和尿素溶液都是市场上可买到的且易于存储。可选地，将其他工艺用水加入各自的基础混合液中允许靶向设定还原剂进入烟道气的穿透深度，且还使烟道气冷却至还原所必需的温度，此外允许精确设定引入至废气流的还原剂溶液的液滴大小。这同样对反应动力学有积极影响。

关于将还原剂引入含氮氧化物废气中，还提供了将不同还原剂，特别是氨和尿素，在不同时间和/或物理学地分离地引入至废气流。

然而，同样提供了将不同还原剂一起引入至废气流，特别是预混合后引入。

为了非常高效并有效地减少废气中的氮氧化物，已发现在所述方法的过程中，将不同还原剂在不同时间和/或物理上分离地或在预混合后一起引入至烟道气流是有利的。

本发明的方法允许非常灵活地引入，其可与进入废气流的还原剂的各自工艺条件匹配，所述废气流特别是烟道气流。在所述方法的过程中可能单独使用还原剂或以混合物形式使用，即，可能在所述方法的过程中在引入单一还原剂和引入还原剂混合物之间改变。除了引入还原剂或其混合物的时间分开，还可能在不同位置引入还原剂或其混合物。为此，例如，可在反应器的一个地方引入单一还原剂，而在另一地方引入其它还原剂或还原剂的混合物。

当氨和尿素用作出于本发明目的的还原剂时，当氨和尿素以氨/尿素重量比为99:1至1:99，特别是95:5至5:95，优选地9:1至1:9，特别优选地7:1至1:7，甚至更优选地4:1至1:6，特别优选地2:1至1:5引入废气流时，可获得特别良好的结果。这特别适用于氨和尿素一起引入时。在上述范围内，观察到可以特别高效地从废气中去除氮氧化物的及氨和尿素的协同作用，且不仅表现为氮氧化物明显减少，还表现为还原剂的消耗明显降低。

通过许多技术手段可以实现向含有氮氧化物的废气中引用还原剂。然而，出于本发明的目的，已经发现将还原剂以精细分散的形式引入到废气流中，特别是喷入或以雾化形式引入是有益的。雾化引用可以特别的实现还原剂的精细分散，并使还原剂在废气流或烟道气流中具有极好的穿透深度，这可以特别有效的减少氮氧化物。

已经发现当还原剂通过雾化引入设备（特别是雾化引入喷抢）引入到废气流中是有利的。雾化引入所需的压力通常是通过压缩空气或压缩气流产生的。

在此，每个雾化引入设备可能具有一个或多个，特别是1至20个，优选1至15个，优选1至10个，特别优选1至5个用于向废气流中引入还原剂的喷嘴。每个雾化引入设备的多个喷嘴使废气流中的还原剂实现特别精细而均匀的分散。

在这方面，已经发现当雾化引入设备布置在1至10个，特别是1至7个，优选1至5个雾化引入平面时是有利的。雾化引入平面中的雾化引入设备的布置可以确保整个反应器横截面或废气流的整个宽度能够被还原剂覆盖。

每个雾化引入平面可能具有1至20个，特别是1至15个，优选1至2个雾化引入设备。

通常，通过1至200个，特别是2至200个，优选5至60个雾化引入设备将还原剂引入到废气流中。

出于本发明的目的，已经发现单独和/或成组的控制雾化引入设备是特别有利的，优选单独控制。

当单独控制每个雾化引入设备和/或每组雾化引入设备的还原剂从雾化引入设备中的流出时，可以获得特别好的结果。单独的雾化引入设备优选地可以单独调节或至少成组调节，因为废气流，特别是烟道气流不是均匀的，而是随着空间和时间的推移，在温度和组分方面存在极大变化。为了确保特别高效的利用还原剂，因此雾化引入设备有利地能够单独调节，即，雾化引入设备可以有利地单独开始操作或关闭，并且同样可以单独调节压力以及每个雾化引入设备的还原剂在废气流中的渗透深度。特别有利的是，不仅可以单独地调节单独的雾化引入设备的使用和雾化引入压力，还可以单独地控制注入的还原剂的组分，即，单独的还原剂或其混合物，从而适应各种条件。

根据本发明，尽管根据操作参数和还原剂的组分，上述所有的雾化设备的单独可控制性是优选的，但是这也增加了工艺过程支出，从而增加了脱氮成本。

当组分或还原剂的混合比例与所有雾化引入设备共同进行设定或至少与一个雾化引入平面中的所有雾化引入设备共同设定，但可以单独调节单个的雾化引入设备的雾化引入压力和操作条件或运行率时，同样可以获得非常好的效果，且显著减少工艺过程支出。

当成组控制雾化引入设备时，以相对均匀的废气流和/或根据预期的废气流进行操作时，也可以获得十分好的结果。在此，一组雾化引入设备是限定的和/或可共同控制的和/或是多个雾化引入设备（特别是雾化引入喷枪）的结合单元。

关于实施在本发明的方法的温度，其可以在较宽的范围内变化。然而，当本发明的温度范围为750℃至1200℃，特别是800℃至1150℃，优选地850℃至1100℃时可以获得特别好的结果。在这些温度范围内可以获得特别好的结果，尤其是当使用氨水或尿素溶液时。

同样地，当有针对性并灵活地控制向废气中引入还原剂时，在本发明的范围内也可以获得特别好的结果。

在根据本发明优选的实施方式中，通过确定废气温度和/或处理后获得的纯气体中残留氮氧化物含量，控制还原剂向废气流的引入，特别是引入量和/或引入时间点。

在此，可以通过评估负载信号和/或通过确定废气温度和/或通过比较处理后获得的纯气体中残留氮氧化物含量的测量值与预定值来控制还原剂向废气流的引入。此外，也可以测定氨穿透，并且在过程控制中同样可以考虑该方法。

出于本发明的目的，负载信号是操作相应负载的指示，在相应负载下运行燃烧装置，例如大型燃烧设备，特别是燃烧器。负载对应于燃烧装置释放的能量，通常以百分数示出，满载（100%）对应于燃烧装置设置为最佳燃烧并释放时的能量。

出于本发明的目的，也已经证明特别有利的是在至少限定的和/或预订的测量点的过程中测量废气温度和/或建立至少一个废气温度曲线，特别是以一个或多个平面的形式，尤其通过声学和/或光学的温度测量，优选声学温度测量。废气流一个或多个平面的取决于位置和时间的曲线的确定使得可以有针对性的控制单独的雾化引入设备，因此，首先，可以有效使用还原剂，从而有效还原氮氧化物，其次，可以避免随着基于氮氧化物的还原剂的引入，导致氨穿透的增加。

声学温度测量法，特别是声学气体温度测量法，通过该方法测定跨越燃烧室横截面积或靠近雾化引入位置的废气处理装置横截面的真正的气体温度，并且据发现计算的温度曲线在本发明的背景下是特别有用的。

根据本发明优选使用的系统由机械地和电学上类似的发射器和接收器单元以及外部的控制单元构成，其安装在废气处理装置的壁上，该废气处理装置在燃烧室，特别是燃烧器的直接下游。当进行测量时，一个阀（例如电磁阀）打开发射器侧的压缩空气管线，从而产生声信号。信号在发射端和接收端同时记录。通过数字信号可以确定声音传输时间。由于距离是已知的，获得声速并用于计算温度，该温度被称为路径温度。在同一平面中共同作用的多个发射器/接收器单元提供多路径配置，通过其可以直接而没有延迟的测定平面中的二维温度分布。

在本发明的背景下，据发现有利的是，基于测量的废气温度和/或测量的废气曲线将废气流分成几部分，并将确定的单独地雾化引入设备和/或确定的雾化引入设备组分配到各部分。这确保了还原剂到达最有效的还原位置，即使在快速改变废气温度的情况下，并且设备总是在最佳的氮氧化物去除程度、氨穿透和还原剂消耗的范围内操作。

在根据本发明特别优选的实施方式中，基于测量的废气温度和/或测量的废气温度曲线和/或负载信号和/或通过比较处理后获得的纯气体中残留氮氧化物含量的测量值与预定值，控制雾化引入设备，特别地单独地或成组的控制。

同样地，对于所有的雾化引入设备，还原剂的重量比，特别是还原剂混合物的重量比，和/或还原剂水溶液的浓度可以被设定为相同的值，和/或对于单独的，特别是每个雾化引入设备和/或对于每组雾化引入设备，优选每个雾化引入设备，单独设定。通过这种方法实现了还原剂混合物对主要的工艺条件特别灵活且快速的适应。

关于还原剂的量相对于废气中的氮氧化物的量，可以在宽范围内变化。然而，根据本发明，当还原剂，特别是氨和尿素以下量引入到废气流中时可以获得特别好的结果，该量为使用的总还原剂与待还原的氮氧化物的摩尔比，特别是当量比，设定范围为1:1至5:1，特别地2:1至4:1，优选约2.5:3.5。当量比是指氨，即，氨分子数或使用的含氮还原剂提供的游离NH₂自由基的当量。因此，一分子尿素对应于两当量氨，因为理论上一分子尿素分解成两个游离的NH₂自由基。

与现有技术中的方法相比，如上所述的本发明的方法显著改进了废气中氮氧化物的还原，同时减少了还原剂的使用量。

根据本发明的第二方面，本发明进一步提供一种用于处理来自工业生产过程中的含有氮氧化物的废气（例如，烟道气）的装置（设备），用于去除和/或分离出氮氧化物和/或用于通过化学还原氮氧化物减少氮氧化物的含量，特别是一种用于去除来自工业设备的废气中的氮氧化物的装置（设备），优选通过如上所述的方法进行，其中所述装置包括：

(a)用于接触和/或使至少两种不同的还原剂与含氮氧化物的废气反应的反应器，其中该反应器具有多个雾化引入设备，特别是雾化引入喷枪，用于引入，特别是以雾化形式引入至少两种不同的含氮还原剂，特别是氨和尿素，其中，可以单独地和/或成组的调节该雾化引入设备，优选单独地调节，

(b)至少一个第一容器，特别地第一存储容器，用于储存和/或提供至少一种第一还原剂，特别地，其分配给反应器并优选通过至少一个进给线连接到雾化引入设备，和

(c)至少一个第二容器，特别是第二储存容器，用于储存和/或提供至少一种不同于第一还原剂的第二还原剂，特别地，其分配给反应器并优选通过至少一个进给线连接到雾化引入设备。

如上所述，连同本发明的方法，对于每个雾化引入设备和/或对于雾化引入设备组，可以单独地调节还原剂从雾化引入设备的流出。

同样如上所述，在本发明方法的背景下，每个雾化引入设备可以具有一个或多个，特别是1至20个，优选1至15个，优选1至10个，特别优选1至5个喷嘴。

根据本发明优选的实施方式，所述装置具有1至200个，特别是2至100个，优选5至60个雾化引入设备。

同样发现特别有利地是，雾化引入设备被布置在1至10个，特别是1至7个，优选1至5个雾化引入平面中。

在本发明的背景下，当每个雾化引入平面具有1至20个，特别是1至15个，优选地1至12个雾化引入设备时能获得特别好的结果。

如上所述，在本发明的方法的描述中，雾化引入设备可以被配置为引入，特别是喷入，优选雾化引入还原剂水溶液，特别是氨水和/或尿素溶液。

关于本发明的装置在例如，大型燃烧设备，如垃圾焚化设备或联合热电站中的定位，该装置通常位于燃烧装置，特别是燃烧器的下游，特别是直接下游。已经发现将装置设置在燃烧装置和热交换装置之间是有用的。该布置使得能够达到实施本发明方法需要的高温。

关于本发明的装置的进一步结构，为了本发明的目的，可以提供给所述装置至少一个用于储水和/或供应水的储水器。在此，同样可以将储水器分配给反应器，优选通过至少一个供给管线连接到雾化引入设备。

此外，装置可以具有至少一个用于储存和/或供应任选的压缩气体，特别是压缩空气的储气容器。在此，可以将储气容器被分配给反应器，优选通过至少一个供给管线连接到雾化引入设备。特别地，储水器具有具有以下作用，即混合进一步的生产用水到还原剂或者还原剂混合物中，从而获得用于在烟道气流中相应穿透深度的还原剂的理想浓度。作为储水器的一种可替代的实施方式，还可以存在简单的加压水线。储气容器特别用于产生及储存雾化引入所需的压力。

出于本发明的目的，因此同样可能的是，通过储存在储气容器中的气体进行雾化引入设备的加压，从而将还原剂释放到反应器中。

如上述与本发明的方法有关的描述，通常有利的是还原剂在引入到废气之前被混合。

在本发明特别的实施方式中，本发明的装置由此具有至少一个计量装置和/或混合装置。

在本发明的背景下，已经发现有用且有利的是计量装置和/或混合装置连接到用于还原剂的存储器并连接到雾化引入设备，并任选地连接到任意存在的储水器上。

在此，计量装置和/或混合装置可以直接或间接地，即，通过其它中间设备或供给管线连接到其它设备上。因此，可以在计量装置和/或混合装置中设定喷射到反应器中的混合物中各还原剂之间的比例及其浓度。

出于本发明的目的，还发现特别有利的是将计量装置和/或混合装置配置为使还原剂相互之间的重量和/或体积比，特别是还原剂的混合物的重量和/或体积比，和/或还原剂水溶液的浓度可以统一调节和/或对于单独的，特别是每个雾化引入设备和/或雾化引入设备组，优选每个雾化引入设备进行单独调节。

如上所述在本发明的方法的描述中，可以在750至1250℃，特别是800至1150℃，优选地850至1000℃的温度范围内操作本发明的装置。

此外，能够通过测量废气温度和/或通过测量废气温度曲线和/或通过负载信号和/或通过比较处理后获得的纯气体中残留氮氧化物含量的测量值与预定值来控制还原剂向废气流的引入。

关于本发明方法的工艺控制，所述装置可以具有至少一个测量设备，用于测量废气的温度和/或测量废气的温度曲线和/或测量负载信号和/或测量处理后获得的纯气体中残留氮氧化物含量的值，特别用于控制还原剂向废气流的引入的目的。

在本发明的背景下，已经发现特别有利的是装置，特别在雾化引入设备的上游，具有测量装置，用于确定废气的温度和/或测量废气的温度曲线，特别地通过声学或光学温度测量法，优选通过声学温度测量。

有关本发明的装置或设备的进一步详细的说明，可以参考本发明的上述对于方法的说明，其近似地适用于本发明的装置或设备。

附图说明

在附图中，通过举例而非限制的方式对本发明的方法和本发明的用于处理来自工业生产过程中的含氮氧化物废气的装置或设备进行说明。

通过以下附图中示出的本发明优选的实施方式的说明，获得本发明的进一步优点、性质、方面和特征。

唯一的附图（图1）示意性示出了用于实现根据本发明方法的根据本发明的装置1。

具体实施方式

图中示出了用于实施本发明方法来处理工业生产过程中的含氮氧化物废气的反应器2。本发明的该装置通常安装在燃烧器8（例如垃圾焚化设备或联合热电站的燃烧器）的下游，并直接地置于热交换器9的上游，其中燃烧释放的热量从烟道气中移除并进一步被利用。

反应器2具有多个雾化引入设备3，其如图中所示，出于清楚的目的布置在5个雾化引入平面中。而且，反应器2具有用于声学气体温度测量的系统13/13A，其直接配置在用于将还原剂雾化引入到烟道气流的雾化引入喷枪3的上游。可替代地，还可以在单独的雾化引入平面之间，或者通过多个用于声学气体温度测量的系统13/13A进行温度测量。基于温度测量确定的废气流的温度曲线，将还原剂组合物喷入到反应器中，并且有针对性的设定雾化引入压力和液滴大小。

雾化引入设备3通过供给管线11A连接到用于储存压缩空气的储存器11。

此外，将雾化引入设备3连接到混合装置12，其通过供应管线6A和7A分别连接到储存容器6和7，该储存容器6和7含有水溶液形式的还原剂4（氨）和5（尿素）。此外，混合装置12通过供给管线10A连接到用于储水的储存容器10。

然而，可替代的，也可能的是不仅用于储存或供应还原剂的储存容器6和7和用于储存或供应水的储存容器10连接到混合装置12，而且用于供应压缩空气的储存容器11也连接到混合装置12。

与附图所示不同的是，混合装置12可优选地不仅能够通过一条供应管线连接到雾化引入喷枪3，而且还能够通过多条供应管线连接，特别地至少雾化引入喷枪3的每个雾化引入平面能够通过至少一个专用的供应管线连接到混合装置12。然而，为了清楚起见，在附图中省略了多个连接管线。

出于本发明方法的目的，用于计量还原剂向反应器2的引入或添加的基础设置优选基于来自燃烧器的负载信号。

混合装置12中氨溶液与尿素溶液彼此之间的比例基于烟道气流的温度曲线设定，该曲线通过借助于测量装置13/13A测定的声学气体温度来测定，并且引入到反应器中的还原剂浓度通过添加的工艺用水来确定。

作为图中所示方式的一种可替代的方式，还可以并且根据本发明优选的是对于每个雾化引入设备单独设定向反应器中引入的雾化形式的氨溶液与尿素溶液的相应比例及溶液中还原溶液的总浓度。

然后，压缩空气通过供应管线11A供应到相应的雾化引入喷枪，从而可以有针对性的设置相应的出口压力以及由此的还原剂的穿透深度和液滴大小。可替代地，在这种情况下也可以通过测量和计量装置，连同还原剂的混合确定压缩空气的调节。

本领域技术人员在阅读说明书的基础上可以很容易的想到并实施本发明的进一步的实施方式、改进、变形和具体特征，而并非超出本发明的范围。

通过以下实施例将对本发明进行说明，但本发明的内容不限于此。

实施例

为了说明本发明的方法及本发明装置的有效性，本发明的主题将借助于以下实施例进行说明。该方法是根据本发明在如单独的附图中示意性和说明性示出的装置中进行操作的。

根据本发明的烟道气流中的氮氧化物的减少被证明用于现有技术中满载（200MW_el）的烟煤容器。根据本发明的用于减少烟道气中氮氧化物含量的装置安装在设备的燃烧器和热交换器之间。根据本发明的装置包括反应室（反应器），其中氨水（基于氨水，25wt%的NH₃），尿素溶液（基于溶液，40wt%的尿素）及这两种液体的混合物以雾化形式通过60个雾化引入喷枪引入，这60个雾化引入喷枪分布在5个雾化引入平面中，每个平面包括12个雾化引入喷枪。声学温度测量系统直接安装在第一雾化引入平面的上游，并使得可以设定烟道气流的温度曲线，并以此方式控制雾化引入喷枪。

在工艺的开始，也可以在工艺进行过程中定期测量原料气体（即，没有处理过的废气）中的氮氧化物，从而使得与负载信号组合，粗调废气处理装置和工艺参数。

在整个工艺的进一步过程中，确定处理过的废气（即，纯气体）中的氮氧化物和氨穿透，从而能够微调本发明的方法或装置。

进行了许多试验：首选，进行了两个不是根据本发明的工艺，其仅基于使用氨溶液或尿素溶液。随后进行了根据本发明的方法的工艺，其使用了氨溶液和尿素溶液的组合。在此，每种情况下，氨溶液与尿素溶液的比例在不同的范围内变化。没有进行还原剂混有额外的水的溶液的试验。进行的工艺的结果总结于表1。

从表1的数据可以看出，单独的尿毒雾化引入和单独的氨溶液雾化引入都降低了对应于现有法律规定的废气中的氮氧化物含量。然而，单独的氨雾化引入导致氨穿透增加，因为氨在从喷嘴喷出后立即蒸发，因此在设定的温度范围内仅有部分氨与氮氧化物接触。单独使用尿素使氨穿透显著改进（减少），但是导致热交换器上明显的腐蚀，因为，特别是在容器的高负载情况下，为了使烟道气中的氮氧化物含量降低到理想水平，必须在热交换器区域中进行雾化引入。

与上述不是根据本发明进行的工艺相比，根据本发明进行的三种工艺显示出显著的烟道气纯化效率，即处理后的废气的氮氧化物含量明显低于不是根据本发明进行的工艺中的氮氧化物的含量。此外，根据本发明进行的工艺中，氨穿透也显著减低，并且在热交换器区域中没有观察到腐蚀现象。

当氨与尿素的比例在1:99至99:1之间变化时获得十分好的结果，当氨与尿素的比例为20:80至80:20时，获得最好的结果。在该范围内，甚至氨/尿素的比例为10:90至90:10时，本发明的方法给出的氮氧化物去除程度仅是当使用催化工艺时才能够获得的。

Claims

1.一种从工业设备废气中去除氮氧化物的方法，其中至少两种不同的含氮还原剂与含氮氧化物废气接触并引入到含氮氧化物废气流中，

其中氨和尿素以水溶液的形式作为不同的还原剂使用，

其中根据工艺条件，在预先混合后，还原剂在不同的时间和/或物理上单独或一起地被引入到废气流，

其中通过雾化引入喷枪将还原剂以雾化形式引入至废气流中，

其中测量至少一个以平面形式的废气温度曲线，以及

其中基于测量的废气温度曲线，单独地或成组地控制雾化引入喷枪，

其中还原剂向废气流的引入量和/或引入时间点通过测量废气温度和/或处理后获得的纯气体中残余氮氧化物含量来控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在无催化剂的情况下实施所述方法，并且其中所述方法以选择性非催化还原法实施。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中氨以水溶液形式提供使用，所述水溶液含有基于溶液的重量计，10wt%至35wt%的NH₃；和/或其中尿素以水溶液形式提供使用，所述水溶液含有基于溶液的重量计，10wt%至50wt%的尿素。

4.根据权利要求1所述的方法，其中还原剂通过雾化引入喷枪引入至废气流中，每个雾化引入喷枪具有一个或多个用于向废气流引入还原剂的喷嘴。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法在温度范围为750至1200°C时实施；并且其中还原剂向废气流的引入，通过测量废气温度和/或处理后获得的纯气体中残余氮氧化物含量来控制。

6.根据权利要求1所述的方法，其中通过声学和/或光学温度测量测量至少一个废气温度曲线；并且其中基于测量的废气温度和/或测量的废气温度曲线将废气流分成几部分，并将确定的单独雾化引入喷枪和/或确定的雾化引入喷枪组配置到各部分。

7.一种用于从工业设备废气中去除氮氧化物的装置（1），其中所述装置（1）包括：

(a) 使至少两种不同的还原剂和含氮氧化物废气接触和/或反应的反应器（2），其中所述反应器（2）具有多个雾化引入喷枪（3），配置用于雾化引入氨水和尿素溶液，其中所述雾化引入喷枪（3）单独地和/或成组地调节，

(b) 至少一个第一容器（6），用于储存和/或提供至少一种第一还原剂（4），将所述第一容器（6）分配给反应器（2）并通过至少一个供给管线（6A）连接到雾化引入喷枪（3），和

(c) 至少一个第二容器（7），用于储存和/或提供至少一种不同于第一还原剂的第二还原剂（5），将所述第二容器（7）分配给反应器并通过至少一个供给管线（7A）连接到雾化引入喷枪（3），

其中通过测量废气温度曲线来控制还原剂（4,5）向废气流的引入，

其中所述装置（1）具有至少一个用于测量废气温度曲线的测量装置（13），用于还原剂（4，5）向废气流的引入。

8.根据权利要求7所述的装置，其中对于每个雾化引入喷枪（3）和/或对于雾化引入喷枪（3）组，单独地调节从雾化引入喷枪（3）流出的还原剂（4, 5）；并且每个雾化引入喷枪（3）具有一个或多个喷嘴。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其中所述雾化引入喷枪（3）被配置1至10个。