CN105536468A - 一种脱硝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及烟气处理领域，公开了一种脱硝的方法，该方法包括以下步骤：(a)使用等离子体处理原料，生成还原性气体；(b)使步骤(a)得到的还原性气体、任选地脱硝还原剂与含有氮氧化物的烟气进行接触；其中，所述原料为煤炭和/或木材。采用本发明提供的脱硝方法，用于锅炉脱硝效率高，同时提高了燃烧效率；用于脱硝装置脱硝效率高的同时能够降低能耗。

Description

一种脱硝的方法
技术领域
本发明涉及烟气处理领域，具体地，涉及一种脱硝的方法。
背景技术
烟气是热电厂的主要排放物之一，通过可燃物在锅炉中燃烧产生。由于烟气中通常含有大量的氮氧化物NOx如NO，这些氮氧化物如果直接排放到大气中，会导致腐蚀性很强的酸雨，因此烟气在排放之前必须经过脱氮(即脱硝)处理。
目前，运用比较成熟的烟气脱硝技术主要有两种：选择性催化还原(SCR)工艺和选择性非催化还原脱硝(SNCR)工艺。SCR和SNCR脱硝工艺的化学反应原理都是一样的，都是在烟气中喷入脱硝剂(尿素或者氨)，在特定的温度范围内与烟气中的NOx进行选择性还原反应生成氮气(N2)和水蒸气(H2O)。
SCR工艺是尾部烟道280-420℃的区域在催化剂存在的条件下进行选择性催化还原反应。SCR脱硝效率相对较高，一般可达80％左右。SNCR工艺一般在锅炉的炉膛内800-1300℃的高温区喷入脱硝剂进行选择性还原反应脱硝处理的。SNCR的脱硝效率相对较低，一般在60％以下。尽管二者发展较为成熟，但上述脱硝技术仍可以向提高脱除效率、降低运行能耗和减少脱硝还原剂用量发展。为提高脱硝效率，利用烃类等还原性气体还原NOx已有研究。但烃类还原NOx条件苛刻，需要无氧或缺氧环境，以避免烃类与氧气(O2)的竞争反应。
因此开发一种新的脱硝方法以提高脱硝效率是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中脱硝效率低的缺陷，提供了一种新的脱硝方法，采用本发明的方法能够提高脱硝效率。
具体地，本发明提供了一种脱硝的方法，该方法包括以下步骤：
(a)使用等离子体处理原料，生成还原性气体；
(b)使步骤(a)得到的还原性气体、任选地脱硝还原剂与含有氮氧化物的烟气进行接触；
其中，所述原料为煤炭和/或木材。
采用本发明提供的脱硝方法，通过高温等离子体或微波等离子体处理煤炭或木材等原料，将原料气化电离，形成含有大量活性基团的具有还原性的还原性气体。将该还原性气体通入锅炉，可以在锅炉高温环境中，将其中的NOx还原为N2；将还原性气体通入SCR或SNCR也能够产生相同效果，并提高脱硝效率。
本发明所提供的脱硝方法与常规烟气净化技术相比，能够产生如下有益效果：首先，采用本发明的等离子体辅助脱硝方法，通过向锅炉内添加还原性气体，实现炉内高效脱硝，并提高燃烧效率。另外，通过采用本发明的等离子体辅助脱硝方法，通过向脱硝装置内添加还原性气体，能够显著提高脱硝效率、降低运行能耗。
本发明的方法能够提高脱硝效率的可能原因是，所述还原性气体含有自由基(·OH、·O、·N、·H)、烃类自由基(·CmHn)、氢气(H2)、一氧化碳(CO)和有机挥发性气体(VOCs)中的一种或多种，将上述还原性气体通入锅炉和脱硝装置都可以将NOx还原为N2和H2O。其反应途径如下：
CO+NO→N2+CO2
VOCs+NO→N2+CO2
H2+NO→N2+H2O
·N+NO→N2+·O
·H+NO→N2+H2O
在高温和催化条件下，上述反应具有高选择性和反应速率，能够有效脱除NOx，实现锅炉内脱硝。同时由于大量带电粒子的存在，还原性气体还能够提高锅炉的燃烧效率。将还原性气体通入脱硝装置，可以提高脱硝效率，从而降低脱硝所需温度、减少脱硝还原剂用量。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种优选的实施方式的脱硝方法的流程示意图；
图2是本发明另一种优选的实施方式的脱硝方法的流程示意图；
图3是本发明再另一种优选的实施方式的脱硝方法的流程示意图。
附图标记说明
1锅炉2等离子体反应器
3还原性气体入口4烟气出口
5SNCR脱硝装置6SCR脱硝装置
A原料
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种脱硝的方法，该方法包括以下步骤：
(a)使用等离子体处理原料，生成还原性气体；
(b)使步骤(a)得到的还原性气体、任选地脱硝还原剂与含有氮氧化物的烟气进行接触；
其中，所述的原料为煤炭和/或木材。
在本发明中，所述等离子体可以为高温等离子体和/或微波等离子体。其中，所述等离子体可以由等离子体反应器产生。
优选地，所述高温等离子体可以由高温等离子体反应器产生。所述高温等离子体可以为本领域的常规选择，例如可以为电弧等离子体、火花放电等离子体和电感耦合等离子体，优选为滑动弧电弧等离子体。所述高温等离子体的产生条件包括：高压电源可以为直流或脉冲电源，电源功率密度不低于0.5kWh/kg原料。
优选地，所述微波等离子体可以由微波等离子体反应器产生。所述微波等离子体的产生条件可以为本领域的常规选择，例如，所述微波等离子体的产生条件可以包括：微波频率为0.3-300GHz。优选地，所述微波频率为0.9GHz或2.45GHz。
在本发明中，所述还原性气体中含有自由基(·OH、·O、·N、·H)、烃类自由基(·CmHn)、氢气(H2)、一氧化碳(CO)和有机挥发性气体(VOCs)中的一种或多种。上述还原性气体可以将氮氧化物(NOx)还原为N2和H2O。
在本发明中，所述接触的条件包括：所述还原性气体氢元素含量与烟气中以NO计的氮氧化物NOx的摩尔比可以为0.5-2：1，优选为1-1.5：1。
在本发明中，步骤(a)得到的还原性气体、任选地脱硝还原剂与含有氮氧化物的烟气的接触在锅炉和/或脱硝装置中进行，所述脱硝装置为SCR(选择性催化还原)脱硝装置和/或SNCR(选择性非催化还原)脱硝装置。
根据一种优选的实施方式，步骤(a)得到的还原性气体、脱硝还原剂与含有氮氧化物的烟气的接触在SCR脱硝装置中进行，并使步骤(a)得到的还原性气体、脱硝还原剂与含有氮氧化物的烟气在催化剂存在下进行接触。所述接触的条件包括：温度为200-400℃，更优选为220-320℃；混合气体空速为5000-15000h-1，更优选为6000-10000h-1；所述还原性气体氢元素含量与烟气中氮氧化物的摩尔比为0.5-2：1。所述脱硝还原剂与烟气氮氧化物的氨氮摩尔比可以为0.5-1.3：1。所述混合气体指的是步骤(a)得到的还原性气体与含有氮氧化物的烟气和脱硝还原剂形成的混合物。所述混合气体空速指的是混合气体通过催化剂层的空速。优选地，所述脱硝还原剂与烟气氮氧化物的氨氮摩尔比为1.1-1.3：1，所述还原性气体氢元素含量与烟气中氮氧化物的摩尔比为0.5-1:1。
根据本发明，进行烟气选择性催化还原的催化剂的种类和形式可以为本领域的常规选择，为本领域技术人员所熟知。例如所述催化剂可以为各种能够使氮氧化物NOx转化为氮气的催化剂，优选为金属氧化物催化剂。所述金属氧化物可以是V2O5、Fe2O3、CuO、Cr2O3、Co3O4、NiO、CeO2、La2O3、Pr6O11、Nd2O3、Gd2O3、Yb2O3中的一种或多种，优选V2O5。进一步优选所述催化剂是分散在TiO2上、以V2O5为主要活性组分、WO3或MoO3为助催化剂的钒钛体系，即V2O5-WO3/TiO2或V2O5-MoO3/TiO2。由于SCR反应中大量飞灰的存在给催化剂的应用增加了难度，为防止堵塞、减少压力损失、增加机械强度，优选将上述V2O5-WO3/TiO2或V2O5-MoO3/TiO2催化剂固定在不锈钢板表面或制成蜂窝陶瓷状，形成不锈钢波纹板式和蜂窝陶瓷的结构形式。上述催化剂可以商购得到，例如可以购自日本触媒化成、日立公司、德国雅佶隆公司以及美国的Cormetech公司。
根据另一种优选的实施方式，步骤(a)得到的还原性气体、脱硝还原剂与含有氮氧化物的烟气的接触在SNCR脱硝装置中进行。所述接触的条件包括：温度为850-1100℃，更优选为900-1000℃，接触时间为0.4-1秒，更优选为0.5-0.8秒，所述还原性气体氢元素含量与烟气中氮氧化物的摩尔比为0.5-2：1。所述脱硝还原剂与烟气氮氧化物的氨氮摩尔比为0.5-1.3：1。优选地，所述脱硝还原剂与烟气氮氧化物的氨氮摩尔比为1.1-1.3：1，所述还原性气体氢元素含量与烟气中氮氧化物的摩尔比为0.5-1:1。
在本发明中，所述SCR脱硝装置和所述SNCR脱硝装置可以同时存在，可以分别按照上述各自的条件进行。
根据再另一种优选的实施方式，步骤(a)得到的还原性气体与含有氮氧化物的烟气的接触在锅炉中进行。所述接触的条件包括：温度为1000-1400℃，更优选为1200-1400℃，所述还原性气体氢元素含量与烟气中氮氧化物的摩尔比为0.5-2：1，更优选为1-1.5：1。
在本发明中，上述脱硝还原剂可以为本领域通常使用的脱硝还原剂，例如可以为氨或者各种加热后能够产生氨的物质，优选为液氨、氨水和尿素中的至少一种。
在本发明中，如果没有特殊说明，所述烟气中氮氧化物均是指烟气中以NO计的氮氧化物。所述脱硝还原剂与烟气氮氧化物的氨氮摩尔比指的是以氮元素计的脱硝还原剂与以NO计的烟气氮氧化物的摩尔比。
在本发明中，所述烟气可以是各种氮氧化物含量需要降低的烟气，可以是未经任何处理的来自锅炉的烟气，也可以是事先经过除尘处理过的烟气。可以是来自电厂锅炉的烟气，也可以是来自炼钢锅炉的烟气。
下面结合附图对本发明的优选实施方式进行详细的说明。
根据本发明一种优选的实施方式，本发明提供的脱硝的方法可以采用图1所示的脱硝装置来实现。如图1所示，等离子体反应器2产生等离子体，使用等离子体处理原料A，生成还原性气体。所述还原性气体从还原性气体入口3进入锅炉1，与锅炉内产生的含氮氧化物的烟气进行接触。在锅炉1中，还原性气体与烟气中的NOx反应，将NOx还原为N2，脱硝后的烟气经烟气出口4排出。
根据本发明另一种优选的实施方式，本发明提供的脱硝的方法可以采用图2所示的脱硝装置来实现。如图2所示，等离子体反应器2产生等离子体，使用等离子体处理原料A，生成还原性气体。所述还原性气体从还原性气体入口3进入SNCR脱硝装置5中。在SNCR脱硝装置5中，还原性气体与烟气中的NOx反应，将NOx还原为N2，脱硝后的烟气经烟气出口4排出。
根据本发明再另一种优选的实施方式，本发明提供的脱硝的方法可以采用图3所示的脱硝装置来实现。如图3所示，等离子体反应器2产生等离子体，使用等离子体处理原料A，生成还原性气体。所述还原性气体从还原性气体入口3进入SCR脱硝装置6中。在SCR脱硝装置6催化剂的催化作用下，还原性气体与烟气中的NOx反应，将NOx还原为N2，脱硝后的烟气经烟气出口4排出。
采用上述优选的实施方式，并控制各条件在上述优选的范围内，可以获得最佳的烟气脱硝效果。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中，氮氧化物NOx的浓度利用化学发光法来测定(氮氧化物分析仪，赛默飞世尔，42i-DNMSDAB)。
脱硝效率＝(脱硝前的烟气中NOx的浓度-脱硝后的烟气中NOx的浓度)/脱硝前的烟气中NOx的浓度×100％。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的烟气脱硝的装置和方法。
根据图1所示的烟气脱硝装置，采用典型的神华烟煤在锅炉1中燃烧，产生烟气，烟气中NOx的浓度(以NO计)为300mg/Nm3。
使用高温等离子体反应器产生滑动弧电弧等离子体，该等离子体的发生电压为50kV，使用该等离子体处理木材，生成还原性气体。该还原性气体从还原性气体入口进入锅炉，与锅炉内产生的含氮氧化物的烟气进行接触。所述接触的条件包括：还原性气体与烟气中氮氧化物NOx的摩尔比为1.2：1，温度为1200℃。在锅炉中，还原性气体与烟气中的NOx反应，将NOx还原为N2，脱硝后的烟气经烟气出口5排出。脱硝后的烟气中NOx的浓度(以NO计)为50mg/Nm3。脱硝效率为60％。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的烟气脱硝的装置和方法。
根据图3所示的烟气脱硝装置，采用典型的神华烟煤在锅炉1中燃烧，产生烟气，烟气中NOx的浓度(以NO计)为350mg/Nm3。烟气进入SCR脱硝装置。
使用高温等离子体反应器产生滑动弧电弧等离子体，该等离子体的发生电压为50kV，使用该等离子体处理煤炭，生成还原性气体。该还原性气体从还原性气体入口进入SCR脱硝装置，与SCR脱硝装置内的含氮氧化物的烟气进行接触。所述接触的条件包括：还原性气体与烟气中氮氧化物NOx的摩尔比为0.5：1，SCR脱硝装置中脱硝还原剂氨与烟气中氮氧化物的氨氮摩尔比为1.2：1，温度为220℃，混合气体通过催化剂层的体积空速为6000h-1。脱硝后的烟气经烟气出口5排出。脱硝后的烟气中NOx的浓度(以NO计)为20mg/Nm3。脱硝效率为95％。
通过实施例的结果可以看出，采用本发明的脱硝方法，可以实现锅炉的炉内直接脱硝。另外，还可以降低SCR脱硝装置的运行温度，同时提高脱硝效率。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种脱硝的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(a)使用等离子体处理原料，生成还原性气体；
(b)使步骤(a)得到的还原性气体、任选地脱硝还原剂与含有氮氧化物的烟气进行接触；
其中，所述原料为煤炭和/或木材。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述等离子体为高温等离子体和/或微波等离子体。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述高温等离子体的产生条件包括：高压电源为直流或脉冲电源，电源功率密度不低于0.5kWh/kg原料。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述微波等离子体的产生条件包括：微波频率为0.3-300GHz。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述还原性气体中含有·OH、·O、·N、·H、·CmHn、氢气、一氧化碳和有机挥发性气体中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接触的条件包括：所述还原性气体氢元素含量与烟气中以NO计的氮氧化物NOx的摩尔比为0.5-2：1。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)得到的还原性气体、任选地脱硝还原剂与含有氮氧化物的烟气的接触在锅炉和/或脱硝装置中进行，所述脱硝装置为SCR脱硝装置和/或SNCR脱硝装置。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤(a)得到的还原性气体与含有氮氧化物的烟气的接触在锅炉中进行；
优选地，所述接触的条件包括：温度为1000-1400℃，所述还原性气体氢元素含量与烟气中氮氧化物的摩尔比为0.5-2：1。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤(a)得到的还原性气体、脱硝还原剂与含有氮氧化物的烟气的接触在SCR脱硝装置中进行，并使步骤(a)得到的还原性气体、脱硝还原剂与含有氮氧化物的烟气在催化剂存在下进行接触，所述接触的条件包括：温度为200-400℃；混合气体空速为5000-15000h-1；所述还原性气体氢元素含量与烟气中氮氧化物的摩尔比为0.5-2：1；所述脱硝还原剂与烟气氮氧化物的氨氮摩尔比为0.5-1.3：1。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤(a)得到的还原性气体、脱硝还原剂与含有氮氧化物的烟气的接触在SNCR脱硝装置中进行，所述接触的条件包括：温度为850-1100℃；接触时间为0.4-1秒；所述还原性气体氢元素含量与烟气中氮氧化物的摩尔比为0.5-2：1；所述脱硝还原剂与烟气氮氧化物的氨氮摩尔比为0.5-1.3：1。
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