CN105833682B - 一种锅炉空气分级低氮燃烧及脱硝工艺 - Google Patents

一种锅炉空气分级低氮燃烧及脱硝工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锅炉空气分级低氮燃烧及脱硝工艺，将富一氧化碳混合气与锅炉二次风一并送入锅炉还原段和燃尽段，由此获得的锅炉烟气再经脱硫脱硝装置后得到净化烟气，按体积比计，所述富一氧化碳混合气包括以下组分：氧气：0.2～1%；二氧化碳：34.8～50%；一氧化碳：45～65%；氢气：1～5%。本发明在锅炉还原段和燃尽段通入富一氧化碳混合气，利用特定比例的富氧、二氧化碳、一氧化碳与锅炉二次风的配合使用，可将锅炉燃烧过程中产生的一氧化氮转化成氮气，使锅炉烟气中氮氧化物的含量得到有效降低，避免使用选择性非催化还原法对还原剂的使用，提高系统稳定性。

Description

一种锅炉空气分级低氮燃烧及脱硝工艺
技术领域
本发明是一种锅炉空气分级低氮燃烧及脱硝工艺，具体涉及一种能实现锅炉空气分级燃烧过程及低氮排放的烟气脱硝净化工艺，属于燃煤烟气及工业炉窑烟气净化处理领域。
背景技术
我国的能源资源禀赋决定了我国以煤为主的能源供应与消费格局。燃煤烟气构成了我国最重要的空气污染来源。对工业及生活燃煤烟气进行净化治理，是我国治理空气污染，提高大气环境质量的关键环节。
随着对烟气治理要求的不断提升，现有烟气脱硝技术存在的不足日渐显现：
1）脱硝过程依赖于催化剂、还原剂或氧化剂，运行成本高，操作复杂。氧化脱硝技术路线氧化剂成本高，催化还原脱硝技术路线在中小锅炉上更是缺乏有效的应用实现工况条件，使得中小锅炉脱硝一直没有技术经济可行的解决方案；
2）在排放标准不断提高的形势下，现有技术运行已达到其工艺应用的极限。为实现极高标准的达标排放，现有的催化还原脱硝工艺无不以过量的氨还原剂喷入为代价，造成整个烟气治理系统物料失衡，在空预器处形成结块堵塞，根本无法长期稳定运行，导致整个锅炉系统经常需要停机清理，成为使用单位的一大痛点。
我们知道，脱硝就是除去烟气中氮氧化物的过程，为防止锅炉燃烧后产生过多的氮氧化物为后续脱硝工艺形成压力，现有专利文献CN103170225A（一种实现工业窖炉富氧助燃与烟气脱硫脱硝相结合系统，2013.03.01）公开了一种利用富氧助燃技术来节约工业窖炉燃料用量和降低排放废气中NOX、SOX含量，又与烟气脱硫脱硝相结合的系统，但在该工艺的脱硝系统中，仍然沿用现有还原剂喷入脱硝，对系统稳定运行带来隐患。
除此之外，在降低锅炉燃烧产生的氮氧化物方面，国内还相继出现了多种相关专利，例如：
专利文献CN201748452U（一种选择性非催化还原系统和燃烧系统相结合的降低氮氧化物系统，2011.02.16）提出的能更好的将液态还原剂喷入炉膛并与燃烧系统相结合的一种降低氮氧化物系统，由于使用选择性非催化还原法，液态还原剂常用氨或尿素，仍然不能避免对系统稳定运行造成的影响。
专利文献CN204042872U （一种低氮燃烧和选择性非催化还原脱硝设备，2014.12.24）提出的采用低氮燃烧器和选择性非催化还原脱硝设备相结合的方式，其中使用的还原剂仍然为氨水或液氨，同样不能避免对系统稳定运行造成的影响。
专利文献CN104501203A（一种缺氧富二氧化碳气体实现低氮燃烧的气体混合比例控制的设备及方法，2015.04.08）提出的通过烟气回流增加锅炉内二氧化碳浓度，使锅炉内部燃料缺氧燃烧，回流的二氧化碳和碳黑颗粒及燃料生成碳，在此燃烧温度及缺氧条件下会生产一氧化碳；燃料中的有机氮在较低温度燃烧时能快速生产一氧化氮，当生成的一氧化氮遇到缺氧燃烧条件下产生的很高浓度的一氧化碳时，即将一氧化氮转化成氮气，从而实现在燃烧过程中去除绝大部分燃料型氮氧化物，达到减少氮氧化物产生量的减排效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锅炉空气分级低氮燃烧及脱硝工艺，在锅炉还原段和燃尽段通入富一氧化碳混合气，利用特定比例的氧气、二氧化碳、一氧化碳与锅炉二次风的配合使用，可将锅炉燃烧过程中产生的一氧化氮转化成氮气，使锅炉烟气中氮氧化物的含量得到有效降低，避免使用选择性非催化还原法对还原剂的使用，提高系统稳定性。
本发明通过下述技术方案实现：一种锅炉空气分级低氮燃烧及脱硝工艺，其特征在于：将富一氧化碳混合气与锅炉二次风一并送入锅炉还原段和燃尽段，由此获得的锅炉烟气再经脱硫脱硝装置后得到净化烟气，所述富一氧化碳混合气按体积比包括以下组分：
氧气：0.2～1%；
二氧化碳：33.8～50%；
一氧化碳：45～65%；
氢气：1～5%。
本发明在锅炉的二次风中加入了适量的CO，使其在锅炉燃烧的还原段和燃尽段的燃烧过程中抑制氮氧化物的生成或将生成的氮氧化物还原为氮气，从而实现锅炉烟气的氮氧化物含量降低。
在所述富一氧化碳混合气与锅炉二次风组成的混合气中，一氧化碳和氢气的总量＞100ppm，可将锅炉烟气中氮氧化物含量有效的控制在50～120mg/m3。
所述富一氧化碳混合气是在一氧化碳发生器中加入焦炭、富氧和二氧化碳而产生的。
所述一氧化碳发生器中加入的二氧化碳由净化烟气通过VPSA装置制取或通过化学吸收二氧化碳装置从净化烟气中提取或外供。
所述一氧化碳发生器中加入的富氧由VPSA/ PSA富氧装置从空气中制取或由深冷制氧装置制得。
所述锅炉二次风来自大气，锅炉二次风与富一氧化碳混合气在二次风机混合器内混合后由二次风机送入锅炉。
将来自VPSA/ PSA富氧装置的富氧与VPSA装置制取得到或二氧化碳装置产生的二氧化碳一并送入锅炉起燃区，避免使用现有锅炉分级燃烧系统起燃区通入大气的方式，避免起燃区中氮氧化物的生产。
所述来自VPSA/ PSA富氧装置的富氧与VPSA装置制取得到或二氧化碳装置产生的二氧化碳在一次风机混合器内混合后由一次风机送入锅炉。
在所述脱硫脱硝装置中使用碳酸氢钠粉与锅炉烟气中的NOX反应，脱除NOX后生成硝酸钠，所述脱硫脱硝装置为固气反应器。
或，在所述脱硫脱硝装置中使用碳酸氢钠溶液与锅炉烟气中的NOX反应，脱除NOX后生成硝酸钠，所述脱硫脱硝装置为气液反应器。
克服了现有脱硫脱硝方法中使用催化剂用还原剂等除NOX存在的诸多问题，锅炉烟气在脱硫脱硝装置中由碳酸氢钠粉或溶液可将锅炉烟气中的氮氧化物脱除，得到氮氧化物含量≤50 mg/m3的净化烟气。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明将富一氧化碳混合气与锅炉二次风一并送入锅炉，富一氧化碳混合气中适量的一氧化碳和氢气，能使其在锅炉燃烧的还原段和燃尽段的燃烧过程中抑制氮氧化物的生成或将生成的氮氧化物还原为氮气，从而实现锅炉烟气中氮氧化物含量的降低，特别是，控制富一氧化碳混合气与锅炉二次风组成的混合气中一氧化碳和氢气的总量＞100ppm，能保证锅炉烟气中氮氧化物的含量控制在100mg/m3左右，而现有技术中，锅炉燃烧后产生的锅炉烟气中氮氧化物的控制含量仅为200~300mg/m3。
（2）本发明涉及的脱硫脱硝装置摒弃了催化剂如氨还原剂等的使用，将前序步骤得到的锅炉烟气在脱硫脱硝装置中喷入后，用适量的碳酸氢钠粉即可将其中的氮氧化物脱除，并能将脱硫脱硝后得到的净化烟气中氮氧化物的含量控制在50 mg/m3以下。
（3）本发明设计合理，脱硫脱硝后得到的净化烟气除放空处理外，可还用于引风机送至VPSA装置用于二氧化碳的制取，为富一氧化碳混合气的制备提供来源，有利于工艺成本的控制。
（4）本发明利用VPSA/ PSA富氧装置产生的富氧和二氧化碳的混合气作为锅炉一次风送入锅炉起燃区，当氧含量满足燃烧需氧量时可使煤燃烧充分不产生氮氧化生成的氮氧化物；当氧含量低于燃烧需氧量时燃烧不充分会产生部分一氧化碳进入主燃区，抑制主燃区燃烧过程中氮氧化物生成。实施根据锅炉的不同情况采取相应的供氧量，除此之外，加入的供氧量还要考虑燃烧中保证锅炉的稳燃和高着火率。
（5）本发明能实现节能环保的工艺过程，工艺设备利用效率高，如VPSA/ PSA富氧装置不仅可作为富一氧化碳混合气中富氧的来源，还可作为与二氧化碳混合并送入锅炉起燃区的富氧来源。
（6）本发明方法可将富氧与二氧化碳、富一氧化碳混合气与锅炉二次风送入锅炉的方式相结合，更有效的抑制锅炉内各阶段中氮氧化物的产生，在此基础上，可实现锅炉烟气中氮氧化物的含量控制在100mg/m3左右，该锅炉烟气经碳酸氢钠粉脱硫脱硝后，氮氧化物的含量可进一步控制在50mg/m3以下，本流程完全可以淘汰现有SCR脱硝工艺，具有更好的工艺效果和更好的市场价值。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图（一）。
图2为本发明的工艺流程图（二）。
图3为本发明的工艺流程图（三）。
图4为本发明的工艺流程图（四）。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
一种锅炉空气分级低氮燃烧及脱硝工艺，将富一氧化碳混合气与锅炉二次风一并送入锅炉还原段和燃尽段，由此获得的锅炉烟气再经脱硫脱硝装置后得到净化烟气，按体积比计，富一氧化碳混合气包括以下组分：
氧气：0.2%；
二氧化碳：33.8%；
一氧化碳：65%；
氢气：1%。
实施例2：
本实施例 与实施例1 的区别在于：在富一氧化碳混合气与锅炉二次风组成的混合气中，一氧化碳和氢气的总量为110ppm。
实施例3：
本实施例与实施例2的区别在于：本实施例涉及的富一氧化碳混合气是在一氧化碳发生器中加入焦炭、富氧和二氧化碳而产生的。
本实施例涉及的富一氧化碳混合气包括以下组分：
氧气：1%；
二氧化碳：50%；
一氧化碳：45%；
氢气：4%。
实施例4：
本实施例与实施例3的区别在于：本实施例涉及的一氧化碳发生器中加入的二氧化碳由净化烟气通过VPSA装置制取。
实施例5：
本实施例与实施例4的区别在于：本实施例涉及的一氧化碳发生器中加入的二氧化碳通过化学吸收二氧化碳装置从净化烟气中提取。
实施例6：
本实施例与实施例4的区别在于：本实施例涉及的一氧化碳发生器中加入的二氧化碳为外供。
实施例7：
本实施例在实施例4的基础上进一步提出了，一氧化碳发生器中加入的富氧由VPSA/ PSA富氧装置从空气中制取。
实施例8：
本实施例在实施例5的基础上进一步提出了，一氧化碳发生器中加入的富氧由深冷制氧装置制得。
实施例9：
本实施例在实施例在实施例7的基础上进一步提出了，锅炉二次风来自大气，锅炉二次风与富一氧化碳混合气在二次风机混合器内混合后由二次风机送入锅炉。
实施例10：
本实施例在实施例1的基础上进一步提出了，将来自VPSA/ PSA富氧装置的富氧与VPSA装置制取得到或二氧化碳装置产生的二氧化碳一并送入锅炉起燃区。
实施例11：
本实施例在实施例10的基础上进一步提出了，来自VPSA/ PSA富氧装置的富氧与VPSA装置制取得到的二氧化碳在一次风机混合器内混合后由一次风机送入锅炉。
实施例12：
本实施例在实施例10的基础上进一步提出了，来自VPSA/ PSA富氧装置的富氧与二氧化碳装置产生的二氧化碳在一次风机混合器内混合后由一次风机送入锅炉。
实施例13：
本实施例在实施例1的基础上进一步提出了，在脱硫脱硝装置中使用碳酸氢钠粉与锅炉烟气反应后，得到净化烟气。
脱硫脱硝装置中使用碳酸氢钠粉与锅炉烟气中的NOX反应，脱除NOX后生成硝酸钠，脱硫脱硝装置可为固气反应器。
实施例14：
一种锅炉空气分级低氮燃烧及脱硝工艺，将来自VPSA/ PSA富氧装置的富氧与VPSA装置制取得到的二氧化碳在一次风机混合器内混合后由一次风机送入锅炉起燃区；将富一氧化碳混合气与锅炉二次风在二次风机混合器内混合后由二次风机送入锅炉还原段和燃尽段，由此获得的锅炉烟气在脱硫脱硝装置中经碳酸氢钠粉反应后得到净化烟气。
如图1所示，本实施例可进一步概括如下：
将焦炭、富氧和二氧化碳加入一氧化碳发生器中得到上述富一氧化碳混合气，按体积比计，富一氧化碳混合气包括以下组分：
氧气：0.5%；
二氧化碳：40%；
一氧化碳：54.5%；
氢气：5%。
锅炉二次风来自大气，在富一氧化碳混合气与锅炉二次风组成的混合气中，一氧化碳和氢气的总量为305ppm。
一氧化碳发生器中加入的二氧化碳是通过化学吸收二氧化碳装置从净化烟气中提取得到。
一氧化碳发生器中加入的富氧同样是由VPSA/ PSA富氧装置从空气中制取得到。
实施例15：
如图2所示，本实施例与实施例14的区别在于：
将来自VPSA/ PSA富氧装置的富氧与二氧化碳装置产生的二氧化碳在一次风机混合器内混合后由一次风机送入锅炉起燃区。
富一氧化碳混合气包括以下组分：
氧气：0.8%；
二氧化碳：35%；
一氧化碳：61.2%；
氢气：3%。
锅炉二次风来自大气，在富一氧化碳混合气与锅炉二次风组成的混合气中，一氧化碳和氢气的总量为1000ppm。
一氧化碳发生器中加入的二氧化碳为外供。
脱硫脱硝装置中使用碳酸氢钠粉与锅炉烟气中的NOX反应，脱除NOX后生成硝酸钠，本实施例使用的脱硫脱硝装置为固气反应器。
实施例16：
如图3所示，本实施例与实施例14的区别在于：本实施例涉及的富一氧化碳混合气包括以下组分：
氧气：0.3%；
二氧化碳：50%；
一氧化碳：45%；
氢气：4.7%。
锅炉二次风来自大气，在富一氧化碳混合气与锅炉二次风组成的混合气中，一氧化碳和氢气的总量为3110ppm。
一氧化碳发生器中加入的二氧化碳由净化烟气通过VPSA装置制取。
实施例17：
本实施例与实施例14的区别在于：
将来自VPSA/ PSA富氧装置的富氧与二氧化碳装置产生的二氧化碳在一次风机混合器内混合后由一次风机送入锅炉起燃区。
富一氧化碳混合气包括以下组分：
氧气：0.7%；
二氧化碳：37.8%；
一氧化碳：59.5%；
氢气：2%。
锅炉二次风来自大气，在富一氧化碳混合气与锅炉二次风组成的混合气中，一氧化碳和氢气的总量为3030ppm。
一氧化碳发生器中加入的二氧化碳由净化烟气通过VPSA装置制取。
实施例18：
如图4所示，本实施例与实施例16的区别仅在于：
富一氧化碳混合气包括以下组分：
氧气：0.6%；
二氧化碳：43%；
一氧化碳：52.4%；
氢气：4%。
锅炉二次风来自大气，在富一氧化碳混合气与锅炉二次风组成的混合气中，一氧化碳和氢气的总量806ppm。
一氧化碳发生器中加入的富氧由深冷制氧装置制得。
脱硫脱硝装置中使用碳酸氢钠溶液与锅炉烟气中的NOX反应，脱除NOX后生成硝酸钠，本实施例使用的脱硫脱硝装置为气液反应器。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锅炉空气分级低氮燃烧及脱硝工艺，其特征在于：将富一氧化碳混合气与锅炉二次风混合后送入锅炉还原段和燃尽段，由此获得的锅炉烟气再经脱硫脱硝装置后得到净化烟气，所述富一氧化碳混合气按体积比包括以下组分：
氧气：0.2～1%；
二氧化碳：33.8～50%；
一氧化碳：45～65%；
氢气：1～5%。
2.根据权利要求1所述一种锅炉空气分级低氮燃烧及脱硝工艺，其特征在于：在所述富一氧化碳混合气与锅炉二次风组成的混合气中，一氧化碳和氢气的总量＞100ppm。
3.根据权利要求1所述一种锅炉空气分级低氮燃烧及脱硝工艺，其特征在于：所述富一氧化碳混合气是在一氧化碳发生器中加入焦炭、富氧和二氧化碳而产生的。
4.根据权利要求3所述一种锅炉空气分级低氮燃烧及脱硝工艺，其特征在于：所述一氧化碳发生器中加入的二氧化碳由净化烟气通过VPSA装置制取或通过化学吸收二氧化碳装置从净化烟气中提取或外供。
5.根据权利要求3所述一种锅炉空气分级低氮燃烧及脱硝工艺，其特征在于：所述一氧化碳发生器中加入的富氧由VPSA/ PSA富氧装置从空气中制取或深冷制氧装置制得。
6.根据权利要求1所述一种锅炉空气分级低氮燃烧及脱硝工艺，其特征在于：所述锅炉二次风来自大气，锅炉二次风与富一氧化碳混合气在二次风机混合器内混合后由二次风机送入锅炉。
7.根据权利要求1～5任一项所述一种锅炉空气分级低氮燃烧及脱硝工艺，其特征在于：将来自VPSA/ PSA富氧装置的富氧与VPSA装置制取得到或二氧化碳装置产生的二氧化碳混合后送入锅炉起燃区。
8.根据权利要求7所述一种锅炉空气分级低氮燃烧及脱硝工艺，其特征在于：所述来自VPSA/ PSA富氧装置的富氧与VPSA装置制取得到或二氧化碳装置产生的二氧化碳在一次风机混合器内混合后由一次风机送入锅炉。
9.根据权利要求1所述一种锅炉空气分级低氮燃烧及脱硝工艺，其特征在于：在所述脱硫脱硝装置中使用碳酸氢钠粉与锅炉烟气中的NOX反应，脱除NOX后生成硝酸钠，所述脱硫脱硝装置为固气反应器。
10.根据权利要求1所述一种锅炉空气分级低氮燃烧及脱硝工艺，其特征在于：在所述脱硫脱硝装置中使用碳酸氢钠溶液与锅炉烟气中的NOX反应，脱除NOX后生成硝酸钠，所述脱硫脱硝装置为气液反应器。
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