CN107376621A - 生物质工业锅炉炉内脱氮方法及系统 - Google Patents

生物质工业锅炉炉内脱氮方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种生物质工业锅炉炉内脱氮方法及系统,所述方法包括以下步骤:S1、制备质量浓度为40‑50%的尿素水溶液;S2、在生物质工业锅炉稳定燃烧时,将所述尿素水溶液喷洒在所述生物质工业锅炉的炉膛温度为800‑1000℃的区域。所述系统包括用于盛装尿素水溶液的容器和用于检测生物质工业锅炉的炉膛内温度的温度检测装置,所述容器连接有用于将尿素水溶液喷洒到所述炉膛内的喷洒装置。本发明运用脱氮系统的设备,采用质量浓度为40‑50%的尿素水溶液为还原剂,最大限度地还原炉膛内生成的氮氧化物,将氮氧化物还原为氮气,达到降低氮氧化物最终排放量的目的。

Description

生物质工业锅炉炉内脱氮方法及系统
技术领域
本发明涉及生物质工业锅炉减排技术,更具体地说,涉及一种生物质工业锅炉炉内脱氮方法及系统。
背景技术
锅炉是高污染的设备,且数量众多。生物质燃料越来越多的作为工业锅炉燃料,目前我国在用生物质工业锅炉普遍存在着氮氧化物排放超标的问题,氮氧化物的最终排放一般在300mg/Nm3左右(折算到9%氧量)。而氮氧化物不仅会产生酸雨,还会使PM2.5提升,是产生雾霾天气的重要因素之一,直接危害人的健康和破坏生态环境。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对生物质工业锅炉氮氧化物污染物排放高的特性,提供一种能降低生物质锅炉氮氧化物的最终排放量的生物质工业锅炉炉内脱氮方法及系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种生物质工业锅炉炉内脱氮方法,包括以下步骤:
S1、制备质量浓度为40-50%的尿素水溶液;
S2、在生物质工业锅炉燃烧时,将所述尿素水溶液喷洒在所述生物质工业锅炉的炉膛温度为800-1000℃的区域。
优选地,在所述步骤S1后,所述步骤S2之前,还包括:
根据生物质工业锅炉燃烧产生的烟气量和氮氧化物的初始排放浓度设定所述尿素水溶液的流量。
优选地,所述步骤S2包括:
通过尿素水溶液喷管将所述尿素水溶液输送至所述炉膛,由设置在所述喷管出口处的喷嘴将所述尿素水溶液喷洒到所述炉膛内。
优选地,所述步骤S2中,还包括:采用压缩空气对所述喷管喷洒出的尿素水溶液进行雾化,所述压缩空气的出气方向与所述尿素水溶液的喷洒方向相同。
优选地,在所述步骤S1后,所述步骤S2之前,还包括:
根据所述炉膛的大小设置所述压缩空气的空气压力,以及
根据生物质工业锅炉燃烧产生的烟气量和氮氧化物的初始排放浓度设定尿素水溶液的流量。
本发明还提供一种生物质工业锅炉炉内脱氮系统,包括用于盛装尿素水溶液的容器和用于检测生物质工业锅炉的炉膛内温度的温度检测装置,所述容器连接有用于将尿素水溶液喷洒到所述炉膛内的喷洒装置。
优选地,所述喷洒装置包括至少一条尿素溶液喷管,所述溶液喷管连接所述容器的溶液出口,每条所述喷管的出口设置在所述炉膛内。
优选地,每条所述喷管上设有用于输送所述尿素水溶液或给所述尿素水溶液增压的泵;所述喷洒装置还包括设置在每条所述喷管出口的用于喷洒所述尿素水溶液的喷嘴。
优选地,所述容器内设置有搅拌装置,所述系统还包括驱动所述搅拌装置的驱动装置。
优选地,所述系统还包括空气压缩机,所述空气压缩机的出口连接有至少一条压缩空气管,所述压缩空气管的空气出口设置在所述炉膛内;所述压缩空气管的空气出口位于所述喷洒装置的出口后方,且所述压缩空气管的出气方向与所述喷洒装置的出液方向相同。
实施本发明的生物质工业锅炉炉内脱氮方法及系统,具有以下有益效果:本发明基于生物质工业锅炉正常燃烧时炉膛温度一般在800-1100℃左右,与氮氧化物进行还原反应的最佳温度相吻合的原理,运用脱氮系统的设备,采用质量浓度为40-50%的尿素水溶液为还原剂,将所述尿素水溶液喷洒在所述生物质工业锅炉稳定燃烧时炉膛温度为800-1000℃的区域,最大限度地还原炉膛内生成的氮氧化物,将氮氧化物还原为氮气,达到降低氮氧化物最终排放量的目的。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1是本发明生物质工业锅炉炉内脱氮方法的流程图;
图2是本发明生物质工业锅炉炉内脱氮系统的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参阅图1,本发明提供了一种生物质工业锅炉炉内脱氮方法,该方法针对生物质工业锅炉氮氧化物污染物排放高的特性,在生物质工业锅炉的炉膛8内喷入尿素水溶液将氮氧化物还原为氮气,以降低生物质锅炉氮氧化物的最终排放量。具体地,本发明的生物质工业锅炉炉内脱氮方法包括以下步骤:
步骤S1、制备质量浓度为40-50%的尿素水溶液;具体的,设置一个尿素水溶液容器3,例如溶液罐或者溶液桶,以水为溶剂,根据质量浓度为40-50%的配比在该容器3注入水和加入尿素,配制成质量浓度为40-50%的尿素水溶液。本文中的所提到的质量浓度=(溶质质量)除以(溶质质量+溶剂质量),即,
质量浓度=(尿素质量)除以(尿素质量+水质量)。优选地,可以在容器3内安装搅拌装置2,由驱动装置1驱动该搅拌装置2对尿素和水进行搅拌,溶解得到尿素水溶液。对尿素和水进行搅拌,可以保证尿素水溶液的充分溶解和防止尿素凝结。本实施例中,搅拌装置2为搅拌棒,驱动装置1为电机,搅拌棒由安装在容器3底部的电机带动搅拌,保证尿素水溶液的充分溶解和防止尿素凝结。
在所述步骤S1后,步骤S2之前,还包括以下步骤:根据生物质工业锅炉燃烧产生的烟气量和氮氧化物的初始排放浓度设定尿素水溶液的流量。在保证生物质工业锅炉良好配风和稳定运行的前提下,根据生物质工业锅炉燃烧产生的烟气量和初始排放浓度设定尿素水溶液的流量,既能保证炉内还原反应足够的尿素溶液,又可以避免因尿素溶液流量过大产生较大的氨逃逸量。
步骤S2、在生物质工业锅炉燃烧时,将尿素水溶液喷洒在所述生物质工业锅炉稳定燃烧时炉膛温度为800-1000℃的区域。即,所述步骤S2中,尿素水溶液喷洒在炉膛温度为800-1000℃的炉膛区域。优选地,所述步骤S2中是通过尿素水溶液喷管将尿素水溶液输送至所述炉膛8,再由设置在所述喷管出口处的喷嘴6将尿素水溶液喷洒到所述炉膛8内的。选择炉膛温度在800-1000℃左右的区域接入尿素水溶液喷管,尿素水溶液由喷嘴6雾化后喷入炉膛8,最大限度地还原炉膛8内生成的氮氧化物,达到降低氮氧化物最终排放量的目的。具体实施时,可通过热电偶温度测试和温度场分析找到炉膛8内温度为800-1000℃的区域,以便找到最佳的喷射位置。
进一步优选地,所述步骤S2中,还包括:采用压缩空气对喷管喷洒出的尿素水溶液进行雾化,所述压缩空气的出气方向与尿素水溶液的喷洒方向相同,使压缩空气对喷洒出的尿素溶液进行进一步的雾化,既能保证尿素水溶液在风压的作用下雾化得更加良好,又能形成漩涡保证尿素水溶液和烟气更加充分混合和充分地反应。优选地,在所述步骤S1后,所述步骤S2之前,还包括:根据炉膛8的大小设置压缩空气的空气压力,以及根据生物质工业锅炉燃烧产生的烟气量和氮氧化物的初始排放浓度设定尿素水溶液的流量。设置好尿素水溶液的流量和压缩空气压力后即可投入运行,可有效地使生物质工业锅炉氮氧化物的排放浓度降低到初始排放浓度的25%左右。本发明中,根据锅炉炉膛8的大小设置空气压力设置压缩空气管道的空气压力,既保证雾化良好、形成漩涡,又能避免使大量的尿素水溶液被吹到炉墙上。在保证生物质工业锅炉良好配风和稳定运行的前提下,根据生物质工业锅炉燃烧产生的烟气量和初始排放浓度设定尿素水溶液的流量,既能保证炉内还原反应足够的尿素溶液,又可以避免因尿素溶液流量过大产生较大的氨逃逸量。
参阅图2,本发明还提供了一种生物质工业锅炉炉内脱氮系统,该系统为实现锅炉炉内脱氮提供了最佳的雾化效果、最佳的安全保障和最佳的反应环境,是一种高效、安全和经济的生物质工业锅炉炉内脱氮系统。如图2所示,该系统包括用于盛装尿素水溶液的容器3和用于检测生物质工业锅炉的炉膛8内温度的温度检测装置,容器3有用于将尿素水溶液喷洒到炉膛8内的喷洒装置。
温度检测装置用于找到合适温度的区域,例如800-1000℃的区域,800-1000℃为尿素水溶液与氮氧化物进行还原反应的最佳温度,从而找到最佳的喷射位置,将尿素水溶液喷洒到温度为800-1000℃的区域,最大限度地还原炉膛内生成的氮氧化物,将氮氧化物还原为氮气,达到降低氮氧化物最终排放量的目的。
喷洒装置包括至少一条尿素溶液喷管,溶液喷管连接容器3的溶液出口,每条喷管的出口设置在炉膛8内,炉膛8内设有锅炉炉排7。本发明中,可根据炉膛8的大小采用单路或多路设置。即,喷洒装置可以包括一条喷管或者多条喷管,由一条或多条喷管形成尿素溶液管路。优选地,每条喷管上设有泵5,所述泵5用于输送尿素水溶液或给尿素水溶液增压。进一步地,本发明的生物质工业锅炉炉内脱氮系统还包括控制器,用于控制泵5的开启和关闭。喷洒装置还包括设置在每条喷管出口的用于喷洒尿素水溶液的喷嘴6,使用喷嘴6可以使尿素水溶液雾化良好,避免大量的尿素水溶液被直接喷到炉墙上。
优选地,容器3内设置有搅拌装置2,生物质工业锅炉炉内脱氮系统还包括驱动搅拌装置2的驱动装置1。由驱动装置1驱动该搅拌装置2对尿素和水进行搅拌,可以保证尿素水溶液的充分溶解和防止尿素凝结。本实施例中,搅拌装置2为搅拌棒,驱动装置1为电机,搅拌棒由安装在尿素水溶液容器3底部的电机带动搅拌,保证尿素水溶液的充分溶解和防止尿素凝结。
进一步地,本发明的生物质工业锅炉炉内脱氮系统还包括空气压缩机4,空气压缩机4的出口连接有至少一条压缩空气管,压缩空气管的空气出口设置在炉膛8内。本发明中,可根据炉膛8的大小采用单路或多路设置。即,空气压缩机4的出口可以连接一条压缩空气管或者多条压缩空气管,由一条或多条压缩空气管形成压缩空气管路。优选地,压缩空气管的空气出口位于喷洒装置的出口后方,且压缩空气管的出气方向与喷洒装置的出液方向相同。具体地,压缩空气管的空气出口位于喷管的出口后方,且压缩空气管的出气方向与喷管的出液方向相同。
本发明中,喷嘴6和压缩空气管配对使用,根据炉膛8大小可配置一对或多对。由于锅炉是对称的,燃烧状况、温度场和烟气分布基本上也是对称的,因此优选地使喷嘴6对称地布置在锅炉炉膛8两侧,压缩空气管也对称地布置在锅炉炉膛8两侧。在选择好最佳位置后,对称布置可取得最佳的效果,不会破坏燃烧和烟气的平衡。当然,也可以不对称布置。优选地,压缩空气管和喷嘴6在同一位置同一方向接入,压缩空气管出口比喷嘴6的喷口后缩,例如后缩1cm,这样既能保证尿素水溶液在风压的作用下雾化得更加良好,又能形成漩涡保证尿素水溶液和烟气更加充分混合和更加剧烈地反应,还能使尿素水溶液喷嘴6经过常温尿素水溶液和冷空气双重冷却,防止喷嘴6在高温的炉膛8内烧毁,保证脱氮系统能连续安全运行。
综上,本发明基于生物质工业锅炉正常燃烧时炉膛温度一般在800-1100℃左右,此温度与氮氧化物进行还原反应的最佳温度相吻合的原理,运用脱氮系统的设备,采用质量浓度为40-50%的尿素水溶液为还原剂,在锅炉炉膛8烟气温度在800-1000℃的区域内通过喷洒质量浓度为40-50%的尿素水溶液,最大限度地还原炉膛8内生成的氮氧化物,将氮氧化物还原为氮气,达到降低氮氧化物最终排放量的目的;同时还通过压缩空气对尿素水溶液进行雾化,既保证尿素水溶液在风压的作用下雾化得更加良好,又能形成漩涡保证尿素水溶液和烟气更加充分混合和更加剧烈地反应,还能使尿素水溶液喷嘴6经过常温尿素水溶液和冷空气双重冷却,防止喷嘴6在高温的炉膛8内烧毁,保证脱氮系统能连续安全运行。
可以理解的,以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制;应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,可以对上述技术特点进行自由组合,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围;因此,凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰,均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种生物质工业锅炉炉内脱氮方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、制备质量浓度为40-50%的尿素水溶液;
S2、在生物质工业锅炉稳定燃烧时,将所述尿素水溶液喷洒在所述生物质工业锅炉的炉膛温度为800-1000℃的区域。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述步骤S1后,所述步骤S2之前,还包括:
根据生物质工业锅炉燃烧产生的烟气量和氮氧化物的初始排放浓度设定所述尿素水溶液的流量。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S2包括:
通过尿素水溶液喷管将所述尿素水溶液输送至所述炉膛,由设置在所述喷管出口处的喷嘴将所述尿素水溶液喷洒到所述炉膛内。
4.根据权利要求1或3所述的方法,其特征在于,所述步骤S2中,还包括:采用压缩空气对所述喷管喷洒出的尿素水溶液进行雾化,所述压缩空气的出气方向与所述尿素水溶液的喷洒方向相同。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,在所述步骤S1后,所述步骤S2之前,还包括:
根据所述炉膛的大小设置所述压缩空气的空气压力,以及
根据生物质工业锅炉燃烧产生的烟气量和氮氧化物的初始排放浓度设定尿素水溶液的流量。
6.一种生物质工业锅炉炉内脱氮系统,其特征在于,包括用于盛装尿素水溶液的容器(3)和用于检测生物质工业锅炉的炉膛(8)内温度的温度检测装置,所述容器(3)连接有用于将尿素水溶液喷洒到所述炉膛(8)内的喷洒装置。
7.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述喷洒装置包括至少一条尿素溶液喷管,所述喷管连接所述容器(3)的溶液出口,每条所述喷管的出口设置在所述炉膛(8)内。
8.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,每条所述喷管上设有用于输送所述尿素水溶液或给所述尿素水溶液增压的泵(5);所述喷洒装置还包括设置在每条所述喷管出口的用于喷洒所述尿素水溶液的喷嘴(6)。
9.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述容器(3)内设置有搅拌装置(2),所述系统还包括驱动所述搅拌装置的驱动装置(1)。
10.根据权利要求6-9任一项所述的系统,其特征在于,所述系统还包括空气压缩机(4),所述空气压缩机(4)的出口连接有至少一条压缩空气管,所述压缩空气管的空气出口设置在所述炉膛(8)内;所述压缩空气管的空气出口位于所述喷洒装置喷管的出口后方,且所述压缩空气管的出气方向与所述喷洒装置的出液方向相同。
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