CN109833725A

CN109833725A - 一种利用分子筛脱除燃气锅炉烟气中氮氧化物的方法

Info

Publication number: CN109833725A
Application number: CN201711210426.XA
Authority: CN
Inventors: 王海鸿; 李虎; 杨雄; 杜雄伟; 刘文海; 刘应书
Original assignee: Beijing Jiasheng Trw Gas Science And Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Jiasheng Trw Gas Science And Technology Co Ltd
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2019-06-04

Abstract

本发明公开了一种利用分子筛脱除燃气锅炉烟气中氮氧化物的方法。该方法利用分子筛吸附烟气中的氮氧化物，净化后的烟气可直接送至烟囱排入大气。以部分高温烟气，或加热后的部分净化烟气或空气为再生气，由塔顶逆向送入待再生的吸附塔，对吸附氮氧化物至饱和的分子筛进行再生操作，富含氮氧化物的解吸气可直接送入锅炉，被燃气中的甲烷还原后产生二氧化碳、水和氮气。再生后的分子筛冷却降温后再次进行吸附操作。此方法采用两个或以上的吸附塔可实现连续工作。该方法的优点是，一步即可将氮氧化物降低至5mg/Nm³甚至更低；无需氨、尿素等还原剂，也无需臭氧、自由基氧等氧化剂；不影响锅炉的燃烧系统，安全可靠；吸附剂可循环利用，再生简单。

Description

一种利用分子筛脱除燃气锅炉烟气中氮氧化物的方法

技术领域

本发明属于大气污染物控制技术领域，具体涉及分子筛吸附脱除烟气中氮氧化物的方法。

背景技术

在大气环境日益恶劣，雾霾现象不断加剧的情况下，国家对于烟气中氮氧化物的排放要求越来越严格。随着近几年“煤改气”和“清煤降氮”行动的落实，北京、郑州、西安等地已经开始执行30mg/Nm³的排放标准，而且未来会有越来越多的城市开始执行愈加严格的排放标准。

目前，采用扩散式低氮燃烧器只能将氮氧化物控制在50～60mg/Nm³左右，采用烟气再循环(FGR)可进一步降低至30mg/Nm³，但这已经是此类技术的极限。而预混式燃烧器由于存在着功率小、效率低、易回火爆炸的危险，在热力行业并不能广泛应用，因此对于30mg/Nm³以下的氮氧化物控制技术，宜采用末端处理的技术。

此外，由于热力行业与城市大气污染息息相关，导致排放标准更新快，使得燃烧器更新换代频繁，从而导致重复投资的现象发生。而末端处理技术可以一步到位，从根本上解决重复投资反复改造的问题。

从技术发展路线看，早期主要采用更换低氮燃烧器的方法，该方法的优势在于可以从源头控制氮氧化物的排放，且不需要占用额外的空间。但在实际改造过程中也发现了一定的问题，一方面是炉膛越小，低氮燃烧器的改造难度就越大，另一方面是超低氮改造配合烟气再循环(FGR)时易产生冷凝水，后期又需要加装一系列空气预热器、循环风机等设施，不仅没有起到节约用地的作用，而且还降低了锅炉的运行效率。在这种情况下，改造燃烧器的技术路线优势大大降低了。

除了预混燃烧器，能够将氮氧化物的排放浓度在30mg/Nm³的基础上进一步降低乃至近零排放，目前仅有末端处理的相关技术可以实现。目前，常用的末端处理技术主要是选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)等。SNCR法由于很难在燃气锅炉内部找到合适的反应窗口和反应时间，因此很难在燃气锅炉中广泛使用。采用SCR法将面临氨液或尿素的保存、制造及泄漏等问题，热别是在城市核心区的燃气锅炉房，不易采用此方法。且贵金属催化剂造价高，很难在热力行业推广。此外，SCR法配套设备复杂，需要占用额外空间。另一种技术路线是将烟气中的氮氧化物氧化后通入碱液后洗涤脱除，比如臭氧法和自由基氧氧化法，但此类技术的缺点除了消耗碱液，产生废水等造成二次污染外，最大的问题是制氧过程噪音大，且占地面积大，因此也未广泛推广使用。

分子筛吸附剂可以将氮氧化物一次性脱除，但也存在着吸附剂再生及再生产物NOx的销毁处理等问题。本发明通过改进工艺流程，分子筛可原位实施再生，从而解决了吸附时间短，填装量大等缺点，以及解吸产物进一步处理的问题。此外，该技术无需制备有毒药剂和制氧，运行成本低，不产生废水等二次污染物，噪音小，可与锅炉系统结合，不占用额外的地方，启停简单，运行方便，能够在人口密集区使用，也能够在空间狭小的锅炉房安装，真正解决了热力行业锅炉低氮改造所面临的反复改造、锅炉房内无空间、无多余电负荷、噪音大、不能有有毒药剂等各类问题，适合在热力行业大范围推广使用。

发明内容

本发明提供了一种脱除燃气锅炉烟气中氮氧化物的方法，利用分子筛吸附脱除烟气中的氮氧化物，并以高温烟气，或加热后的净化烟气或室外空气为再生气，对吸附氮氧化物至饱和的吸附床层进行解吸，解吸废气再次送入锅炉，其中的氮氧化物可被燃气中的甲烷还原，产生氮气、水和二氧化碳等，解吸后的吸附床层经冷却后可再次用于烟气中氮氧化物的脱除。本发明通过改进工艺流程，实现了吸附和解吸过程的连续自动化操作、分子筛吸附剂的重复利用以及再生气的无害化处理。

利用分子筛吸附脱除燃气锅炉烟气中氮氧化物的方法，包括以下步骤：

1)锅炉排烟经省煤器、空气预热器及其它热量回收装置，冷却至60～120℃，通入装填分子筛的吸附塔，烟气中的氮氧化物被吸附脱除，净化后的烟气可直接送入烟囱排入大气。吸附塔内分子筛吸附至饱和或接近饱和后，由可编程控制器关闭进气阀门，对吸附床层进行再生操作。

2)吸附床层再生分为以下三种形式：

第一种再生形式采用净化烟气作为再生气。由吸附塔顶引出部分净化烟气后送入补热器，加热升温至150～500℃。高温再生气从塔顶逆向送入吸附塔，使氮氧化物从分子筛表面及内部孔道中脱附出来，并随再生气排出。再生气升温所需热量由高温烟气、蒸汽、电能或者燃气提供。

第二种再生形式采用热空气作为再生气。为降低热空气的消耗量，再生过程中首先从省煤器后引出部分高温烟气对吸附床层进行再生，待再生效率降低后通入热空气，清洗吸附床层。再生所需空气经补热器加热升温至150～500℃，所需热量由高温烟气、蒸汽、电能或者燃气提供。

第三种再生形式采用高温烟气作为再生气。高温烟气温度为150～500℃，从塔顶逆向送入吸附塔，使氮氧化物从分子筛表面及内部孔道中脱附出来，并随再生气排出。

3)富含氮氧化物的解吸气可直接送入送风管路、锅炉燃烧系统或者烟气再循环系统(FGR)，被燃料气中的甲烷还原，产生氮气、水和二氧化碳，实现了解吸气的无害化处理。

4)分子筛加热再生后关闭塔顶高温再生气进气阀门，通入室外空气对吸附床层进行冷却操作，也可直接引入锅炉新风进行冷却。冷却后的吸附塔可重复利用于烟气中氮氧化物的吸附过程。

本发明的有益效果如下：

1)通过改进工艺流程，实现了吸附剂的重复利用以及解吸气的无害化处理。

2)实现了脱除过程中吸附和解吸的连续自动化操作，工艺流程简单，占地少，噪音小，无需设置多余的电负荷。

3)不影响锅炉的燃烧系统，安全可靠。

附图说明

图1为本发明实施例1的工艺流程图；(净化烟气作为再生气)

图2为本发明实施例2的工艺流程图；(热空气+部分高温烟气作为再生气)

图3为本发明实施例3的工艺流程图；(高温烟气作为再生气)

其中，P1-送风机；P2-空气风机；P3-引风机；P4-高温风机；B1-锅炉；E1-省煤器；E2-空气预热器；E3-其它热量回收装置；E4-补热器；T1，2-吸附塔1，2；V1-V15：阀门。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种利用分子筛脱除燃气锅炉烟气中氮氧化物的方法。

如图1、图2和图3所示，锅炉排烟经省煤器E1、空气预热器E2回收部分烟气热量后，进入冷凝器或热泵系统等其它热量回收装置E3，根据其它热量回收装置形式不同，排烟温度可最终冷却降低至60～120℃的温度区间。冷却后的烟气由阀门V1(或阀门V3)进入吸附塔T1(或吸附塔T2)，烟气中的绝大部分的氮氧化物吸附在分子筛表面及内部孔道结构中，少量未经吸附的氮氧化物随净化烟气经阀门V5(或阀门V6)进入烟囱直接排入大气，必要时可设置引风机P3补偿排气压力。此时，吸附塔T2(或吸附塔T1)同时进行再生操作。再生过程结束后，开启空气风机P2，利用室外空气对吸附塔进行冷却。当采用锅炉新风作为冷却用气时，可不单独设置空气风机P2，直接由送风机P1经独立的送风管路送入吸附塔。

本发明根据再生形式的不同，给出了实施例1、2、3，并对具体操作过程进行了详细说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

【实施例1】

如图1所示，系统由吸附塔T1、T2，补热器E4，空气风机P2，阀门V1-V11及连接管路组成。锅炉烟气经阀门V1由塔底进入吸附塔T1，吸附脱除烟气中的氮氧化物，净化烟气从塔顶经阀门V5送入烟囱。吸附塔T1吸附至饱和后，关闭阀门V1和V5。吸附塔T1进行吸附操作的同时，吸附塔T2进行再生操作。

打开阀门V9，从吸附塔顶端引出部分净化烟气送入补热器E4升温至150～500℃。升温后的再生气先后经过阀门V10和V8，由塔顶进入吸附塔T2，加热解吸分子筛表面和内部孔道中吸附的氮氧化物。最终，富含氮氧化物的解吸气经阀门V4直接送入锅炉送风管路，使得解吸气中的氮氧化物被燃料气中的甲烷还原，产生氮气、二氧化碳和水，从而实现解吸气的无害化处理。

吸附塔T2加热再生步骤完成后，关闭阀门V9和V10，开启空气风机P2、阀门V11和V8，采用室外空气对吸附塔T2进行降温，空气由塔顶进入吸附塔T2后经阀门V4送入锅炉送风管路。待吸附塔T2床层温度冷却至吸附温度时，隔离吸附塔T2，待吸附塔T1吸附饱和后，转入下一吸附过程。

为实现脱除过程的连续操作，解吸时间和冷却时间之和应小于或等于吸附时间。

【实施例2】

如图2所示，系统由吸附塔T1、T2，补热器E4，空气风机P2，阀门V1-V8，阀门V11-V15以及连接管路组成。锅炉烟气经阀门V1由塔底进入吸附塔T1，吸附脱除烟气中的氮氧化物，净化烟气从塔顶经阀门V5送入烟囱。吸附塔T1吸附至饱和后，关闭阀门V1和V5。吸附塔T1进行吸附操作的同时，吸附塔T2进行再生操作。

由省煤器后引出部分高温烟气，打开阀门V15和阀门V8，由塔顶进入吸附塔T2，加热吸附床层，使得吸附于分子筛表面及内部孔道中的氮氧化物解吸出来，富含氮氧化物的解吸气经阀门V4送入锅炉送风管路。以高温烟气作为再生气时，原料气中的氮氧化物会部分富集于吸附床层中，使得吸附塔的再生效率降低。此时，需要引入少量室外空气作为再生气，清洗吸附床层。

关闭阀门V15，打开阀门V12、阀门V13以及空气风机P2，室外空气经补换热升温至150～500℃，由塔顶进入吸附塔T2，加热清洗吸附床层，解吸气由塔底经阀门V4送入锅炉送风管路。

加热再生步骤完成后，关闭阀门V12和阀门V13，打开阀门V14，利用室外空气对吸附塔T2进行降温，空气由塔顶进入吸附塔T2后经阀门V4送入锅炉送风管路。待吸附塔T2床层温度冷却至吸附温度时，隔离吸附塔T2，待吸附塔T1吸附饱和后，转入下一吸附过程。

【实施例3】

如图3所示，系统由吸附塔T1、T2，空气风机P2，高温风机P4，阀门V1-V11及连接管路组成。锅炉烟气经阀门V1由塔底进入吸附塔T1，吸附脱除烟气中的氮氧化物，净化烟气从塔顶经阀门V5送入烟囱。吸附塔T1吸附至饱和后，关闭阀门V1和V5。吸附塔T1进行吸附操作的同时，吸附塔T2进行再生操作。

打开阀门V9、V10和高温风机P4，从炉膛内引入的150～500℃的烟气经过阀门V8，由塔顶进入吸附塔T2，加热解吸分子筛表面和内部孔道中吸附的氮氧化物。最终，富含氮氧化物的解吸气经阀门V4直接送入锅炉送风管路，使得解吸气中的氮氧化物被燃料气中的甲烷还原，产生氮气、二氧化碳和水，从而实现解吸气的无害化处理。

吸附塔T2加热再生步骤完成后，关闭阀门V9和V10，开启空气风机P2和阀门V11，采用室外空气对吸附塔T2进行降温，空气由塔顶进入吸附塔T2后经阀门V4送入锅炉送风管路。待吸附塔T2床层温度冷却至吸附温度时，隔离吸附塔T2，待吸附塔T1吸附饱和后，转入下一吸附过程。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种利用分子筛脱除燃气锅炉烟气中氮氧化物的方法，其特征在于，锅炉排烟经省煤器、空气预热器及其它热量回收装置，冷却至60～120℃，通过装填分子筛的吸附塔后，烟气中的氮氧化物被吸附脱除，净化后的烟气绝大部分直接送入烟囱排入大气。吸附塔中的分子筛吸附氮氧化物至饱和或接近饱和后，对吸附塔进行再生操作。以温度为150～500℃的部分高温烟气，或经加热后的部分净化烟气或室外空气为再生气，由塔顶逆向送入待再生的吸附塔。再生步骤结束后，对吸附床层进行冷却操作，冷却后的分子筛可重复用于烟气中氮氧化物的脱除。

2.根据权利要求1所述的分子筛脱除烟气中氮氧化物的方法，其特征在于需要2座或以上的吸附塔实现脱除过程的连续操作，阀门的开启和闭合由可编程控制器实现自动控制，且解吸时间和冷却时间之和应小于或等于吸附时间。

3.根据权利要求1所述的分子筛脱除烟气中氮氧化物的方法，其特征在于采用部分高温烟气对吸附床层加热再生。

4.根据权利要求1所述的分子筛脱除烟气中氮氧化物的方法，其特征在于采用部分净化烟气或室外空气对吸附床层加热再生。再生气经补热器加热升温，补热器的热量来源可以是高温烟气、蒸汽、电能或燃气。

5.根据权利要求1所述的分子筛脱除烟气中氮氧化物的方法，其特征在于富含氮氧化物的解吸气再次进入锅炉内部，包括通过单独的管路送入锅炉进风、燃烧器系统，或者送入烟气再循环(FGR)系统。

6.根据权利要求1所述的分子筛脱除烟气中氮氧化物的方法，其特征在于加热再生后的吸附塔采用室外空气或锅炉新风进行降温冷却。