CN110064295A - 一种沼气富氧燃烧-沼液脱硝系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种沼气富氧燃烧‑沼液脱硝系统及方法，属于沼气烟气脱硝技术领域。本发明沼气富氧燃烧‑沼液脱硝方法将沼气富氧燃烧获得高燃值并生成燃烧烟气，燃烧烟气的氮氧化物主要成分为NO和NO2，燃烧烟气的NO在逆流接触的微碱性沼液溶解下与沼液中溶解的氧气反应，将部分NO进一步转化为NO2，微碱性沼液液滴逆流接触吸收烟气中的NO2和NO等气体生成无机酸根离子。本发明沼气富氧燃烧‑沼液脱硝系统及方法的流程工艺简单、易操作、成本低、脱硝率较高、运行稳定、无污染物排放，可降低沼气烟气的脱硝运行成本和投资费用。
Description
技术领域
本发明涉及一种沼气富氧燃烧-沼液脱硝系统及方法，属于沼气烟气脱硝技术领域。
背景技术
NOX在阳光的作用下会引起光化学反应，形成光化学烟雾，从而造成严重的大气污染。
NOx的主要机理有燃料型、热力型和快速型三种，其中快速型NOx生成量很少，可以忽略不计。热力型NOx的生成是由空气中氮在高温条件氧化而成，生成量取决于温度。当T＜1500℃时，NO的生成量很少，而当T＞1500℃时，温度每增加100℃，反应速率增大6~7倍。当温度总够高时，热力型NOx占总生成量的20%。燃料型NOx是燃料中氮化合物在燃烧过程中热分解且氧化而成的，与火焰附近氧浓度密切相关，占总生成量的80%以上。快速型NOx是碳氢化合物燃料燃烧时，如果燃料浓度较大，在反应区附近会快速生成NOx，在通常炉温下，生成强度微不足道。
沼气在沼气发电机组的内燃机中燃烧温度高于1500℃，很容易产生NO，而NO很难溶于水，难以实现沼气烟气脱硝。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供一种沼气富氧燃烧-沼液脱硝系统及方法，本发明系统能够实现沼气的高燃值、有效脱出沼气烟气中氮氧化物，并将氮氧化物资源化为氮肥。本发明沼气富氧燃烧-沼液脱硝系统及方法的流程工艺简单、易操作、成本低、脱硝率较高、运行稳定、无污染物排放，可降低沼气烟气的脱硝运行成本和投资费用。
沼气富氧燃烧-沼液脱硝方法，沼气富氧燃烧获得高燃值并生成燃烧烟气，燃烧烟气的氮氧化物主要成分为NO和NO2，燃烧烟气的NO在逆流接触的微碱性沼液溶解下与沼液中溶解的氧气反应，将部分NO进一步转化为NO2，微碱性沼液液滴逆流接触吸收烟气中的NO2和NO等气体生成无机酸根离子，化学反应为
富氧燃烧过程：N2+O2→NO ；NO+O2→NO2
沼液溶解下NO与氧气反应：NO+O2→NO2
沼液脱硝过程：NO+NO2+NH3▪H2O+O2→NH4NO3
一种沼气富氧燃烧-沼液脱硝系统，包括沼气发电机组7、脱硝罐2、压缩空气瓶4、沼液储存罐5，沼气通过沼气输送管道通入沼气发电机组7，燃烧烟气通过换热器换热后再通过烟气管道通入脱硝罐2的底部，压缩空气瓶4的出口通过空气管道与脱硝罐2的底端空气入口连通，脱硝罐2顶部设置有雾化喷头3，脱硝罐2顶端设置烟气出口且烟气出口位于雾化喷头3上方，脱硝罐2底部液体出口通过液体输送管道与沼液储存罐5的底部液体入口连通，脱硝罐2中部设置有沼液输送出口Ⅰ，沼液输送出口Ⅰ通过沼液输送管道与脱硝罐2顶部的雾化喷头3连通，沼液输送管道上设置有沼液泵6，沼液储存罐5顶端设置有沼液注入口，沼液储存罐5的底部设置有沼液排出管1。
进一步地，所述沼气输送管道、烟气管道、空气管道、液体输送管道、沼液输送管道、沼液排出管1上均设置有阀门。
一种沼气富氧燃烧-沼液脱硝方法，采用沼气富氧燃烧-沼液脱硝系统，具体步骤如下：
（1）将沼气通过沼气输送管道通入沼气发电机组的内燃机进行富氧燃烧发电；
（2）步骤（1）富氧燃烧的烟气通过烟气管道通入脱硝罐的底部，压缩空气瓶的空气通过空气管道通入脱硝罐的底端；
（3）沼液储存罐的沼液经沼液输送管道上的沼液泵加压输送至脱硝罐顶部的雾化喷头，并经雾化喷头雾化成沼液液滴，沼液液滴与步骤（2）的烟气和空气逆流接触进行脱硝反应得到脱硝烟气和沼液Ⅰ，脱硝烟气经脱硝罐顶端的烟气出口排出；
（4）步骤（3）的沼液Ⅰ经脱硝罐底部的液体输送管道输送至沼液储存罐进行沼液循环至沼液的pH值为5.4~5.6得到微酸沼液，微酸沼液经沼液储存罐底部的沼液排出管排出，微酸沼液浓缩得到叶面肥；
所述步骤（1）富氧燃烧的助燃富氧空气中氧体积含量为28~35%；
所述步骤（2）烟气流量为5~5.2m3/min，空气流量为20 ~35L/min；
所述步骤（3）沼液流量为80~85 L/min。
本发明的有益效果是：
（1）本发明沼气富氧燃烧获得高燃值并生成燃烧烟气，燃烧烟气的氮氧化物主要成分为NO和NO2，燃烧烟气的NO在逆流接触的微碱性沼液溶解下与沼液中溶解的氧气反应，将部分NO进一步转化为NO2，剩余的NO、NO2和空气中的氧气与微碱性沼液液滴逆流接触，微碱性沼液液滴吸收烟气中的NO2和NO等气体生成无机酸根离子；
（2）本发明采用沼气富氧燃烧的方法促进沼气燃烧，提高沼气燃烧温度，优化沼气燃烧效果；
（3）本发明将吸收氮氧化物后呈现微酸性的沼液浓缩生产叶面肥，回收烟气中氮元素，且不产生任何污染和附带环境问题。
附图说明
图1为沼气富氧燃烧-沼液脱硝系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：如图1所示，一种沼气富氧燃烧-沼液脱硝系统，包括沼气发电机组7、脱硝罐2、压缩空气瓶4、沼液储存罐5，沼气通过沼气输送管道通入沼气发电机组7，燃烧烟气通过烟气管道通入脱硝罐2的底部，压缩空气瓶4的出口通过空气管道与脱硝罐2的底端空气入口连通，脱硝罐2顶部设置有雾化喷头3，脱硝罐2顶端设置烟气出口且烟气出口位于雾化喷头3上方，脱硝罐2底部液体出口通过液体输送管道与沼液储存罐5的底部液体入口连通，脱硝罐2中部设置有沼液输送出口Ⅰ，沼液输送出口Ⅰ通过沼液输送管道与脱硝罐2顶部的雾化喷头3连通，沼液输送管道上设置有沼液泵6，沼液储存罐5顶端设置有沼液注入口，沼液储存罐5的底部设置有沼液排出管1；
沼气输送管道、烟气管道、空气管道、液体输送管道、沼液输送管道、沼液排出管1上均设置有阀门；
一种沼气富氧燃烧-沼液脱硝方法，采用沼气富氧燃烧-沼液脱硝系统，具体步骤如下：
（1）将沼气通过沼气输送管道通入沼气发电机组的内燃机进行富氧燃烧发电；其中富氧燃烧的助燃富氧空气中氧体积含量为28%；
（2）步骤（1）富氧燃烧的烟气通过烟气管道通入脱硝罐的底部，压缩空气瓶的空气通过空气管道通入脱硝罐的底端；其中烟气流量为5m3/min，空气流量为20L/min；
（3）沼液储存罐的沼液经沼液输送管道上的沼液泵加压输送至脱硝罐顶部的雾化喷头，其中沼液流量为80.4L/min，并经雾化喷头雾化成沼液液滴，步骤（2）燃烧烟气的NO在逆流接触的微碱性沼液溶解下与沼液中溶解的氧气反应，将部分NO进一步转化为NO2，微碱性沼液液滴逆流接触吸收烟气中的NO2和NO等气体得到脱硝烟气和沼液Ⅰ，脱硝烟气经脱硝罐顶端的烟气出口排出；
（4）步骤（3）的沼液Ⅰ经脱硝罐底部的液体输送管道输送至沼液储存罐进行沼液循环至沼液的pH值为5.4得到微酸沼液，微酸沼液经沼液储存罐底部的沼液排出管排出，微酸沼液浓缩得到叶面肥；
本实施例燃烧烟气中氮氧化物含量为725mg/m3，检测脱硝烟气出口氮氧化物含量为181.25mg/m3，脱硝效率75%，沼液pH值为7.6，微酸沼液pH值为5.4。
实施例2：本实施例沼气富氧燃烧-沼液脱硝系统与实施例1的相同；
一种沼气富氧燃烧-沼液脱硝方法，采用沼气富氧燃烧-沼液脱硝系统，具体步骤如下：
（1）将沼气通过沼气输送管道通入沼气发电机组的内燃机进行富氧燃烧发电；其中富氧燃烧的助燃富氧空气中氧体积含量为30%；
（2）步骤（1）富氧燃烧的烟气通过烟气管道通入脱硝罐的底部，压缩空气瓶的空气通过空气管道通入脱硝罐的底端；其中烟气流量为5.1m3/min，空气流量为20L/min；
（3）沼液储存罐的沼液经沼液输送管道上的沼液泵加压输送至脱硝罐顶部的雾化喷头，其中沼液流量为80.5L/min，并经雾化喷头雾化成沼液液滴，步骤（2）燃烧烟气的NO在逆流接触的微碱性沼液溶解下与沼液中溶解的氧气反应，将部分NO进一步转化为NO2，微碱性沼液液滴逆流接触吸收烟气中的NO2和NO等气体得到脱硝烟气和沼液Ⅰ，脱硝烟气经脱硝罐顶端的烟气出口排出；
（4）步骤（3）的沼液Ⅰ经脱硝罐底部的液体输送管道输送至沼液储存罐进行沼液循环至沼液的pH值为5.6得到微酸沼液，微酸沼液经沼液储存罐底部的沼液排出管排出，微酸沼液浓缩得到叶面肥；
本实施例燃烧烟气中氮氧化物含量为720mg/m3，检测脱硝烟气出口氮氧化物含量为154.8mg/m3，脱硝效率78.5%，沼液pH值为7.6，微酸沼液pH值为5.6。
实施例3：本实施例沼气富氧燃烧-沼液脱硝系统与实施例1的相同；
一种沼气富氧燃烧-沼液脱硝方法，采用沼气富氧燃烧-沼液脱硝系统，具体步骤如下：
（1）将沼气通过沼气输送管道通入沼气发电机组的内燃机进行富氧燃烧发电；其中富氧燃烧的助燃富氧空气中氧体积含量为33%；
（2）步骤（1）富氧燃烧的烟气通过烟气管道通入脱硝罐的底部，压缩空气瓶的空气通过空气管道通入脱硝罐的底端；其中烟气流量为5.2m3/min，空气流量为30L/min；
（3）沼液储存罐的沼液经沼液输送管道上的沼液泵加压输送至脱硝罐顶部的雾化喷头，其中沼液流量为80.6L/min，并经雾化喷头雾化成沼液液滴，步骤（2）燃烧烟气的NO在逆流接触的微碱性沼液溶解下与沼液中溶解的氧气反应，将部分NO进一步转化为NO2，微碱性沼液液滴逆流接触吸收烟气中的NO2和NO等气体得到脱硝烟气和沼液Ⅰ，脱硝烟气经脱硝罐顶端的烟气出口排出；
（4）步骤（3）的沼液Ⅰ经脱硝罐底部的液体输送管道输送至沼液储存罐进行沼液循环至沼液的pH值为5.54得到微酸沼液，微酸沼液经沼液储存罐底部的沼液排出管排出，微酸沼液浓缩得到叶面肥；
本实施例燃烧烟气中氮氧化物含量为715mg/m3，检测脱硝烟气出口氮氧化物含量为105.1mg/m3，脱硝效率85.3%，沼液pH值为7.6，微酸沼液pH值为5.54。
实施例4：本实施例沼气富氧燃烧-沼液脱硝系统与实施例1的相同；
一种沼气富氧燃烧-沼液脱硝方法，采用沼气富氧燃烧-沼液脱硝系统，具体步骤如下：
（1）将沼气通过沼气输送管道通入沼气发电机组的内燃机进行富氧燃烧发电；其中富氧燃烧的助燃富氧空气中氧体积含量为35%；
（2）步骤（1）富氧燃烧的烟气通过烟气管道通入脱硝罐的底部，压缩空气瓶的空气通过空气管道通入脱硝罐的底端；其中烟气流量为5.15m3/min，空气流量为35 L/min；
（3）沼液储存罐的沼液经沼液输送管道上的沼液泵加压输送至脱硝罐顶部的雾化喷头，其中沼液流量为85L/min，并经雾化喷头雾化成沼液液滴，步骤（2）燃烧烟气的NO在逆流接触的微碱性沼液溶解下与沼液中溶解的氧气反应，将部分NO进一步转化为NO2，微碱性沼液液滴逆流接触吸收烟气中的NO2和NO等气体得到脱硝烟气和沼液Ⅰ，脱硝烟气经脱硝罐顶端的烟气出口排出；
（4）步骤（3）的沼液Ⅰ经脱硝罐底部的液体输送管道输送至沼液储存罐进行沼液循环至沼液的pH值为5.45得到微酸沼液，微酸沼液经沼液储存罐底部的沼液排出管排出，微酸沼液浓缩得到叶面肥；
本实施例燃烧烟气中氮氧化物含量为704mg/m3，检测脱硝烟气出口氮氧化物含量为70.4mg/m3，脱硝效率90%，沼液pH值为7.6，微酸沼液pH值为5.45。
以上是对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种沼气富氧燃烧-沼液脱硝系统，其特征在于：包括沼气发电机组（7）、脱硝罐（2）、压缩空气瓶（4）、沼液储存罐（5），沼气通过沼气输送管道通入沼气发电机组（7），燃烧烟气通过换热器换热后再通过烟气管道通入脱硝罐（2）的底部，压缩空气瓶（4）的出口通过空气管道与脱硝罐（2）的底端空气入口连通，脱硝罐（2）顶部设置有雾化喷头（3），脱硝罐（2）顶端设置烟气出口且烟气出口位于雾化喷头（3）上方，脱硝罐（2）底部液体出口通过液体输送管道与沼液储存罐（5）的底部液体入口连通，脱硝罐（2）中部设置有沼液输送出口Ⅰ，沼液输送出口Ⅰ通过沼液输送管道与脱硝罐（2）顶部的雾化喷头（3）连通，沼液输送管道上设置有沼液泵（6），沼液储存罐（5）顶端设置有沼液注入口，沼液储存罐（5）的底部设置有沼液排出管（1）。
2.根据权利要求1所述沼气富氧燃烧-沼液脱硝系统，其特征在于：沼气输送管道、烟气管道、空气管道、液体输送管道、沼液输送管道、沼液排出管（1）上均设置有阀门。
3.一种沼气富氧燃烧-沼液脱硝方法，其特征在于，采用沼气富氧燃烧-沼液脱硝系统，具体步骤如下：
（1）将沼气通过沼气输送管道通入沼气发电机组的内燃机进行富氧燃烧发电；
（2）步骤（1）富氧燃烧的烟气通过烟气管道通入脱硝罐的底部，压缩空气瓶的空气通过空气管道通入脱硝罐的底端；
（3）沼液储存罐的沼液经沼液输送管道上的沼液泵加压输送至脱硝罐顶部的雾化喷头，并经雾化喷头雾化成沼液液滴，沼液液滴与步骤（2）的烟气和空气逆流接触进行脱硝反应得到脱硝烟气和沼液Ⅰ，脱硝烟气经脱硝罐顶端的烟气出口排出；
（4）步骤（3）的沼液Ⅰ经脱硝罐底部的液体输送管道输送至沼液储存罐进行沼液循环至沼液的pH值为5.4~5.6得到微酸沼液，微酸沼液经沼液储存罐底部的沼液排出管排出，微酸沼液浓缩得到叶面肥。
4.根据权利要求1所述沼气富氧燃烧-沼液脱硝方法，其特征在于：步骤（1）富氧燃烧的助燃富氧空气中氧体积含量为28~35%。
5.根据权利要求1所述沼气富氧燃烧-沼液脱硝方法，其特征在于：步骤（2）烟气流量为5~5.2m3/min，空气流量为 20~35L/min。
6.根据权利要求1所述沼气富氧燃烧-沼液脱硝方法，其特征在于：步骤（3）沼液流量为80~85 L/min。
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