CN111715050B - 一种采用碱性醇溶液提高尿素脱硝效率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用碱性醇溶液提高尿素脱硝效率的方法。将碱性醇溶液作为脱硝增效剂与还原剂尿素溶液相混合，通过SNCR系统将混合溶液雾化喷入烟道650～1110℃温度段，实现提高尿素脱硝效率的目的。所述脱硝增效剂由以下重量份数的原料组成：乙醇90～98份；强碱2～10份。所述的强碱为氢氧化钠、氢氧化钾之一或其混合物。所述的脱硝增效剂与尿素溶液的体积比例为5～15:100。本方法简单易行，能够显著促进尿素中的氨氮参与脱硝反应，大幅拓宽尿素脱硝反应温度窗口，更好地保障烟气NOx的达标排放，并减少NH3逃逸。

Description

一种采用碱性醇溶液提高尿素脱硝效率的方法
技术领域
本发明属于烟气氮氧化物(NOx)的治理领域，具体涉及一种采用碱性醇溶液提高还原剂尿素脱硝效率的方法。
背景技术
NOx是工业燃烧过程产生的主要污染物。大量的NOx排放到大气中，会造成酸性降水，破会臭氧层，形成光化学烟雾，并促进雾霾颗粒的形成。工业焚烧源NOx的减排，又称烟气脱硝，是世界关注的环境治理技术。工业上普遍采用的烟气脱硝技术主要有选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)。另外，基于氧化还原吸收法的脱硫脱硝一体化技术、以及固体粉末聚合物脱硝技术也在快速发展。以尿素作为还原剂的SNCR脱硝法在我国的大型燃煤电厂、供热锅炉、水泥厂和垃圾焚烧厂应用最为广泛。其原理是：将尿素溶液喷入到烟道850-1100℃温度段，尿素热分解产生的NH3将烟气中的NO还原，生成N2。尿素脱硝设备安全性高、占地小，并且运营成本低。然而，尿素中的氨氮仅约一半能与NO发生反应，对烟气中NOx的去除率(脱硝效率)通常低于45％；过量使用尿素，往往会增加NH3逃逸。因此，提高SNCR法中尿素的脱硝效率是本领域的普遍技术需求。
发明内容
为解决现有SNCR技术中尿素脱硝效率过低的问题，本发明提供一种提高SNCR法中尿素脱硝效率的组合物，该组合物作为脱硝增效剂，该组合物可大幅提高尿素脱硝效率，减少NH3逃逸。
为实现上述目的，本发明的组合物为碱性醇溶液，由以下重量份原料组分：乙醇90～98份、强碱2～10份。
基于以上技术方案，优选的，所述的强碱为氢氧化钠、氢氧化钾之一或其混合物。
本发明提供的组合物为澄清乙醇溶液。乙醇提高尿素脱硝效率的原理为：在高温下，乙醇发生脱氢热裂解反应，生成H·和·OH自由基和CO，H·和·OH自由基可分别活化尿素高温分解产物NH3和异氰酸，促进脱硝反应，拓宽脱硝反应温度窗口(650-900℃)，使尿素脱硝效率增加。氢氧化钠和氢氧化钾提高尿素脱硝效率的原理为：在高温高湿条件下，氢氧化钠和氢氧化钾可以促进水和乙醇分子裂解生成大量的H·和·OH自由基，促进脱硝反应；氢氧化钠和氢氧化钾的使用不仅增加了原烟气中的H·和·OH自由基，同时可大幅增加填加的乙醇裂解成H·和·OH自由基，因而氢氧化钠和氢氧化钾与乙醇的联合使用起到了协同增效的作用。另外，氢氧化钠和氢氧化钾可与烟气中的NO2直接反应，生成亚硝酸盐或硝酸盐，减少NO2的排放。
同时，本发明还提供一种提高尿素脱硝效率的方法，使用上述组合物，包括如下步骤：分别配置所述的脱硝增效剂和脱硝还原剂尿素溶液，将脱硝增效剂与尿素溶液相混合，通过SNCR系统将混合液喷入烟道气中；本发明的SNCR系统使用的是文献(Research toapplication.Progress in Energy and Combustion Science,1997,23(3):233～266)中报道的SNCR系统。
基于以上技术方案，优选的，所述的SNCR脱硝系统至少包括物料配置及输送装置、组合物配制罐、尿素溶解罐、稀释模块、雾化喷枪和自动控制系统，雾化喷枪布设在烟道的650～1050℃温度段；所述混合液通过雾化喷枪喷入烟道。
基于以上技术方案，优选的，所述尿素脱硝剂和尿素溶液的体积比为5～15:100；所述混合液中，尿素的质量浓度为25％～40％。
基于以上技术方案，优选的，所述的组合物与尿素溶液相混合，其混合方式为：分别在所述的组合物配制罐和尿素溶解罐中配置组合物和尿素溶液，按体积比例将配置好的组合物直接泵入装有尿素溶液的尿素溶解罐中。
在上述SNCR脱硝设备中，借助自动控制系统，可根据烟气的污染监测数据，及时调整脱硝剂的流量等参数，达到更优的脱硝效果。
有益效果
本发明的技术方案，获得脱硝增效剂碱性醇溶液，与尿素溶液混合后喷入到烟气中，对烟气进行脱硝处理，能够显著促进尿素中的氨氮参与脱硝反应，大幅拓宽尿素脱硝反应温度窗口，使尿素在650-1100℃有较高脱硝效率，更好地保障烟气NOx的达标排放，并减少NH3逃逸。本发明提供的一种组合物，配方简单，成本低廉；并且使用方法简便，只需在原有SNCR脱硝设备基础上增加组合物配制罐即可。本发明提供的一种采用碱性醇溶液提高尿素脱硝效率的方法，可用于大型燃煤电厂、供热锅炉、水泥厂、铁矿石烧结厂和垃圾焚烧厂的尾气脱硝。
具体实施方式
为使本发明的上述特征和有益效果更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明进一步说明。
实施例1
在SNCR系统的组合物配制罐中，将2份氢氧化钠溶于98份乙醇，配制成脱硝增效剂；在尿素溶解罐中，用25～60℃热水配置浓度为40％的尿素溶液；按15:100的体积比例将配置好的脱硝增效剂直接泵入配置好的尿素溶液中，最终使尿素在溶解罐中的质量浓度为34.8％；通过SNCR系统雾化喷枪将混合物溶液喷入烟道950～1020℃温度段。
实施例2
在SNCR系统的组合物配制罐中，将5份氢氧化钾溶于95份乙醇，配制成脱硝增效剂；在尿素溶解罐中，用25～60℃配置浓度为44％的尿素溶液；按10:100的体积比例将配置好的脱硝增效剂直接泵入配置好的尿素溶液中，最终使尿素在溶解罐中的质量浓度为40％；通过SNCR系统雾化喷枪将混合物溶液喷入烟道650～850℃温度段。
实施例3
在SNCR系统的组合物配制罐中，将8份氢氧化钠溶于92份乙醇，配制成脱硝增效剂；在尿素溶解罐中，用25～60℃配置浓度为35％的尿素溶液；按8:100的体积比例将配置好的脱硝增效剂直接泵入配置好的尿素溶液中，最终使尿素在溶解罐中的质量浓度为32.4％；通过SNCR系统雾化喷枪将混合物溶液喷入烟道850～950℃温度段。
实施例4
在SNCR系统的组合物配制罐中，将6份氢氧化钾溶于94份乙醇，配制成脱硝增效剂；在尿素溶解罐中，用25～60℃配置浓度为26.5％的尿素溶液；按5:100的体积比例将配置好的脱硝增效剂直接泵入配置好的尿素溶液中，最终使尿素在溶解罐中的质量浓度为25.2％；通过SNCR系统雾化喷枪将混合物溶液喷入烟道1000～1100℃温度段。
以上4个实施例在一大型垃圾焚烧发电厂进行，与不使用脱硝增效剂相比(只喷还原剂尿素)，烟囱烟气中NOx和NH3的小时浓度平均值为110.2-150.9Nmg/m3和4.5-10.4Nmg/m3，采用实施例1～4后，尿素的脱硝效率可提高15％～30％，并使NH3逃逸显著降低30％～70％。
为进一步说明碱液与乙醇联合使用对焚烧烟气中NOx和NH3的减排起到了联合增效作用，我们进行了只单独填加强碱和单独填加乙醇的对比试验，将强碱直接溶解在尿素溶液中。在与实施例3描述的氢氧化钠和乙醇同等用量条件下，单独使用氢氧化钠处理尿素的脱硝效率可提高8％～10％，NH3逃逸降低15％～24％；单独使用乙醇处理尿素的脱硝效率可提高5％～8％，NH3逃逸降低8％～12％；强碱和乙醇联合使用(实施例3)，尿素的脱硝效率可提高22％～30％，NH3逃逸降低52％～70％。
需要说明的是本发明所述的SNCR系统为本领域的公知设备，普通操作运行人员熟知SNCR系统的使用方法，操作运行人员可以根据烟气中NOx的浓度变化对脱硝增效剂和尿素混合液的用量进行实时调整。上述实施例只是用于帮助理解本发明的实质性内容，并不是用来限制本发明。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种提高尿素脱硝效率的方法，其特征在于，使用乙醇和强碱组成的组合物，包括如下步骤：分别配置所述的组合物和脱硝还原剂尿素溶液，将所述组合物与尿素溶液相混合，得到混合液，通过SNCR脱硝设备将所述混合液喷入烟道气中；
所述组合物由以下重量份原料组成：乙醇90~98份、强碱2~10份；所述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种；
所述组合物和尿素溶液的体积比为5~15:100；混合液中，尿素的质量浓度为25%~40%；
所述的SNCR脱硝设备至少包括物料配制及输送装置、组合物配制罐、尿素溶解罐、稀释模块、雾化喷枪和自动控制系统，雾化喷枪布设在烟道的650~1100 ℃温度段；所述混合液通过雾化喷枪喷入烟道；
所述的组合物与尿素溶液相混合，其混合方式为：分别在所述的组合物配制罐和尿素溶解罐中配制组合物溶液和尿素溶液，将配制好的组合物直接通过物料配制及输送装置输送至装有尿素溶液的尿素溶解罐中。
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