CN112426882A - 一种粉煤流化脱除高温烟气氮氧化物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种粉煤流化脱除高温烟气氮氧化物的方法，以粉煤作为脱硝原料，将粉煤分三阶段喷入烟气中，并形成流化状态。第一阶段喷入粉煤作为氧气消耗剂并调节烟气温度，粉煤燃烧将烟气中氧气体积分数控制在2％‑5％，烟气温度保持在600℃‑1200℃；第二阶段喷入粉煤在高温贫氧状态下制备焦粉，氧气含量下降至1％‑2％，烟气温度保持在700℃‑1200℃；第三阶段喷入粉煤和催化剂的混合物，调节焦粉脱硝的温度并促进焦粉与一氧化碳还原氮氧化物。本发明以粉煤作为脱硝原料，成本低；以粉煤燃烧调节反应温度并在流化状态下实施催化强化脱硝，效果好；脱硝产生的热能可进一步回收利用，特别适合各种高温烟气脱硝并需要热能的情况。

Description

一种粉煤流化脱除高温烟气氮氧化物的方法
技术领域
本发明涉及一种粉煤流化脱除高温烟气氮氧化物的方法，属于烟气氮氧化物治理领域。
背景技术
随着近年来我国对大型燃煤电厂锅炉实现超低排放，空气质量持续改善，集中供热锅炉燃烧烟气以及成分复杂的燃煤工业锅炉废气中的氮氧化物治理成了大气污染控制的关键。由于集中供热锅炉和成分复杂的工业锅炉具有数量巨大(数十万台)，分布广泛，负荷波动大，排烟温度多变，周期变化(供热锅炉仅在供暖季)等特点，控制其氮氧化物排放的任务十分巨大。选择性催化还原(SCR)是治理大型燃煤锅炉NOx污染重要且有效的技术手段。该技术是用氨或者尿素作为氮氧化物的还原剂，在350-400℃和组分为V、W/Mo、Ti的商用催化剂的作用下，将氮氧化物还原成氮气。然而，该技术在应用于集中供热锅炉和燃煤工业锅炉的脱硝治理时会面临诸多挑战，比如集中供热锅炉通常地处人口密集区，对脱硝系统的安全性提出了更高的要求；集中供热锅炉和燃煤工业锅炉负荷波动大，排烟温度多变，现有商用催化剂的适用温度区间有限(350℃～400℃)，难以满足温度大幅变化的需求。此外，成分复杂的燃煤工业烟气也容易引起催化剂的磨损和中毒等问题。还有一个常用的脱硝技术为选择性非催化还原(SNCR)，该方法也是采用氨或者尿素作为氮氧化物的还原剂，将氨或者尿素溶液喷射到锅炉炉膛上部850-950℃的温度区间，将氮氧化物还原成氮气。虽然该技术避免了催化剂的使用，节约了成本，但该技术的脱硝效率低，通常在50％-60％之间，有效反应温度范围窄。除此之外，还存在氨或者尿素存储及喷入的氨发生副反应再次生成氮氧化物等问题。因此，面对数量巨大的集中供热锅炉和成分复杂的燃煤工业锅炉，如何探索寻求一种经济有效的新的脱硝技术和手段，降低整个社会成本从而更好的实现氮氧化物减排具有深远的社会意义。炭来源广泛、成本低廉，可以在高温下与氮氧化物发生还原反应，但炭对氮氧化物和氧气的选择性不好，氧气含量过高时，炭消耗量大，且脱硝效率低，此外，炭中由于有较多的挥发分，直接用于脱硝干扰很大，脱硝效率难以保障。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种粉煤流化脱除高温烟气氮氧化物的方法。
本发明的技术方案为：
以粉煤作为脱硝原料，将粉煤分三阶段喷入烟气中，并在烟气中形成流化状态完成燃烧反应、焦粉制备和氮氧化物脱除。
进一步地，第一阶段喷入粉煤作为氧气消耗剂并调节烟气温度，粉煤燃烧将烟气中氧气体积分数控制在2％-5％，烟气温度保持在600℃-1200℃；
第二阶段喷入粉煤在高温贫氧状态下制备焦粉，氧气含量下降至1％-2％，烟气温度保持在700℃-1200℃；
第三阶段喷入粉煤和催化剂的混合物作为焦粉脱硝的温度调节保障与脱硝促进剂使用，促进焦粉与一氧化碳还原氮氧化物，残余催化剂进入灰烬；所述的焦粉催化还原NOx发生的还原反应为：NO+C＝N2+CO2，2NO2+2C＝N2+2CO2。
进一步地，所述的催化剂为锰酸盐和铜氧化物的混合物，用量为氮氧化物脱除质量的0.1％-0.3％。
进一步地，所述粉煤的粒度100％为500目以下。
本发明的有益效果在于：
本发明方法以粉煤作为脱硝原料，成本低；以粉煤燃烧调节反应温度并在流化状态下实施催化强化脱硝，效果好，脱硝效率能够高达95％以上；脱硝产生的热能可进一步回收利用，特别适合各种高温烟气脱硝并需要热能的情况。
附图说明
图1为本发明实施例的实施装置结构示意图。1为粉煤仓、2为罗茨风机、3为烟气进口、4为脱硝塔、5为灰烬收集器、6为催化剂粉尘储仓、7为输送风机、8为粉煤喷嘴I、9为粉煤喷嘴II、10为粉煤喷嘴III。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明并不限于此。
如图1所示，粉煤流化脱除高温烟气氮氧化物的装置包括粉煤仓1、罗茨风机2、脱硝塔4和灰烬收集器5，脱硝塔分为下部的粉煤燃烧耗氧室、中部的粉煤制焦粉室和上部的焦粉催化还原净化室(催化脱硝室)，上、中和下部各配置粉煤喷嘴I 8、粉煤喷嘴II 9和粉煤喷嘴III 10，同时还配置温度和氧气含量检测仪表。运行时，烟气由烟气进口3进入脱硝塔4，粉煤储存在粉煤仓1中，经罗茨风机2输送由粉煤喷嘴III 10、粉煤喷嘴II 9分别喷入粉煤燃烧耗氧室、粉煤制焦粉室，催化剂与粉煤掺混存储在催化剂粉尘储仓6中，经过输送风机7经粉煤喷嘴I 8喷入焦粉催化还原净化室，反应残余物进入灰烬收集器5进行收集。温度和氧气含量检测仪表用于监测温度和氧气含量，从而根据温度和氧气含量调节各段的粉体喷入量。
实施例1
烟气中的NO浓度为500mg/Nm3，烟气量为400Nm3/h，烟气从进口3进入脱硝塔4后向脱硝塔中采用分阶段方式喷入煤粉，粉煤的消耗量为35kg/h，第一阶段通过粉煤喷嘴I 8喷入粉煤若干次后，控制烟气温度为600℃，含氧量为4％，然后再在粉煤喷嘴II 9喷入粉煤若干次，温度保持在700℃，最后通过粉煤喷嘴III 10喷入粉煤和催化剂的混合物若干次，催化剂的消耗量600g/h，催化剂中的锰酸盐、铜氧化物质量比为0.8:1，脱硝效率86.4％。
实施例2
烟气中NO浓度为500mg/Nm3，烟气量为400Nm3/h，烟气从进口3进入脱硝塔4后向脱硝塔中采用分阶段方式喷入煤粉，粉煤的消耗量为35kg/h，第一阶段通过粉煤喷嘴I 8喷入粉煤若干次后，控制烟气温度为700℃，含氧量为3％，然后再在粉煤喷嘴II 9喷入粉煤若干次，温度保持在800℃，最后通过粉煤喷嘴III 10喷入粉煤和催化剂的混合物若干次，催化剂的消耗量500g/h，催化剂中的锰酸盐、铜氧化物的质量为1:2，脱硝效率91.3％。
实施例3
烟气中NO浓度为500mg/Nm3，烟气量为400Nm3/h，烟气从进口3进入脱硝塔4后向脱硝塔中采用分阶段方式喷入煤粉，粉煤的消耗量为35kg/h，第一阶段通过粉煤喷嘴I 8喷入粉煤若干次后，控制烟气温度为800℃，含氧量为2％，然后再在粉煤喷嘴II 9喷入粉煤若干次，温度保持在900℃，最后通过粉煤喷嘴III 10喷入粉煤和催化剂的混合物若干次，催化剂的消耗量400g/h，催化剂中的锰酸盐、铜氧化物的质量比为1:2:10，脱硝效率95.5％。
实施例4
烟气中NO浓度为500mg/Nm3，烟气量为600Nm3/h，烟气从进口3进入脱硝塔4后向脱硝塔中采用分阶段方式喷入煤粉，粉煤的消耗量为35kg/h，第一阶段通过粉煤喷嘴I 8喷入粉煤若干次后，控制烟气温度为800℃，含氧量为2％，然后再在粉煤喷嘴II 9喷入粉煤若干次，温度保持在1000℃，最后通过粉煤喷嘴III 10喷入粉煤和催化剂的混合物若干次，催化剂的消耗量600g/h，催化剂中的锰酸盐、铜氧化物的质量为1:2脱硝效率92.8％。
实施例5
模拟烟气温度为800℃，NO浓度为600mg/Nm3，烟气量为600Nm3/h，烟气从进口3进入脱硝塔4后向脱硝塔中采用分阶段方式喷入煤粉，粉煤的消耗量为35kg/h，第一阶段通过粉煤喷嘴I 8喷入粉煤若干次后，控制烟气温度为800℃，含氧量为2％，然后再在粉煤喷嘴II9喷入粉煤若干次，温度保持在1100℃，最后通过粉煤喷嘴III 10喷入粉煤和催化剂的混合物若干次，催化剂的消耗量600g/h，催化剂中的锰酸盐、铜氧化物的质量比为1:2，脱硝效率89.5％。
实施例6
烟气中NO浓度为600mg/Nm3，烟气量为600Nm3/h，烟气从进口3进入脱硝塔4后向脱硝塔中采用分阶段方式喷入煤粉，粉煤的消耗量为35kg/h，第一阶段通过粉煤喷嘴I 8喷入粉煤若干次后，控制烟气温度为800℃，含氧量为3％，然后再在粉煤喷嘴II 9喷入粉煤若干次，温度保持在1200℃，最后通过粉煤喷嘴III 10喷入粉煤和催化剂的混合物若干次，催化剂的消耗量600g/h，催化剂中的锰酸盐、铜氧化物的质量为1:2，脱硝效率90.5％。

Claims (4)

1.一种粉煤流化脱除高温烟气氮氧化物的方法，其特征在于：以粉煤作为脱硝原料，将粉煤分三阶段喷入烟气中，并在烟气中形成流化状态完成燃烧反应、焦粉制备和氮氧化物脱除。
2.根据权利要求1所述的一种粉煤流化脱除高温烟气氮氧化物的方法，其特征在于：第一阶段喷入粉煤作为氧气消耗剂并调节烟气温度，粉煤燃烧将烟气中氧气体积分数控制在2％-5％，烟气温度保持在600℃-1200℃；第二阶段喷入粉煤在高温贫氧状态下制备焦粉，氧气含量下降至1％-2％，烟气温度保持在700℃-1200℃；第三阶段喷入粉煤和催化剂的混合物作为焦粉脱硝的温度调节保障与脱硝促进剂使用，促进焦粉与一氧化碳还原氮氧化物，残余催化剂进入灰烬。
3.根据权利要求2所述的一种粉煤流化脱除高温烟气氮氧化物的方法，其特征在于：所述的催化剂为锰酸盐和铜氧化物的混合物，催化剂的用量为氮氧化物脱除质量的0.1％-0.3％。
4.根据权利要求1或2所述的一种粉煤流化脱除高温烟气氮氧化物的方法，其特征在于：所述粉煤的粒度100％为500目以下。
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