RU2040737C1 - Method of and device for cleaning combustion products from nitrogen oxides - Google Patents
Method of and device for cleaning combustion products from nitrogen oxides Download PDFInfo
- Publication number
- RU2040737C1 RU2040737C1 SU5064692A RU2040737C1 RU 2040737 C1 RU2040737 C1 RU 2040737C1 SU 5064692 A SU5064692 A SU 5064692A RU 2040737 C1 RU2040737 C1 RU 2040737C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzles
- combustion products
- evaporation
- thermohydrolysis
- diameter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области очистки дымовых газов и может быть использовано для снижения выбросов оксидов азота с продуктами сгорания топливосжигающих агрегатов методом высокотемпературного селективного некаталитического восстановления NOx мочевиной.The invention relates to the field of flue gas purification and can be used to reduce emissions of nitrogen oxides from the products of combustion of fuel-burning units by the method of high-temperature selective non-catalytic reduction of NO x urea.
Наиболее близким к изобретению по технологической сути и достигаемому результату является способ снижения концентраций NOx в дымовых газах, включающий подачу в газовый тракт в качестве восстановителя NOх водного раствора мочевины либо аммиака и его производных, либо циануровой кислоты посредством устройства, состоящего из подводящего трубопровода и системы впрыскивающих форсунок. Каждая из форсунок выполнена в виде двухканального диспергатора, по центральному каналу которого подается восстанавливающая смесь, а по кольцевому каналу пар для распыления раствора восстановителя при вводе его в поток продуктов сгорания. При этом центральная труба имеет возможность продольного перемещения относительно кольцевого канала.The closest to the invention in terms of technological essence and the achieved result is a method of reducing NO x concentrations in flue gases, comprising supplying an aqueous solution of urea or ammonia and its derivatives or cyanuric acid to the gas path as a NO x reducing agent by means of a device consisting of a supply pipe and injection nozzle systems. Each nozzle is made in the form of a two-channel dispersant, in the central channel of which a reducing mixture is supplied, and in the annular channel of steam for spraying a solution of a reducing agent when it is introduced into the stream of combustion products. In this case, the central pipe has the possibility of longitudinal movement relative to the annular channel.
Недостаток известного устройства заключен в том, что в поток продуктов сгорания восстановитель попадает в виде капель водного раствора, что замедляет начальную стадию процесса восстановления, так как требуется время для испарения капелек влаги и термодеструкции восстановителя. Кроме того, размер самих капелек колеблется в широком диапазоне, что затрудняет равномерное по массе заполнение восстановителем сечения теплоагрегатов в месте впрыска. В результате степень восстановления оксидов азота составляет около 47%
Целью изобретения является повышение степени очистки дымовых газов от NOx.A disadvantage of the known device is that the reducing agent enters the stream of combustion products in the form of droplets of an aqueous solution, which slows down the initial stage of the recovery process, since time is required for the evaporation of moisture droplets and thermal decomposition of the reducing agent. In addition, the size of the droplets themselves varies in a wide range, which makes it difficult to uniformly fill the cross section of the heat generating units at the injection site with a reducing agent. As a result, the degree of reduction of nitrogen oxides is about 47%
The aim of the invention is to increase the degree of purification of flue gases from NO x .
Цель достигается тем, что в процессе обработке дымовых газов перед впрыском в газовый тракт водный раствор мочевины подвергают термогидролизу и испарению и образующуюся восстанавливающую парогазовую смесь подают в поток продуктов сгорания с критическими скоростями истечения. Термогидролиз и испарение ведут при температурах соответственно 60-150 и 100-350оС перегретым паром, а в качестве теплоносителя используют горячий воздух или продукты сгорания.The goal is achieved by the fact that in the process of processing flue gases before injection into the gas path, the aqueous urea solution is subjected to thermohydrolysis and evaporation, and the resulting reducing vapor-gas mixture is fed into the stream of combustion products with critical flow rates. Thermohydrolysis and evaporation are carried out at temperatures of 60-150 and 100-350 о С, respectively, with superheated steam, and hot air or combustion products are used as a heat carrier.
Установка для очистки дымовых газов от NOx, содержащая футерованный корпус с топливными горелками, камерой сгорания и размещенным за ней газоходом и линией подачи восстанавливающей смеси с системой форсунок, снабжена узлом гидролиза и испарения, к входу которого подключена линия подачи теплоносителя и водного раствора мочевины, а к выходу система форсунок, причем не более половины форсунок имеют диаметр выходных отверстий больше диаметра выходных отверстий оставшейся части, концы форсунок размещены в окнах, выполненных в толще футерованного слоя корпуса, а при количестве форсунок, кратном трем, диаметр выходных отверстий 1/3 части форсунок больше диаметра выходных отверстий остальной части форсунок в раза. Кроме того, форсунки могут быть установлены группами.A flue gas purification plant for NO x containing a lined casing with fuel burners, a combustion chamber and a gas duct placed behind it and a reducing mixture supply line with a nozzle system, is equipped with a hydrolysis and evaporation unit, to the input of which a coolant and urea water solution supply line is connected, and the system of nozzles to the exit, and not more than half of the nozzles have a diameter of the outlet openings larger than the diameter of the outlet openings of the remaining part, the ends of the nozzles are placed in the windows made in the thickness of the footers nnogo shell layer, and when the number of nozzles is a multiple of three, the diameter of the outlets of
На фиг. 1 показаны устройство для подачи гомогенизированной восстанавливающей смеси и его размещение на котле; на фиг.2 дан разрез А-А на фиг.1; на фиг. 3 изображены три впрыскивающих элемента с коническими насадками, причем диаметр центрального отверстия одного из элементов в раза больше диаметра центрального отверстия двух других элементов.In FIG. 1 shows a device for supplying a homogenized reducing mixture and its placement on a boiler; figure 2 is a section aa in figure 1; in FIG. 3 shows three injection elements with conical nozzles, the diameter of the central hole of one of the elements in times the diameter of the center hole of the other two elements.
Установка очистки продуктов сгорания от NOx (фиг.1) включает в себя трубопровод 1 подачи пара с расположенным на нем регулятором 2 давления, впрыскивающий испаритель 3 со струйной форсункой 4 для подачи в испаритель прошедшего термогидролиз водного раствора мочевины, трубопровод 5 парогазовой восстанавливающей смеси, распределительные коллекторы 6, впрыскивающие элементы (форсунки) 7, которые выполнены в виде одноканальных трубок и снабжены коническими насадками 8 с центральным отверстием (фиг.3). Форсунки объединены в группы по три элемента таким образом, чтобы на одну форсунку с диаметром центрального отверстия d приходилось две форсунки с центральным отверстием d1:
d1= d.Installation for cleaning combustion products from NO x (Fig. 1) includes a
d 1 = d .
Форсунки 7 размещены равномерно в окнах, выполненных в толще (фиг.2) футерованного покрытия стен радиационно-конвективного газохода 9 парового котла, содержащего экранированную камеру 10 сгорания с топливными горелками 11, а также поверхности 12 нагрева (фиг.1). The
Установка очистки дымовых газов от NOx работает следующим образом. Сначала водный раствор мочевины подается в гидролизер 13, где происходят нагрев до 60-150оС и гидролиз мочевины.Installation flue gas cleaning from NO x works as follows. First, an aqueous urea solution is fed to the
Механизм термогидролиза водного раствора мочевины схематично можно изобразить следующим образом:
-
3 HNCO=(HNCO)3 (2)
Лабораторные исследования термогидролиза водного раствора мочевины показали, что разложение мочевины в воде происходит с измеримой скоростью при температурах выше 60оС. Образующиеся в процессе гидролиза аммиак и изоциановая кислота способны селективно восстанавливать оксиды азота, причем восстановление NOx аммиаком и восстановление NOxизоциановой кислотой самостоятельные процессы, каждый из которых состоит из определенных цепей реакций.The mechanism of thermohydrolysis of an aqueous solution of urea can be schematically depicted as follows:
-
3 HNCO = (HNCO) 3 (2)
Laboratory studies thermal hydrolysis of an aqueous urea solution have shown that the decomposition of urea in water at a measurable rate occurs at temperatures above 60 ° C formed during the hydrolysis, ammonia and isocyanic acid capable of selectively reducing the nitrogen oxides, the recovery of NO x and NO x with ammonia isocyanic acid recovery independent processes, each of which consists of certain chains of reactions.
Образовавшаяся восстанавливающая смесь из продуктов гидролиза мочевины направляется в испаритель 3, где сначала за счет кинетической энергии теплоносителя происходит расплавление смеси, затем за счет его тепла полное ее испарение. Из испарителя гомогенизированная смесь поступает к распределительным коллекторам 6 и через впрыскивающие элементы 7 вводится в поток продуктов сгорания. Струи восстанавливающей смеси, истекающие из элементов с диаметром насадка d, равномерно заполняют верхнюю половину газохода 9. Струи восстанавливающей смеси, истекающие из элементов с диаметром насадка d1, равномерно заполняют нижнюю половину газохода.The resulting reducing mixture from the products of urea hydrolysis is sent to the
Критическое истечение струй обеспечивает равенство массовых расходов восстанавливающей смеси через форсунки с одинаковыми диаметрами отверстий насадок. The critical expiration of the jets ensures the equality of the mass flow rates of the reducing mixture through nozzles with the same nozzle bore diameters.
Использование предлагаемого способа высокотемпературного некаталитического селективного восстановления NOx водным раствором мочевины и конструкции устройства для подачи обработанной восстанавливающей смеси в очищаемый поток дымовых газов топливосжигающих агрегатов позволяет интенсифицировать смешение реагентов и повысить эффективность процесса очистки продуктов сгорания топлива от NOx.Using the proposed method of high-temperature non-catalytic selective reduction of NO x with an aqueous solution of urea and the design of a device for supplying the treated reducing mixture to the cleaned flue gas stream of fuel-burning units, it is possible to intensify the mixing of reagents and increase the efficiency of the process of purification of fuel combustion products from NO x .
Предварительное разложение водного раствора мочевины с помощью термогидролиза сокращает затраты времени и энергии, необходимые для разложения мочевины непосредственно в потоке дымовых газов. Одновременно увеличивается время пребывания восстановителей NOx изоциановой кислоты и аммиака в зоне температур, оптимальных для протекания реакции восстановления NOx, что приводит к углублению процесса очистки.The preliminary decomposition of an aqueous urea solution by thermohydrolysis reduces the time and energy required for the decomposition of urea directly in the flue gas stream. At the same time, the residence time of isocyanic acid and ammonia NO x reducing agents is increased in the temperature zone that is optimal for the reaction of NO x reduction, which leads to a deepening of the purification process.
Кроме того, обработка восстановителя перед впрыском в поток отходящих дымовых газов позволяет расширить область применения метода селективного некаталитического восстановления для снижения NOx в выбросах продуктов сгорания топливосжигающих агрегатов.In addition, the treatment of the reducing agent before injection into the exhaust flue gas stream allows us to expand the field of application of the selective non-catalytic reduction method to reduce NO x in the emissions of combustion products of fuel-burning units.
Становится возможным проводить очистку дымовых газов в таких котельных установках и технологических печах, где ранее из-за высокой скорости охлаждения продуктов сгорания или недостаточных размеров реакционной зоны этот метод был неприемлем. Испарение продуктов гидролиза, приводящее к тысячекратному увеличению их объема, а также использование предлагаемого устройства для ввода восстанавливающей смеси позволяют улучшить качество перемешивания восстановителя и обрабатываемого потока дымовых газов, что приводит к значительному повышению степени очистки, снижению расхода мочевины, сокращению проскока непрореагировавших реагентов. It becomes possible to purify flue gases in such boiler plants and process furnaces, where earlier this method was unacceptable due to the high cooling rate of the combustion products or the insufficient size of the reaction zone. The evaporation of hydrolysis products, leading to a thousandfold increase in their volume, as well as the use of the proposed device for introducing a reducing mixture, can improve the mixing quality of the reducing agent and the processed flue gas stream, which leads to a significant increase in the degree of purification, lower urea consumption, and a reduction in the passage of unreacted reagents.
Промышленные испытания способов очистки дымовых газов от NOx путем селективного некаталитического восстановления NOx водным раствором мочевины без применения термогидролиза и с применением термогидролиза и испарения восстанавливающей смеси в испарителе показатели преимущества последнего. Испытания проводились на промышленном котле БУККАУ Московской ГЭС. Технические характеристики котла следующие: паропроизводительность 100 т/ч, давление перегретого пара 90 кг/см2, температура перегретого пара 490оС, топливо природный газ.Industrial tests of methods for purifying flue gases from NO x by selective non-catalytic reduction of NO x with an aqueous urea solution without the use of thermo-hydrolysis and with the use of thermo-hydrolysis and evaporation of the reducing mixture in the evaporator show the advantages of the latter. The tests were carried out at the industrial boiler BUKKAU of the Moscow hydroelectric station. The boiler’s technical characteristics are as follows: steam capacity 100 t / h, superheated steam pressure 90 kg / cm 2 , superheated steam temperature 490 о С, natural gas fuel.
П р и м е р 1. Котел БУККАУ работал в режиме 50%-ной нагрузки. Водный раствор мочевины концентраций 20% впрыскивался в очищаемый поток дымовых газов с помощью двух паровых форсунок типа ФП 125/500 по ОСТ 108.836.04-80, расположенных напротив друг друга. Процесс очистки проводился без предварительного термогидролиза восстанавливающей смеси. Температура в зоне впрыска составляла 1000оС. Результаты испытаний приведены в табл.1.PRI me
П р и м е р 2. Котел БУККАУ работал в режиме 50%-ной нагрузки. Водный раствор мочевины концентраций 20% подавался в ту же температурную область потока продуктов сгорания, что и в примере 1. Впрыск производился с помощью двух паровых форсунок типа ФП 125/500 по ОСТ 108.836.04-80. Процесс очистки проводился с предварительным термогидролизом водного раствора мочевины и последующим испарением образовавшихся веществ, обеспечиваемым путем добавления перегретого пара с температурой 250оС и давлением 5 атм. Результаты испытаний приведены в табл.2.PRI me
П р и м е р 3. Котел БУККАУ работал в режиме 100%-ной нагрузки. Водный раствор мочевины концентраций 5% впрыскивался в очищаемый поток дымовых газов с помощью двух паровых форсунок типа ФП 125/500 по ОСТ 108.836.04 80, расположенных напротив друг друга. Процесс очистки проводился без предварительного термогидролиза восстановителя. Температура отходящих продуктов сгорания в зоне впрыска около 1060оС. Результаты испытаний приведены в табл.3.PRI me
П р и м е р 4. Котел работал в режиме 100%-ной нагрузки. Водный раствор мочевины концентраций 20% подавался в ту же температурную область потока продуктов сгорания, что и в примере 3, однако впрыск осуществлялся посредством 18 форсунок, сгруппированных по три, причем диаметр центрального отверстия насадки одной форсунки в раза превышал диаметр двух других в каждой тройке. Процесс очистки дымовых газов проводился с предварительным термогидролизом водного раствора и его испарением, обеспечиваемым путем добавления перегретого пара с температурой 250оС и давлением 5 атм. Гомогенизированная восстанавливающая смесь поступала в поток продуктов сгорания через систему форсунок с критическими скоростями струй из них. Результаты испытаний приведены в табл.4.PRI me
Как видно из примеров, степень восстановления оксидов азота увеличивается на 15-40% если водный раствор мочевины предварительно подвергнуть термообработке с последующим испарением продуктов реакции обменного разложения. Причем в случаях с использованием термогидролиза и гомогенизации восстановителя снижается проскок непрореагировавшего аммиака, и падение температуры продуктов сгорания в зоне впрыска восстанавливающего агента становится минимальным. Увеличение эффективности процесса очистки дымовых газов от NOx происходит независимо от температуры продуктов сгорания в зоне впрыска восстановителя: и при температуре 1003оС, и при температуре 1058оС.As can be seen from the examples, the degree of reduction of nitrogen oxides increases by 15-40% if the urea aqueous solution is preliminarily subjected to heat treatment, followed by evaporation of the products of the exchange decomposition reaction. Moreover, in cases using thermohydrolysis and homogenization of the reducing agent, the breakdown of unreacted ammonia is reduced, and the temperature drop of the combustion products in the injection zone of the reducing agent becomes minimal. Increasing the efficiency of flue gas treatment process of NO x occurs regardless of the temperature of the combustion products in the reducing agent injection zone: and at a temperature of about 1003 C., and at a temperature of 1058 ° C.
Анализ результатов испытаний, описанных в примерах 2 и 4, позволяет сделать вывод о том, что использование заявленного устройства ввода восстановителя в очищаемые газы одновременно с заявленным способом предварительной обработки водного раствора мочевины значительно увеличивает эффективность процесса восстановления NOx за счет интенсификации процесса смешения впрыскиваемого восстановителя с потоком продуктов сгорания. Степень очистки при этом возрастает до 90%Analysis of the test results described in examples 2 and 4, allows us to conclude that the use of the claimed device for introducing a reducing agent into the gases to be purified simultaneously with the claimed method for pretreating an aqueous urea solution significantly increases the efficiency of the NO x reduction process by intensifying the process of mixing the injected reducing agent with the flow of combustion products. The degree of purification increases up to 90%
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5064692 RU2040737C1 (en) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | Method of and device for cleaning combustion products from nitrogen oxides |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5064692 RU2040737C1 (en) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | Method of and device for cleaning combustion products from nitrogen oxides |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2040737C1 true RU2040737C1 (en) | 1995-07-25 |
Family
ID=21614457
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5064692 RU2040737C1 (en) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | Method of and device for cleaning combustion products from nitrogen oxides |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2040737C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1738818A1 (en) * | 2005-06-30 | 2007-01-03 | Rossiisky Gosudarstvenny Universitet Nefti i Gaza Im I.M. Gubkina | Method for the cleaning of flue gases from nitrogen oxides |
RU2451539C2 (en) * | 2006-10-02 | 2012-05-27 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Device and method of reagent evaporation |
RU2453351C2 (en) * | 2006-05-16 | 2012-06-20 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Method and device for gas mix preparation |
RU2467181C2 (en) * | 2007-05-22 | 2012-11-20 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Method and device for evaporation of fluids |
-
1992
- 1992-08-10 RU SU5064692 patent/RU2040737C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент РСТ N 88105762, кл. C 01B 21/00, 1988. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1738818A1 (en) * | 2005-06-30 | 2007-01-03 | Rossiisky Gosudarstvenny Universitet Nefti i Gaza Im I.M. Gubkina | Method for the cleaning of flue gases from nitrogen oxides |
RU2453351C2 (en) * | 2006-05-16 | 2012-06-20 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Method and device for gas mix preparation |
RU2451539C2 (en) * | 2006-10-02 | 2012-05-27 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Device and method of reagent evaporation |
RU2467181C2 (en) * | 2007-05-22 | 2012-11-20 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Method and device for evaporation of fluids |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7682586B2 (en) | Thermal decomposition of urea in a side stream of combustion flue gas using a regenerative heat exchanger | |
US7615200B2 (en) | Selective catalytic reduction of NOx enabled by urea decomposition in heat-exchanger bypass | |
EP2303431B1 (en) | SELECTIVE CATALYTIC NOx REDUCTION PROCESS AND APPARATUS PROVIDING IMPROVED GASIFICATION OF UREA TO FORM AMMONIA- CONTAINING GAS | |
US8353698B2 (en) | Co-axial injection system | |
EP1339479B1 (en) | SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION OF NOx, ENABLED BY SIDE STREAM UREA DECOMPOSITION | |
US7622093B2 (en) | Method for zonal injection of chemicals into a furnace convective pass to reduce pollutants from flue gases | |
US10583393B2 (en) | Cyclonic injector and method for reagent gasification and decomposition in a hot gas stream | |
CA2125753C (en) | Combined heat exchanger and ammonia injection process | |
US20110002830A1 (en) | SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION OF NOx ENABLED BY SIDESTREAM UREA DECOMPOSITION | |
KR20010043504A (en) | Method and device for selective catalytic reduction of nitrogen oxides in a gaseous medium containing oxygen | |
RU2567626C2 (en) | Method and multicomponent nozzle for recovery of unwanted matters in flue gases and steam generator combustion chamber | |
KR970702097A (en) | A METHOD OF PURIFYING GASES CONTAINING NITROGEN OXIDES AND AN APPARATUS FOR PURIFYING GASES IN A STEAM GENERATION BOILER | |
KR20040086832A (en) | A step-diffuser for overfire air and overfire air/n-agent injector systems | |
JP2000000436A (en) | DEVICE IN NOx REDUCING EQUIPMENT | |
Lee et al. | Kinetics of NOx reduction by urea solution in a pilot scale reactor | |
RU2040737C1 (en) | Method of and device for cleaning combustion products from nitrogen oxides | |
US20040185399A1 (en) | Urea-based mixing process for increasing combustion efficiency and reduction of nitrogen oxides (NOx) | |
CN104971613B (en) | Denitration method for flue gas and the powder material spray gun suitable for flue-gas denitration process | |
RU2008079C1 (en) | Method of cleaning flue gases from nitric oxide and sulfuric oxide | |
RU2138323C1 (en) | Method for gas cleaning of nitrogen oxides | |
JPS5596823A (en) | Denitrifying device for waste heat boiler | |
RU2103607C1 (en) | Device for cleaning flue gases of boiler plant from nitric oxides |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
REG | Reference to a code of a succession state |
Ref country code: RU Ref legal event code: MM4A Effective date: 20100811 |