一種用生物質(zhì)還原燃煤工業(yè)鍋爐煙氣氮氧化物的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用生物質(zhì)還原燃煤工業(yè)鍋爐煙氣氮氧化物的方法及裝置。該方法為：使生物質(zhì)顆粒在輸送過程中發(fā)生高溫?zé)峤夥磻?yīng)析出包括碳氧基、氣基的活性基團(tuán)以及殘余焦；將熱解后的生物質(zhì)顆粒噴入燃煤工業(yè)鍋爐爐膛內(nèi)形成還原區(qū)與煙氣發(fā)生反應(yīng)。該裝置包括生物質(zhì)顆粒輸送裝置、噴嘴和再循環(huán)風(fēng)機(jī)，其中所述生物質(zhì)顆粒輸送裝置由生物質(zhì)料斗、生物質(zhì)給料機(jī)、輸送管連接而成，該輸送管延伸至燃煤工業(yè)鍋爐的爐膛內(nèi)，輸送管位于爐膛內(nèi)的部分為高溫分解段，噴嘴設(shè)置在輸送管的末端；再循環(huán)風(fēng)機(jī)連接在輸送管與鍋爐尾部煙道之間。本發(fā)明針對燃煤工業(yè)爐煙氣排放的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)燃煤工業(yè)鍋爐煙氣中氮氧化物的高效脫硝，脫硝率達(dá)30%-60%，具有廣泛的■推廣及使用價(jià)值。
【專利說明】一種用生物質(zhì)還原燃煤工業(yè)鍋爐煙氣氮氧化物的方法及裝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用生物質(zhì)還原燃煤工業(yè)鍋爐煙氣氮氧化物的方法及裝置，屬于生物質(zhì)能利用與燃煤工業(yè)鍋爐煙氣脫硝【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]我國燃煤工業(yè)鍋爐因具有數(shù)量多、平均蒸發(fā)量小，單臺(tái)排放污染物量少，總的排放污染物量大等特點(diǎn)，對大氣中氮氧化物(NOx)的排放貢獻(xiàn)巨大，僅次于火電行業(yè)和機(jī)動(dòng)車尾氣位列第三，是影響城市空氣環(huán)境質(zhì)量的主要污染源之一。目前我國針對固定源NOx減排控制技術(shù)多采用的是低氮燃燒和還原法(選擇性催化還原法、選擇性非催化還原法)兩種技術(shù)。其中，低氮燃燒技術(shù)雖然成本較低，系統(tǒng)運(yùn)行條件要求較低，但存在的缺陷是對NOx的去除效果十分有限，其脫硝效率一般在20-30%以下，無法滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。而還原法盡管脫硝效率較高，但該技術(shù)的缺點(diǎn)是初始投資大，運(yùn)行成本過高，且一般都采用氨、尿素等農(nóng)用肥料為脫硝劑，如在我國大范圍使用，勢必會(huì)造成我國環(huán)保與農(nóng)業(yè)對氨資源的競爭。再燃技術(shù)以其適應(yīng)性廣以及較高脫硝效率被視為一種非常有效的電站鍋爐脫硝技術(shù)。而以生物質(zhì)為燃料的再燃脫硝技術(shù)又因具有脫硝效率高和二氧化碳零排放等特點(diǎn)成為目前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。然而，目前國內(nèi)外關(guān)于生物質(zhì)再燃技術(shù)的研究主要是針對大型電站鍋爐，對于該技術(shù)在工業(yè)鍋爐上的應(yīng)用研究目前還是空白，其沒有實(shí)現(xiàn)的主要原因有以下幾點(diǎn):
[0003]1、燃煤工業(yè)鍋爐負(fù)荷變化頻繁，尤其是北方供暖鍋爐，在冬季供暖期有初寒期、嚴(yán)寒期和末寒期，鍋爐負(fù)荷大多在30-40%、60-80%、80-100%三個(gè)檔運(yùn)行。
[0004]2、工業(yè)鍋爐一般煙氣溫度較低，不利于生物質(zhì)直接再燃脫硝。
[0005]3、工業(yè)鍋爐煙氣中一般含氧量為10-12%左右。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種用生物質(zhì)還原燃煤工業(yè)鍋爐煙氣氮氧化物的方法，針對燃煤工業(yè)爐煙氣排放的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)燃煤工業(yè)鍋爐煙氣中氮氧化物的高效脫硝。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于提供一種用生物質(zhì)還原燃煤工業(yè)鍋爐煙氣氮氧化物的裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0009]一種用生物質(zhì)還原燃煤工業(yè)鍋爐煙氣氮氧化物的方法，包括:使生物質(zhì)顆粒在輸送過程中發(fā)生高溫?zé)峤夥磻?yīng)析出包括碳?xì)浠被幕钚曰鶊F(tuán)以及殘余焦；將熱解后的生物質(zhì)顆粒噴入燃煤工業(yè)鍋爐爐膛內(nèi)形成還原區(qū)，與煙氣發(fā)生反應(yīng)。
[0010]其中，生物質(zhì)顆粒在高溫分解段的熱解反應(yīng)如下:
[0011]
b1mass rymly^ >CH丨 +NHi +char +...
[0012]本發(fā)明中，生物質(zhì)顆粒在噴入爐膛之前先在高溫下發(fā)生熱解反應(yīng)，析出碳?xì)浠被然钚曰鶊F(tuán)，有利于煙氣中的氮氧化物在還原區(qū)被最大限度地同相還原反應(yīng)生成氮?dú)猓瑫r(shí)，生物質(zhì)熱解后的殘余焦又能夠積極與煙氣中的氮氧化物發(fā)生異相還原反應(yīng)，生成氮?dú)?。所述的同相還原反應(yīng)和異相還原反應(yīng)如下所示:
[0013]同相還原反應(yīng)為:2NO-1- 2CnHm + (2n + —- 1)0: -> N2 + 2nC02 + mH20
[0014]NCHNHi — N2+...
[0015]異相還原反應(yīng)為:C +NO — ^N2 +COXO2


L
[0016]優(yōu)選地，所述的生物質(zhì)顆粒通過由燃煤工業(yè)鍋爐排出的熱煙氣輸送，熱煙氣的溫度為50°C -150°c。利用燃煤鍋爐尾部煙道排出的部分熱煙氣將生物質(zhì)顆粒噴入爐膛內(nèi)，不但有利于形成還原反應(yīng)所需的低化學(xué)當(dāng)量比，還能夠強(qiáng)化生物質(zhì)顆粒射流剛性和還原區(qū)混合條件。首先，由于燃煤鍋爐尾部煙道排出的部分熱煙氣含氧量較低，在與鍋爐爐膛內(nèi)煙氣混合時(shí)易于形成符合還原區(qū)要求的低化學(xué)當(dāng)量比；其次，燃煤鍋爐尾部煙道排出的部分熱煙氣在經(jīng)預(yù)熱段之后的溫度與鍋爐爐膛內(nèi)的煙氣溫度接近，且保證生物質(zhì)的噴入速度在30m/s-50m/s時(shí)，即可增強(qiáng)生物質(zhì)顆粒射流剛性，強(qiáng)化還原區(qū)的混合條件。
[0017]優(yōu)選地，所述生物質(zhì)顆粒在900°C -1100°C下進(jìn)行熱解反應(yīng)，熱分解時(shí)間為
0.3s_l.4s。
[0018]本發(fā)明中生物質(zhì)是以揮發(fā)分和生物質(zhì)焦的形式與煙氣中的氮氧化物發(fā)生反應(yīng)，因此，可在較低溫度范圍具有良好的脫硝效果。一般地，電站鍋爐生物質(zhì)再燃脫硝效率最佳反應(yīng)溫度在1000°c -1200°c，而本發(fā)明中生物質(zhì)還原氮氧化物的最佳反應(yīng)溫度在700 0C -900。。。
[0019]本發(fā)明將生物質(zhì)作為脫硝劑先進(jìn)行預(yù)分解，以揮發(fā)分和生物質(zhì)焦的形式噴入爐膛，進(jìn)行還原反應(yīng)。此時(shí)，生物質(zhì)的投加量較少，生物質(zhì)投加量按生物質(zhì)顆粒發(fā)熱量占鍋爐總發(fā)熱量的0.5% -2%投加，對鍋爐燃燒效率幾乎沒有影響。因此，當(dāng)工業(yè)鍋爐負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，只需對生物質(zhì)用量進(jìn)行微調(diào)即可，而生物質(zhì)的脫硝效率始終能夠保持在40%以上。一般地，當(dāng)鍋爐負(fù)荷在30% -40%時(shí)，生物質(zhì)脫硝效率可達(dá)40%左右；當(dāng)鍋爐負(fù)荷在60% -80%時(shí)，生物質(zhì)脫硝效率可達(dá)50%左右；當(dāng)鍋爐負(fù)荷在80% -100%時(shí)，生物質(zhì)脫硝效率可達(dá)60%左右。
[0020]本發(fā)明中，將生物質(zhì)在過量空氣系數(shù)為0.3-0.9的環(huán)境中進(jìn)行預(yù)分解，隨后以揮發(fā)分和生物質(zhì)焦的形式噴入氧濃度較高的爐膛，在局部形成還原區(qū)。一般地，電站鍋爐生物質(zhì)再燃還原區(qū)的最佳過量空氣系數(shù)為0.7-0.9，而本發(fā)明生物質(zhì)還原氮氧化物的最佳過量空氣系數(shù)為1.0-1.5。
[0021]一種用于實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置，該裝置包括生物質(zhì)顆粒輸送裝置、噴嘴和再循環(huán)風(fēng)機(jī)，其中所述生物質(zhì)顆粒輸送裝置由生物質(zhì)料斗、生物質(zhì)給料機(jī)、輸送管連接而成，該輸送管延伸至燃煤工業(yè)鍋爐的爐膛內(nèi)，輸送管位于爐膛內(nèi)的部分為高溫分解段，噴嘴設(shè)置在輸送管的末端；再循環(huán)風(fēng)機(jī)連接在輸送管與鍋爐尾部煙道之間。
[0022]其中，所述噴嘴的開口朝上，呈漏斗狀，其外壁與水平線呈30°夾角。
[0023]本發(fā)明的有益效果為:
[0024]I)本發(fā)明將燃煤工業(yè)鍋爐尾部煙道來的部分熱煙氣作為生物質(zhì)顆粒的輸送介質(zhì)，有利于形成還原反應(yīng)所需的低化學(xué)當(dāng)量比，同時(shí)能夠強(qiáng)化生物質(zhì)顆粒射流剛性和還原區(qū)混合條件。
[0025]2)本發(fā)明中，生物質(zhì)顆粒在被噴入爐膛之前，先在高溫分解段發(fā)生熱解反應(yīng)，析出碳?xì)浠被然钚曰鶊F(tuán)，有利于煙氣中的氮氧化物在還原區(qū)被最大限度地同相還原為氮?dú)猓瑫r(shí)，生物質(zhì)熱解后的殘余焦又能夠積極與煙氣中的氮氧化物發(fā)生異相還原反應(yīng)，生成氮?dú)?，通過以上雙重作用有效地提高了生物質(zhì)還原氮氧化物效率。
[0026]3)本發(fā)明直接利用生物質(zhì)粉碎后的顆粒作為脫硝劑，符合國家關(guān)于生物質(zhì)能的高效開發(fā)和利用政策，將生物質(zhì)合理利用技術(shù)與燃煤工業(yè)鍋爐脫硝技術(shù)結(jié)合，降低了生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和成本，在基本不影響工業(yè)鍋爐原來燃燒狀況的條件下，有效降低了氮氧化物的排放。
[0027]4)本發(fā)明適用于新建鍋爐，以及對在運(yùn)行鍋爐的改造。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明用生物質(zhì)還原燃煤工業(yè)鍋爐煙氣氮氧化物的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]如圖1所示，本發(fā)明用生物質(zhì)還原燃煤工業(yè)鍋爐煙氣氮氧化物的裝置包括生物質(zhì)料斗1、生物質(zhì)給料機(jī)2、輸送管3、噴嘴4和再循環(huán)風(fēng)機(jī)6。其中，生物質(zhì)料斗1、生物質(zhì)給料機(jī)2、輸送管3相互連接構(gòu)成生物質(zhì)顆粒輸送裝置，輸送管延伸至燃煤工業(yè)鍋爐的爐膛內(nèi)，用于將生物質(zhì)顆粒輸送至爐膛內(nèi)形成還原區(qū)。輸送管3位于爐膛內(nèi)的部分為高溫分解段H，噴嘴4設(shè)置在輸送管3的末端，噴嘴4開口的形狀、大小等可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇和調(diào)整，考慮到自噴嘴噴出的生物質(zhì)顆粒的分散程度以及與煙氣的接觸面積，優(yōu)先選擇開口朝上、呈漏斗狀的噴嘴，其外壁與水平線呈30°夾角為宜。再循環(huán)風(fēng)機(jī)6連接在輸送管3與鍋爐尾部煙道之間。
[0030]該裝置在使用過程中，生物質(zhì)顆粒儲(chǔ)存在生物質(zhì)料斗I中，經(jīng)生物質(zhì)給料機(jī)2給料至輸送管3，循環(huán)風(fēng)機(jī)6將鍋爐尾部的煙氣輸送至輸送管3，作為動(dòng)力將生物質(zhì)顆粒輸送并噴入爐膛內(nèi)的還原區(qū)R，而生物質(zhì)顆粒在進(jìn)入爐膛之前需要在高溫分解段H進(jìn)行高溫?zé)峤夥磻?yīng)，控制高溫分解段的溫度在900°C -1100°C，并控制生物質(zhì)顆粒高溫分解段停留時(shí)間為
0.3s_l.4s。
[0031]本發(fā)明對生物質(zhì)物料的選用沒有特殊要求，一般可用在電站再燃技術(shù)中的生物質(zhì)物料都可選用，如木屑、玉米秸、稻殼以及花生殼等。
[0032]實(shí)施例1
[0033]參見圖1所示，選擇華北地區(qū)常見的楊木屑作為生物質(zhì)物料，選擇2t/h燃煤實(shí)驗(yàn)鍋爐進(jìn)行測試，利用燃煤實(shí)驗(yàn)鍋爐尾部煙道來的部分熱煙氣通過輸送管3將生物質(zhì)顆粒先經(jīng)高溫分解段H，再噴入爐膛形成還原區(qū)R，生物質(zhì)顆粒在高溫分解段H發(fā)生熱解反應(yīng)，析出碳?xì)浠被然钚曰鶊F(tuán)。
[0034]生物質(zhì)顆粒發(fā)熱量占鍋爐總發(fā)熱量的1.2%，鍋爐尾部煙道來的熱煙氣溫度為IlO0C,煙氣量為鍋爐排煙量的5%，其攜帶生物質(zhì)顆粒后的過量空氣系數(shù)為0.65。高溫分解段H的溫度為950°C，生物質(zhì)顆粒在高溫分解段H的停留時(shí)間為0.9s。生物質(zhì)的噴入速度為35m/s。還原區(qū)R的溫度為850°C，過量空氣系數(shù)為1.0。
[0035]在還原區(qū)R，碳?xì)浠?、氨基等活性基團(tuán)與工業(yè)鍋爐煙氣中的氮氧化物發(fā)生同相還原反應(yīng)生成氮?dú)?，同時(shí)生物質(zhì)熱解后的殘余焦與氮氧化物發(fā)生異相還原反應(yīng)，將鍋爐煙氣中的氮氧化物還原成氮?dú)狻?br> [0036]采用上述方法和裝置可有效地脫除燃煤工業(yè)鍋爐煙氣中的氮氧化物含量，在基本不影響鍋爐效率的前提下，使脫硝效率達(dá)50%。
[0037]實(shí)施例2
[0038]本實(shí)施例的工藝條件與實(shí)施例1大致相同，其中高溫分解段H的溫度為1050°C，還原區(qū)R的溫度為900°C，此時(shí)脫硝效率達(dá)55%。
[0039]實(shí)施例3
[0040]工藝條件與實(shí)施例1大致相同，其中高溫分解段H的溫度為900°C，還原區(qū)R的溫度為700°C，此時(shí)脫硝效率達(dá)38%。
[0041]綜上所述，本發(fā)明的方法和裝置可有效地促進(jìn)碳?xì)浠?、氨基等活性基團(tuán)與鍋爐煙氣中氮氧化物之間的同相還原反應(yīng)以及生物質(zhì)熱解后的殘余焦與鍋爐煙氣中氮氧化物之間的異相還原反應(yīng)，從而極大地降低了工業(yè)鍋爐煙氣中的氮氧化物濃度，脫硝率達(dá)30% -60%。利用易得的生物質(zhì)原料即可達(dá)到減少污染，保護(hù)環(huán)境的目的，且容易對現(xiàn)有鍋爐進(jìn)行改造，以符合環(huán)保要求，由此該技術(shù)具有廣泛的推廣及使用價(jià)值。
【權(quán)利要求】
1.一種用生物質(zhì)還原燃煤工業(yè)鍋爐煙氣氮氧化物的方法，其特征在于，使生物質(zhì)顆粒在輸送過程中發(fā)生高溫?zé)峤夥磻?yīng)析出包括碳?xì)浠?、氨基的活性基團(tuán)以及殘余焦；將熱解后的生物質(zhì)顆粒噴入燃煤工業(yè)鍋爐爐膛內(nèi)形成還原區(qū)，與煙氣發(fā)生反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用生物質(zhì)還原燃煤工業(yè)鍋爐煙氣氮氧化物的方法，其特征在于，所述熱解后的生物質(zhì)顆粒通過由燃煤工業(yè)鍋爐排出的熱煙氣輸送，熱煙氣的溫度為500C -150°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用生物質(zhì)還原燃煤工業(yè)鍋爐煙氣氮氧化物的方法，其特征在于，所述生物質(zhì)顆粒噴入還原區(qū)的速度為30m/s-50m/so
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用生物質(zhì)還原燃煤工業(yè)鍋爐煙氣氮氧化物的方法，其特征在于，所述生物質(zhì)顆粒在900°C -1100°C下進(jìn)行熱解反應(yīng)，熱分解時(shí)間為0.3s-l.4s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用生物質(zhì)還原燃煤工業(yè)鍋爐煙氣氮氧化物的方法，其特征在于，所述還原區(qū)的溫度為700°C -900°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用生物質(zhì)還原燃煤工業(yè)鍋爐煙氣氮氧化物的方法，其特征在于，所述生物質(zhì)的投加量按生物質(zhì)顆粒發(fā)熱量占鍋爐總發(fā)熱量的0.5% -2%投加。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用生物質(zhì)還原燃煤工業(yè)鍋爐煙氣氮氧化物的方法，其特征在于，所述生物質(zhì)在過量空氣系數(shù)為0.3-0.9的環(huán)境中進(jìn)行熱分解反應(yīng)。
8.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于，該裝置包括生物質(zhì)顆粒輸送裝置、噴嘴和再循環(huán)風(fēng)機(jī)，其中所述生物質(zhì)顆粒輸送裝置由生物質(zhì)料斗、生物質(zhì)給料機(jī)、輸送管連接而成，該輸送管延伸至燃煤工業(yè)鍋爐的爐膛內(nèi)，輸送管位于爐膛內(nèi)的部分為高溫分解段，噴嘴設(shè)置在輸送管的末端；再循環(huán)風(fēng)機(jī)連接在輸送管與鍋爐尾部煙道之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述噴嘴的開口朝上，呈漏斗狀，其外壁與水平線呈30°夾角。
【文檔編號(hào)】F23B90/06GK104214767SQ201410398514
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】束韞, 張凡, 王洪昌, 朱金偉, 田剛, 黃家玉, 劉宇, 王紅梅 申請人:中國環(huán)境科學(xué)研究院