專利名稱：增強(qiáng)選擇性非催化還原反應(yīng)煙氣脫硝的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)選擇性非催化還原反應(yīng)煙氣脫硝的方法。適用于選擇性非催化還原法輔助燃燒和噴槍霧化，應(yīng)用于電廠鍋爐、水泥預(yù)分解爐和垃圾焚燒爐NOx減排。
背景技術(shù)：
煤粉燃燒產(chǎn)生的氮氧化物除了作為一次污染物傷害人體健康外，還會(huì)產(chǎn)生多種二次污染。氮氧化物是生成臭氧的重要前體物之一，也是形成區(qū)域細(xì)粒子污染和灰霾的重要原因。除了通過改善燃燒技術(shù)降低NOx排放，SNCR技術(shù)已被證明是一種有效的煙氣脫硝手段。SNCR是在1973年由Exxon申請(qǐng)的專利的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，該專利介紹了在 燒成排氣階段還原NO。按照該專利的作法，當(dāng)溫度為870 1095°C時(shí)，在有氧的情況下將氨或氨的先驅(qū)物注入排出的氣體流中，NO便會(huì)按照下面的反應(yīng)式進(jìn)行選擇性還原4N0+4NH3+02 — N2+6H20。Lyon 在美國(guó)專利(3900554)和 Arand 在美國(guó)專利(4208386，4325924)對(duì)SNCR的進(jìn)一步實(shí)用化進(jìn)行了改進(jìn)。將氨作為還原劑的方法稱Exxon法，美國(guó)稱此為De — NOx法，德國(guó)稱此為熱力NOx法，該法由美國(guó)Exxon研究和工程公司于1975年開發(fā)并獲得專利。使用尿素與增強(qiáng)劑的方法，稱為燃燒技術(shù)中的脫NO法，也稱NOxOUT法。該法由EPRI于1980年研制并獲得專利，美國(guó)Fuel Tech公司在此基礎(chǔ)上作了工藝完善，并持有幾項(xiàng)補(bǔ)充專利。目前公認(rèn)氨和尿素是較為合適的還原劑。通常SNCR的脫硝效率在30% 50%左右。兩大問題嚴(yán)重影響其脫硝效率。首先是狹窄的溫度窗口。無(wú)論是在燃煤鍋爐或是在水泥分解爐和垃圾焚燒爐內(nèi)，SNCR的反應(yīng)只有在850°C — 1200°C狹窄的溫度區(qū)間內(nèi)，而且反應(yīng)還必須在該溫度區(qū)問有一定的停留時(shí)間才能達(dá)到最好效果。這在一定程度上嚴(yán)重限制了 SNCR的實(shí)際效果。另一個(gè)問題是對(duì)于較大的爐膛，由于SNCR溶液與煙氣的混合不均勻，同樣造成還原反應(yīng)的不充分，甚至還會(huì)帶來(lái)氨逃逸的問題。目前針對(duì)溫度窗口問題，普通的方法是采用CFD數(shù)值模擬或者實(shí)際測(cè)量爐膛內(nèi)的溫度分布，選擇合適的高度分層布置SNCR噴槍。這種方法的一個(gè)前提是爐膛內(nèi)必須存在850 0C- 1250°C的區(qū)域，而且考慮到安裝的問題，這個(gè)區(qū)域尺寸不能太窄而且位置要便于安裝。對(duì)于像水泥分解爐內(nèi)，由于同時(shí)還存在一個(gè)吸熱反應(yīng)，就是生料的分解，碳酸鈣在高溫作用下分解成氧化鈣和二氧化碳。這個(gè)吸熱的過程會(huì)導(dǎo)致溫度的快速下降。另外一個(gè)SNCR溶液與煙氣混合的問題，目前采用空氣(蒸汽)霧化和機(jī)械霧化SNCR溶液，將尿素和氨溶液破碎成微小的液滴，增加與煙氣的混合。這種霧化的局限在于，對(duì)于較大尺寸的爐膛，如果霧化液滴尺寸太細(xì)，液滴的動(dòng)量不足以噴射到爐膛中央，如果液滴尺寸太粗，雖然液滴能噴射到爐膛中央，但又可能會(huì)造成液滴來(lái)不及蒸發(fā)，同樣達(dá)不到混合均勻的效果。同時(shí)，由于運(yùn)行負(fù)荷的變化性和燃煤成分的復(fù)雜性，加大了溫度窗口狹窄和混合不均勻問題的影響。雖然目前已有一些研究在探索輔助添加劑氫、甲烷、一氧化碳以及納化合物等，也有使用氧氣為添加劑擴(kuò)展溫度窗口(CN 1668877A)的專利，但還不能同時(shí)為這兩種問題提供解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的針對(duì)選擇性非催化還原反應(yīng)(SNCR)在電廠燃煤鍋爐、水泥窯爐以及垃圾焚燒爐內(nèi)的煙氣脫硝應(yīng)用中，由于合適反應(yīng)的溫度范圍狹窄，以及反應(yīng)溶液與煙氣的混合不均勻，還原劑與NOx不能充分反應(yīng)，導(dǎo)致SNCR脫硝效率低，而且?guī)?lái)氨逃逸和氨泄漏等問題，提供一種增強(qiáng)選擇性非催化還原反應(yīng)煙氣脫硝的方法。增強(qiáng)選擇性非催化還原反應(yīng)煙氣脫硝的方法在選擇性非催化還原反應(yīng)噴槍旁附加一個(gè)二甲醚噴射微管，使得在選擇性非催化還原反應(yīng)反應(yīng)區(qū)內(nèi)摻混微量二甲醚進(jìn)入噴射區(qū)，噴入的二甲醚的含量與煙氣中的NOx的物質(zhì)的量之摩爾比為O I. 2，二甲醚的低溫蒸發(fā)效應(yīng)使擇性非催化還原反應(yīng)還原劑在噴入溫度區(qū)間為650°C 1150°C爐膛后，發(fā)生閃擊沸騰效應(yīng)，增強(qiáng)霧化效果，同時(shí)二甲醚在爐膛高溫環(huán)境下分解生成的中間產(chǎn)物H基能促進(jìn)選擇性非催化還原反應(yīng)所需的OH基元的生成，促進(jìn)選擇性非催化還原反應(yīng)效果，噴入 二甲醚后，將選擇性非催化還原反應(yīng)原來(lái)所需的溫度窗口 850°C 1200°C擴(kuò)展為650°C 1250°C，同時(shí)增強(qiáng)的霧化效果可以將煙氣在爐膛內(nèi)的所需停留時(shí)間縮短O. Is O. 3s，從而將選擇性非催化還原反應(yīng)脫銷效率從30% 50%提高至40% 70%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果
1)加入DME使得SNCR脫硝的有效溫度窗口拓寬，避免了由于煙氣爐膛內(nèi)溫度窗口狹窄和溫度過低而使SNCR反應(yīng)不充分的情況；
2)加入DME后，充分利用DME在爐膛內(nèi)的閃擊沸騰效應(yīng)，改善SNCR溶液噴射效果，增加還原劑與煙氣的混合度，提高SNCR反應(yīng)速度；
通過加入DME拓寬SNCR溫度窗口和加速催化還原反應(yīng)，可以改善常規(guī)爐膛內(nèi)由于停留時(shí)間不足造成SNCR反應(yīng)不充分的情況；
通過提高SNCR反應(yīng)區(qū)間和速度，提高還原劑的利用率，有效降低氨逃逸和氨泄漏；
3)本發(fā)明采用的添加劑DME，與LPG持有相似的物性，國(guó)內(nèi)法規(guī)中的高壓氣體安全法規(guī)適用。而且DME具有優(yōu)良的混溶性，能同大多數(shù)極性和非極性有機(jī)溶劑混溶。輸送與儲(chǔ)藏系統(tǒng)也與LPG相同,對(duì)金屬無(wú)腐蝕,便于安裝和改造；
4)本發(fā)明中添加的DME含量很少，其分子式為CH3-O-CH3,純粹為碳?xì)湓貥?gòu)成，作為SNCR反應(yīng)的添加劑，不會(huì)對(duì)原系統(tǒng)產(chǎn)生其它不良影響，也不會(huì)明顯產(chǎn)生二次污染物。


圖I是燃煤鍋爐內(nèi)加入DME促進(jìn)SNCR脫硝系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu) 圖2是水泥預(yù)分解爐膛內(nèi)加入DME促進(jìn)SNCR脫硝過程的系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu) 圖3是SNCR噴槍布置圖4是DME溶液閃擊沸騰過程；
圖5是SNCR+DME脫硝反應(yīng)途徑示意 圖中，煙氣出口 I、燃燒器2、爐膛3、多層噴槍4、煙氣出口 5、SNCR噴槍6、DME注入器
7、噴射溶液8、生料入口 9、DME溶液液滴10、DME溶液液滴受熱破碎11、DME溶液沸騰12。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理及其實(shí)施過程作說(shuō)明。增強(qiáng)選擇性非催化還原反應(yīng)煙氣脫硝的方法在選擇性非催化還原反應(yīng)噴槍旁附加一個(gè)二甲醚(DME)噴射微管，使得在選擇性非催化還原反應(yīng)反應(yīng)區(qū)內(nèi)摻混微量二甲醚進(jìn)入噴射區(qū)，噴入的二甲醚的含量與煙氣中的NOx的物質(zhì)的量之摩爾比為O I. 2，二甲醚的低溫蒸發(fā)效應(yīng)使擇性非催化還原反應(yīng)還原劑在噴入溫度區(qū)間為650°C 1250°C爐膛后，發(fā)生閃擊沸騰效應(yīng)，增強(qiáng)霧化效果，同時(shí)二甲醚在爐膛高溫環(huán)境下分解生成的中間產(chǎn)物H基能促進(jìn)選擇性非催化還原反應(yīng)所需的OH基元的生成，促進(jìn)選擇性非催化還原反應(yīng)效果，噴入二甲醚后，將選·擇性非催化還原反應(yīng)原來(lái)所需的溫度窗口 850°C 1200°C擴(kuò)展為650°C 1250°C，同時(shí)增強(qiáng)的霧化效果可以將煙氣在爐膛內(nèi)的所需停留時(shí)間縮短O. Is
O.3s，從而將選擇性非催化還原反應(yīng)脫銷效率從30% 50%提高至40% 70%。本發(fā)明涉及以煤粉為主要燃料的電場(chǎng)鍋爐、工業(yè)鍋爐、水泥預(yù)分解爐和垃圾焚燒爐等利用尿素和氨為還原劑降低煙氣中NOx的SNCR系統(tǒng)，該系統(tǒng)將尿素或氨作為還原劑噴入爐膛中，通過一系列的復(fù)雜反應(yīng)過程將NOx還原為N2和水。SNCR系統(tǒng)包括尿素或氨溶液配制系統(tǒng)、在線稀釋計(jì)量系統(tǒng)和噴射系統(tǒng)構(gòu)成。本發(fā)明通過一種輔助添加劑加入噴射系統(tǒng)，該添加劑以微量DME為原料，在DME噴射到爐膛SNCR反應(yīng)區(qū)后，可以拓展SNCR反應(yīng)有效溫度區(qū)間，并增強(qiáng)還原劑與煙氣的混合，縮短停留時(shí)間，提高脫硝效率，并減少氨逃逸問題。如圖I所示，燃煤鍋爐的煙氣主要鍋爐下部一次、二次風(fēng)燃燒產(chǎn)生，由I進(jìn)入爐膛中上部，燃燒器2進(jìn)行低氮燃燒并提升煙氣溫度。在煙氣經(jīng)過爐膛中3后，根據(jù)溫度分布情況可以接入SNCR噴射系統(tǒng)4，輔助添加劑DME通過注入器7同時(shí)加入到原有SNCR噴射器6，最終煙氣從出口 5排出。還原劑噴射系統(tǒng)根據(jù)煙氣量大小、脫硝指標(biāo)和溫度分布設(shè)置分層分布式結(jié)構(gòu)如附圖3。DME在噴射到爐膛后，將產(chǎn)生閃擊沸騰現(xiàn)象如附圖4，DME溶液液滴10在受熱狀態(tài)下發(fā)生DME溶液液滴破碎11，最后DME溶液閃擊沸騰12，增加了還原劑與煙氣的混合，從而提高脫硝效率，降低氨逃逸。原有的大顆粒物尺寸的液滴DME強(qiáng)烈的沸騰蒸發(fā)作用下迅速破裂分解成細(xì)微的小液滴，這將有效增強(qiáng)還原劑與煙氣的混合。并且DME在燃燒過程中產(chǎn)生的H基元激發(fā)NH3形成NH2，從而促進(jìn)NOx可以在更寬松的溫度氛圍下正向被還原。DME增強(qiáng)SNCR脫硝反應(yīng)機(jī)理如圖5。如圖2所示，水泥分解爐的煙氣主要由回轉(zhuǎn)爐窯尾I進(jìn)入爐膛，預(yù)分解爐底部通常設(shè)有三次風(fēng)進(jìn)口，混合煤粉通過燃燒器2燃燒并提升煙氣溫度，水泥生料9從燃燒區(qū)域上部進(jìn)入。在煙氣經(jīng)過分解爐中上部位直管道3時(shí)，根據(jù)溫度分布情況可以接入SNCR噴射系統(tǒng)4，輔助添加劑4同時(shí)加入到原有噴射器6。
權(quán)利要求
1.一種增強(qiáng)選擇性非催化還原反應(yīng)煙氣脫硝的方法，其特征在于，在選擇性非催化還原反應(yīng)噴槍旁附加ー個(gè)ニ甲醚噴射微管，使得在選擇性非催化還原反應(yīng)反應(yīng)區(qū)內(nèi)摻混微量ニ甲醚進(jìn)入噴射區(qū)，噴入的ニ甲醚的含量與煙氣中的NOx的物質(zhì)的量之摩爾比為O I. 2，ニ甲醚的低溫蒸發(fā)效應(yīng)使擇性非催化還原反應(yīng)還原劑在噴入溫度區(qū)間為650°C 1250°C爐膛后，發(fā)生閃擊沸騰效應(yīng)，增強(qiáng)霧化效果，同時(shí)ニ甲醚在爐膛高溫環(huán)境下分解生成的中間產(chǎn)物OH基是選擇性非催化還原反應(yīng)所需的關(guān)鍵基元，促進(jìn)選擇性非催化還原反應(yīng)效果，噴入ニ甲醚后，將選擇性非催化還原反應(yīng)原來(lái)所需的溫度窗ロ 850°C 1200°C擴(kuò)展為.650°C 1250°C，同時(shí)增強(qiáng)的霧化效果可以將煙氣在爐膛內(nèi)的所需停留時(shí)間縮短O. Is O.3s，從而將選擇性非催化還原反應(yīng)脫銷效率從30% 50%提高至40% 70%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種增強(qiáng)選擇性非催化還原反應(yīng)煙氣脫硝的方法。在選擇性非催化還原反應(yīng)噴槍旁附加二甲醚噴射微管，在選擇性非催化還原反應(yīng)反應(yīng)區(qū)內(nèi)摻混微量二甲醚，噴入的二甲醚的含量與煙氣中的NOx的物質(zhì)的量之摩爾比為0～1.2，二甲醚的低溫蒸發(fā)效應(yīng)使擇性非催化還原反應(yīng)還原劑發(fā)生閃擊沸騰效應(yīng)，增強(qiáng)霧化效果，同時(shí)二甲醚在爐膛高溫環(huán)境下分解生成的中間產(chǎn)物H基能促進(jìn)選擇性非催化還原反應(yīng)所需的OH基元的生成，促進(jìn)選擇性非催化還原反應(yīng)效果，噴入二甲醚后，將選擇性非催化還原反應(yīng)原來(lái)所需的溫度窗口拓寬，同時(shí)增強(qiáng)的霧化效果可以將煙氣在爐膛內(nèi)的所需停留時(shí)間縮短。本發(fā)明提高了選擇性非催化還原反應(yīng)脫銷效率。
文檔編號(hào)B01D53/79GK102671532SQ20121018994
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者孫在, 曲成剛 申請(qǐng)人:杭州浙大天元科技有限公司