[發明專利]層燃飛灰半焦活化并用于爐內催化還原氮氧化物的裝置及工藝

有效

• 申請號: 201210213117.9
• 申請日: 2012-06-26
• 公開（公告）號: CN102734791A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 高建民;吳少華;趙廣播;杜謙;高繼慧;徐力;孫銳;孫紹增;秦裕琨
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F23B70/00
• 分類號: F23B70/00;F23J15/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

技術領域

本發明涉及一種能實現層燃鍋爐氮氧化物減排的裝置及工藝。

背景技術

我國現役燃煤工業鍋爐約54.6萬臺，占目前在役工業鍋爐總數的85％，且每年以1.5％左右的速度遞增。燃煤工業鍋爐年用煤量5-6億噸，約占全國年用煤總量的18％。工業鍋爐每年的總能源消耗和污染排放均位居全國工業行業第二。

在工業鍋爐污染物減排的研究中，SO₂和煙塵的研究開展比較早，而且已經取得不少的研究成果，并已經工業化應用。由于工業鍋爐低溫燃燒等特點，使得其生成的NOx量相比較少(400-700mg/Nm³)。所以，工業鍋爐的NOx減排工作一直未受到充分的重視。近幾年我國的環保要求逐年提高，使得工業鍋爐的NOx排放問題越發凸顯。特別是NOx在城市空氣環境中對PM_2.5的二次源貢獻率逐漸受到關注。因此，開發與燃燒過程協同的經濟型層燃鍋爐低NOx燃燒技術，顯得十分緊迫。

我國目前層燃鍋爐用煤尚不能實現動力配煤。燃用的煤種粒徑分布跨度很大，3-5mm以下的顆粒占有很大的比例。這種情況就導致了燃燒飛灰中含有大量的未燃盡半焦，其粒徑分布從0.1mm-2mm不等。這一部分半焦是煤經過初步熱解或氣化后的產物，被煙氣直接從爐排上帶走進入鍋爐除塵裝置。如果能夠把這一部分半焦從煙氣中選擇性的分離出來，將其送回燃燒室的適宜位置，在保證其燃盡的前提下，將可能實現其對燃燒過程中生成NO的有效還原。

發明內容

本發明的目的是提供一種層燃飛灰半焦活化并用于爐內催化還原氮氧化物的裝置及工藝，以解決目前層燃鍋爐NOx排放量大，缺少經濟高效NOx控制技術的問題。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：裝置方案：所述裝置包括層燃鍋爐、選擇性氣固分離器、半焦倉、增濕活化器、第一管路、風機、熱空氣管和/或熱煙氣管，層燃鍋爐的左爐墻和右爐墻對稱布置有旋流噴射器，層燃鍋爐的含塵煙氣和半焦出口端通過第一管路與選擇性氣固分離器的含塵煙氣和半焦進口端連通，選擇性氣固分離器的頂部設有含塵煙氣出口端，選擇性氣固分離器的半焦出口端與半焦倉的半焦進口端連通，半焦倉的半焦出口端與增濕活化器的半焦進口端連通，增濕活化器的設有水蒸汽進口端，熱空氣管和/或熱煙氣管通過風機與增濕活化器的熱空氣和/或熱煙氣進口端連通，增濕活化器的出口端與兩個旋流噴射器連通。

方法方案：所述工藝包括如下步驟：步驟一、層燃鍋爐的燃煤煙氣進入到選擇性氣固分離器中進行氣固分離，氣固分離后煙氣排出，粒徑大于0.1mm的半焦收集到半焦倉內；

步驟二、半焦倉運送半焦到增濕活化器中，此時將水蒸汽、熱空氣和/或熱煙氣通入到增濕活化器中，半焦與水蒸汽在增濕活化器中進行增濕活化反應，反應時間為5-7秒，水蒸汽的壓力為0.4-0.6MPa，水蒸汽與半焦質量比為0.2-0.35，其中通入到增濕活化器中的熱空氣的溫度為110-160℃，通入到增濕活化器中的熱空氣的熱煙氣的溫度為80-160℃；

步驟三、步驟二中所述增濕活化反應的氣體產物是一氧化碳和氫氣，熱空氣和/或熱煙氣將一氧化碳、氫氣和半焦帶入到旋流噴射器中并通過旋流噴射器順時針或逆時針旋轉射流進入到爐膛，其中在旋流噴射器內的時間為0.1-0.2秒，在爐膛內一氧化碳和氫氣與氮氧化物進行反應，爐膛內一氧化碳和氫氣與氮氧化物的反應時間為2-5.5秒，實現氮氧化物的還原。

本發明具有以下有益效果：1、采用選擇性半焦收集裝置，其對0.1mm以上顆粒的捕集效率大于95％，系統阻力小于500Pa，可以實現對半焦的低阻力高效分離；2、半焦收集后在蒸汽活化裝置內與蒸汽接觸、混合，由于半焦的溫度較高，可能會呈現炙熱融融狀態，因此當0.2-0.6MPa蒸汽給入時迅速發生如下反應：C+H₂O→CO+H₂-132KJ、CO+H₂O→CO₂+H₂+41KJ和C+CO₂→2CO-172KJ，同時半焦的孔隙結構、比表面積得到極大的豐富。這為半焦輸送物在燃燒空間反應提供的更豐富的接觸面積，為強化NO的催化還原過程提供了條件。當你半焦給入時會催化、強化如下反應過程，進而實現對NO的高效還原：CO+NO→N₂+CO₂；3、半焦類物質占總入爐煤量的比例在0.5-1.5％左右，半焦類物質的收集并燃盡，可以提高鍋爐燃燒效率0.5-1.5％。

附圖說明