[發明專利]一種用生物質還原燃煤工業鍋爐煙氣氮氧化物的方法及裝置

有效

• 申請號: 201410398514.7
• 申請日: 2014-08-14
• 公開（公告）號: CN104214767A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 束韞;張凡;王洪昌;朱金偉;田剛;黃家玉;劉宇;王紅梅
• 申請（專利權）人: 中國環境科學研究院
• 主分類號: F23B90/06
• 分類號: F23B90/06;F23B70/00
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉秀青;熊國裕

技術領域

本發明涉及一種用生物質還原燃煤工業鍋爐煙氣氮氧化物的方法及裝置，屬于生物質能利用與燃煤工業鍋爐煙氣脫硝技術領域。

背景技術

我國燃煤工業鍋爐因具有數量多、平均蒸發量小，單臺排放污染物量少，總的排放污染物量大等特點，對大氣中氮氧化物(NO_x)的排放貢獻巨大，僅次于火電行業和機動車尾氣位列第三，是影響城市空氣環境質量的主要污染源之一。目前我國針對固定源NO_x減排控制技術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。其中，低氮燃燒技術雖然成本較低，系統運行條件要求較低，但存在的缺陷是對NO_x的去除效果十分有限，其脫硝效率一般在20-30％以下，無法滿足日益嚴格的環保要求。而還原法盡管脫硝效率較高，但該技術的缺點是初始投資大，運行成本過高，且一般都采用氨、尿素等農用肥料為脫硝劑，如在我國大范圍使用，勢必會造成我國環保與農業對氨資源的競爭。再燃技術以其適應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。而以生物質為燃料的再燃脫硝技術又因具有脫硝效率高和二氧化碳零排放等特點成為目前國內外研究的熱點。然而，目前國內外關于生物質再燃技術的研究主要是針對大型電站鍋爐，對于該技術在工業鍋爐上的應用研究目前還是空白，其沒有實現的主要原因有以下幾點：

1、燃煤工業鍋爐負荷變化頻繁，尤其是北方供暖鍋爐，在冬季供暖期有初寒期、嚴寒期和末寒期，鍋爐負荷大多在30-40％、60-80％、80-100％三個檔運行。

2、工業鍋爐一般煙氣溫度較低，不利于生物質直接再燃脫硝。

3、工業鍋爐煙氣中一般含氧量為10-12％左右。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用生物質還原燃煤工業鍋爐煙氣氮氧化物的方法，針對燃煤工業爐煙氣排放的特點，實現燃煤工業鍋爐煙氣中氮氧化物的高效脫硝。

本發明的另一目的在于提供一種用生物質還原燃煤工業鍋爐煙氣氮氧化物的裝置，該裝置結構簡單實用。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種用生物質還原燃煤工業鍋爐煙氣氮氧化物的方法，包括：使生物質顆粒在輸送過程中發生高溫熱解反應析出包括碳氫基、氨基的活性基團以及殘余焦；將熱解后的生物質顆粒噴入燃煤工業鍋爐爐膛內形成還原區，與煙氣發生反應。

其中，生物質顆粒在高溫分解段的熱解反應如下：

本發明中，生物質顆粒在噴入爐膛之前先在高溫下發生熱解反應，析出碳氫基、氨基等活性基團，有利于煙氣中的氮氧化物在還原區被最大限度地同相還原反應生成氮氣，同時，生物質熱解后的殘余焦又能夠積極與煙氣中的氮氧化物發生異相還原反應，生成氮氣。所述的同相還原反應和異相還原反應如下所示：

同相還原反應為：

NO+NH_i→N₂+...

異相還原反應為：

優選地，所述的生物質顆粒通過由燃煤工業鍋爐排出的熱煙氣輸送，熱煙氣的溫度為50℃-150℃。利用燃煤鍋爐尾部煙道排出的部分熱煙氣將生物質顆粒噴入爐膛內，不但有利于形成還原反應所需的低化學當量比，還能夠強化生物質顆粒射流剛性和還原區混合條件。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，在與鍋爐爐膛內煙氣混合時易于形成符合還原區要求的低化學當量比；其次，燃煤鍋爐尾部煙道排出的部分熱煙氣在經預熱段之后的溫度與鍋爐爐膛內的煙氣溫度接近，且保證生物質的噴入速度在30m/s-50m/s時，即可增強生物質顆粒射流剛性，強化還原區的混合條件。

優選地，所述生物質顆粒在900℃-1100℃下進行熱解反應，熱分解時間為0.3s-1.4s。

本發明中生物質是以揮發分和生物質焦的形式與煙氣中的氮氧化物發生反應，因此，可在較低溫度范圍具有良好的脫硝效果。一般地，電站鍋爐生物質再燃脫硝效率最佳反應溫度在1000℃-1200℃，而本發明中生物質還原氮氧化物的最佳反應溫度在700℃-900℃。