一種中高溫煙氣脫硝方法
2024-02-05 04:35:15
專利名稱：一種中高溫煙氣脫硝方法
技術領域：
本發明涉及一種在高溫區及中溫區進行煙氣脫硝的方法，屬於環境保護領域，適用於電站鍋爐、工業鍋爐、焚燒爐、燃氣輪機等的煙氣淨化方法。
背景技術：
電站鍋爐、工業鍋爐、焚燒爐、燃氣輪機等的煙氣會向環境排放NO和NO2等氮氧化物(通稱為「NOx」)，因其對人體有害、引發酸雨、並且是光化學煙霧的重要產生原因，NOx的排放受到越來越嚴格的限制，現有控制NOx排放的技術主要有三種1)分級燃燒，實施方式包括低NOx燃燒器(LNB)和燃料再燃。但分級燃燒技術對NOx的生成和排放控制有一定限度，LNB一般只有30-50％的效率，再燃的效率約為50-60％，單採用分級燃燒難以達到NOx的排放控制標準。2)選擇性催化還原(SCR)，即在催化劑表面、通過氨或尿素等含氮還原劑(N-agent)來還原NOx。一般SCR系統安裝在420℃左右的煙氣溫度範圍。雖然SCR系統能相對容易地實現80～90％的NOx降低率，但此方法存在的缺點是需要設置催化劑反應塔、催化劑費用高、煙氣中導致催化劑失效的因素較多，燃煤時催化劑的使用壽命僅約為四年，而且失效的催化劑是危險固廢。3)選擇性非催化還原法(SNCR)，在高溫段將還原劑噴入從而將NOx還原為分子態的氮，現有技術中常用的還原劑是氨和尿素，此時SNCR只在一個很狹窄的溫度範圍內(氨900-1100℃；尿素900-1150℃)有效。溫度更高的條件下，還原劑本身被氧化成NO；而低於最佳反應溫度時，選擇性還原反應速度很慢從而造成未反應的還原劑洩漏(如氨洩漏)。而且在現有的燃燒系統中，最佳溫度範圍(即通常被稱為「溫度窗口」)可能隨燃燒工況的變化(如鍋爐負荷的變動)和煙道內較大的溫度梯度的變化而發生改變，這給還原劑的噴射位置的確定帶來了很大的困難。除溫度窗口外，影響SNCR的效果的因素還有煙氣中的氧量等。氧量升高的情形在實際中常會遇到，如垃圾焚燒與燃氣輪機的排煙。有報導在高氧量下用三聚氰酸(CYA)為脫硝還原劑，在15％的氧量下仍能還原NO，對煙氣中氧量的升高不敏感；但CYA的脫硝反應會生成較多的N2O，同時CYA也存在較窄的溫度窗口限制(僅為650~800℃)(Siebers，D.L.and Caton，J.A.「Removal of NitricOxide from Exhaust Gas with CYA」，Combustion and Flame 79；31-46，1990)。因此尋找溫度窗口寬、原物質或者分解產物的洩露可能性小、具有一定耐受氧量升高的能力的還原劑非常重要。
發明內容
本發明的目的是提供一種可以用於高溫區和中溫區且能耐受煙氣中氧量升高、脫硝還原劑洩露少的煙氣脫硝的方法。
本發明的目的是通過以下技術路線實現的一種煙氣脫硝方法，採用肼類物質(例如肼、水合肼(N2H4·H2O)、其它形式的肼和肼的鹽類)為還原劑，將它噴入中高溫煙道、或者噴入爐膛上部、或者爐膛出口的高溫煙氣中，即可完成煙氣脫硝任務。
上述脫硝方法的特徵是，所述的中溫段為400℃～810℃，所述的高溫段為高於810℃以上的爐膛上部或尾部溫度段。當氧氣濃度在6％(高溫區體積濃度)和12％(中溫區體積濃度)以下、(肼/NO)摩爾比為0.4～1.5時，以肼類物質為還原劑的脫硝效率可達50～70％以上。以肼作還原劑為例，本發明涉及到的原理是肼在噴入熱煙氣後與煙氣中的NOx接觸會發生總體上可以如下表示的反應存在較高氧量時氧的濃度很低時同時在受熱時肼也會發生總體上可以如下表示的分解與燃燒反應低氧條件下受熱分解氧量足夠時反應放熱ΔrHm＝-622kJ/mol本發明較好的實施條件是脫硝還原劑是水合肼或者肼鹽。
上述水合肼的濃度是5～50wt％。
脫硝溫度範圍為400～600℃或990～1240℃。
肼類還原劑和石灰同時噴入或者附著在石灰上噴入。
肼類還原劑和石灰的摩爾比例是1∶0～6.67。
與現有煙氣脫硝技術相比，本發明的優點是當利用水合肼、肼等作還原劑時還原性強，在上述溫度段噴入後即能有效還原NOx，所需要的(肼/NO)摩爾比小，即使沒有參與還原反應的殘餘肼類物質，由於易燃和易分解，它們直接從煙氣中向環境洩露的機會很少；肼類物質還原NOx的溫度窗口遠比現有技術使用的還原劑(如氨和尿素)寬。此外，肼類物質在一般條件下極難被氧化成NO；這和現有技術中的NH3與尿素不同。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明做進一步說明本發明的工作原理為通過在中高溫段(400℃-810℃)或者高溫段(810℃~1250℃)噴入肼類還原劑，噴入量為(肼/NO)摩爾比＝0.4～1.5，當控制煙氣中氧氣濃度在6％(高溫區體積濃度)和12％(中溫區體積濃度)以下時即能有效還原煙氣中的NOx。
實例一中高溫煙氣脫硝某爐排式垃圾焚燒爐在蒸氣過熱器前的煙溫為600℃，煙氣中NO的初始濃度為400ppm、在不同的氧的體積濃度下，向煙道反應器中噴入液態水合肼為還原劑，噴入量為(肼/NO)摩爾比＝0.6；NO的脫除效率見表1。
表1水合肼為還原劑時中高溫煙氣脫硝效率
實例二高溫煙氣脫硝某燃煤鍋爐爐膛出口處煙氣溫度1025℃，煙氣中NO的初始濃度為550ppm。在爐膛上部及爐膛出口處不同位置噴入液態水合肼為還原劑，噴入量為(肼/NO)摩爾比＝1.2；NOx的脫除效率見表2。
表2水合肼為還原劑時高溫煙氣脫硝效率
實例三中高溫煙氣脫硝並同時脫除酸性氣體某垃圾焚燒爐過熱器前煙氣溫度625℃，煙氣中NO的初始濃度為400ppm，SO2的初始濃度為230ppm，HCl的初始濃度為700ppm，向煙道反應器中噴入含有水合肼的石灰(Ca(OH)2)，NO、SO2和HCl的脫除效率見表3。
表3中高溫煙氣中噴入含水合肼的石灰時脫硝和脫除酸性氣體的效率
上述實施例僅作為本發明的例證，但是本發明的應用並不局限於此，例如其它肼類物質也可以作為脫硝還原劑，並可以以液態或者固態的方式噴入。用於垃圾焚燒爐時，一個可能的好處是肼的噴入對二噁英的合成有抑制作用。
本發明在800℃以下的中溫區段應用時，會產生可達100ppm數量級的NO2；並隨氧濃度和(肼/NO)摩爾比的升高而升高；但是當煙氣中同時存在SO2時NO2即被還原，此外，與三聚氰酸(CYA)為脫硝還原劑時生成的N2O相比，NO2的控制要容易得多。
權利要求
1.一種中高溫煙氣脫硝方法，其特徵是所述方法通過採用肼類物質為還原劑，將還原劑噴入400～810℃的中高溫煙道、或者噴入爐膛上部、或者爐膛出口的810～1250℃高溫煙氣中，在不需要任何催化劑的情況下，肼/NO摩爾比為0.4～1.5時，達到煙氣脫硝的目的。
2.如權利要求1所述的煙氣脫硝方法，其特徵是所述脫硝還原劑為水合肼或肼鹽。
3.如權利要求2所述的煙氣脫硝方法，其特徵是所用水合肼的濃度是5～50wt％。
4.如權利要求1所述的煙氣脫硝方法，其特徵是脫硝溫度範圍為400～600℃或990～1240℃。
5.如權利要求1所述的煙氣脫硝方法，其特徵是肼類還原劑和石灰同時噴入或者附著在石灰上噴入。
6.如權利要求5所述的煙氣脫硝方法，其特徵是肼類還原劑和石灰摩爾比例是1∶0～6.67。
全文摘要
本發明涉及一種在高溫區及中溫區進行煙氣脫硝的方法，屬於環境保護領域。本發明涉及的煙氣脫硝方法是通過採用肼類物質(例如肼、水合肼(N
文檔編號B01D53/56GK1820823SQ20061002348
公開日2006年8月23日 申請日期2006年1月19日 優先權日2006年1月19日
發明者陳德珍, 林瑜, 張祚明 申請人:同濟大學