[发明专利]两阶段燃烧工艺中减少一次侧氧化氮的方法

说明书

本发明涉及权利要求1的用于减少两阶段燃烧工艺中废气中一次侧氧化氮(NO_x)形成并同时避免废气中氧化二氮(N₂O)和氨-逸出(NH₃)的方法，该两步工艺包括由含氧的一次气体流过的固定床烧尽区(Festbettausbrandzone)和下游连接的另外引入含氧的二次气体的废气烧尽区(Abgasausbrandzone)。本发明还用于通过减少炉篦灰中氯化物浓度来改进炉渣品质。

特别是在炉篦式燃烧装置的燃烧工艺中，因为相对低的温度水平，由空气氮产生的热氧化氮形成(NO_x形成)不能忽略不计。在该燃烧装置的含氮燃料的燃烧中，氧化氮主要由含于燃料中的氮形成。

固态燃料如废物、生物质或碳在燃烧炉篦上的燃烧可以理想地分成依序运行的子工艺即干燥、干馏(Entgasung)和固定的碳的烧尽(Abbrand)。在工业化的炉篦式燃烧装置中这些子工艺是重叠的。在干馏期间除烃之外还向废气中释放出主要由燃料氮形成的含氮化合物，特别是NH₃(氨)和HCN(氢氰酸)。特别是在燃烧装置的主燃烧区范围中炉篦紧上方的废气中的烃浓度是如此之高，以致在那里局部经一次空气输入的氧量不足以产生完全的废气燃烧。由燃烧床排出的废气在该区中有高的废气温度，并且实际上是无氧的。在此条件下经气化反应形成一氧化碳(CO)和氢(H₂)。因此在该区域发现最高浓度的高热值的废气成分(例如烃、一氧化碳或氢气)以及主要由燃料氮形成的含氮物质即主要是NH₃(氨)和HCN(氢氰酸)和非常少量的含氮有机化合物如吡啶和苯胺。

在前述的由于缺氧引起的不完全燃烧情况下，通常通过将二次空气加到仍为高热值的废气中以进行后燃烧。这时导致局部非常高的温度峰值，在废气燃烧时的氧化条件下，开头所述的NH₃化合物和HCN化合物通过复杂反应最终形成NO或N₂。目的是以此方式改进此工艺的控制，使一次含氮物质NH₃(氨)和HCN完全分解，并形成作为最终产物的优选为N₂，负担为形成氧化氮，同时避免N₂O的形成。

中公开了在固体燃烧时燃烧速度与一次空气量的关系。依燃料特性特别是热值，该燃烧速度在特定一次空气量下具有最大值。相反，超过该最大值后一次空气量的继续增加会冷却燃烧床。由冷却引起的减少或延缓燃料中的挥发成分的释放以及由引入的一次空气引起的燃烧气体的稀释导致局部释放的降低，并由此导致烃、CO和H₂浓度的降低。

和[3]中公开了这些措施以及附加证据，即高的一次空气加入和同时低的二次空气加入(一次空气和二次空气的总和恒定)原则上导致燃烧废气中的低NO值。

为减少废物燃烧装置中的PCDD/F的形成，在[4]中建议喷入水。设想其优点是由于通过水喷入引起的温度降低而减少了NO_x的形成。在[4]中所列出的废气温度均与进入废气烧尽区前的区域有关，并为800至950℃或970℃。但遗憾的是未给出详细的NO_x值和NO_x的减少率。也未给出其它含氮有害物质特别是N₂O和NH₃的数据。

但离开废气烧尽区(二次燃烧区)后的废气温度下降到低于950℃会导致一次形成的NH₃(氨)的不完全分解，并另外导致N₂O(笑气)的形成，如果其未在附加方法步骤例如用催化剂处理，则会作为强烈的温室气体排入大气中。

但在[4]中所述的通过加水使温度降至800-950℃也会在下游连接的热量利用装置(例如用于加热锅炉)中导致效率下降。

通过使燃料湿化而达到同一效果也导致燃料-热值的下降。在小的一次空气量的情况下也已超过燃烧速度的最大值。该固体燃烧在长的炉篦范围上延伸，由此气体热值以及进入废气烧尽区前的废气温度调节为低水平。同时也出现前面所述的效应。

由此本发明的目的是提供一种既简单又能可靠控制方法，用于在工业燃烧装置如具有显著提高效率的炉篦式燃烧装置中减少一次侧的含氮有害物质特别是氧化氮的形成。在此特别重要的是通过该方法不形成其它有害物质如N₂O和避免NH₃逸出和/或不明显降低燃烧废气焓的有效利用以及不降低炉渣的品质。

该目的由具有权利要求1的特征的方法实现。该方法的有利改进方案列于从属权利要求中。