[发明专利]一种高、中温烟气SNCR脱硝剂及其使用方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护领域，具体涉及一种高、中温烟气SNCR脱硝剂及其使用方法，适用于电站锅炉、工业锅炉、焚烧炉、窑炉、燃气轮机等的烟气脱硝。 

背景技术

电站锅炉、工业锅炉、焚烧炉、窑炉、燃气轮机等的烟气会向环境排放包括NO、NO₂、N₂O等氮氧化物（通常称为“NOx”），因其对人体有害、引发酸雨、并且是光化学烟雾的重要产生原因，NOx的排放受到越来越严格的限制，现有控制NOx排放的技术主要有三种：1）分级燃烧，实施方式包括低NOx燃烧器（LNB）和燃料再燃。但分级燃烧技术对NOx的生成和排放控制效果有限，LNB一般只有30~50%的效率，再燃的效率约为50~60%，单采用分级燃烧难以达到NOx的排放标准。2）选择性催化还原（SCR），将氨或尿素等脱硝剂喷入到200~450℃的烟气中，在催化剂的作用下，把NOx还原成N₂和H₂O。虽然SCR系统能相对容易地实现80~90%的NOx脱除率，但此方法存在的缺点是：需要设置催化剂反应塔，系统复杂，而且催化剂费用高、烟气中导致催化剂失效的因素较多，燃煤时催化剂的使用寿命仅约四年，而且失效的催化剂需要作为危险固废处理。3）选择性非催化还原法（SNCR），在高温段不需要催化剂的情况下，将脱硝剂（通常是氨和尿素）喷入从而把NOx还原成N₂。但此时SNCR只有在一个很狭窄的温度范围内（氨：900-1050℃；尿素：950-1100℃）有效。温度更高的条件下，脱硝剂本身会被氧化成NOx；而温度低于反应温度时，选择性还原反应速率很慢，未反应的脱硝剂也容易被氧化，且容易造成氨泄漏腐蚀设备。而且在现有的燃烧系统中，最佳温度范围（即通常称为“温度窗口”）可能随燃烧工况的变化和烟道内较大的温度梯度的变化而发生变化，这给脱硝剂喷射位置的确定带来了很大的困难。此外，烟气中氧含量也会影响SNCR的效果。氧量升高的情形在实际中常会遇到，如垃圾焚烧与燃气轮机的排烟。在高氧量下有人尝试用三聚氰酸（CYA）为脱硝剂，在15%的氧量下仍能还原NO，对烟气中氧量的升高不敏感；但CYA的脱硝反应会生成较多的N₂O，同时CYA也存在较窄的温度窗口限制（650~800℃）（Siebers D.L. and Caton J.A. “Removal of Nitric Oxide from Exhaust Gas with CYA”, Combustion and Flame 79; 31-46,1990）。肼类物质作为含氮的强脱硝剂，不仅具有较宽的温度窗口，而且受热分解不会以原物质形态泄露，合理的控制也能避免氨泄漏，同时肼类物质具有一定的耐受氧量升高的能力，避免了氧量的对系统脱硝的干扰。发明专利申请“一种中高温烟气脱硝方法”披露了利用肼在中温区脱硝的方法（中国发明专利申请“一种中高温烟气脱硝方法” 200610023482.8），但是作为火箭推进剂的肼价格较为昂贵，为了更经济、安全高效地处理烟气中的NOx，本发明人员创造性地在肼中加入尿素，以尿素替代部分肼。本发明的另一好处是大大的扩展了高温区的有效温度窗口范围。高、中温区的联合使用降低了总的药剂消耗量。 

发明内容

本发明的目的是提供一种经济、高效、在高、中温区同时脱硝、能耐受烟气中氧量变化、脱硝剂泄露少、用量经济的一种高、中温烟气SNCR脱硝剂及其使用方法。 

本发明提出的高、中温烟气SNCR脱硝剂，所述脱硝剂由肼类物质和尿素或尿素溶液混合而成，在927~1157℃高温区，控制肼类物质与尿素溶液的混合量，使肼类物质中的氮占肼类物质和尿素溶液中的总氮的摩尔百分比为0~22%；在500~650℃中温区，控制尿素或者尿素溶液混入肼类物质中的混入量，使尿素中的氮占肼类物质和尿素或尿素溶液中总氮的摩尔百分比为8~22%。 

本发明中，所述肼类物质为肼N₂H₄或者水合肼N₂H₄.H₂O。 

本发明中，在高温区，控制肼类物质中的氮占肼类物质和尿素溶液中的总氮的摩尔百分比为16-20wt%。 

本发明中，在高温区，尿素溶液为配制脱硝剂的基础溶液；控制尿素溶液的浓度为8-12wt%。 

本发明中，在中温区，肼或水合肼溶液为配制脱硝剂的基础溶液；控制水合肼溶液的浓度为5-30wt%。