[发明专利]一种对燃烧系统所产生废气的脱硝方法及其装置

说明书

技术领域

本发明申请涉及一种含NO_x气体的净化工艺，可用于电厂烟道气、内燃机尾气及其它工业化过程所产生的含NO_x废气的污染治理。

背景技术

众所周知，燃烧过程会产生大量的含NO_x的气体，NO_x的浓度可达到几百甚至上千ppmg。NO_x是所有氮氧化合物的总称，其中约90%为NO。NO_x被释放到大气中会导致酸雨的形成、空气的污浊，NO如进入大气平流层还会造成臭氧层的破坏。烟气/尾气中的NO_x主要来自燃料中的含氮化合物的氧化，也有一部分来自空气中的分子氮的氧化。除了燃料中含氮化合物的浓度，锅炉的负荷、燃烧温度、空气的富余量以及燃烧停留时间等因素也是决定烟气中NO_x浓度的重要因素。如在实际的电厂中，仅仅锅炉负荷的变化就可以造成NO_x的排放量波动高达4倍左右。世界上的主要国家都对烟气中NO_x的排放实行限制，其排放标准有逐步严格的趋势，这对烟气中的NO_x处理会提出越来越高的要求。

现有烟气的脱NO_x技术包括已经商业化的选择性催化还原法（SCR）和选择性非催化还原法（SNCR）。选择性催化还原法在烟气中注入以氨气（NH₃）和氨水为主的化合物，氨在催化剂的作用下还原NO并生成无害的氮气和水。氨还有助于后续的电除尘中飞灰的收集从而提高该装置的运行效率。此反应必须在大约300-450 ℃之间进行，温度太低则反应效率大大降低，而太高则会使得催化剂失效。为了利用烟气中的余热，在发电厂，SCR反应装置通常设在锅炉出口后二次空气预热器之前。SNCR法采取与SCR类似的还原反应，还原剂一般采用尿素，不用催化剂催化而是选择在高温条件如1000-1200 °C下进行反应，因此使用SNCR法时还原剂一般添加到锅炉内接近出口部位具有所需要高温的区段内。

由于氨气是不稳定的危险气体，有刺激性气味，因此在制备、运输和储存氨气上有安全隐患，氨通常必须以液氨或氨水的形式储存。为了保证较高的NO_x去除率，在发电厂氨的投加量一般要适当过量，这样就会造成氨泄漏的危险。氨除了有刺激性气味，对动物和环境也有毒害作用。为了避免使用氨所带来的一系列问题，研究人员提出了许多变通的SCR或SNCR法。最为重要的变通方法是使用氨的替代物质，最为常用的氨的替代物质是尿素。尿素在常温下呈固体状，非常稳定，其运输和储存都比较方便。然而，由于是固体，尿素的计量和投加比较困难，为了投加均匀并且形成很小的颗粒，工程中常常将尿素先溶于水配成20 %的溶液，然后把溶液喷入烟气中。由于水在摄氏1000多度高温下挥发成气体需要吸收热量，因此将尿素配置成溶液来投加的方法会造成能量上的大量浪费。

美国专利（US7，008，603B2）揭示了一种把尿素先水解转化成氨气然后再投加的方法和装置，其反应方程如下：

NH₂CONH₂ →NH₄OCN

NHOCN ←→NH₃ + HNCO

HNCO + H₂O + 热量 →NH₃ + CO₂

总反应式为： NH₂CONH₂ + H₂O +热量→2NH₃ + CO₂

该反应必须在高温（大于145 °C，最佳温度171 °C左右）和一定压力（如数百psig）下才能进行，在某些酸和强碱作用下反应速率会大大加快，像磷酸那样的高阶无机酸是该反应的良好的催化剂。在磷酸作用下的催化反应方程为：

NH₂CONH₂ + 2H₃PO₄ +热量→2NH₄H₂PO₄ + CO₂

2NH₄H₂PO₄ →2NH₃ + 2H₃PO₄