[发明专利]一种用生物质还原燃煤工业锅炉烟气氮氧化物的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用生物质还原燃煤工业锅炉烟气氮氧化物的方法及装置，属于生物质能利用与燃煤工业锅炉烟气脱硝技术领域。

背景技术

我国燃煤工业锅炉因具有数量多、平均蒸发量小，单台排放污染物量少，总的排放污染物量大等特点，对大气中氮氧化物(NO_x)的排放贡献巨大，仅次于火电行业和机动车尾气位列第三，是影响城市空气环境质量的主要污染源之一。目前我国针对固定源NO_x减排控制技术多采用的是低氮燃烧和还原法(选择性催化还原法、选择性非催化还原法)两种技术。其中，低氮燃烧技术虽然成本较低，系统运行条件要求较低，但存在的缺陷是对NO_x的去除效果十分有限，其脱硝效率一般在20-30％以下，无法满足日益严格的环保要求。而还原法尽管脱硝效率较高，但该技术的缺点是初始投资大，运行成本过高，且一般都采用氨、尿素等农用肥料为脱硝剂，如在我国大范围使用，势必会造成我国环保与农业对氨资源的竞争。再燃技术以其适应性广以及较高脱硝效率被视为一种非常有效的电站锅炉脱硝技术。而以生物质为燃料的再燃脱硝技术又因具有脱硝效率高和二氧化碳零排放等特点成为目前国内外研究的热点。然而，目前国内外关于生物质再燃技术的研究主要是针对大型电站锅炉，对于该技术在工业锅炉上的应用研究目前还是空白，其没有实现的主要原因有以下几点：

1、燃煤工业锅炉负荷变化频繁，尤其是北方供暖锅炉，在冬季供暖期有初寒期、严寒期和末寒期，锅炉负荷大多在30-40％、60-80％、80-100％三个档运行。

2、工业锅炉一般烟气温度较低，不利于生物质直接再燃脱硝。

3、工业锅炉烟气中一般含氧量为10-12％左右。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用生物质还原燃煤工业锅炉烟气氮氧化物的方法，针对燃煤工业炉烟气排放的特点，实现燃煤工业锅炉烟气中氮氧化物的高效脱硝。

本发明的另一目的在于提供一种用生物质还原燃煤工业锅炉烟气氮氧化物的装置，该装置结构简单实用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用生物质还原燃煤工业锅炉烟气氮氧化物的方法，包括：使生物质颗粒在输送过程中发生高温热解反应析出包括碳氢基、氨基的活性基团以及残余焦；将热解后的生物质颗粒喷入燃煤工业锅炉炉膛内形成还原区，与烟气发生反应。

其中，生物质颗粒在高温分解段的热解反应如下：

本发明中，生物质颗粒在喷入炉膛之前先在高温下发生热解反应，析出碳氢基、氨基等活性基团，有利于烟气中的氮氧化物在还原区被最大限度地同相还原反应生成氮气，同时，生物质热解后的残余焦又能够积极与烟气中的氮氧化物发生异相还原反应，生成氮气。所述的同相还原反应和异相还原反应如下所示：

同相还原反应为：

NO+NH_i→N₂+...

异相还原反应为：

优选地，所述的生物质颗粒通过由燃煤工业锅炉排出的热烟气输送，热烟气的温度为50℃-150℃。利用燃煤锅炉尾部烟道排出的部分热烟气将生物质颗粒喷入炉膛内，不但有利于形成还原反应所需的低化学当量比，还能够强化生物质颗粒射流刚性和还原区混合条件。首先，由于燃煤锅炉尾部烟道排出的部分热烟气含氧量较低，在与锅炉炉膛内烟气混合时易于形成符合还原区要求的低化学当量比；其次，燃煤锅炉尾部烟道排出的部分热烟气在经预热段之后的温度与锅炉炉膛内的烟气温度接近，且保证生物质的喷入速度在30m/s-50m/s时，即可增强生物质颗粒射流刚性，强化还原区的混合条件。

优选地，所述生物质颗粒在900℃-1100℃下进行热解反应，热分解时间为0.3s-1.4s。

本发明中生物质是以挥发分和生物质焦的形式与烟气中的氮氧化物发生反应，因此，可在较低温度范围具有良好的脱硝效果。一般地，电站锅炉生物质再燃脱硝效率最佳反应温度在1000℃-1200℃，而本发明中生物质还原氮氧化物的最佳反应温度在700℃-900℃。