[发明专利]一种控制尾气中粉尘与氮氧化物排放的方法及实现该方法的装置

说明书

本发明公开了一种控制尾气中粉尘与氮氧化物排放的方法，包括如下步骤：(1)将燃气燃烧后的尾气通入旋风除尘器，以除去尾气中的粒径为5μm以上的含碱金属的粉尘；(2)将通过旋风除尘器的尾气通过电除尘器，以除去尾气中剩余的一部分含碱金属的粉尘；(3)将通过步骤(2)处理后的尾气通过SCR反应器，以降低尾气中氮氧化物的含量，以及除去剩余的含碱金属的粉尘，使尾气达标排放。本发明在燃烧尾气下游安装高效除尘器以脱除尾气中的高碱金属粉尘，采用等离子体活化NH₃以提高其催化选择还原NO_x活性，并利用现有商业SCR催化剂的脱硝性能，在高效除尘的同时实现NO_x的达标排放。

技术领域：

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种控制尾气中粉尘与氮氧化物排放的方法及实现该方法的装置。

背景技术：

生物质气化可得到以H₂、CO等为主要成分的粗燃气，随着化石燃料的日益枯竭以及人类能源需求量的逐年上升，以气化粗燃气替代传统化石燃料进行供热正受到能源领域的关注。

生物质含N量为0.1％～0.5％(wt)，低于煤炭N含量(1.5％，wt)，但以单位热值含N量计算，生物质热利用过程含N污染物的排放问题不容忽视。生物质含N组分以氨基酸及杂环芳香族化合物为主，经热解气化后它们被转化为气相N如NH₃、HCN、N₂，以及常温下呈液态的焦油N(统称为氮氧化物前体物)。这些含N前体物存在于高温粗燃气中，可在后续燃气燃烧过程中被进一步氧化为NO_x(x＝1或2)。经检测，以玉米秸秆为原料进行气化，得到的粗燃气中经窑炉燃烧后，尾气中NO_x浓度为400mg/m³，高于国家标准(GB13271-2014)规定的新建燃气锅炉排放的浓度限值(200mg/m³)，因此需要进一步处理以达标排放。

但是，生物质尤其是草本生物质含有较多的碱金属，碱金属以K为主，还包括少量的Na，如玉米秸秆的K、Na含量分别为2.69％wt、0.03％wt；如木片的K、Na含量分别为0.07％wt、0.01％wt。通常而言碱金属具有高活性和高挥发性，因此在生物质气化过程中可发生熔融、蒸发，生成氯化物、氢氧化物、硫酸盐，并以气溶胶或蒸气的形式离开气化炉而混入粗燃气，可腐蚀、堵塞下游燃气利用设备及管道。

因此有别于化石燃料的燃烧过程，生物质粗燃气的燃烧尾气常常含有较多的碱金属粉尘，其排放浓度为几到几百g/(kg生物质)，远高于煤炭燃烧尾气。尤为重要的是，由于其高活性和高挥发性，这些碱金属粉尘可导致下游催化剂(如脱硝催化剂)快速、永久性的失活(Kling A等，Appl Catal B:Environ,2007,69(3-4):240-251)，该文献提出了一种添加硫酸盐抑制SCR催化剂K、Na中毒的方法，但效果很差，Kling等的研究表明，至少需将尾气中的碱金属含量降至几mg/(kg生物质)，才是足够安全的。经检测，以玉米秸秆为原料进行气化，得到的粗燃气中经窑炉燃烧及旋风除尘器除尘后，尾气中粉尘浓度为250mg/m³，其中K、Na含量分别为51.97mg/(g粉尘)、8.88mg/(g粉尘)，当前我国的环境保护标准日趋严格，因此在以生物质资源作为替代燃料的同时，有必要开发经济、高效的气化粗燃气燃烧尾气NO_x及含碱金属粉尘控制技术。