一种炉内脱硝的方法及装置
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; 驳回; |
| 专利有效性 | 无效专利 | 当前状态 | 驳回 |
| 申请号 | CN201610706273.7 | 申请日 | 2016-08-23 |
| 公开(公告)号 | CN106318515A | 公开(公告)日 | 2017-01-11 |
| 申请人 | 湖南工业大学; 株洲蓝宇环保能源实业有限公司; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 刘建文; 陈楠; 黄敦辉; | 第一发明人 | 刘建文 |
| 权利人 | 湖南工业大学,株洲蓝宇环保能源实业有限公司 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 湖南工业大学,株洲蓝宇环保能源实业有限公司 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：湖南省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：湖南省株洲市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：湖南省株洲市天元区泰山路88号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：412007 |
| 主IPC国际分类 | C10L10/00 | 所有IPC国际分类 | C10L10/00 ; C10L1/32 ; F23K1/00 ; F23C3/00 ; F23C5/08 |
| 专利引用数量 | 4 | 专利被引用数量 | 1 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 北京润泽恒知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 吴志勇; |
| 摘要 | 一种炉内脱硝的 水 煤 浆制浆及燃烧系统集成方法与设备，在传统制浆工艺 基础 上，添加脱硝还原剂，制成含脱硝还原剂的水煤浆 燃料 ；然后将该水煤浆燃料喷入 锅炉 燃烧，且控制 炉膛 燃烧 温度 稳定在较佳还原反应温度范围及控制烟气含 氧 量，实现水煤浆的高效低成本炉内SNCR脱硝。整个装置包括水煤浆燃烧锅炉，水煤浆燃烧锅炉采用主、副 燃烧室 设计，分别配置轴向旋流主 燃烧器 与副燃烧器； 主燃烧室 尾部设置有挡火墙，下方设置有 风 门 ，后上方通过管道连接 除尘器 ，通过与除尘器连接的引风机将燃烧后的烟灰排出；轴向旋流主燃烧器与副燃烧器分别以管道通过 螺杆 泵 与水煤浆罐连接，同时，轴向旋流主燃烧器与副燃烧器在其水煤浆入口处分别通过管道与空压机连接。 | ||
| 权利要求 | 1.一种炉内脱硝的方法，其特征在于：采取水煤浆制浆及燃烧系统集成的实现炉内脱硝；在现有水煤浆制浆添加分散剂、稳定剂的工艺基础上，添加脱硝还原剂，制成含脱硝还原剂的水煤浆燃料；然后将该水煤浆燃料喷入主燃烧室炉膛的水煤浆锅炉燃烧，且通过系统调节控制炉膛燃烧温度，稳定在还原反应温度范围及控制烟气含氧量，实现水煤浆的高效低成本炉内SNCR脱硝。 |
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| 说明书全文 | 一种炉内脱硝的方法及装置技术领域背景技术[0002] 水煤浆是70年代兴起的一种低污染、高效率、可管道输送的代油煤基流体燃料。是由65%左右的煤、34%左右的水和1%左右的化学添加剂，经过一定的工艺流程加工而成，其灰分及含硫量低，燃烧时火焰中心温度较低，燃烧效率高，烟尘、SO2及NOX排放量都低于燃油和燃煤。目前水煤浆技术已被列为我国能源发展重点推广技术，也是煤炭工业洁净煤技术优先发展重点技术之一。 [0004] 干法脱硝技术是目前工业研究、应用的主流和发展方向。干法脱硝是指在气相中利用还原剂或高能电子束、微波等手段，将NOx还原成对环境无毒害作用的N2或转化为硝酸盐再回收利用。干法脱硝技术包括选择性催化还原法（SCR）、非选择性催化还原法（SCNR）、SCR-SNCR混合脱硝法等。 [0005] 干法脱硝技术包括选择性催化还原法（SCR）工艺是目前商业应用最为广泛的烟气脱硝技术，由美国Eegelhard公司开发。该方法是利用NH3为还原剂，将NOx还原成N2。NH3有选择性，它只和NO发生反应，而不与烟气中的氧进行反应，NH3与NO的最佳反应温度范围为900~1000℃，采用催化剂后，可将温度控制在300~400℃，适合于锅炉省煤器和空气预热器间的烟气范围，需加催化剂。 [0006] 非选择性催化还原法（SCNR）脱硝工艺是将含有 NHx基的还原剂（如氨气、氨水或者尿素等）喷入炉膛温度为 900～1100 ℃的区域，还原剂通过安装在屏式过热器区域的喷枪喷入，该还原剂迅速热分解成 NH3和其它副产物，随后 NH3与烟气中的NOx进行 SNCR 反应而生成 N2和 H2O。SNCR 是当前NOx治理中广泛采用且具有前途的炉内脱硝技术 之一。 [0007] SNCR-SCR 混合脱硝工艺发挥了 SNCR 工艺投资省、SCR 工艺脱硝效率高的优势，将 SNCR 工艺的还原剂喷入炉膛技术与 SCR 工艺利用逃逸氨进行催化反应结合起来，进一步脱除 NOx。混合脱硝工艺以尿素作为吸收剂，是炉内一种特殊的 SNCR工艺与一种简洁的后端 SCR 脱硝反应器有效结合。 [0008] 但是上述技术中，烟气还原脱除NOx虽然效果明显，但是设备投资和运行费用大，目前还不能广泛推广和使用。低NOx燃烧器可以使NOx排放量降低60%，但同时可能造成燃烧效率下降、炉膛结渣和高温腐蚀。低过量空气系数虽然对燃料型NOx和热力型NOx有影响，但过量空气系数太低会增加化学和机械不完全热损失；过量空气系数过大又会带来还原不利的结果；空气分级技术存在燃烧效率低和富燃区的结渣以及腐蚀问题；浓淡偏差和烟气再循环获得的NOx降低效率不高。炉内喷入氨水、尿素还原剂的SNCR技术，设备投资大，10吨/小时水煤浆锅炉，设备投资报价110万元，几乎占锅炉装备总投资的三分之一强。脱硝型水煤浆，没有相应的燃烧装备及其调控技术配套，炉内脱硝还原反应不能达到理想状态，脱硫效率、燃烧效率与燃尽率难以保证。因此仍有待进一步加以改进。 [0009] 通过国内专利检索尚未发现有与本发明相同技术方案的专利文献报道，与本发明最为接近的相关专利，主要有如下几个：1、专利申请号为CN201110405258.6，专利名称为“水煤浆悬浮流化脱硫、脱硝燃烧工艺”的发明专利公开了一种水煤浆燃料脱硫、脱硝工艺，包括以下步骤：水煤浆的预处理，向水煤浆中加入脱硝剂；平铺床料媒体于布风板上，床料媒体包括石英砂，其厚度为300- 500mm；将步骤一所述水煤浆注入播洒器，同时还向播洒器中注入液态的脱硫剂，水煤浆和脱硫剂在播洒器中混合后，由播洒器均匀播洒到燃烧室；来自高压风机的一次风在点火启动时，由点火器加热成热烟气；所述热烟气将床料加热到400-500℃，并通过布风板将床料媒体和步骤三所述水煤浆播洒形成的颗粒团向上吹起，形成流化状态；播洒到床料媒体上的水煤浆的颗粒团在流化状态床料媒体的加热下迅速析出水分，从而着火燃烧，其燃烧温度达到900-1000℃，此发明对水煤浆进行预处理，加入脱硝剂，实现良好的脱硝效果，脱硝率高达60%，在水煤浆播洒的同时，加入液态的脱硫剂，实现良好的脱硫效果，脱硫率高达 70%。 [0010] 2、专利申请号为CN201210534303.2，专利名称为“水煤浆悬浮流化高效脱硫脱硝除尘复合工艺”的发明专利公开了一种水煤浆悬浮流化高效脱硫脱硝除尘复合工艺，包括以下步骤：步骤1，预处理，在燃料煤磨煤洗选过程中加入脱硫剂，将处理过的燃料煤制成水煤浆，在制浆过程中加入脱硝剂并搅拌均匀；步骤2，燃烧，将处理过的水煤浆通过供浆装置输送至锅炉的燃烧室，并播撒进行燃烧，燃烧室内的温度控制在900-1000℃；步骤3，烟气处理，将燃烧产生的烟气送入高能电极脱硫除尘设备，该高能电极脱硫除尘设备内设有高压静电电源和电源电极，从而形成能够积聚烟气中微小颗粒和电离氧分子的电晕磁场，此方案是在水煤浆制作、悬浮流化燃烧、尾气处理等过程综合处理烟尘、SO2和NOx等污染物。 [0011] 3、专利申请号为CN201210387330.1，专利名称为“燃水煤浆液态排渣旋风炉分级配风及再燃低NOx的方法”的发明专利公开了一种低NOx燃烧技术，提供一种燃水煤浆液态排渣旋风炉分级配风及再燃低NOx的方法。是在圆柱状的炉体的顶端设燃烧器，燃烧器的主体具有中空的预燃区；在预燃区上方设水煤浆入口和一次风入口，燃烧器壁上设二次风喷口；炉体内的炉膛从上至下分为主燃区、再燃区和燃尽区，在主燃区设上切向二次风喷口和下切向二次风喷口，再燃区设再燃燃料喷口，燃尽区设燃尽风喷口；燃烧形成的烟气自炉膛底部侧面的烟气出口排出，燃烧产生的液态渣自炉膛底部的出渣口排出。本发明通过选用液态排渣旋风炉，以及在燃烧过程中运行分级配风及再燃技术，降低60%的NOx排放；各配风喷口的设置，使水煤浆的燃烧能以最简单和最经济的方式进行。 [0012] 以上专利虽提出了水煤浆燃烧时脱硝的一些方法，但依然存在设备投资和运行费用大，燃烧效率下降、炉膛结渣和高温腐蚀等问题；且没有相应的燃烧装备及其调控技术配套，炉内脱硝还原反应不能达到理想状态，脱硫效率、燃烧效率与燃尽率难以保证，目前还不能广泛推广和使用。 发明内容[0013] 本发明的一个目的是针对当前水煤浆脱硝处理中所存在的问题，提供一种炉内SNCR脱硝的方法，该方法可以实现水煤浆的高效低成本脱硝。 [0014] 本发明的另一个目的是提供一种炉内脱硝的水煤浆制浆及燃烧系统集成设备，直接实现水煤浆的高效低成本脱硝。 [0015] 实现本发明技术的方案是：一种炉内脱硝的方法，采取水煤浆制浆及燃烧系统集成的实现炉内脱硝；在现有水煤浆制浆添加分散剂、稳定剂的工艺基础上，添加脱硝还原剂，制成含脱硝还原剂的水煤浆燃料；然后将该水煤浆燃料喷入主燃烧室炉膛的水煤浆锅炉燃烧，且通过系统调节控制炉膛燃烧温度，稳定在较佳还原反应温度范围及控制烟气含氧量，实现水煤浆的高效低成本炉内SNCR脱硝。 [0017] 进一步地，所述的制成含脱硝还原剂的水煤浆燃料是采用浓度为30-50%尿素溶液和/或高浓度氨氮废水作为脱硝还原剂，与含脱硫脱灰煤、分散剂、稳定剂和水一起调制成水煤浆燃料。 [0018] 进一步地，所述高浓度氨氮废水在整个水煤浆中的占比为8%-10%；余量用水，或用通过经济手段获得的低浓度氨氮废水替代。 [0019] 进一步地，所述分散剂阴离子型或非离子型分散剂；所述稳定剂为无机盐、高分子有机化合物，两者按照任意比例混合。 [0020] 进一步地，所述将该水煤浆燃料喷入主燃烧室炉膛的水煤浆锅炉燃烧是指设备运行时，启动副燃烧器，将含脱硝还原剂的水煤浆喷入副燃烧室，连续运行后，启动主燃烧器，将含脱硝还原剂的水煤浆用配置在主燃烧室的轴向旋流主燃烧器喷入瘦长型主燃烧室炉膛的水煤浆锅炉燃烧。 [0021] 进一步地，所述设备运行时，启动副燃烧器，是指先在副燃烧室放入干木材5-8kg，点火燃烧，待副燃烧室温度上升至水煤浆可燃的温度，启动副燃烧器；所述连续运行时间是20-30分钟。 [0022] 进一步地，所述炉膛燃烧温度与烟气含氧量调控技术是采用调整引风机风量、副燃烧室燃料比例、二次风比例来实现；所述较佳还原反应温度范围是900℃-1100 ℃。 [0023] 一种炉内脱硝的装置，为水煤浆制浆及燃烧系统集成设备，包括水煤浆燃烧锅炉，水煤浆燃烧锅炉采用主、副燃烧室设计，分别配置轴向旋流主燃烧器与副燃烧器；主燃烧室尾部设置有挡火墙，下方设置有风门，后上方通过管道连接除尘器，通过与除尘器连接的引风机将燃烧后的烟灰排出；轴向旋流主燃烧器与副燃烧器分别以管道通过螺杆泵与水煤浆罐连接，同时，轴向旋流主燃烧器与副燃烧器在其水煤浆入口处分别通过管道与空压机连接。 [0024] 进一步地，所述主燃烧室炉膛采用瘦长型结构形式，可增大高温烟气炉膛停留时间，实现高效低成本炉内SNCR脱硝；所述主燃烧室炉膛长宽高尺寸比例关系3-10：1:2-8，该比例大小具体根据锅炉负荷大小来确定。 [0025] 进一步地，所述挡火墙的高度为主燃烧器轴线的上下0.5-2.5m范围之内。 [0026] 进一步地，所述轴向旋流主燃烧器位于主燃烧室头部侧上方，副燃烧室位于侧下方，副燃烧器在副燃烧室侧面；所述主、副燃烧器轴线方向互相垂直，副燃烧室是主燃烧室空间的1/3-1/8。 [0027] 脱硝原理如下：煤热解后产生HCN、NH3等氮化合物，氮化合物与氧气反应生成NO，NOx主要包括95%左右的NO和5%左右的NO2。因此，控制NOx的排放主要是控制NO的排放。在氮化合物的作用下，NO又会被还原为N2，其总包反应式如下： HCN/NH3 + O2 → NO + ... NO + HCN/NH3 → N2 + ... 本发明的有益效果是： 1、此方法和设备可综合利用高浓度氨氮废水，实现其资源化利用，同时实现水煤浆燃烧的高效低成本脱硝，是一种先进、实用技术与装备，具有广阔的市场应用前景。 [0029] 图1为本发明的炉内脱硝的水煤浆制浆及燃烧系统集成方法与设备示意图；其中：1、水煤浆罐；2、螺杆泵；3、空压机；4、轴向旋流主燃烧器；5、副燃烧器；6、副燃烧室；7、主燃烧室；8、风门；9、燃烧室挡火墙；10、除尘器；11、引风机。 具体实施方式[0030] 下面结合附图对本发明进一步说明。 [0031] 实施例一：从附图1可以看出，本发明涉及了一种炉内脱硝的水煤浆制浆及燃烧系统集成设备，包括水煤浆燃烧锅炉，水煤浆燃烧锅炉分为主燃烧室7和副燃烧室6；其中，主燃烧室7头部的侧上方配置有轴向旋流主燃烧器4，侧下方为副燃烧室6，副燃烧室6侧面配置有副燃烧器5，且轴向旋流主燃烧器4与副燃烧器5在轴线方向互相垂直；轴向旋流主燃烧器4与副燃烧器5分别以管道通过螺杆泵2与水煤浆罐1连接，同时，轴向旋流主燃烧器4与副燃烧器5在其水煤浆入口处分别通过管道与空压机3连接；主燃烧室7下方有风门8，尾部有挡火墙9，后上方通过管道连接除尘器10，通过与除尘器10连接的引风机11将燃烧后的烟灰排出。 [0032] 所述主燃烧室7长宽高尺寸比例关系3：1:2；副燃烧室6空间为主燃烧室7的1/3；挡火墙的高度为为主燃烧器轴线的上下0.5-2.5m范围之内。 [0033] 原料比例按脱硫脱灰煤58%、分散剂与稳定剂为0.5%、高浓度氨氮废水10-20%、水30-40%、脱硝还原剂1-5%。 [0035] 脱硝还原剂为高浓度氨氮废水，废水中氨氮含量在500mg/l以上。 [0036] 具体操作流程如下：根据传统工艺制成含脱硝还原剂水煤浆存于水煤浆罐1中；在副燃烧室6放入干木材 5kg，点火燃烧，待副燃烧室6温度上升至水煤浆可燃的温度（600-800oC左右），启动副燃烧器5，将含脱硝还原剂的水煤浆用燃烧器5喷入副燃烧室6，连续运行20分钟，启动主燃烧器 4，将含脱硝还原剂的水煤浆用轴向旋流燃烧器4雾化喷入瘦长型主燃烧室7炉膛的水煤浆锅炉燃烧，通过空压机3和风门8将炉膛燃烧温度控制在900℃左右，挡火墙9增加高温烟气炉内停留反应时间，实现水煤浆的高效低成本炉内SNCR脱硝。 [0037] 实施例二实施例二与实施例一的原理是一样的，只是在结构上有所不同；一种炉内脱硝的水煤浆制浆及燃烧系统集成设备，包括水煤浆燃烧锅炉，水煤浆燃烧锅炉分为主燃烧室7和副燃烧室6；其中，主燃烧室7头部的侧上方配置有轴向旋流主燃烧器4，侧下方为副燃烧室6，副燃烧室6侧面配置有副燃烧器5，且轴向旋流主燃烧器4与副燃烧器5在轴线方向互相垂直； 轴向旋流主燃烧器4与副燃烧器5分别以管道通过螺杆泵2与水煤浆罐1连接，同时，轴向旋流主燃烧器4与副燃烧器5在其水煤浆入口处分别通过管道与空压机3连接；主燃烧室7下方有风门8，尾部有挡火墙9，后上方通过管道连接除尘器10，通过与除尘器10连接的引风机11将燃烧后的烟灰排出。 [0038] 原料比例按脱硫脱灰煤70%、分散剂与稳定剂为1%、水30-40%、脱硝还原剂10%。 [0039] 分散剂采用萘磺酸盐；稳定剂采用聚丙烯酰胺絮凝剂，两者按照1:1比例混合。 [0040] 脱硝还原剂为30-50%尿素溶液。 [0041] 具体操作流程与实施例一一样。 [0042] 实施例三实施例二与实施例一的原理是一样的，只是在结构上有所不同；一种炉内脱硝的水煤浆制浆及燃烧系统集成设备，包括水煤浆燃烧锅炉，水煤浆燃烧锅炉分为主燃烧室7和副燃烧室6；其中，主燃烧室7头部的侧上方配置有轴向旋流主燃烧器4，侧下方为副燃烧室6，副燃烧室6侧面配置有副燃烧器5，且轴向旋流主燃烧器4与副燃烧器5在轴线方向互相垂直； 轴向旋流主燃烧器4与副燃烧器5分别以管道通过螺杆泵2与水煤浆罐1连接，同时，轴向旋流主燃烧器4与副燃烧器5在其水煤浆入口处分别通过管道与空压机3连接；主燃烧室7下方有风门8，尾部有挡火墙9，后上方通过管道连接除尘器10，通过与除尘器10连接的引风机11将燃烧后的烟灰排出。 [0043] 原料比例按脱硫脱灰煤65%、分散剂与稳定剂为0.8%、高浓度氨氮废水10-20%、水30-40%、脱硝还原剂1-5%。 [0044] 分散剂采用木质素磺酸盐；稳定剂采用聚羧甲基纤维素，两者按照任意比例混合。 [0045] 脱硝还原剂为30-50%尿素溶液和/或高浓度氨氮废水混合物，按照1:2的比例混合。 [0046] 具体操作流程与实施例一一样。 [0047] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明的保护范围以权利要求书为准。 [0048] 通过上述实施例可以看出，本发明还涉及一种炉内脱硝的方法，采取水煤浆制浆及燃烧系统集成的实现炉内脱硝；在现有水煤浆制浆添加分散剂、稳定剂的工艺基础上，添加脱硝还原剂，制成含脱硝还原剂的水煤浆燃料；然后将该水煤浆燃料喷入主燃烧室炉膛的水煤浆锅炉燃烧，且通过系统调节控制炉膛燃烧温度，稳定在较佳还原反应温度范围及控制烟气含氧量，实现水煤浆的高效低成本炉内SNCR脱硝。 [0049] 进一步地，所述的水煤浆燃料的成分配比如下：1）含脱硫脱灰煤58-70% 2）分散剂与稳定剂为0.5-1% 3）脱硝还原剂1-10% 4）水19-40.5%。 [0050] 进一步地，所述的制成含脱硝还原剂的水煤浆燃料是采用浓度为30-50%尿素溶液和/或高浓度氨氮废水作为脱硝还原剂，与含脱硫脱灰煤、分散剂、稳定剂和水一起调制成水煤浆燃料。 [0051] 进一步地，所述高浓度氨氮废水在整个水煤浆中的占比为8%-10%；余量用水，或用通过经济手段获得的低浓度氨氮废水替代。 [0052] 进一步地，所述将该水煤浆燃料喷入主燃烧室炉膛的水煤浆锅炉燃烧是指设备运行时，启动副燃烧器，将含脱硝还原剂的水煤浆喷入副燃烧室，连续运行后，启动主燃烧器，将含脱硝还原剂的水煤浆用配置在主燃烧室的轴向旋流主燃烧器喷入瘦长型主燃烧室炉膛的水煤浆锅炉燃烧。 [0053] 进一步地，所述设备运行时，启动副燃烧器，是指先在副燃烧室放入干木材5-8kg，点火燃烧，待副燃烧室温度上升至水煤浆可燃的温度，启动副燃烧器；所述连续运行时间是20-30分钟。 [0054] 进一步地，所述炉膛燃烧温度与烟气含氧量调控技术是采用调整引风机风量、副燃烧室燃料比例、二次风比例来实现；所述较佳还原反应温度范围是900℃-1100 ℃。 [0055] 脱硝原理如下：煤热解后产生HCN、NH3等氮化合物，氮化合物与氧气反应生成NO，NOx主要包括95%左右的NO和5%左右的NO2。因此，控制NOx的排放主要是控制NO的排放。在氮化合物的作用下，NO又会被还原为N2，其总包反应式如下： HCN/NH3 + O2 → NO + ... NO + HCN/NH3 → N2 + ... 本发明的有益效果是： 1、此方法和设备可综合利用高浓度氨氮废水，实现其资源化利用，同时实现水煤浆燃烧的高效低成本脱硝，是一种先进、实用技术与装备，具有广阔的市场应用前景。 [0056] 2、系统运行时不需要其他辅助设备如去离子水制水设备等，炉膛不产生结焦现象3、无需增加专门的脱硝工序，可以实现理想的脱硝效果，脱硝率高达60%以上。 |
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