一種用于燃?xì)忮仩t煙氣中氮氧化物脫除的系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于燃?xì)忮仩t煙氣中氮氧化物脫除的系統(tǒng)及其方法，該方法在燃?xì)忮仩t燃燒器給入口前、燃燒器出口區(qū)域加設(shè)蒸汽噴射裝置，通過(guò)噴射一定量的蒸汽降低煙氣中氮氧化物的生成量。本發(fā)明可以通過(guò)降低峰值火焰溫度來(lái)控制熱力NOx，峰值火焰溫度可以通過(guò)燃料和空氣混合、燃燒區(qū)局部過(guò)量空氣、燃料停留時(shí)間長(zhǎng)短以及燃燒功率密度等影響因素進(jìn)行控制，具有脫硝效率高、占用空間小、設(shè)備投資低、無(wú)需對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模改動(dòng)的特點(diǎn)，廣泛適用于新建燃?xì)忮仩t配套及已有燃?xì)忮仩t的脫硝技術(shù)改造。
【專利說(shuō)明】
一種用于燃?xì)忮仩t煙氣中氮氧化物脫除的系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及化工燃?xì)馊紵撓跫夹g(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于燃?xì)忮仩t煙氣中氮氧化物脫除的系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著鋼鐵和煉焦行業(yè)的迅猛發(fā)展，焦?fàn)t煤氣的產(chǎn)量也大幅提高，其合理利用越來(lái)越受到重視。焦?fàn)t煤氣主要是用作燃料，燃燒過(guò)程中不可避免地排放廢煙氣。2012年10月I日實(shí)施的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 1611 — 2012對(duì)氮氧化物排放已經(jīng)有了嚴(yán)格要求，《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了“特別地區(qū)”冶焦?fàn)t煙囪排放的NOx限值為150mg/m3，可視為國(guó)際上最為嚴(yán)厲的焦?fàn)t環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)了國(guó)家對(duì)這些地區(qū)焦化企業(yè)污染物排放的嚴(yán)格控制要求，無(wú)疑是出于國(guó)家對(duì)于生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)特別保護(hù)的需要。因此，及時(shí)、系統(tǒng)、深入地開(kāi)展焦?fàn)t煤氣低氮氧化物燃燒技術(shù)的研究尤顯重要。
[0003]焦?fàn)t煤氣中有機(jī)氮含量極少，只能產(chǎn)生小部分快速型NOx，幾乎沒(méi)有燃料型NOx生成。焦?fàn)t煤氣燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的NOx 95%是溫度熱力型。因此，對(duì)于焦?fàn)t煤氣燃燒，抑制溫度熱力型NOx的生成是實(shí)現(xiàn)其燃燒低NOx排放的主要途徑。傳統(tǒng)的煉焦方式很難發(fā)生革命性變化，焦?fàn)t設(shè)計(jì)偏向特大型化是其發(fā)展趨勢(shì)。為了保證焦?fàn)t的生產(chǎn)效率，需要提高火道溫度?；鸬罍囟鹊奶岣邥?huì)使焦?fàn)t燃燒過(guò)程中產(chǎn)生大量的NOx，傳統(tǒng)的技術(shù)已不能滿足低NOx排放的要求。
[0004]焦?fàn)t煤氣燃燒產(chǎn)生的氮氧化物主要為溫度熱力型，因此，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煤氣低氮氧化物燃燒可以采用的技術(shù)主要有以下幾種:廢氣循環(huán)、空氣分級(jí)燃燒、焦?fàn)t煤氣分級(jí)燃燒、高溫低氧燃燒、濃淡偏差燃燒、特定設(shè)計(jì)燃燒器、催化燃燒等技術(shù)，或者采取幾種方式結(jié)合的方法。也可以采用燃燒后處理的方法來(lái)減少氮氧化物的排放，如選擇性非催化脫硝、選擇性催化脫硝、濕法煙氣脫硝技術(shù)、等離子體過(guò)程煙氣NOx治理技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的技術(shù)主要采用燃燒后處理的方法來(lái)減少氮氧化物的排放，如選擇性催化還原法SCR(SelectiveCatalytic Reduct1n)和選擇性非催化還原法 SNCR (Selective Non-CatalyticReduct1n) ACR法是指煙氣中的氮氧化物在催化劑的作用下，與脫硝還原劑(NH3或尿素)反應(yīng)生成無(wú)毒無(wú)污染的仏和出0。由于催化劑的存在，SCR法脫硝反應(yīng)效率高，但是這種方法對(duì)于催化劑和反應(yīng)空間有著嚴(yán)格的限制。受到壽命影響，催化劑需要定期更換，運(yùn)行成本較高。如果基建期間沒(méi)有預(yù)留脫硝裝置布置空間，投運(yùn)后進(jìn)行改造的難度比較大。SNCR法不需要使用催化劑，能夠在850°C?100tC范圍內(nèi)還原氮氧化物。在此溫度范圍內(nèi)，脫硝還原劑(NH3或尿素)會(huì)與煙氣中的氮氧化物反應(yīng)生成N2 ANCR法系統(tǒng)簡(jiǎn)單，不需要催化劑，運(yùn)行成本相對(duì)較低，但對(duì)反應(yīng)溫度要求嚴(yán)格且脫硝效率較低，如果煙氣原始的氮氧化物排放濃度較高，采用SNCR法很難滿足環(huán)保排放要求。與此同時(shí)，以上技術(shù)均存在改造工作量大、投資成本大、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高等弊端。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種用于燃?xì)忮仩t煙氣中氮氧化物脫除的系統(tǒng)及其方法，將蒸汽與氣體燃料均勻預(yù)混，無(wú)需催化劑、氨吸收反應(yīng)物和其它附加系統(tǒng)和設(shè)備，利用蒸汽具有比空氣高的比熱容，降低火焰溫度從而減少NOx的生成，達(dá)到控制排放的目的。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明/實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0007]—種用于燃?xì)忮仩t煙氣中氮氧化物脫除的系統(tǒng)，包括燃?xì)夤轎，燃?xì)夤轎的出口依次連接第一流量計(jì)2及第一調(diào)節(jié)閥3，并通過(guò)燃燒器5的第一尾部接口 4連接燃燒器5;蒸汽罐6設(shè)置路出口管路，其一路出口依次連接第二流量計(jì)7及第二調(diào)節(jié)閥8，并通過(guò)燃燒器5的第二尾部接口 9連接燃燒器5，其另一路出口依次連接第三流量計(jì)1及第三調(diào)節(jié)閥11，并通過(guò)蒸汽給入口 12連接燃燒室17;還包括鼓風(fēng)機(jī)13，鼓風(fēng)機(jī)13出口依次連接第四流量計(jì)14及第四調(diào)節(jié)閥15，并通過(guò)燃燒器5的第三尾部接口 16連接燃燒器5。
[0008]上述所述系統(tǒng)用于燃?xì)忮仩t煙氣中氮氧化物脫除的方法，包括如下步驟:
[0009]步驟1、燃?xì)夤轎經(jīng)第一流量計(jì)2及第一調(diào)節(jié)閥3，向燃燒器5提供足夠的燃?xì)饬浚_(dá)到鍋爐所需的燃燒溫度；
[0010]步驟2、蒸汽罐6向燃燒器5提供足夠的蒸汽量；
[0011]步驟3、鼓風(fēng)機(jī)13經(jīng)第四流量計(jì)14及第四調(diào)節(jié)閥15，向燃燒器5提供燃燒所需空氣量；
[0012]上述3個(gè)步驟工作正常運(yùn)轉(zhuǎn)后同時(shí)進(jìn)行;燃?xì)?、蒸汽與空氣在燃燒器5中燃燒，達(dá)到脫除煙氣中氮氧化物的目的；
[0013]步驟2所述蒸汽罐6向燃燒器5提供足夠的蒸汽量采用如下方式一或方式二或方式一和方式二均米用:
[0014]方式一為將蒸汽通過(guò)蒸汽給入口12噴入燃燒室17內(nèi)；
[0015]方式二為將蒸汽通過(guò)燃燒器5的第二尾部接口9通入接燃燒器5，與燃?xì)庠谌紵?內(nèi)預(yù)混合后給入燃燒室17。
[0016]所述燃燒器5將蒸汽與燃?xì)饨橘|(zhì)相混合，利用載運(yùn)介質(zhì)輸送還原劑，載運(yùn)介質(zhì)是空氣。
[0017]蒸汽噴射量與燃料量的摩爾比為2?3。
[0018]所述蒸汽罐6提供的蒸汽為低壓蒸汽，壓力控制在0.5?0.7MPa。
[0019]所述燃燒器5伸出燃燒室17的耐火澆注料層。
[0020]所述燃?xì)夤轎采取縮短火焰擴(kuò)散范圍和增加氧氣擴(kuò)散率的措施。
[0021]本發(fā)明方法通過(guò)采取縮短火焰擴(kuò)散范圍、增加氧氣擴(kuò)散率并抑制氮?dú)鈹U(kuò)散率等措施，達(dá)到如下目的:減少燃料燃燒后形成的最高溫度區(qū)域容積，極高的燃料噴射速度同樣減少了火焰封閉區(qū)域體積。通過(guò)燃料和蒸汽的均勻預(yù)混，使得燃料和氧氣的當(dāng)量濃度表面內(nèi)縮，擴(kuò)散火焰范圍縮短;混合后體積流量升高需要更高的噴嘴噴射動(dòng)能，增加了氧氣中對(duì)流組分的擴(kuò)散速率;火焰封閉區(qū)向內(nèi)移動(dòng)以及燃燒后更高的對(duì)流組分等因素，使氧氣和氮?dú)馔瑫r(shí)存在于火焰封閉區(qū)前端的時(shí)間明顯縮短。由于采用燃?xì)馀c蒸汽混合后使燃料側(cè)稀釋，火焰前端向燃料側(cè)移動(dòng)，使得溫度梯度增加，擴(kuò)散率和濃度梯度增加，從而燃燒速率加速。NOx最大值出現(xiàn)在燃料耗盡后的區(qū)域，燃料和蒸汽均勻混合物增大了噴射動(dòng)能，使得氧氣向火焰的擴(kuò)散率增大，燃料和蒸汽均勻混合物使燃燒加速，使得火焰內(nèi)有更高的溫度梯度，水蒸汽的存在減少了氮?dú)獾臐舛?，因此NOx排放減小，由于存在更多的氧，CO保持較低的水平。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0023]I)該工藝脫硝效率可滿足現(xiàn)有環(huán)保要求，蒸汽脫硝工藝簡(jiǎn)單，投資成本低，系統(tǒng)維護(hù)檢修方便。
[0024]2)脫硝所用蒸汽介質(zhì)易得到，運(yùn)行成本低。
[0025]3)蒸汽脫硝無(wú)二次污染。
[0026]綜上所述，本發(fā)明具有高效脫硝、工藝簡(jiǎn)單、投資成本低、運(yùn)行成本低、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是燃?xì)忮仩t蒸汽脫硝系統(tǒng)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]如圖1所示，本發(fā)明一種用于燃?xì)忮仩t煙氣中氮氧化物脫除的系統(tǒng)，包括燃?xì)夤轎，燃?xì)夤轎的出口依次連接第一流量計(jì)2及第一調(diào)節(jié)閥3，并通過(guò)燃燒器5的第一尾部接口 4連接燃燒器5;蒸汽罐6設(shè)置路出口管路，其一路出口依次連接第二流量計(jì)7及第二調(diào)節(jié)閥8，并通過(guò)燃燒器5的第二尾部接口 9連接燃燒器5，其另一路出口依次連接第三流量計(jì)10及第三調(diào)節(jié)閥11，并通過(guò)蒸汽給入口 12連接燃燒室17;還包括鼓風(fēng)機(jī)13，鼓風(fēng)機(jī)13出口依次連接第四流量計(jì)14及第四調(diào)節(jié)閥15，并通過(guò)燃燒器5的第三尾部接口 16連接燃燒器5。
[0029]本發(fā)明系統(tǒng)用于燃?xì)忮仩t煙氣中氮氧化物脫除的方法，包括以下步驟:
[0030]步驟一、燃?xì)夤轎經(jīng)流量計(jì)2及調(diào)節(jié)閥3，向燃燒器5提供足夠的燃?xì)饬?，達(dá)到鍋爐所需的燃燒溫度；
[0031]步驟二、蒸汽罐6經(jīng)流量計(jì)7及調(diào)節(jié)閥8，向燃燒器5提供足夠的蒸汽量；
[0032]步驟三、鼓風(fēng)機(jī)13經(jīng)流量計(jì)14及調(diào)節(jié)閥15，向燃燒器5提供燃燒所需空氣量；
[0033]上述3個(gè)步驟工作正常運(yùn)轉(zhuǎn)后同時(shí)進(jìn)行;燃?xì)?、蒸汽與空氣在燃燒器5中燃燒，達(dá)到脫除煙氣中氮氧化物的目的。
[0034]為了實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的經(jīng)濟(jì)高效，本發(fā)明系統(tǒng)與煙氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相連通，脫硝蒸汽噴射量受到煙氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制，當(dāng)煙氣中氮氧化物含量增加時(shí)蒸汽噴射量隨之增加，當(dāng)煙氣中氮氧化物含量降低蒸汽噴射量隨之降低。
[0035]為了更好的實(shí)現(xiàn)蒸汽與燃?xì)獾某浞只旌?，將蒸汽與燃?xì)馔ㄟ^(guò)燃燒器混合均勻后，噴入燃燒室內(nèi)，噴射裝置噴射口接有霧化噴嘴。
[0036]本發(fā)明的核心在于其一為采用蒸汽為還原介質(zhì)，來(lái)源便利，無(wú)二次污染生成，利用蒸汽具有比空氣高的比熱容，降低火焰溫度，從而減少NOx的生成，達(dá)到控制排放的目的；其二為采用蒸汽與燃?xì)庠谌紵邦A(yù)混合方式給入，有利于提高NOx的減排量;其三為采用專用噴射裝置，加強(qiáng)蒸汽與燃?xì)獾幕旌暇鶆蛐?，有利于提高NOx的減排量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于燃?xì)忮仩t煙氣中氮氧化物脫除的系統(tǒng)，其特征在于:包括燃?xì)夤?I)，燃?xì)夤?I)的出口依次連接第一流量計(jì)(2)及第一調(diào)節(jié)閥(3)，并通過(guò)燃燒器(5)的第一尾部接口(4)連接燃燒器(5);蒸汽罐(6)設(shè)置路出口管路，其一路出口依次連接第二流量計(jì)(7)及第二調(diào)節(jié)閥(8)，并通過(guò)燃燒器(5)的第二尾部接口(9)連接燃燒器(5)，其另一路出口依次連接第三流量計(jì)(10)及第三調(diào)節(jié)閥(11 )，并通過(guò)蒸汽給入口(I2)連接燃燒室(17);還包括鼓風(fēng)機(jī)(13)，鼓風(fēng)機(jī)(13)出口依次連接第四流量計(jì)(14)及第四調(diào)節(jié)閥(15)，并通過(guò)燃燒器(5)的第三尾部接口( 16)連接燃燒器(5)。2.權(quán)利要求1所述系統(tǒng)用于燃?xì)忮仩t煙氣中氮氧化物脫除的方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟1、燃?xì)夤?I)經(jīng)第一流量計(jì)(2)及第一調(diào)節(jié)閥(3)，向燃燒器(5)提供足夠的燃?xì)饬浚_(dá)到鍋爐所需的燃燒溫度； 步驟2、蒸汽罐(6)向燃燒器(5)提供足夠的蒸汽量； 步驟3、鼓風(fēng)機(jī)(13)經(jīng)第四流量計(jì)(14)及第四調(diào)節(jié)閥(15)，向燃燒器(5)提供燃燒所需空氣量； 上述3個(gè)步驟工作正常運(yùn)轉(zhuǎn)后同時(shí)進(jìn)行;燃?xì)?、蒸汽與空氣在燃燒器(5)中燃燒，達(dá)到脫除煙氣中氮氧化物的目的； 步驟2所述蒸汽罐(6)向燃燒器(5)提供足夠的蒸汽量采用如下方式一或方式二或方式一和方式二均米用: 方式一為將蒸汽通過(guò)蒸汽給入口(12)噴入燃燒室(17)內(nèi)； 方式二為將蒸汽通過(guò)燃燒器(5)的第二尾部接口(9)通入接燃燒器(5)，與燃?xì)庠谌紵?5)內(nèi)預(yù)混合后給入燃燒室(17)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述燃燒器(5)將蒸汽與燃?xì)饨橘|(zhì)相混合，利用載運(yùn)介質(zhì)輸送還原劑，載運(yùn)介質(zhì)是空氣。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:蒸汽噴射量與燃料量的摩爾比為2?3。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述蒸汽罐(6)提供的蒸汽為低壓蒸汽，壓力控制在0.5?0.7MPa。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述燃燒器(5)伸出燃燒室(17)的耐火澆注料層。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述燃?xì)夤?I)采取縮短火焰擴(kuò)散范圍和增加氧氣擴(kuò)散率的措施。
【文檔編號(hào)】F23D14/64GK105889921SQ201610396646
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日
【發(fā)明人】韓應(yīng), 高洪培
【申請(qǐng)人】中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司