[发明专利]从粉煤灰中分解氨的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种从含有高浓度氨的粉煤灰中分解氨的系统和方法。

背景技术

工业锅炉的使用者和操作者面对与遵守当前和未来规章有关的挑战。近些年来，公众和政府对于氮氧化物(NO_X)排放的环境影响的关注与日俱增，其会导致酸雨而影响环境。为了满足新的NO_X排放要求，很多使用者安装了使用燃烧管理和燃烧后处理的组合的污染控制设备。与安装污染控制设备有关的非预期的结果已经出现了。

控制NO_X排放通常使用两种方法。它们是燃烧调节和废气的燃烧后处理。燃烧调节技术包括低NO_X燃烧器，过火空气系统(over-fired airsystem)，再燃烧和废气再循环。燃烧后处理包括但不限于，选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)。

SCR和SNCR用化学方法将NO_X还原为氮气和水。SCR和SNCR的区别是SCR使用使NO_X的还原反应在较低温度下进行的催化剂。在SNCR系统中最常用的两种反应物为氨或尿素，而SCR最常使用的反应物为氨。

当使用氨时的通常的反应为：

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O

当使用尿素时的反应为：

2NO+CO(NH₂)₂+1/2O₂→2N₂+CO₂+2H₂O

氨的使用成功地减少了氮氧化物的排放，而通常引入超过反应需要的氨且氨不能被全部消耗。这些散逸的氨排放被称为氨逃逸。SCR系统通常在氨逃逸值在5ppm的范围内操作，而SNCR系统操作起来更高。氨逃逸被认为能够随操作条件的变化而大幅改变。某些逃逸报导为气流，某些为燃烧副产物。因此，燃烧过程产生的残余物例如粉煤灰和其它燃烧副产物会含有氨和/或氨的化合物，例如硫酸铵，硫酸氢铵，氯化铵，氢氧化铵和碳酸铵。

氨逃逸导致相当一部分氨化合物沉积在粉煤灰中。欧洲的SCR操作数据表明煤在具有在废气中逃逸值为2ppmv的6-8％范围内的灰中的燃烧导致氨在粉煤灰中的浓度约为100ppmw(也就是实际化合物例如硫酸铵的浓度会更高，但是由于只对氨的部分感兴趣，因此以氨的ppmw来表示)。使用SNCR技术的低NO_X操作在粉煤灰中产生的氨浓度一般在1000ppm的范围内。当在操作中使用更多的燃烧后NO_X控制系统，越来越多的粉煤灰中会含有氨。

减少来自煤燃烧的排放的要求经常导致两台或更多污染控制设备相接合。例如，减少NO_X的SCR与减少二氧化硫排放的废气脱硫设备(FGD或洗涤器)相结合。这两台设备的接合导致了其使用会排放更多的SO₃的非预期结果。

在煤燃烧过程中，煤中的大部分硫转化成SO₂，还有一小部分被进一步氧化成SO₃。使用控制NO_X排放的SCR使得含有热SO₂的废气在华氏700度范围内通过SCR系统。一般与SCR系统接合的含钒的催化剂还作为把SO₂氧化成SO₃的催化剂。这导致废气中相当一部分SO₂被氧化成SO₃。与这一问题组合的是，目前燃料市场的趋势倾向于使用在废气中产生更高的SO₂浓度的含硫量更高的燃料。

在含SO₃的废气释放进入大气之前，废气会通过一个FGD系统，该系统在很多情况下捕获SO₃的效率不高。这导致作为“蓝烟(blue plume)”的先驱物的SO₃的排放。当SO₃转化成硫酸(H₂SO₄)雾时蓝烟就形成了。当SO₃气溶胶进入大气时会冷却并与来自周围环境的水分相结合形成硫酸。因为硫酸在烟流中，从烟囱里出来，并比空气重，烟流的方向先是向上，变为不希望的横向，或者甚至直接向下。这一现象的可视效果被称为“蓝烟”。然而，SCR减少NO_X的排放，却会增加SO₃的排放。