[实用新型]一种对燃烧系统所产生废气的脱硝装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种对燃烧系统所产生废气的脱硝装置，应用于含NO_x气体的净化工艺，可用于电厂烟道气、内燃机尾气及其它工业化过程所产生的含NO_x废气的污染治理。 

背景技术

众所周知，燃烧过程会产生大量的含NO_x的气体，NO_x的浓度可达到几百甚至上千ppmg。NO_x是所有氮氧化合物的总称，其中约90%为NO。NO_x被释放到大气中会导致酸雨的形成、空气的污浊，NO如进入大气平流层还会造成臭氧层的破坏。烟气/尾气中的NO_x主要来自燃料中的含氮化合物的氧化，也有一部分来自空气中的分子氮的氧化。除了燃料中含氮化合物的浓度，锅炉的负荷、燃烧温度、空气的富余量以及燃烧停留时间等因素也是决定烟气中NO_x浓度的重要因素。如在实际的电厂中，仅仅锅炉负荷的变化就可以造成NO_x的排放量波动高达4倍左右。世界上的主要国家都对烟气中NO_x的排放实行限制，其排放标准有逐步严格的趋势，这对烟气中的NO_x处理会提出越来越高的要求。 

现有烟气的脱NO_x技术包括已经商业化的选择性催化还原法（SCR）和选择性非催化还原法（SNCR）。选择性催化还原法在烟气中注入以氨气（NH₃）和氨水为主的化合物，氨在催化剂的作用下还原NO并生成无害的氮气和水。氨还有助于后续的电除尘中飞灰的收集从而提高该装置的运行效率。此反应必须在大约300-450 ℃之间进行，温度太低则反应效率大大降低，而太高则会使得催化剂失效。为了利用烟气中的余热，在发电厂，SCR反应装置通常设在锅炉出口后二次空气预热器之前。SNCR法采取与SCR类似的还原反应，还原剂一般采用尿素，不用催化剂催化而是选择在高温条件如1000-1200 °C下进行反应，因此使用SNCR法时还原剂一般添加到锅炉内接近出口部位具有所需要高温的区段内。 

由于氨气是不稳定的危险气体，有刺激性气味，因此在制备、运输和储存氨气上有安全隐患，氨通常必须以液氨或氨水的形式储存。为了保证较高的NO_x去除率，在发电厂氨的投加量一般要适当过量，这样就会造成氨泄漏的危险。氨除了有刺激性气味，对动物和环境也有毒害作用。为了避免使用氨所带来的一系列问题，研究人员提出了许多变通的SCR或SNCR法。最为重要的变通方法是使用氨的替代物质，最为常用的氨的替代物质是尿素。尿素在常温下呈固体状，非常稳定，其运输和储存都比较方便。然而，由于是固体，尿素的计量和投加比较困难，为了投加均匀并且形成很小的颗粒，工程中常常将尿素先溶于水配成20 %的溶液，然后把溶液喷入烟气中。由于水在摄氏1000多度高温下挥发成气体需要吸收热量，因此将尿素配置成溶液来投加的方法会造成能量上的大量浪费。 

现有的SCR或SNCR所需还原剂的制备和添加技术有多种选择，但都存在这样那样的问题。氨气和氰酸分子量小，它们直接被用于NO_x的还原反应，但是它们的运输和储存较为困难，且有较大的安全隐患，由于它们有刺激性，对环境有直接的危害，使用中如果泄漏将会对生活在周边的居民造成较大的影响。尿素和三聚氰酸等固体还原剂在常温常压下性质稳定，加热后它们能分解生成NO还原所需要的还原剂（如氨和氰酸等），但是由于是固体，它们的均匀添加、计量和调节存在困难。由于在大多数气相反应中，反应物的颗粒越小反应越容易进行，直接添加固体很难做到颗粒的最小化。另一种选择是把固体先溶于液体中配成较稀的溶液然后喷洒到反应中去，这样液体挥发后就会形成很小的固体颗粒。但液体挥发必然带走一部分热量，造成较大的能量浪费。在燃煤电厂使用尿素的SNCR法时，由于水的蒸发所带走的能量可能高达发电量的1%。 

进一步的选择是在把尿素和三聚氰酸先分解转化为氨气或氰酸气体再投入还原反应中去，由于尿素和三聚氰酸的彻底分解需要用到约180 ℃和450 ℃以上的高温，因此，反应需要较高的能量；为了防止氰酸的聚合，反应必须在较低的压力或有较大量的载气作用下（以降低分压）进行，这样势必对运行造成不小的麻烦，特别是当用于汽车尾气NO_x排放控制时，由于尾气温度较低，往往需要严格地控制尿素的添加。