[发明专利]使用再生式热交换器在燃烧烟道气侧流中热分解尿素

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2006年8月22日提交的美国临时专利申请No.60/839364 的优先权，并通过引用将其全部公开内容结合在本文中。

技术领域

本发明一般性地涉及对燃烧烟道气(combustion flue gas)中的氮氧化 物(NOx)的处理。更具体地，在某些实施方式中，本发明涉及使用再生 式热交换器(RHE)在烟道气侧流中将尿素转化成氨，反应产物被烟道气 带入选择性催化还原(SCR)单元以还原烟道气中存在的NOx。

背景技术

减少燃烧过程NOx的排放越来越重要。试图通过改变燃烧条件和燃料 来减少NOx的技术被称为基本方法，而处理燃烧所得的排气的技术被称为 辅助方法。

辅助方法包括选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原 (SNCR)，二者通过使用氨和尿素作为还原剂来实现。由于储存、操作 和运输导致的安全性问题，难以在这些工艺中直接使用氨。尿素的直接使 用较为安全，但将尿素从固体或液体形式转化成活性气态物质需要高能 量。

2006年2月8日提交的美国专利申请No.11/275989(2006年6月1 日公布，美国专利申请公开号No.US2006/0115402)中描述了一种使用燃 烧烟道气侧流来选择性催化还原NOx的方法，通过引用将其整体结合在本 文中。所述方法旨在克服将尿素转化成氨以用于氨SCR NOx处理工艺的 难题，这是利用待处理燃烧烟道气的侧流(例如，滑流(slipstream))来 实现的。该侧流通常不超过待处理的全部烟道气的约3％，将该侧流引导 通过通道，向该通道中注入尿素。加热该侧流以使被注入的尿素分解，并 通过烟道气侧流将反应产物带入SCR单元的注射格栅(injection grid)。 该方法实现了用于SCR还原NOx的活性气态反应物的均匀混合。

上述工艺的一个缺点是热效率较低。传统的热交换器(例如， US2006/0115402附图1-11中标号22所示的热交换器)通常无法提供足 够的用于将尿素转化为氨的热量。这就需要使用喷燃器(burner)来直接 加热侧流(如US2006/0115402附图2-6和11中标号38所示)。喷燃器 消耗燃料，而且因其产生的热量无法后续使用而效率不高。

因此，需要一种热效率更高的工艺，用于在燃烧烟道气侧流中将尿素 转化成氨，用来通过SCR催化还原NOx。

发明内容

本发明提供了一种技术方案，可以解决现有的在燃烧烟道气侧流中将 尿素转化成氨以选择性催化还原(SCR)燃烧烟道气中的NOx的方法中存 在的热效率问题。

在一种实施方式中，燃烧烟道气的侧流被引入再生式热交换器 (RHE)，例如双室RHE。在两个室之间存在滞留室(retention chamber)，通过操作喷燃器或蒸汽盘管加热器、热交换器或其它加热单 元将该滞留室保持在高温(例如约1175-1225°F)。滞留室中的温度足以 使得尿素水溶液转化成气态氨和二氧化碳，并且滞留室的尺寸可以提供对 于尿素的基本完全转化来说足够的停留时间。

双室RHE中的气体流的方向被周期性地反转，在从第一室到第二室 流动与从第二室到第一室流动之间交替。以此方式，热反应产物在其中通 过的陶瓷室吸收和保持热量，用于“预加热”在接下来的周期中在到滞留 室的途中穿过陶瓷室的烟道气。因此，喷燃器所产生的热量得以保存，热 效率得到改善。将滞留室保持在足以将尿素水溶液转化为气态氨的温度所 需的燃料(或其它能量源)减少。

在尿素转化之后，烟道气和气态分解产物(例如，氨)以比其露点至 少高约50°F的温度离开RHE，然后与其余的烟道气混合，并被送到用于 还原烟道气中的NOx的选择性催化还原单元(SCR)。

本工艺的另一个优点是可以对负荷的变化作出瞬时响应，并且根据需 要产生氨，而无需高压容器或管线。

在一个方面，本发明涉及一种工艺，该工艺包括再生式热交换器 (RHE)，用于在来自燃烧器(combustor)的烟道气侧流中由NOx还原 剂产生反应气体。在一种优选实施方式中，反应气体包括氨。在某些实施 方式中，NOx还原剂包括尿素，例如，NOx还原剂可以是尿素水溶液。