[发明专利]添加生物质气化气的选择性非催化还原方法及使用的锅炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种选择性非催化还原方法及使用的锅炉。

背景技术

氮氧化物(NOx)是燃煤锅炉排放的主要大气污染物之一，除了形成酸雨，破坏生态环境，还能形成光化学烟雾，直接危害人类健康。2004年7月1日起国家对氮氧化物按每一污染当量(氮氧化物的排污当量为0.95千克)0.6元直接向排放污染物的单位收费。控制燃煤锅炉NOx排放已经迫在眉睫。目前控制NO_X排放的措施大致分为两类，一类是低NO_X燃烧技术，主要包括低过量空气运行技术、烟气再循环技术、浓淡燃烧技术和再燃燃烧技术等。再燃技术的成本在低NO_X燃烧技术中是最高的，其降低NOx幅度也最大，可达到50％，而其它的低NOx燃烧技术一般只有10％～30％，在燃用低挥发分的无烟煤或劣质烟煤时，低NOx燃烧技术降低NOx的效果有限。另一类控制NO_X排放的措施是烟气脱氮技术，烟气脱氮技术脱氮效率较高，不受燃烧煤种的限制。目前被大规模工业应用的是选择性催化还原(SCR)技术和选择性非催化还原(SNCR)技术。SCR技术脱硝效率较高，但需要催化剂，系统投资巨大，且运行成本高；SNCR技术设备简单，不需要催化剂，运行费用远低于SCR技术。

SNCR反应存在温度窗口，只有在900℃～1100℃范围内才能保证较高的脱硝效率，温度高于1100℃，NH₃被氧化生成NOx，当温度低于900℃时NH₃与NOx的反应速率很低。SNCR技术实际应用中，由于伴随炉内烟气流动，烟气的热量被锅炉受热面吸收，烟气温度迅速降低，烟气温度梯度大，能够满足SNCR最佳脱硝效率的900℃～1100℃这个温度范围的脱硝反应空间是有限的，加之氨基还原剂与烟气混合过程需要较长的时间(相对于脱硝反应时间)，限制了SNCR脱硝反应的效率。在混合良好和温度适宜的条件下，SNCR机理实验脱硝效率可以达到80％—90％，但SNCR技术工程应用中脱硝率较低，一般只有30％-50％。三井巴布科克能源公司提出在锅炉水平烟道喷射天然气(CH₄)，利用CH₄作为添加剂使SNCR反应在较低温度下仍能进行，提高了整体脱硝效率，并将该技术命名为选择性自动催化还原(SACR)技术。天然气在我国是稀缺的优质能源，并且我国的多数电厂不具备天然气资源，限制了该技术的应用。授权公告号为CN101244361A、授权公告日为2008年8月20日的发明专利公开了《一种促进选择性非催化还原氮氧化物的方法》，这种还原方法提出了以超细煤粉、天然气或合成气作为SNCR反应的添加剂，提高SNCR反应在低温时的脱硝效率。但是SNCR反应的温度比常规煤粉燃烧温度低很多，即使采用超细煤粉，保证超细煤粉的燃尽却十分困难，并且在实际锅炉中很难实现超细煤粉与烟气的良好混合，因此利用超细煤粉作为添加剂来提高SNCR反应在低温时的脱硝效率的效果有限。另该发明专利还提出以合成气作为SNCR反应的添加剂，但是该专利并未给出合成气的来源和气体成分，而且其合成气的添加量是以合成气中CH₄的含量与烟气中NO的含量的摩尔比来表示的，显然该专利所指的合成气中有效成分仅限于CH₄。

我国是农业大国，生物质资源丰富，且分布广泛，生物质气化技术是一种成熟的生物质利用技术，生物质气化气的主要成分包括H₂、CO、CH₄、CO₂和N₂等，不同的气化技术采用的气化条件不同，各种成分的比例不尽相同，我国生物质气化领先的中科院广州能源所用于发电的气化炉产生的典型生物质气化气成分的体积百分比为H₂＝14％、CO＝20％、CH₄＝2％、CO₂＝14％、N₂＝50％，可见CH₄含量很低，但结合图3和图5体现的研究结果可知，H₂和CO也可以有效降低SNCR反应的温度窗口，尤其是H₂效果明显，结合图7对生物质气化气作为添加剂进行试验和反应动力学计算表明，生物质气化气可以有效降低SNCR反应的温度窗口。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的选择性非催化还原方法存在的温度窗口狭窄、在低温区脱硝率低和反应添加剂的合成气中有效成分单一的问题，进而提供一种添加生物质气化气的选择性非催化还原方法及使用的锅炉。