[发明专利]利用加速选择性催化还原法的低温脱氮效率增加及可视废气去除系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种在锅炉、燃气涡轮机、焚烧炉、柴油机及玻璃熔窑等装置中利用选择性催化还原法降低氮氧化物时，调节排气成分，在300℃以下环境下提高脱氮效率的方法。

背景技术

发电锅炉或燃气涡轮机、工业锅炉、焚烧炉、柴油机等等装排放很多氮氧化物，成为环境污染的主要原因。

氮氧化物(NOx)为在燃烧染料的过程中排放的主要大气污染物，其指包括氧化二氮(N₂O)、一氧化氮(NO)、三氧化二氮(N₂O₃)、二氧化氮(NO₂)、五氧化二氮(N₂O₅)、三氧化氮(NO₃)等所有氮氧化物的词汇，但本说明中其只指称所述各物质中作为大气污染源最成为问题的一氧化氮(NO)及二氧化氮(NO₂)。

抑制氮氧化物(NOx)的生成或降低氮氧化物的方法有低过剩空气燃烧法、燃烧区域冷却法、燃烧空气预热控制法、燃烧装置变换法、两段燃烧法，水蒸气喷洒燃烧法(乳剂燃烧法)、排气再循环法、燃料的转换、流动床燃烧法等。

最近，作为氮氧化物(NOx)后处理技术，多使用选择性非催化还原法(Selective Non Catalytic Reduction)或选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction)，选择性催化还原法向脱氮催化剂前段喷射氨或尿素时，发生如下化学反应，让排气中的氮氧化物流经氨和催化剂，成为无公害水和氮气。

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O

该反应称为标准选择性催化还原法(SCR)，据知反应温度约为300～400℃时，反应效率最高。

但，近来从锅炉或焚烧炉、柴油机等装置的排气尽量回收热能，很多情况下排气温度低于300℃，而焚烧炉为了降低辅助燃料费，甚至把催化剂的工作温度降低到200℃以下。

另外，生物质能发电厂或玻璃熔窑为了防止由排气中的钠(Na)粒子引发催化剂中毒现象，在电集尘器或袋滤器后方设置催化剂，把催化剂的工作温度降低到200℃以下。

排气温度低的情况下，为了进行有效脱氮，可增加脱氮催化剂量或提高脱氮催化剂的效率。然而，增加脱氮催化剂量会导致增加反应器的体积和压力损失，致使锅炉等的燃烧状态变差，需要增设送风机等装置，增加动力费用；而低温条件下提高催化剂脱氮效率需要大幅提高催化剂的性能，不仅在技术层面非常困难，还要耗费很多费用。

另外，复合火力发电厂在驱动初期燃气涡轮机时产生大量二氧化氮(NO₂)，产生可视废气，但由于排气温度低并如下反应速度非常缓慢，因此利用催化法进行脱氮较难。

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O

因此，以现有技术去除二氧化氮，需要向燃气涡轮机后段喷射乙醇等，但此时会产生致癌物甲醛，因乙醇较贵，而致使运行费用高，而且，存在无法去除在燃气涡轮机正常运行时主要发生一氧化氮(NO)，从而需要额外设置选择性催化还原法(SCR)相关装置的缺点。根据近来的研究结果，加速选择性催化还原法(fast SCR)在300℃以下低温且排气成分比例中NO/NO₂=1条件下,脱氮效率最高，这意味着该加速选择性催化还原法可以有效提高脱氮效率。其反应式如下。

2NO+2NO₂+4NH₃→4N₂+6H₂O

该加速选择性催化还原法，排气温度在300℃以下低温条件下，排气成分比例中NO:NO₂=1：1时脱氮效率最高，相对于标准选择性催化还原法，温度越低、反应速度越高，最大能达到标准选择性催化还原法的十倍以上。

然而，为了把该加速选择性催化还原法原理应用于实际装置，需要在催化剂前段任意调节排气成分，让NO/NO₂=1，然后再让排气通过脱氮催化剂。

通常，锅炉正常运行时一氧化氮(NO)含量为90%以上，因此，为了在150～200℃下氧化排气中的一氧化氮(NO)，如图1所示，利用低温等离子或臭氧生成器，把排气中的一氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO₂)，从而诱导加速选择性催化还原反应。