[发明专利]增强选择性非催化还原反应烟气脱硝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种增强选择性非催化还原反应烟气脱硝的方法。适用于选择性非催化还原法辅助燃烧和喷枪雾化，应用于电厂锅炉、水泥预分解炉和垃圾焚烧炉NOx减排。

背景技术

煤粉燃烧产生的氮氧化物除了作为一次污染物伤害人体健康外，还会产生多种二次污染。氮氧化物是生成臭氧的重要前体物之一，也是形成区域细粒子污染和灰霾的重要原因。除了通过改善燃烧技术降低NOx排放，SNCR技术已被证明是一种有效的烟气脱硝手段。

SNCR是在1973年由Exxon申请的专利的基础上发展起来的，该专利介绍了在烧成排气阶段还原NO。按照该专利的作法，当温度为870～1095℃时，在有氧的情况下将氨或氨的先驱物注入排出的气体流中，NO便会按照下面的反应式进行选择性还原：4NO+4NH3+O2→N2+6H2O。Lyon在美国专利（3900554）和Arand在美国专利（4208386，4325924）对SNCR的进一步实用化进行了改进。将氨作为还原剂的方法称Exxon法，美国称此为De—NOx法，德国称此为热力NOx法，该法由美国Exxon研究和工程公司于1975年开发并获得专利。使用尿素与增强剂的方法，称为燃烧技术中的脱NO法，也称NOxOUT法。该法由EPRI于1980年研制并获得专利，美国Fuel Tech公司在此基础上作了工艺完善，并持有几项补充专利。目前公认氨和尿素是较为合适的还原剂。

通常SNCR的脱硝效率在30%～50%左右。两大问题严重影响其脱硝效率。首先是狭窄的温度窗口。无论是在燃煤锅炉或是在水泥分解炉和垃圾焚烧炉内，SNCR的反应只有在850℃一1200℃狭窄的温度区间内，而且反应还必须在该温度区问有一定的停留时间才能达到最好效果。这在一定程度上严重限制了SNCR的实际效果。另一个问题是对于较大的炉膛，由于SNCR溶液与烟气的混合不均匀，同样造成还原反应的不充分，甚至还会带来氨逃逸的问题。

目前针对温度窗口问题，普通的方法是采用CFD数值模拟或者实际测量炉膛内的温度分布，选择合适的高度分层布置SNCR喷枪。这种方法的一个前提是炉膛内必须存在850℃一1250℃的区域，而且考虑到安装的问题，这个区域尺寸不能太窄而且位置要便于安装。对于像水泥分解炉内，由于同时还存在一个吸热反应，就是生料的分解，碳酸钙在高温作用下分解成氧化钙和二氧化碳。这个吸热的过程会导致温度的快速下降。另外一个SNCR溶液与烟气混合的问题，目前采用空气（蒸汽）雾化和机械雾化SNCR溶液，将尿素和氨溶液破碎成微小的液滴，增加与烟气的混合。这种雾化的局限在于，对于较大尺寸的炉膛，如果雾化液滴尺寸太细，液滴的动量不足以喷射到炉膛中央，如果液滴尺寸太粗，虽然液滴能喷射到炉膛中央，但又可能会造成液滴来不及蒸发，同样达不到混合均匀的效果。同时，由于运行负荷的变化性和燃煤成分的复杂性，加大了温度窗口狭窄和混合不均匀问题的影响。虽然目前已有一些研究在探索辅助添加剂氢、甲烷、一氧化碳以及纳化合物等，也有使用氧气为添加剂扩展温度窗口（CN 1668877A）的专利，但还不能同时为这两种问题提供解决方案。

发明内容

本发明的目的针对选择性非催化还原反应（SNCR）在电厂燃煤锅炉、水泥窑炉以及垃圾焚烧炉内的烟气脱硝应用中，由于合适反应的温度范围狭窄，以及反应溶液与烟气的混合不均匀，还原剂与NOx不能充分反应，导致SNCR脱硝效率低，而且带来氨逃逸和氨泄漏等问题，提供一种增强选择性非催化还原反应烟气脱硝的方法。

增强选择性非催化还原反应烟气脱硝的方法：在选择性非催化还原反应喷枪旁附加一个二甲醚喷射微管，使得在选择性非催化还原反应反应区内掺混微量二甲醚进入喷射区，喷入的二甲醚的含量与烟气中的NOx的物质的量之摩尔比为0～1.2，二甲醚的低温蒸发效应使择性非催化还原反应还原剂在喷入温度区间为650℃～1150℃炉膛后，发生闪击沸腾效应，增强雾化效果，同时二甲醚在炉膛高温环境下分解生成的中间产物H基能促进选择性非催化还原反应所需的OH基元的生成，促进选择性非催化还原反应效果，喷入二甲醚后，将选择性非催化还原反应原来所需的温度窗口850℃～1200℃扩展为650℃～1250℃，同时增强的雾化效果可以将烟气在炉膛内的所需停留时间缩短0.1s～0.3s，从而将选择性非催化还原反应脱销效率从30%～50%提高至40%～70%。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

1）加入DME使得SNCR脱硝的有效温度窗口拓宽，避免了由于烟气炉膛内温度窗口狭窄和温度过低而使SNCR反应不充分的情况；