[发明专利]降低NOx排出物的燃烧系统和燃烧方法

说明书

本发明涉及一种在流化床反应器中减少氧化氮(NOx)排出物的系统和方法。更具体地说，本发明涉及这样一种系统和方法，即将反应剂选择性地注入反应器中以减少反应器燃烧产生的气体产物中NOx的量。

流化床燃烧系统是公知的，其通常包含一个燃烧部分，在该燃烧部分中含氧气体如空气流动通过含有含氮碳质燃料如煤的颗粒床。床层中可能还加入了一些吸收剂颗粒如石灰石，石灰，或白云石用来吸收燃烧中产生的硫的氧化物。含氧气体使燃烧部分中的颗粒物质发生流化并促进颗粒燃料在相当低的温度下进行燃烧。通常，在蒸汽发生器中常使用这些类型的燃烧系统，其中在与流化床反应器进行的热交换中使冷却液，如水通过液流循环以产生蒸汽并能达到高的燃烧效率，强的燃料适应性，高的硫吸收量和相当低的NOx排出物量。

用于产生蒸汽的一种常用流化床反应器是“沸腾”流化床，其中流化的颗粒物质形成了一个流化床，该床具有相当高的密度和轮廓分明的或不连续的上表面。另一种更为常用的流化床是“环流”流化床，其中流化的颗粒物质形成一个低密度床，该床的密度低于通常的沸腾流化床的密度，并且在该流化床中初级气体的流化速度等于或高于沸腾床的流化速度。通过低密度床的初级气体带走大量的细颗粒物质以形成上部分散的颗粒床，且通常达到这样一种程度，即分散床中在初级气体中的颗粒物质基本上达到饱和。

通常，人们普遍认为使用高速的内部和外部的固体循环以使它们不受燃料放热方式的影响来操作这些环流流化床是有利的，这样，可使温度变化达到最小并使硫排出物的量维持在较低的水平。高速的外部固体循环是通过下述方式实现的，即在燃烧部分的出口处设置一个分离器如旋风分离器以接受来自燃烧部分分散床的烟道气和其夹带的颗粒物质。在分离器中将夹带出的颗粒物质从烟道气中分离出来，然后，将净化后的烟道气送入热回收部分，而将分离所得的颗粒物质循环回燃烧部分。这种循环提高了分离器的效率和延长了燃料和吸收剂颗粒的停留时间，其结果是更有效地使用了燃料和吸收剂颗粒，因而减少了燃料和吸收剂颗粒的消耗。

沸腾和环流流化床反应器还具有能控制环境污染的优点。例如从流化床反应器中排出的NOx量远低于由其它常用系统如燃气系统和燃煤电厂排出的NOx量。使用选择性非催化还原方法(“SNCR”)和选择性催化还原方法(“SCR”)可使NOx的排出量变得更低。在SNCR方法中，将反应剂如尿素或氨水注入反应器中使其与NOx进行反应生成N₂和H₂O。通常，可以通过反应器不同位置上的多个入口将反应剂注入反应器中，所说的反应器不同位置包括燃烧部分、分离器和与燃烧部分及分离器相连的通道。通过使用SNCR方法可使NOx的排出量达到更低的水平。

然而，SNCR方法仍存在有一定的问题。例如，由于不能有效地利用所加入的反应剂，往往无法使SNCR方法在减少NOx的量方面达到理想的程度。为了更有效地利用反应剂，需要使反应剂在系统中停留很长时间、使反应剂与含NOx烟道气高度混合、以及使反应剂与系统中颗粒物质低度混合。这些系统常常不能有效地利用反应剂。例如，那些将反应剂注入燃烧部分的系统和将反应剂注入通道上各个位置的系统可能存在反应剂与颗粒物质发生了过多的混合，而末能与含NOx的烟道气进行足够的混合的问题。同样，将反应剂注入分离器的系统可能存在反应剂在系统中的停留时间不够长以及反应剂与含NOx的烟道气末能进行充分混合的问题。

未能有效地利用反应剂将会导致过量地使用反应剂，从而也就增加了SNCR方法的成本。另外，加入过量的反应剂可能会产生新的环境污染问题。

因此，本发明的一个目的是提供一种操作低NOx排出量的流化床反应器的系统和方法。

本发明的第二个目的是提供一种使用选择性非催化还原方法来操作低NOx排出量的流化床反应器的系统和方法。

本发明的第三个目的是提供这样一种系统和方法，即在该系统和方法中能有效地利用反应剂来降低燃烧产生的气体产物中NOx的排出量。

本发明的第四个目的是提供一种上述类型的系统和方法，它能提高反应剂的停留时间、反应剂与燃烧产生的气体产物的混合以及减少反应剂与颗粒物质的混合从而高效地利用了反应剂。

本发明的第五个目的是提供一种上述类型的系统和方法，在该系统和方法中，选择性地将反应剂在特定位置注入系统中从而有效地降低了燃烧产生的气体产物中NOx的排出量。