CN209828701U - 基于氨水+联氨的混合脱硝剂的制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于氨水+联氨的混合脱硝剂的制备装置，包括联氨储罐(1)、管道混合器(3)、喷枪系统(4)和氨水储罐(5)，联氨储罐中存储联氨溶液，氨水储罐中储存氨水，联氨储罐和氨水储罐的出液端分别与管道混合器的进液端连接，使氨水和联氨溶液在管道混合器中充分混合成混合脱硝剂；管道混合器的出液端连接到喷枪系统的进液端，喷枪系统的出液端通过若干个喷嘴(41)将混合脱硝剂喷出，若干个喷嘴安装在低烟温炉膛中。本实用新型可制备由氨水和联氨混合制成的脱硝剂，在烟气脱硝作业时可以适应较大范围的炉温，在不显著提高设备投资与运营成本的前提下解决低炉膛温度焚烧炉的脱硝问题。

Description

基于氨水+联氨的混合脱硝剂的制备装置

技术领域

本实用新型涉及一种烟气脱硝剂的制备装置，尤其涉及一种基于氨水+联氨的混合脱硝剂的制备装置。

背景技术

随着社会经济与技术的发展，不同种类的焚烧窑炉与锅炉在各行各业广泛使用，随之带来的是不同污染物组分和理化特性的烟气的产生。

锅炉、焚烧炉燃烧过程中产生的NO_X一部分来源于燃料中的含N有机质的分解转化，另一部分来源于空气中的氮在氧化气氛和高温条件下产生的。NOx有NO、NO₂、N₂O、N₂O₃、N₂O₇等多种形态，燃料焚烧烟气中的NOx以NO为主，其浓度随温度提高而迅速增加且高温区烟气停留时间越长，NO生成量越多。低温则有利于NO₂的生成。虽然NOx通常以95％的NO和5％的NO₂组成，但一般都按100％的NO₂计算，这是因为在小于200℃的温度条件下，NO通过光化学反应转化成NO₂。根据氮氧化物生产机理的反应类型分为：

(1)热力型(thermal)：指在氧、温度等环境条件下，空气中的N₂和O₂反应生成NOx的过程。当燃烧温度小于1500℃时，NO生成量很小；大于1500℃时，每提高100℃，反应速率提高6～7倍。热力型NOx的生成原理：2N₂+3O₂→2NO₂(g)+2NO(g)。

(2)燃料型(fuel)：指燃烧过程中，燃料中有机氮被还原成NH₃，NH₃和O₂化合生成NOx的过程。由于氮分子N≡N键能比有机物中C-N键能大得多，因此氧首先破坏C-N键而生成NOx，生成温度600～800℃，当大于900℃时急剧下降，故燃烧温度的影响不大，而过量空气系数的影响显著，当过量空气系数α＜1时，NOx转化率显著降低，α＝0.7时，NOx转化率趋于0。燃料性NOx生成原理：

CxHyOzNw+O₂→CO₂+H₂O+NO₂+NO+未完全燃烧物。

(3)快速型(prompt)：燃烧过程中，碳氢化合物燃烧生成NOx。也有与热力型合并，统称为热力型。

目前，除采用低氮燃烧等技术在源头降低NO_X产生量外，传统的烟气脱硝技术主要分为SNCR(选择性非催化还原)脱硝与SCR(选择性催化还原)脱硝，区别之处在于是否使用催化剂降低反应条件。一般广泛使用的脱硝剂为尿素或氨水，在一定反应条件下，将NO_X还原成N₂与水。

SCR脱硝技术反应条件较为缓和(使用低温催化剂在220℃即可发生反应)并且NO_X脱除率较高。但若采用SCR工艺，参照目前燃煤电厂主流工艺的高尘布置形式，那么在诸如生物质电厂的使用条件下，因烟气粉尘及其碱金属(Na、K)含量较高，将造成SCR催化剂磨损、堵塞，或污染、中毒，从而大大降低催化剂的使用寿命。并且SCR工艺系统投资较高，而烟气在布袋除尘器后烟温尚不足以支持完成催化还原反应，又须使用大量蒸汽升温，带来运行成本的高企不下。所以在很多场合NO_X脱除率较低的SNCR仍是最优的选择。

使用尿素或氨水的SNCR脱硝技术的弊端在于其较严格的反应温度区间：若使用氨水，需要控制烟温在850℃-1050℃范围内，并且反应时间大于1s；若使用尿素温度窗口还需上移50℃。在某些应用领域(如煤粉炉、玻璃窑或冶炼炉窑)较易实现，但在一些炉温较低的状况下(如生物质锅炉和垃圾焚烧炉)使用SNCR脱硝效率十分低下。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于氨水+联氨的混合脱硝剂的制备装置，可制备由氨水和联氨混合制成的脱硝剂，在烟气脱硝作业时可以适应较大范围的炉温，在不显著提高设备投资与运营成本的前提下解决低炉膛温度焚烧炉的脱硝问题。

本实用新型是这样实现的：

一种基于氨水+联氨的混合脱硝剂的制备装置，包括联氨储罐、管道混合器、喷枪系统和氨水储罐，联氨储罐中存储联氨溶液，氨水储罐中储存氨水，联氨储罐和氨水储罐的出液端分别与管道混合器的进液端连接，使氨水和联氨溶液在管道混合器中充分混合成混合脱硝剂；管道混合器的出液端连接到喷枪系统的进液端，喷枪系统的出液端通过若干个喷嘴将混合脱硝剂喷出，若干个喷嘴安装在低烟温炉膛中。

所述的基于氨水+联氨的混合脱硝剂的制备装置还包括氮气制备系统，氮气制备系统与联氨储罐和喷嘴连接。

所述的喷枪系统还包括若干个剂量分配柜，稀释后的混合脱硝剂经若干个剂量分配柜对应分配到若干个喷嘴中。

所述的基于氨水+联氨的混合脱硝剂的制备装置还包括除盐水储罐，除盐水储罐储存除盐水，除盐水储罐的出液端连接到联氨储罐。

所述的联氨储罐上连接有药剂吸收罐。

本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本实用新型的制备装置通过调整混合脱硝剂的浓度和喷射点位，以适应不同的炉膛温度与初始NO_X浓度。

2、本实用新型的制备装置为全封闭结构，保证无废气废水排出，并通过报警设备进行泄漏控制，确保使用安全性。

3、本实用新型的制备装置在联氨储罐中通过氮气避免联氨溶液与烟气发生反应，进一步提高联氨溶液的使用安全性。

4、本实用新型制备的混合脱硝剂在喷枪内受氮气雾化，在炉膛低温区内对氧含量的高低不敏感，大大增强了反应效率，降低了化学计量比。

本实用新型可针对炉温较低或初始NO_X较高的工况制备氨水+联氨混合脱硝剂，利用的联氨极强的还原性、反应温度窗口较低(600-750℃)、烟气氧含量降低时温度区间上移等性质，使基于氨水与联氨的混合脱硝剂极大地拓宽炉内脱硝的反应温度区间，同时延长了反应时间，在不显著提高设备投资与运营成本的前提下解决低炉膛温度焚烧炉的脱硝问题。

附图说明

图1是本实用新型基于氨水+联氨的混合脱硝剂的制备装置的主视图；

图2是本实用新型基于氨水+联氨的混合脱硝剂的制备装置的喷枪系统的主视图。

图中，1联氨储罐，2氮气制备系统，3管道混合器，4喷枪系统，41喷嘴，42剂量分配柜，5氨水储罐，6除盐水储罐，7药剂吸收罐。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

请参见附图1及附图2，一种基于氨水+联氨的混合脱硝剂的制备装置，包括联氨储罐1、管道混合器3、喷枪系统4和氨水储罐5，联氨储罐1中存储联氨溶液，氨水储罐5中储存氨水，联氨储罐1和氨水储罐5的出液端分别与管道混合器3的进液端连接，使氨水和联氨溶液在管道混合器3中充分混合成混合脱硝剂；管道混合器3的出液端通过喷枪分配母管连接到喷枪系统4的进液端，喷枪系统4的出液端通过若干个喷嘴41将混合脱硝剂喷出，若干个喷嘴41安装在低烟温炉膛中，优选的，喷嘴41的布置位置应使脱硝剂喷入区域的温度最适宜脱硝反应的进行，并且逃逸氨对锅炉受热面的腐蚀影响较小。

所述的基于氨水+联氨的混合脱硝剂的制备装置还包括氮气制备系统2，氮气制备系统2与联氨储罐1和喷嘴41连接，可在联氨储罐1中起到氮气保护的作用，避免联氨遇氧发生反应而引起严重的安全事故，氮气也能用于雾化喷嘴41内的混合脱硝剂，优选的，喷嘴41可采用双流体雾化喷嘴。

所述的喷枪系统4还包括若干个剂量分配柜42，稀释后的混合脱硝剂通过管路经若干个剂量分配柜42对应分配到若干个喷嘴41中，能精确控制每个喷嘴41喷出的剂量。

所述的基于氨水+联氨的混合脱硝剂的制备装置还包括除盐水储罐6，除盐水储罐6储存除盐水，除盐水储罐6的出液端通过管道连接到联氨储罐1，可用于在联氨溶液中加入除盐水，除盐水根据所需浓度调整配比，在联氨储罐1中与连然溶液混合均匀并充分溶解后，泵送出联氨储罐1，在管道混合器3中与氨水溶液混合均匀。系统运行时通过脱硝剂输送泵送至喷枪系统4。

所述的联氨储罐1上连接有药剂吸收罐7，由于每次在联氨储罐1中添加药剂都伴随着液位上方的空气被排出，而这空气里含有挥发掉的联氨，所以不能直接排空，需要导到药剂吸收罐7中把联氨吸收掉。吸收方式就是排气管道伸到吸收剂液位以下，在气泡上升的过程中进行吸收。优选的，药剂吸收罐7与联氨储罐1的连接方式可采用法兰连接。

根据炉膛烟气中初始氮氧化物浓度及所需的去除效率，配置所需浓度的混合脱硝剂溶液，可根据需要进行调整。考虑到联氨具有毒性，并且具有较高蒸气压和发烟特征，在基于氨水+联氨的混合脱硝剂的制备装置中，所有的连接管道、泵体、储罐等都采用全封闭结构和全封闭输送，确保无废气废水排出，并在可能发生药剂逃逸的点位设置泄漏警报装置，用于将警报发送至外接的PLC/DCS控制系统，并通过联锁动作进行泄漏控制。

本实用新型的制备装置制作的基于氨水+联氨的混合脱硝剂，由氨水和联氨溶液均匀混合而成，在烟温较低(550-750℃)情况下，所述的混合脱硝剂中氨水的质量分数为25％-65％，混合脱硝剂中联氨溶液的质量分数为35％-75％。若烟温高于750℃，根据需要的脱硝效率，可适当降低联氨溶液使用量，提高氨水比例。本实用新型说采用的氨水的质量浓度为20％，联氨溶液的质量浓度为40％。

本实用新型制备的基于氨水+联氨的混合脱硝剂应用于烟气脱硝方法中，其具体步骤为：在烟温较低(550-750℃)情况下，通过制备装置制备氨水+联氨的混合脱硝剂并泵入喷枪系统4的喷嘴41，混合脱硝剂在喷嘴41内经压缩氮气雾化后喷射在炉膛中进行脱硝反应，通过调整混合脱硝剂的浓度和喷射点位，以适应不同的炉膛温度与初始NO_X浓度。

在较低烟温条件下，本实用新型采用氨水和联氨溶液混合后进行脱硝反应的化学式如下：

氨水：4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O

联氨：N₂H₄+2NO→2N₂+2H₂O

本实用新型的方案同样可应用于采用尿素的SNCR中，将尿素与联氨溶液混合后进行脱硝反应，尿素与联氨溶液在炉膛内发生的化学反应如下：

尿素：N₂H₄CO+2NO→2N₂+2H₂O+CO

联氨：N₂H₄+2NO→2N₂+2H₂O

由于联氨溶液与氨水使用前在管道混合器3内充分混合，并且在喷枪系统4内受氮气制备系统2制备的氮气雾化，在炉膛低温区内对氧含量的高低不敏感，可大大降低脱硝反应温度要求，大大增强了反应效率，降低了化学计量比，提高脱硝效率。

实施例1：生物质循环流化床锅炉烟气脱硝

某循环流化床生物质锅炉未采取任何措施时NOx的排放浓度在120～150mg/Nm³之间；大多数情况下在130mg/Nm³以上；炉膛内部的温度在600～700℃之间，屏式过热器前的烟温为550℃。炉膛出口处过量空气系数为1.4左右；采取以氨水为脱硝剂的SNCR脱硝措施，在NH₃：NOx的化学当量比＝1.5时，排烟中NOx的浓度仍在120～140mg/Nm³之间，几乎没有脱硝效果，不能满足最新标准NOx排放低于100mg/Nm³的要求；采用本实用新型的混合脱硝剂，仅在原有氨水系统中加入联氨溶液(浓度为40wt％)，混合后作为脱硝剂、氨水N所占的比例为50％；脱硝剂：NOx的化学当量比为1.2(以150mg/Nm³为计算基准)；喷口后面测点的温度、氧量的体积浓度、排烟中NOx的排放量见表1。

表1炉膛内以氨水、联氨混合物为脱硝剂时脱硝效率

在较低的炉膛温度条件下，使用本实用新型的混合脱硝剂可使脱硝效率满足排放要求，且烟气中无NH₃逃逸。

实施例2:生物质炉排炉锅炉烟气脱硝

某生物质炉排炉锅炉未采取任何措施时NOx的排放浓度在220～250mg/Nm³之间；大多数情况下在230mg/Nm³以上；炉膛内部的温度在730～870℃之间，屏式过热器前的烟温为750℃。炉膛出口处过量空气系数为1.4左右；采取以氨水为脱硝剂的SNCR脱硝措施，在NH₃：NOx的化学当量比＝1.8时，排烟中NOx的浓度仍在120～150mg/Nm³之间，不能满足最新标准NOx排放低于100mg/Nm³的要求；采用本实用新型的混合脱硝剂，仅在原有氨水系统中加入联氨溶液(浓度为40wt％)，混合后作为脱硝剂、氨水N所占的比例为80％；脱硝剂：NOx的化学当量比为1.2(以250mg/Nm³为计算基准)；喷口后面测点的温度、氧量的体积浓度、排烟中NOx的排放量见表2。

表2炉膛内以氨水、联氨混合物为脱硝剂时脱硝效率

由表格可见，采用本实用新型的混合脱硝剂进行脱硝反应后不仅排放完全达标，而且烟气中无NH₃逃逸。

实施例3：垃圾循环流化床锅炉烟气脱硝

某垃圾循环流化床锅炉原始氮氧化物浓度300mg/Nm³，脱硝工艺采用SNCR，以尿素溶液(40％质量浓度)为还原剂，设计脱硝效率35％。实验采用本实用新型的混合脱硝剂为还原剂，混合脱硝剂中氨水溶液(20％质量浓度)的质量分数为80％，联氨溶液(40％质量浓度)的质量分数为20％，混合脱硝剂与氮氧化物化学计量比为1.2，实验数据见表3：

表3：炉膛内以氨水、联氨混合物为脱硝剂时脱硝效率

由表格可见，在相同情况下，使用本实用新型的混合脱硝剂可大幅提升脱硝效率，且无氨逃逸问题。

实施例4：垃圾炉排炉锅炉烟气脱硝

江苏某垃圾炉排炉锅炉原始氮氧化物浓度400-600mg/Nm³，脱硝工艺采用SNCR，以氨水为还原剂，设计脱硝效率55％，烟气排放浓度参照EU2010，氮氧化物出口浓度应小于200mg/Nm³，但由于原始氮氧化物浓度瞬时波动较大，造成氮氧化物排放浓度不能稳定达标，故需采取措施使烟气稳定达标排放。采用氨水/联氨溶液为还原剂，混合脱硝剂中氨水溶液(20％质量浓度)质量分数90％，联氨溶液(40％质量浓度)质量分数10％，混合脱硝剂与氮氧化物化学计量比为1，实验数据见表4：

表4：炉膛内以氨水、联氨混合物为脱硝剂时脱硝效率

由表格可以看出，本实用新型的混合脱硝剂在联氨质量分数很小的情况下，在较高温度区间，也可以达到较高的脱硝水平。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定实用新型的保护范围，因此，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于氨水+联氨的混合脱硝剂的制备装置，其特征是：包括联氨储罐(1)、管道混合器(3)、喷枪系统(4)和氨水储罐(5)，联氨储罐(1)中存储联氨溶液，氨水储罐(5)中储存氨水，联氨储罐(1)和氨水储罐(5)的出液端分别与管道混合器(3)的进液端连接，使氨水和联氨溶液在管道混合器(3)中充分混合成混合脱硝剂；管道混合器(3)的出液端连接到喷枪系统(4)的进液端，喷枪系统(4)的出液端通过若干个喷嘴(41)将混合脱硝剂喷出，若干个喷嘴(41)安装在低烟温炉膛中。

2.根据权利要求1所述的基于氨水+联氨的混合脱硝剂的制备装置，其特征是：所述的基于氨水+联氨的混合脱硝剂的制备装置还包括氮气制备系统(2)，氮气制备系统(2)与联氨储罐(1)和喷嘴(41)连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于氨水+联氨的混合脱硝剂的制备装置，其特征是：所述的喷枪系统(4)还包括若干个剂量分配柜(42)，稀释后的混合脱硝剂经若干个剂量分配柜(42)对应分配到若干个喷嘴(41)中。

4.根据权利要求1所述的基于氨水+联氨的混合脱硝剂的制备装置，其特征是：所述的基于氨水+联氨的混合脱硝剂的制备装置还包括除盐水储罐(6)，除盐水储罐(6)储存除盐水，除盐水储罐(6)的出液端连接到联氨储罐(1)。

5.根据权利要求1所述的基于氨水+联氨的混合脱硝剂的制备装置，其特征是：所述的联氨储罐(1)上连接有药剂吸收罐(7)。