專利名稱：還原煙道氣中氮氧化物的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃燒系統(tǒng)例如鍋爐、熔爐、焚燒爐和其它大型燃燒系統(tǒng)(在此統(tǒng)稱為“鍋爐”)的氮氧化物(NOx)排放控制。更具體而言，本發(fā)明涉及通過(guò)選擇性地將氮氧化物還原為分子氮來(lái)減少NOx排放。
背景技術(shù)：
采用過(guò)燃空氣(overfire air)(OFA)技術(shù)來(lái)消除或至少大大減少來(lái)自鍋爐的煙氣的排放。OFA將燃燒空氣分級(jí)，使得大部分空氣流入鍋爐的初級(jí)燃燒室，并且一部分燃燒氣轉(zhuǎn)入火焰下游的完全燃燒區(qū)。OFA空氣促進(jìn)煙塵粒子和煙塵粒子前體的燃燒。
由燃燒產(chǎn)生的其它類型的空氣污染物包括氮氧化物，主要是NO和NO2。因?yàn)槠涠拘院推渥鳛樗嵊暌约肮饣瘜W(xué)成霧過(guò)程的前體的作用，氮氧化物(NOx)成為越來(lái)越受關(guān)注的對(duì)象。長(zhǎng)期需要節(jié)約成本的技術(shù)來(lái)減少鍋爐產(chǎn)生的NOx排放。
一種傳統(tǒng)的NOx還原技術(shù)是選擇性非催化還原法(SNCR)，該技術(shù)是在引起非催化反應(yīng)從而選擇性地將NOx還原為分子氮的條件下將氮?jiǎng)┳⑷霟煹罋狻Ox還原是選擇性的，因?yàn)闊煹罋庵写罅康姆肿友醪⒉槐贿€原。在SNCR中，將一種含氮試劑例如HN3、尿素或胺化合物，在能使NH2和NH基團(tuán)與NO反應(yīng)將其還原為分子氮的最佳溫度下注入煙道氣流中。這種反應(yīng)的最佳溫度集中在大約1800°F。在基本上更高的溫度下，該試劑能夠被氧化為NO。在基本上更低的溫度下，該試劑可能在不發(fā)生反應(yīng)的情況下通過(guò)煙道氣，導(dǎo)致氨逃逸。使用SNCR方法還原NOx的最佳溫度范圍較窄，一般為大約1600°F至大約2000°F，在此“大約”是指正負(fù)25度的溫度差異。
煙道氣溫度達(dá)到了2000°F以上，但是當(dāng)其流過(guò)鍋爐時(shí)會(huì)冷卻下來(lái)。為使煙道氣在釋放氮?jiǎng)┲袄鋮s，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了將大的試劑液滴或顆粒分別注入煙道氣的方案，例如隨著過(guò)燃空氣一起注入。設(shè)定大液滴和顆粒的尺寸以在煙道氣冷卻之后釋放氮?jiǎng)⒁?jiàn)美國(guó)專利No.6280695。大液滴延遲煙道氣流中試劑的釋放直到煙道氣的整體溫度冷卻至大約1600°F至2000°F的溫度段。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施方式里，本發(fā)明提供了一種通過(guò)將還原劑注入氣流之中，同時(shí)使氨逃逸最小化的去除氮氧化物的方法。在第一實(shí)施方式里，本發(fā)明是一種減少燃燒煙道氣中氮氧化物濃度的方法，包括以下步驟在燃燒區(qū)形成燃燒煙道氣；在完全燃燒區(qū)內(nèi)提供過(guò)燃空氣和選擇性還原劑的溶液滴或氣體，該液滴具有小的平均尺寸以促進(jìn)氮氧化物的快速還原；在高于煙道氣中氮氧化物還原的最佳溫度范圍的溫度下，將在完全燃燒區(qū)中的過(guò)燃空氣和選擇性還原劑與燃燒煙道氣混合；當(dāng)燃燒煙道氣將過(guò)燃空氣和選擇性還原劑加熱至最佳溫度范圍時(shí)，由還原劑將氮氧化物還原，并且由煙道氣繼續(xù)將過(guò)燃空氣和選擇性還原劑的溫度升高至超出最佳溫度范圍。
本發(fā)明也可以作為減少燃燒煙道氣中氮氧化物濃度的方法，包括在燃燒區(qū)形成燃燒煙道氣，該燃燒煙道氣包括氮氧化物；在完全燃燒區(qū)提供過(guò)燃空氣和選擇性還原劑的水溶液滴或氣體，液滴或氣體具有小于50微米的初始平均尺寸；以及使燃燒煙道氣同完全燃燒區(qū)中的過(guò)燃空氣和選擇性還原劑接觸以降低那里的氮氧化物的濃度。
本發(fā)明可以進(jìn)一步作為一種用于燃燒的燃燒設(shè)備，包括限定了封閉的煙道氣通路的鍋爐，其具有燃燒區(qū)和完全燃燒區(qū)，包含氮氧化物的燃燒煙道氣形成于燃燒區(qū)中；燃料注射器與燃燒區(qū)相連并將燃料引入其中，燃燒氣注射器與燃燒區(qū)相連并將空氣引入其中；過(guò)燃空氣系統(tǒng)與包含過(guò)燃空氣孔的完全燃燒區(qū)相鄰，該孔與完全燃燒區(qū)相鄰并且過(guò)燃空氣通過(guò)該孔流入完全燃燒區(qū)；一個(gè)氮?jiǎng)┳⑸淦?，其具有與過(guò)燃空氣系統(tǒng)相鄰的出口，并且將氮?jiǎng)怏w或小液滴注入所述過(guò)燃空氣，在此所述的小液滴具有不大于50微米的平均直徑。


附圖1是一個(gè)在過(guò)燃空氣口內(nèi)有氮?jiǎng)┳⑸淦鞯娜紵到y(tǒng)的側(cè)視示意圖。
附圖2是燃燒煙道氣溫度相對(duì)于時(shí)間的圖表。
附圖3至6是表示以不同化學(xué)計(jì)量比和不同煙道氣溫度注入的氣態(tài)氮?jiǎng)?NH3)對(duì)NOx排放量產(chǎn)生的影響的圖表。
附圖7是計(jì)算機(jī)對(duì)在各種氮?jiǎng)┮旱纬叽?、煙道氣溫度和其他鍋爐操作參數(shù)影響下NOx排放減少量的預(yù)測(cè)表。
附圖8是計(jì)算機(jī)對(duì)在各種氮?jiǎng)┮旱纬叽绾蜔煹罋鉁囟扔绊懴翹Ox排放減少量的預(yù)測(cè)圖表。
具體實(shí)施例方式
氣態(tài)的或小液滴的(直徑小于50微米)含氮試劑(“氮?jiǎng)?隨著分級(jí)的燃燒空氣例如OFA空氣，引入初級(jí)燃燒區(qū)的下游，以還原鍋爐煙道氣中的NOx。在分級(jí)燃燒中，將完全燃燒所需的部分空氣(過(guò)燃空氣)被注入初級(jí)燃燒過(guò)程的下游，例如初級(jí)燃燒過(guò)程的煙道氣產(chǎn)物已經(jīng)冷卻至大約2400°F至2600°F之處。將氣態(tài)形式的或溶液中小液滴(小于約50微米)形式的氮?jiǎng)┡c分級(jí)空氣一起引入非常熱的煙道氣中。分級(jí)燃燒空氣和氮?jiǎng)┍谎杆俚丶訜岬?000°F以上的煙道氣溫度。
已經(jīng)令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將氣態(tài)的或者小液滴的氮?jiǎng)┽尫湃隣FA注射器的區(qū)域或其附近區(qū)域，能夠用SNCR法實(shí)現(xiàn)NOx還原，盡管在該區(qū)域中煙道氣整體溫度相對(duì)于最優(yōu)化的SNCR法而言過(guò)高。將氣態(tài)氨或例如平均直徑小于50微米的小液滴氮?jiǎng)┰谂cOFA空氣和包含NOx的煙道氣的混合物進(jìn)行混合之前或同時(shí)注入OFA系統(tǒng)。氮?jiǎng)怏w或小液滴提供氮?jiǎng)┑目焖籴尫?，例如在少?.1至0.3秒的時(shí)間內(nèi)。在溫度相對(duì)較低的氮?jiǎng)┖瓦^(guò)燃空氣混合物被煙道氣加熱經(jīng)過(guò)對(duì)于SNCR法最佳的溫度范圍并升到更高的溫度時(shí)，發(fā)生氮?jiǎng)┽尫?。氮可能只有在短暫的一段時(shí)間例如0.1至0.3秒內(nèi)處于最佳溫度范圍。通過(guò)以氣體或小液滴引入氮?jiǎng)噭┛稍谔幱谧罴褱囟确秶亩虝簳r(shí)間內(nèi)快速釋放出來(lái)?？焖籴尫疟ＷC了氮?jiǎng)┰谔幱谧顑?yōu)溫度范圍內(nèi)時(shí)與煙道氣中的NOx接觸。此外，釋放發(fā)生在過(guò)燃空氣注射器出口附近，在此處過(guò)燃空氣噴射流和煙道氣流之間發(fā)生劇烈的混合。
優(yōu)選地，調(diào)節(jié)試劑的液滴尺寸以使煙道氣和OFA中的平均液滴壽命約等于其處于最佳溫度范圍的時(shí)間和/或過(guò)燃空氣與燃燒煙道氣相混合的時(shí)間。一般而言，注入過(guò)燃空氣中的液滴的適宜初始平均尺寸為直徑約小于50微米。優(yōu)選的液滴尺寸是液滴注入過(guò)燃空氣中時(shí)的尺寸，例如，液滴在蒸發(fā)之前的尺寸。優(yōu)選地，平均液滴壽命小于約十分之一(0.1)至0.3秒。
附圖1是一個(gè)燃燒系統(tǒng)10的示意圖，該系統(tǒng)例如用于燃煤鍋爐并改造以適用于本發(fā)明的方法。燃燒系統(tǒng)10包括燃燒區(qū)12，再燒區(qū)14和完全燃燒區(qū)16。燃燒區(qū)12裝有至少一個(gè)，優(yōu)選多個(gè)，主燃燒器18，該主燃燒器經(jīng)由燃料輸入口20供給煤炭之類的主燃料，并經(jīng)由空氣輸入口22供給空氣。主燃料在燃燒區(qū)12燃燒形成燃燒煙道氣24，該煙道氣以“下游方向”從燃燒區(qū)流入完全燃燒區(qū)16。
若沒(méi)有再燒區(qū)，那么將所有的熱源例如煤炭穿過(guò)主燃燒器18注入燃燒區(qū)。當(dāng)一個(gè)再燒區(qū)14處于該燃燒系統(tǒng)之中時(shí)，通?？傒斎霟崃康?0％～95％通過(guò)主燃燒器18提供，而剩余的5％～30％的熱量由通過(guò)再燒燃料輸入口26注射的再燒燃料例如天然氣，煤炭或石油提供。在燃燒和再燒區(qū)下游，通過(guò)一個(gè)過(guò)燃空氣輸入口30將過(guò)燃空氣(OFA)28注入OFA完全燃燒區(qū)16。在完全燃燒區(qū)下游，燃燒煙道氣24通過(guò)一系列熱交換器32和一個(gè)將例如飛塵之類的固體顆粒從煙道氣中除去的微?？刂圃O(shè)備(未示出)，例如靜電集塵器(ESP)或袋濾除塵器。
燃燒煙道氣24是在任何一種常規(guī)燃燒系統(tǒng)中通過(guò)燃燒例如煤炭之類的常規(guī)燃料而形成的。通過(guò)將過(guò)燃空氣28注入燃燒系統(tǒng)下游即以燃燒煙道氣從燃燒區(qū)流動(dòng)的方向形成完全燃燒區(qū)16。作為一種減少NOx排放的手段，可改造包括用于氧化可燃性燃料的燃燒區(qū)以及完全燃燒區(qū)的燃燒設(shè)備以接收氮還原劑和過(guò)燃空氣的混合物。例如，燃燒和完全燃燒區(qū)可在發(fā)電站、鍋爐、熔爐、磁流體(MHD)燃燒室、焚化爐、發(fā)動(dòng)機(jī)、或其它燃燒設(shè)備之內(nèi)來(lái)提供。
在過(guò)燃空氣28注入完全燃燒區(qū)16之前或同時(shí)將選擇性還原劑(氮?jiǎng)┗騈-劑)34注入過(guò)燃空氣之中。氮?jiǎng)┛赏ㄟ^(guò)中心噴嘴36或其它注射系統(tǒng)例如與煙道氣流連接的OFA入口端30，注入OFA氣流的中心。OFA端口30可以包括位于鍋爐角落的端口，這種情形下端口處于鍋爐內(nèi)相同高度上。噴嘴36可以在OFA入口處，或者在入口端足夠上游的位置并且正好在OFA同煙道氣混合之前將氮?jiǎng)┳⑷霟煹罋饬??？赏ㄟ^(guò)使用通常用于產(chǎn)生小液滴的常規(guī)注射系統(tǒng)將選擇性還原劑的水溶液注入OFA空氣?？捎脷?液注射器例如各種噴霧器來(lái)注射氮?jiǎng)：线m的噴霧器包括用空氣或蒸氣流作為霧化介質(zhì)的雙流體噴霧器，以及設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)膲毫婌F器。
氮?jiǎng)┳⑸湎到y(tǒng)36能夠提供可調(diào)節(jié)平均尺寸的液滴。液滴的初始平均尺寸分布可能基本上是單分散的，例如低于約10％的液滴其尺寸(即直徑)約小于平均液滴尺寸的一半，而低于10％的霧滴其尺寸約大于平均液滴尺寸的1.5倍。通過(guò)選擇霧滴尺寸，使液滴具有最佳的從氮?jiǎng)┥险舭l(fā)的時(shí)間，能確定注入OFA中的液滴平均尺寸。
術(shù)語(yǔ)氮氧化物和NOx是通用的，均指代化合物種類一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。其它氮氧化物也是已知的，例如N2O，N2O3，N2O4和N2O5，但是這些物類從固定燃燒源的排出并不顯著(除了一些燃燒系統(tǒng)中的N2O)。通常用術(shù)語(yǔ)氮氧化物(NOx)涵蓋所有的二元N-O化合物，然而，NOx也特指NO和NO2。
術(shù)語(yǔ)選擇性還原劑和氮?jiǎng)┦峭ㄓ玫?，均指代在燃燒系統(tǒng)中能夠在有氧情況下選擇性還原NOx的化學(xué)種類中的任何一種。一般而言，合適的選擇性還原劑包括尿素、氨、氰尿酸、肼、乙醇胺，縮二脲、二縮三脲、氰尿酰胺、有機(jī)酸銨鹽、無(wú)機(jī)酸銨鹽及其類似物。具體的銨鹽還原劑包括硫酸銨、硫酸氫銨、亞硫酸氫銨、甲酸銨、碳酸銨、碳酸氫銨及類似物。也可使用這些選擇性還原劑的混合物。選擇性還原劑可以溶液形式，優(yōu)選水溶液，或以氣體形式提供。一個(gè)優(yōu)選的選擇性還原劑是尿素水溶液。
將氣態(tài)或小液滴SNCR注射系統(tǒng)與過(guò)燃空氣注射系統(tǒng)定位在一起通常是便利的并且避免在鍋爐或熔爐中的初級(jí)燃燒區(qū)形成狹窄而又高溫的空間。用過(guò)燃空氣來(lái)引入氮?jiǎng)┦沟玫獎(jiǎng)┤芤簹怏w和/或液滴被注入包含NOx的煙道氣，然后被迅速加熱至對(duì)SNCR法還原NOx合適的溫度，而沒(méi)有由于在鍋爐、熔爐或其它燃燒系統(tǒng)的高溫區(qū)域安裝注射系統(tǒng)帶來(lái)的開(kāi)支和停工期。
過(guò)燃空氣中選擇性還原劑的量和被處理的煙道氣中NOx的量的化學(xué)計(jì)量比為約0.4至約10，優(yōu)選約0.7至約3?；瘜W(xué)計(jì)量比是選擇性還原劑中氮原子的摩爾數(shù)與NOx中氮原子的摩爾數(shù)之比。
可以將選擇性還原劑以水溶液的最佳液滴形式，或以氣體形式在過(guò)燃空氣注射到再燒區(qū)之前或其同時(shí)注入過(guò)燃空氣，或者兩者均可。也可以將氮?jiǎng)┤芤夯驓怏w注射到無(wú)再燒過(guò)程燃燒系統(tǒng)的OFA中。氮?jiǎng)┧芤嚎砂ㄈ魏魏线m濃度的選擇性還原劑，例如從約5重量％至約90重量％。尿素的優(yōu)選濃度范圍是大約10重量％至約50重量％。
氮?jiǎng)┛膳cOFA一起注入，而不需要在此之前將再燒燃料注入煙道氣。而且，氮?jiǎng)┛膳c循環(huán)煙道氣一起注入，該煙道氣可起到與OFA相同的作用。例如，富集了氧或空氣的循環(huán)煙道氣可通過(guò)相同或單獨(dú)的注射器與氮?jiǎng)┮黄鹱⑷搿?br> 附圖2是一個(gè)圖表50，表示氮?jiǎng)┰贠FA和煙道氣中相對(duì)于氣體溫度的停留時(shí)間。如小于50微米的氮?jiǎng)┮旱蔚钠骄鵒FA溫度曲線52所示，氮?jiǎng)┖蚈FA空氣的混合物在其從OFA端口30進(jìn)入煙道氣大約0.4秒內(nèi)溫度從約600°F上升至2500°F。當(dāng)過(guò)燃空氣，氮?jiǎng)┖蜔煹罋饣旌蠒r(shí)，氮?jiǎng)┍患訜岽┻^(guò)SNCR法的最佳溫度范圍54，例如1600°F至2000°F。這一溫度范圍很短，例如大約0.1或0.2秒。
在這一短暫的SNCR法中最佳溫度范圍54中，氣態(tài)的或小直徑的氮?jiǎng)煹罋庵械腘Ox大量還原。若OFA和煙道氣在氮?jiǎng)┍患訜岽┰皆撟罴褱囟确秶耐瑫r(shí)劇烈混合，則會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)NOx的還原。一般在過(guò)燃空氣從OFA入口30進(jìn)入煙道氣時(shí)發(fā)生劇烈混合以及快速的OFA加熱。因此，在過(guò)燃空氣進(jìn)入并與煙道氣混合的地方發(fā)生由SNCR引起的NOx還原。而且，通過(guò)噴嘴36將氮?jiǎng)┳⑷氲絆FA入口處或其附近和/或?qū)?zhǔn)過(guò)燃空氣流的中央，似乎會(huì)促進(jìn)煙道氣中NOx的還原。屏蔽氮?jiǎng)┑腛FA空氣最開(kāi)始和所有殘留的一氧化碳(CO)發(fā)生反應(yīng)，否則該一氧化碳可能干擾SNCR化學(xué)處理。
氮?jiǎng)┖蚈FA被由煙道氣(見(jiàn)曲線55)迅速加熱至超出最佳SNCR范圍54的溫度。當(dāng)OFA和所有剩余氮?jiǎng)┍患訜嶂翆?duì)最佳SNCR而言過(guò)高的2500°F煙道氣溫度時(shí)(見(jiàn)OFA曲線52與煙道氣曲線55的結(jié)合處)，煙道氣中大量的NOx已經(jīng)被還原。當(dāng)煙道氣55冷卻至2000°F及以下時(shí)，其已經(jīng)流出例如鍋爐的燃燒系統(tǒng)的前端部(nose plane)56，并且到達(dá)過(guò)飽和汽(SSH)單元58和接收流出鍋爐的煙道氣的流體再熱(RH)單元60。
在1.0MMBTU/hr鍋爐模擬器(BSF)中進(jìn)行氣態(tài)氨注入過(guò)燃空氣對(duì)NOx的性能的測(cè)試，該模擬器對(duì)于全尺度鍋爐中的煙道氣溫度和組成提供了一個(gè)準(zhǔn)確的小規(guī)模模擬。該BSF記載在美國(guó)專利No.6280695中。在這些試驗(yàn)中，BSF燃燒天然氣。一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)的過(guò)燃空氣注射器在一特定煙道氣溫度處安置。該注射器包括一個(gè)ID為1.875英寸的軸向輸?shù)?，其被一個(gè)內(nèi)徑(ID)為0.25英寸的環(huán)形過(guò)燃空氣管圍繞。將氨加至氮載體或過(guò)燃空氣流，用于減少NOx排放。該注射器對(duì)準(zhǔn)BSF中心線并且指向下方(即與煙道氣流同向)。
測(cè)試中初級(jí)燃燒化學(xué)計(jì)量比(SR1)為1.0和1.05。注入足夠的OFA以維持最終SR(SR3)恒定在1.20，該比值對(duì)應(yīng)于煙道氣中有約3％的過(guò)量氧。將這些條件定義為基線。處于分別等于1.0和1.05的SR1與0％的O2的基線條件下，該BSF鍋爐系統(tǒng)產(chǎn)生出185ppm和205ppm的初始NOx含量，SR1是初級(jí)燃燒區(qū)12中化學(xué)計(jì)量的空氣與燃料的比率；SR2是再燒區(qū)14中的相同比率；SR3是完全燃燒區(qū)16中的化學(xué)計(jì)量比率。OFA在2450°F和2350°F的煙道氣溫度處注入。氣態(tài)氨以濃度比(NSR)為1.5注入。濃度比(NSR)是氨和NOx中氮原子的摩爾比。
示于圖表3至6中的載體NH3和OFANH3NOx的排放量基線涉及在相似條件下在BSF中所進(jìn)行的試驗(yàn)，不同之處在于基線條涉及沒(méi)有氮?jiǎng)┣闆r下所進(jìn)行的試驗(yàn)；載體NH3條涉及氮?jiǎng)怏w(NH3)伴隨著作為載體的氮?dú)庋刂行墓茏⑸淦鞯淖⑷耄撟⑸淦髟诘獎(jiǎng)┖瓦^(guò)燃空氣氮?dú)舛歼M(jìn)入煙道氣時(shí)將試劑排入過(guò)燃空氣的中央，而OFANH3條涉及在氮?jiǎng)怏w和過(guò)燃空氣同煙道氣混合之前將氮?jiǎng)╇S過(guò)燃空氣注入。
附圖3-6表示氣態(tài)氨通過(guò)OFA端口注射對(duì)NOx排放產(chǎn)生的影響。SR1等于1.0時(shí)的基線NOx濃度低于SR1等于1.05時(shí)的，如對(duì)比附圖3所示的在SR1＝1.0時(shí)所得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)條形圖表與附圖4所示的在SR1＝1.05時(shí)所得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)條形圖表的對(duì)比所示。附圖5和6也給出了相似的比較。試驗(yàn)結(jié)果表明將氣態(tài)氨(NH3)注入OFA引起20％至45％的NOx減少，取決于在過(guò)燃空氣注射點(diǎn)的煙道氣溫度和主燃燒器的化學(xué)計(jì)量比(SR1)。當(dāng)過(guò)燃空氣在較低煙道氣溫度時(shí)注入，可獲得更好的結(jié)果。用氮?dú)庾鳛檩d體通過(guò)OFA端口中心注射NH3，相對(duì)于在OFA氣流同煙道氣混合之前將氨(NH3)注入過(guò)燃空氣而言，可得到略好一些的NOx減少(reduction)。
進(jìn)行計(jì)算機(jī)流體力學(xué)(CFD)分析來(lái)預(yù)測(cè)SNCR效果。CFD模型對(duì)連續(xù)性，動(dòng)量，能量以及物料的傳遞方程進(jìn)行求解。采用恰當(dāng)?shù)哪Ｐ蛯?duì)湍流，輻射，分散相軌跡和燃燒進(jìn)行求解。對(duì)于該CFD研究，在不同操作條件下將氮?jiǎng)┳⑷脒^(guò)燃空氣注射器，從而對(duì)一個(gè)160MW的切向燃燒鍋爐進(jìn)行估算。在模擬氮?jiǎng)┳⑸溥^(guò)程之前，用基線值的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和來(lái)自用于全負(fù)荷工況的內(nèi)部熱量模型的平均溫度分布對(duì)CFD模型進(jìn)行驗(yàn)證。進(jìn)入模型注射區(qū)域的煙道氣流分布圖是基于物理流動(dòng)模擬試驗(yàn)結(jié)果而得的分布圖。
CFD模型在各種操作條件下運(yùn)行以研究試劑液滴尺寸、OFA注射器正下方的氣體溫度所反映的燃燒速率、OFA注射器下方的CO濃度、和試劑氮原子與基線NOx氮原子(NSR)的化學(xué)計(jì)量比對(duì)SNCR法中NOx消減效果的影響。在此，NOx消減是指超過(guò)單純的過(guò)燃空氣工況下的NOx減少量。
附圖7和8表示由CFD模型在不同鍋爐工況下預(yù)測(cè)出的NOx消減(排放減少)效果。對(duì)于OFA注射端口的煙道氣溫度低于約2500°F以及CO濃度為零的情況，NOx還原過(guò)程最為有效。對(duì)于煙道氣溫度(在OFA端口)低于2500°F以及CO濃度為200ppmv及其以下，隨著氮?jiǎng)┮旱纬叽缃档?，NOx消減量增加(其中發(fā)生NOx排放減少)，意味著氮?jiǎng)┰跓煹罋?OFA混合區(qū)(例如完全燃燒區(qū)16)的OFA注射器附近的釋放在還原NOx中是有效的。
小規(guī)模的試驗(yàn)結(jié)果和CFD結(jié)果都表明相對(duì)于尺寸大于約50微米的液滴，將小液滴(具有小于約50到60微米的平均直徑)注入過(guò)燃空氣使得試劑可以在改進(jìn)NOx消減的煙道氣/過(guò)燃空氣混合前沿釋放出來(lái)，從而提高了NOx消減量。
盡管本發(fā)明是結(jié)合目前認(rèn)為最實(shí)際和最優(yōu)選的實(shí)施例來(lái)描述的，但是應(yīng)該理解本發(fā)明并不局限于所公開(kāi)的實(shí)施方式，相反，本發(fā)明試圖涵蓋包括在所附的權(quán)利要求的思想和范圍內(nèi)的各種變更和等效組合。
對(duì)附圖標(biāo)記的說(shuō)明

權(quán)利要求
1.一種降低燃燒煙道氣(24)中氮氧化物濃度的方法，包括a在燃燒區(qū)(12)形成燃燒煙道氣，該燃燒煙道氣包含氮氧化物；b在完全燃燒區(qū)(16)中提供過(guò)燃空氣(28)和一種選擇性還原劑(34)的溶液液滴、顆?；驓怏w，該液滴或顆粒具有小的平均尺寸以促進(jìn)氮氧化物的快速還原；c在高于對(duì)氮氧化物還原最佳的溫度范圍下，在完全燃燒區(qū)中將過(guò)燃空氣和選擇性還原劑與燃燒煙道氣混合(34)；d當(dāng)燃燒煙道氣將過(guò)燃空氣和選擇性還原劑加熱至最佳溫度范圍(54)時(shí)，用還原劑將氮氧化物還原，并且e繼續(xù)用煙道氣使過(guò)燃空氣和選擇性還原劑的溫度上升至超出該最佳溫度范圍。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟(d)中的最佳溫度范圍(54)出現(xiàn)在少于0.3秒的短暫時(shí)間內(nèi)，并且氮氧化物的還原反應(yīng)在這一短暫的時(shí)間內(nèi)發(fā)生。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中小液滴和顆粒(34)的小平均尺寸不超過(guò)60微米。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中小液滴和顆粒(34)的小平均尺寸不超過(guò)50微米。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中過(guò)燃空氣和選擇性還原劑與燃燒煙道氣混合的步驟在煙道氣處于約2500°F至約2000°F的溫度范圍時(shí)發(fā)生，并且最佳溫度范圍是約1600°F至約2000°F。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中提供過(guò)燃空氣(28)和選擇性還原劑(34)的步驟包括在將過(guò)燃空氣注入完全燃燒區(qū)的燃燒煙道氣的同時(shí)，將選擇性還原劑加入過(guò)燃空氣。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中提供過(guò)燃空氣(28)和選擇性還原劑(34)的步驟包括在將過(guò)燃空氣注入完全燃燒區(qū)之前，將選擇性還原劑加入過(guò)燃空氣。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將選擇性還原劑注入(36)過(guò)燃空氣流(30)的中心部位。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將選擇性還原劑(34)注入(36)過(guò)燃空氣流的上部。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)煙道氣的平均溫度高于2000°F并且煙道氣、過(guò)燃空氣和還原劑的混合物處于約1600°F至約2000°F的平均溫度時(shí)，選擇性還原劑(34)將氮氧化物還原。
全文摘要
公開(kāi)了一種減少燃燒煙道氣(24)中氮氧化物濃度的方法，其中將氣態(tài)形式的、小顆粒的或者水溶液小液滴形式的氮還原劑(34)與過(guò)燃空氣(28)一起以同初級(jí)燃燒產(chǎn)物及過(guò)燃空氣混合的方式引入。在穿過(guò)溫度范圍(54)時(shí)氮?jiǎng)Ox還原，當(dāng)過(guò)燃空氣和煙道氣的混合時(shí)該溫度范圍對(duì)NOx還原最佳。這種從低至高的溫度轉(zhuǎn)變有效地消除了氨逃逸。此外，氮?jiǎng)┛珊瓦^(guò)燃空氣流以能最優(yōu)化的屏蔽氮?jiǎng)┦蛊浔苊馀c初級(jí)燃燒產(chǎn)物過(guò)早混合的方式混合，在此一部分過(guò)燃空氣同所有殘留的一氧化碳(CO)發(fā)生初始反應(yīng)，否則該CO可能會(huì)干擾NOx還原化學(xué)處理過(guò)程。
文檔編號(hào)F23L9/04GK1651127SQ20041010230
公開(kāi)日2005年8月10日 申請(qǐng)日期2004年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月13日
發(fā)明者R·佩恩, W·周, V·V·利西安斯基, V·M·扎曼斯基, L·W·斯萬(wàn)森 申請(qǐng)人:通用電氣公司