УСТРОЙСТВО ДЕНИТРИРОВАНИЯ
DENITRATION DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству денитрирования и, более конкретно, относится к устройству денитрирования, предназначенному для удаления оксида азота из дымового газа, выработанного в печи сжигания, путем впрыска восстановительного агента.
Уровень техники
2
До настоящего времени были предложены различные технологии денитрирования, призванные восстановить и превратить NOx в дымовом газе в безвредный N путем подачи газообразного аммиака. Известно, что температура использования для этих технологий обычно находится в диапазоне от 800 до 1000°C. Если газообразный аммиак подают в дымовой газ при температуре 1000°C или выше, концентрация NOx увеличивается в результате сгорания газообразного аммиака. С другой стороны, если газообразный аммиак подают в дымовой газ при температуре 800°C или ниже, то денитрирование не протекает надлежащим образом из-за медленной скорости реакции восстановления.
Чтобы осуществлять денитрирование, предпочтительно установить место установки сопла для подачи газообразного аммиака в дымовой газ в области, где протекает дымовой газ с температурой, находящейся в диапазоне от 800 до 1000°C. Тем не менее, обычно в этой области отсутствует пространство, так как там предполагается установка группы теплообменников. Таким образом, в этой области трудно установить сопло для подачи газообразного аммиака, и обычно сопло вынуждены устанавливать в пространстве в другой области, где дымовой газ течет непосредственно после сгорания, и его температура составляет 1000°C или выше.
Список ссылочных документов
Патентные документы
Патентный документ 1: JP 2001-187315 A
Раскрытие изобретения
Задача, решаемая изобретением
В патентном документе 1 описан вариант осуществления устройства денитрирования, в котором несколько сопел для подачи газообразного аммиака установлено в пространстве, в котором наиболее вероятно протекает дымовой газ, имеющий температуру 1000°C или выше, непосредственно после сгорания.
Хотя это устройство денитрирования до некоторой степени может поддерживать высокую эффективность денитрирования в результате установки нескольких сопел, трудно дополнительно увеличить эффективность этого устройства денитрирования дымового газа по упомянутой выше причине и подобным причинам.
В свете упомянутых выше проблем, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить устройство денитрирования, которое способно улучшить эффективность денитрирования больше, чем когда-либо прежде, даже когда сопла установлены в пространстве в печи сжигания, где обычно течет дымовой газ, имеющий температуру 1000°C или больше, непосредственно после сгорания.
Средство решения задачи
Чтобы решить указанную задачу, в соответствии с настоящим изобретением предложено устройство денитрирования, предназначенное для удаления оксида азота из дымового газа, выработанного в печи сжигания, путем впрыска восстановительного агента, которое содержит корпус, расположенный выше печи сжигания, при этом указанный корпус содержит выпускное отверстие для дымового газа на одном своем конце и имеет такую форму, что площадь поперечного сечения потока постепенно увеличивается по направлению к указанному выпускному отверстию, при этом устройство денитрирования выполнено так, что указанный корпус может собирать и направлять дымовой газ к указанному выпускному отверстию и выполнено с возможностью впрыска восстановительного агента на стороне другого конца корпуса.
В одном варианте осуществления устройства денитрирования, соответствующего настоящему изобретению, корпус может содержать потолок, который наклонен вниз от одного его конца по направлению к другому его концу.
Кроме того, в одном варианте осуществления устройства денитрирования, соответствующего настоящему изобретению, восстановительный агент может содержать газообразный аммиак и указанный газообразный аммиак может быть впрыснут в дымовой газ, так что количество газообразного аммиака относительно объемного расхода дымового газа составляет до 0,1 об.% или, предпочтительно, от 0,01 до 0,06 об.%, в случае, когда дымовой газ имеет температуру по меньшей мере 1000°C.
Более того, в одном варианте осуществления устройства денитрирования, соответствующего настоящему изобретению, газообразный аммиак может быть впрыснут в дымовой газ в первой области на стороне другого конца, на которую приходится, самое большее, 50% количества дымового газа в корпусе, и по меньшей мере 50% количества газообразного аммиака, подлежащего впрыску в дымовой газ, может быть впрыснуто во вторую область на стороне другого конца, на которую приходится, самое большее, 30% или, предпочтительно, самое большее, 20% количества дымового газа в корпусе.
Более того, в одном варианте осуществления устройства денитрирования, соответствующего настоящему изобретению, скорость потока впрыснутого подаваемого газообразного аммиака может быть установлена в диапазоне от 100 до 2000 м/с при нормальных условиях или, предпочтительно, в диапазоне от 300 до 1000 м/с при нормальных условиях.
В одном варианте осуществления устройства денитрирования, соответствующего настоящему изобретению, азот может быть вспрыснут одновременно с газообразным аммиаком и из того же положения, что и газообразный аммиак.
В одном варианте осуществления устройства денитрирования, соответствующего настоящему изобретению, количество подаваемого азота может быть 0,1-5 кратным, или предпочтительно 0,5-2 кратным количеству подаваемого газообразного аммиака.
Эффект, достигаемый с помощью изобретения
В соответствии с настоящим изобретением, предложено устройство денитрирования, предназначенное для удаления оксида азота из дымового газа, выработанного в печи сжигания, путем впрыска восстановительного агента, которое содержит корпус, расположенный выше печи сжигания, при этом указанный корпус содержит выпускное отверстие для дымового газа на одном своем конце и имеет такую форму, что площадь поперечного сечения потока постепенно увеличивается по направлению к указанному выпускному отверстию, при этом устройство денитрирования выполнено так, что указанный корпус может собирать и направлять дымовой газ к указанному выпускному отверстию и выполнено с возможностью впрыска восстановительного агента на стороне другого конца корпуса, и таким образом, даже в случае, когда описанные выше сопла установлены в области относительно печи сжигания, в которой дымовой газ, имеющий температуру 1000°C или выше, течет непосредственно после сгорания, возможно уменьшить температуру дымового газа с использованием восстановительного агента со стороны, находящейся выше по направлению потока, до диапазона температур, подходящего для денитрирования, таким образом, улучшая эффективность денитрирования больше чем когда-либо прежде.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид, показывающий поперечное сечение, иллюстрирующее вариант осуществления устройства денитрирования, которое соответствует настоящему изобретению, при этом показано состояние установки устройства денитрирования над печами для сжигания;
фиг. 2 - вид в перспективе, схематично показывающий существенную часть одного варианта осуществления устройства денитрирования, соответствующего настоящему изобретению;
фиг. 3 - график, представляющий результаты денитрирования для варианта осуществления устройства денитрирования, которое соответствует настоящему изобретению, при этом показана взаимосвязь количества подаваемого газообразного аммиака и концентрации NOx в дымовом газе при условии, что концентрация кислорода в дымовом газе составляет 3%;
фиг. 4 - график, представляющий результаты денитрирования для варианта осуществления устройства денитрирования, которое соответствует настоящему изобретению, при этом показана взаимосвязь температуры дымового газа и концентрации NOx в дымовом газе при условии, что концентрация кислорода в дымовом газе составляет 3%;
фиг. 5 - график, представляющий результаты денитрирования для варианта осуществления устройства денитрирования, которое соответствует настоящему изобретению, при этом показана взаимосвязь отношения количества подаваемого газообразного аммиака к объемному расходу дымового газа и концентрации NOx в дымовом газе при условии, что концентрация кислорода в дымовом газе составляет 3%.
Осуществление изобретения
Далее со ссылками на фиг. 1-4 будет подробно описан вариант осуществления устройства денитрирования, которое соответствует настоящему изобретению.
В устройстве 1 денитрирования, которое соответствует этому варианту осуществления изобретения, в качестве восстановительного агента используют газообразный аммиак. Оксид азота в дымовом газе, который выработан в печах 2 сжигания, удаляют с помощью впрыска газообразного аммиака.
Устройство 1 денитрирования содержит пару печей 2, 2 сжигания, которые расположены на надлежащем расстоянии друг от друга; и корпус 3, который расположен над этими печами сжигания и который закрывает их верхние части. Каждая из печей 2 сжигания содержит множество грелок 2с, которые расположены в две или более линий от одного конца 2а до другого конца 2b печи сжигания (смотри фиг. 1 и фиг. 2).
Корпус 3 содержит выпускное отверстие 5, которое расположено на одном конце 3а корпуса и которое выпускает дымовой газ из печей 2 сжигания в теплообменник 4. Кроме того, как схематично показано на фиг. 2, корпус 3 выполнен так, что в поперечном сечении обладает, по существу, формой шляпы, которая содержит плечевые части 3b, 3b на двух сторонах корпуса и которая содержит центральную часть 3с, которая выступает вверх от плечевых частей. Кроме того, корпус 3 выполнен так, что потолок 3d центральной части 3с направлен вниз от одного конца 3а до другого конца 3е корпуса, так что площадь поперечного сечения потока постепенно увеличивается по направлению к выходному отверстию 5 (смотри фиг. 1 и фиг. 2).
Благодаря упомянутой выше форме корпуса 3, дымовой газ, выпущенный из печей 2, 2 сжигания, собирается с помощью корпуса 3, расположенного выше, и направляется к выходному отверстию 5 вдоль наклона потолка 3d, как указано стрелками на фиг. 1.
Сопла 6 для впрыска и подачи газообразного аммиака в дымовой газ расположены на плечевых частях 3b, 3b на двух сторонах рядом с другим концом 3е корпуса 3. Для простоты описания ниже корпус 3 будет равномерно разделен на шесть областей от одного конца 3а до другого конца 3е и границы областей будут обозначены, соответственно, через A, B, C, D, E, F и G (смотри фиг. 1).
Положения сопел 6 для впрыска газообразного аммиака находятся в области на стороне другого конца 3е (то есть, от границы D до границы G на фиг. 1), на которую приходится, самое большее, 50% количества дымового газа в корпусе 3. Кроме того, по меньшей мере 50% количества газообразного аммиака, подлежащего впрыску в дымовой газ, впрыскивают в область на стороне другого конца 3е (то есть, от положения между границами E и F до границы G на фиг. 1), на которую приходится, самое большее, 30% или, предпочтительно, самое большее, 20% количества дымового газа в корпусе 3.
На фиг. 2 показан вариант осуществления изобретения, в котором положения сопел 6 находятся на плечевых частях 3b на стороне другого конца 3е корпуса 3. В качестве примера, на фиг. 2 показан случай расположения двух печей 2 сжигания вместе с реакционными трубками (не показаны). Как ясно из фиг. 2, устройство 1 денитрирования, соответствующее этому варианту осуществления изобретения, выполнено с возможностью позволить одному корпусу 3 охватывать с двух сторон и накрывать верхние части двух печей 2, 2 сжигания.
Далее будет описана работа устройства 1 денитрирования, соответствующего этому варианту осуществления изобретения.
Как показано стрелкой на фиг. 1, в этом устройстве 1 денитрирования дымовой газ из печей 2 сжигания перемещается вверх в корпусе 3, при этом его температура остается равной примерно 1000°C или выше, и затем дымовой газ течет по направлению к выпускному отверстию 5 вдоль потолка 3d. В этом случае газообразный аммиак впрыскивают в дымовой газ из сопел 6, которые расположены на стороне другого конца 3е, то есть на стороне корпуса 3, находящейся выше по ходу потока. Предпочтительно, чтобы количество подаваемого газообразного аммиака в этом примере соответствовало максимально 0,1 об.% относительно объемного расхода дымового газа, проходящего выпускное отверстие 5. В этом примере газообразный аммиак впрыскивают на стороне, находящейся выше по ходу потока дымового газа. В результате, газообразный аммиак распространяется в широком диапазоне вместе с потоком дымового газа до стороны, которая находится ниже по ходу потока и которая находится на стороне одного конца 3а корпуса 3, так что газообразный аммиак может обеспечивать эффект охлаждения дымового газа в широком диапазоне и NOx в дымовом газе может быть восстановлен с высокой эффективностью.
Более конкретно, количество дымового газа мало на стороне, находящейся выше по ходу потока дымового газа в устройстве 1 денитрирования. Соответственно, даже когда отношение количества газообразного аммиака и всего количества дымового газа мало, доля газообразного аммиака становится больше в области на стороне, находящейся выше по ходу потока, так что может быть получен эффект охлаждения дымового газа на стороне, находящейся выше по ходу потока. Между тем, скорость потока дымового газа мала на стороне, находящейся выше по ходу потока, и подаваемый туда газообразный аммиак не смешивается быстро. Соответственно, газообразный аммиак распространяется в дымовом газе в корпусе 3 вместе с потоком газообразного аммиака к стороне, находящейся ниже по ходу потока. Таким образом, группа газообразного аммиака низкой температуры уменьшает температуру дымового газа в широком диапазоне, так что газообразный аммиак предоставляет возможность эффективно осуществлять восстановление NOx в дымовом газе. В соответствии со способом использования этого устройства, эффективность денитрирования составляет примерно 15% (от 10% до 20%).
Кроме того, в другом варианте осуществления изобретения, когда температура дымового газа составляет 1000°C или более, газообразный аммиак впрыскивают в дымовой газ так, что количество газообразного аммиака относительно объемного расхода дымового газа составляет, самое большее, 0,1 об.%. Скорость потока впрыснутого подаваемого газообразного аммиака устанавливают в диапазоне от 100 до 2000 м/с при нормальных условиях или предпочтительно, от 300 до 1000 м/с при нормальных условиях. Таким образом, возможно достичь эффекта частичного охлаждения дымового газа и добиться высокой эффективности денитрирования.
Здесь, если скорость впрыска газообразного аммиака в дымовой газ больше или равна 2000 м/с при нормальных условиях, газообразный аммиак распространяется в широком диапазоне и не достигается эффекта частичного охлаждения и температура остается высокой. В результате, вряд ли достигается денитрирование и концентрация NOx, напротив, увеличивается. С другой стороны, если скорость впрыска газообразного аммиака в дымовой газ меньше или равна 100 м/с при нормальных условиях, то концентрация газообразного аммиака становится локально высокой, таким образом реакция восстановления NOx ограничена и эффективное денитрирование не достигается.
Между тем, одновременно с подачей газообразного аммиака может быть подан азот и эта подача может быть осуществлена с того же положения, где находятся сопла 6 для газообразного аммиака. Таким образом, азот может сдерживать увеличение температуры группы газообразного аммиака и одновременно уменьшать концентрацию кислорода вокруг группы газообразного аммиака. Таким образом, возможно препятствовать превращению этого аммиака в NOx. Здесь предпочтительно, чтобы количество подаваемого азота было установлено в диапазоне 0,1-5 кратного, более предпочтительно в 0,5-2 кратного, количеству подаваемого газообразного аммиака.
Заметим, что если количество подаваемого азота является 0,1 кратным или меньше относительно количества подаваемого аммиака, то не достигается никакого эффекта. С другой стороны, если это отношение является 5 кратным или более, уменьшается шанс контакта с NOx и не происходит реакции. Кроме того, последний случай требует большого количества азота и, следовательно, он не является экономичным.
Далее со ссылками на фиг. 3-4 будут описаны примеры, показывающие эффект удаления NOx с помощью этого устройства 1 денитрирования. На фиг. 3 показана взаимосвязь между количеством подаваемого газообразного аммиака и концентрацией NOx при условии, что концентрация кислорода в дымовом газе равна 3%, при этом количество подаваемого азота в областях F - G стороны, находящейся выше по ходу потока, устройства 1 денитрирования установлено равным 0,04 об.% относительно общего объемного расхода дымового газа при условии, что температура дымового газа составляет 1055°C. На фиг. 3 показано, что концентрация NOx уменьшается при подаче газообразного аммиака, что, в частности, справедливо в диапазоне от 0,01 до 0,06 об.%.
3
3
На фиг. 4 показана взаимосвязь между температурой дымового газа и концентрацией NOx при условии, что концентрация кислорода в дымовом газе равна 3%, при этом отношение подаваемого количества газообразного аммиака в областях F - G стороны, находящейся выше по ходу потока, устройства 1 денитрирования установлено равным 0,035 об.%. На фиг. 4 показано, что, несмотря на то, что температура дымового газа равна 1055°C, концентрация NOx может быть уменьшена до 115 мг/м при нормальных условиях, что примерно на 15% меньше, чем 134 мг/м при нормальных условиях в случае отсутствия подачи газообразного аммиака на фиг. 3.
На фиг. 5 показана взаимосвязь между количеством подаваемого газообразного аммиака и концентрацией NOx при условии, что концентрация кислорода в дымовом газе равна 3%, при этом количества подаваемого азота в областях F - G стороны, находящейся выше по ходу потока (то есть, выше по ходу потока), или в областях А - В (то есть, ниже по ходу потока) устройства 1 денитрирования установлены равными 0,04 об.% относительно общего объемного расхода дымового газа при условии, что температура дымового газа составляет 1000°C. На фиг. 5 показано, что скорость удаления NOx выше в случае подачи газообразного аммиака на стороне, находящейся выше по ходу потока, по сравнению со случаем подачи газообразного аммиака на стороне, находящейся ниже по ходу потока, и что когда газообразный аммиак подают на стороне, находящейся ниже по ходу потока, температура дымового газа, смешанного с газообразным аммиаком, остается высокой из-за большого количества газа, что, таким образом, приводит к образованию NOx.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 2, устройство 1 денитрирования снабжено двумя печами 2 сжигания и выполнено с возможностью закрывания верхних частей этих печей 2 для сжигания с помощью одного корпуса 3. Тем не менее, настоящее изобретение не ограничено этой конфигурацией и, безусловно, возможно закрыть корпусом 3 три или более печей 2 сжигания или закрыть только одну печь 2 сжигания.
В описанном выше варианте осуществления изобретения, устройство денитрирования, соответствующее настоящему изобретению, применяют для печей сжигания, предназначенных для нагревания реакционных трубок. Тем не менее, настоящее изобретение не ограничено этой конфигурацией. Настоящее изобретение также применимо к любой печи сжигания, если эта печь сжигания представляет собой печь для сжигания, в которой требуется восстановление NOx, такую как мусоросжигающая печь. Одним словом, такая печь для сжигания должна быть только выполнена с возможностью подачи газообразного аммиака на дальнюю сторону корпуса относительно выпускного отверстия для дымового газа.
Хотя выше описан вариант осуществления настоящего изобретения, настоящее изобретение не должно быть ограничено описанным выше вариантом осуществления изобретения и на основе технической идеи настоящего изобретения возможны разные модификации и альтернативы.
Список ссылочных позиций
1 - устройство денитрирования
2 - печь сжигания
2a - один конец
2b - другой конец
2c - горелка
3 - корпус
3a - один конец
3b - плечевая часть
3c - центральная часть
3d - потолок
3e - другой конец
4 - теплообменник
5 - выпускное отверстие
6 - сопло