Способ регулирования процесса очистки дымовых газов от оксидов азота

 

Использование: при автоматизации управления процессами высокотемпературной очистки дымовых газов от оксидов азота теплоэнергетических установок. Цель - повышение степени очистки дымовых газов от окислов азота при изменении температуры дымовых газов. Способ включает измерение расхода дымовых газов, измерение содержания в очищаемых дымовых газах оксидов азота, определение оптимального соотношения оксидов азота и аммиака при заданной расчетной оптимальной температуре, измерение текущей температуры, подачу аммиака в виде водного раствора аммиаксодержащего восстановителя, измерение расхода упомянутого раствора, регулирование подачи раствора для поддержания оптимального соотношения оксидов азота и аммиака и при превышении температуры рассчетной оптимальной температуры, регулирование содержания воды в растворе. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области очистки дымовых газов и может быть использовано при автоматизации управления процессами высокотемпературной очистки дымовых газов от оксидов азота различных теплоэнергетических установок.

Известен способ очистки дымовых газов от оксидов азота высокотемпературным восстановлением их аммиаком, при котором в конце зоны восстановления помещают металлические пластины для снижения выброса аммиака [1] Однако при использовании указанного способа степень очистки при отклонении температуры очищаемых дымовых газов выше оптимального значения резко снижается.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки дымовых газов, когда к основному газоходу подсоединяют обводной канал с денитрирующим устройством, состоящим из двух степеней. В первой ступени устанавливают устройство подачи и распределения NH₃ и аппарат с фонтанирующим слоем частиц катализатора, а во второй ступени систему пылеулавливания [2] Указанный способ не дает возможности достижения высокой степени очистки при отклонении температуры от оптимальной (950^оС), а также не позволяет автоматически регулировать процесс и стабилизировать степень очистки дымовых газов от оксидов азота.

Цель изобретения повышение степени очистки дымовых газов от оксидов азота при изменении температуры дымовых газов.

Цель достигается тем, что в способе регулирования процесса очистки дымовых газов от оксидов азота, включающем измерение расхода очищаемых дымовых газов, содержания в них оксидов азота, определение оптимального расхода водного раствора аммиаксодержащего восстановителя, пропорционального измеренным значениям расхода дымовых газов, содержания в них оксидов азота и заданного соотношения оксидов азота и аммиака при заданной расчетной оптимальной температуре дымовых газов, в камере (зоне) высокотемпературного восстановления оксидов азота, измерение текущей температуры очищаемых дымовых газов в восстановительной камере, подают аммиак в восстановительную камеру в виде аммиаксодержащего восстановителя заданной концентрации, измеряют расход водного раствора аммиаксодержащего восстановителя и регулируют его подачу в высокотемпературную зону очистки для поддержания оптимального соотношения оксидов азота и аммиака, а также корректируют подачу воды в раствор аммиаксодержащего восстановителя пропорционально измеренной температуре дымовых газов. В качестве аммиаксодержащего восстановителя используют выпускаемый промышленностью 25%-ный водный раствор аммиака или водный раствор карбамида, который при высокой температуре разлагается на аммиак и двуокись углерода.

Сущность предложенного технического решения заключается в том, что за счет корректировки подачи дополнительной воды в процесс пропорционально измеренной температуре дымовых газов в камере высокотемпературного восстановления оксидов азота производят стабилизацию температуры дымовых газов. Температурный диапазон очищаемых дымовых газов соответствует оптимальным пределам, при которых происходит наибольшее восстановление оксидов азота аммиаком.

Известных технических решений, характеризующихся предложенной совокупностью признаков и позволяющих повысить степень очистки дымовых газов от оксидов азота при колебаниях температуры очищаемых дымовых газов, в научно-технической и патентной литературе не обнаружено, что позволяет сделать вывод о новизне и существенных отличиях предложенного технического решения.

На чертеже приведен пример реализации предлагаемого способа регулирования процесса очистки дымовых газов от оксидов азота.

Топливо по трубопроводу 1, снабженному регулирующим клапаном 2 и расходомером 3, поступает в горелки радиационной камеры 4. После сжигания топлива подлежащие очистке дымовые газы, содержащие оксиды азота, из радиационной камеры 4 поступают в камеру очистки 5. В эту же камеру 5 по трубопроводу 6, снабженному смесителем 7, расходомером и регулирующим клапаном 9 поступает водный раствор аммиаксодержащего восстановителя. В камере 5 происходит высокотемпературное восстановление оксидов азота до образования газообразного азота и воды. Очищенные от оксидов азота дымовые газы поступают в конвективную камеру 10, утилизирующую тепло, и дымососом 11 выбрасываются через дымовую трубу 12 в атмосферу. Pасход дымовых газов определяют по расходу топлива в соответствии с сигналами, поступающими от расходомера 3. Оптимизацию количества аммиаксодержащего восстановителя, подаваемого в камеру 5, осуществляет блок 13 управления, воздействуя на регулирующий клапан 9 водного раствора аммиаксодержащего восстановителя в соответствии с сигналами, полученными от задатчика 14, расходомеров 3, 8 и сигналом концентрации оксидов азота в дымовых газах, определяемым задатчиком 15 в соответствии с характеристиками радиационной камеры 4. Задатчик 14 устанавливает необходимое соотношение между количеством аммиаксодержащего восстановителя, подаваемым в камеру 5, и концентрацией NO_х в дымовых газах.

При изменении расхода топлива, подаваемого на сжигание в радиационную камеру 4, изменяется температура дымовых газов в камере 5 и нарушается температурный режим восстановления оксидов азота аммиаком, в результате чего снижается степень очистки дымовых газов. Значение температуры дымовых газов на входе в камеру 5 измеряют термопарой 16, сигнал от которой поступает в блок 17 коррекции. В блок 17 поступает также сигнал с задатчика 18. Блок коррекции 17 вырабатывает сигнал коррекции, который через блок 19 управления воздействует на регулирующий клапан 20 подачи дополнительной воды в процесс в соответствии с сигналом расходомера 22. Блок коррекции 17 вырабатывает сигнал коррекции только в случае превышения температуры дымовых газов по отношению к заданной оптимальной температуре, определяемой сигналом задатчика 18. Дополнительное количество воды поступает в смеситель 7 по трубопроводу 21.

Таким образом, при увеличении расхода топлива увеличивается температура дымовых газов в камере 5, и регулирующий клапан 20 увеличивает подачу дополнительной воды в камеру 5, не изменяя количество поступающего в камеру 5 аммиаксодержащего восстановителя.

Проводились испытания по определению степени очистки дымовых газов от оксидов азота водным раствором аммиаксодержащего восстановителя (водный раствор аммиака или карбамида) при колебаниях температуры очищаемых газов на входе камеры 5 в диапазоне 950-1100^оС с подачей дополнительной воды в процесс и без нее.

П р и м е р 1. В радиационной камере технологической печи сжигают 2800 м³/ч газообразного топлива, представляющего собой смесь природного и технологического газов. Общий объем дымовых газов на входе камеры восстановления 30000 м³/ч. Согласно данным аналитических замеров концентрация оксидов азота составляет 750 мг/м³. Температура дымовых газов на входе камеры восстановления и в самой камере была равна 960^оС. Затем в камеру восстановления был подан 25% -ный водный раствор аммиака в количестве 80 кг/ч. Температура в камере восстановления снизилась до 950^оС. Концентрация оксидов азота в дымовых газах на выходе из камеры восстановления составила 60 мг/м³, что соответствует 92% очистки газов.

П р и м е р 2. При увеличении подачи на горелки радиационной камеры печи газообразного топлива до 3000 м³/ч температура дымовых газов на входе в камеру восстановления увеличилась до 1050^оС. Объем дымовых газов стал равен 32150 м³/ч. Концентрация оксидов азота осталась равной 750 мг/м³. При данных условиях расчетное количество 25%-ного водного раствора аммиака, необходимое для восстановления оксидов азота, равно 68 кг/ч. При подаче этого количества раствора аммиака на выходе из камеры восстановления концентрация NO_х составляла 225 мг/м³, что соответствует 70% восстановлению оксидов азота. После этого в камеру восстановления подали дополнительное количество воды 782 кг/ч. Количество 25% -ного водного раствора аммиака, подаваемого в камеру осталось без изменения. Температура в камере восстановления снизилась до 950^оС. Концентрация оксидов азота в дымовых газах после камеры восстановления составила 60 мг/м³, что соответствует 92% очистке газов. Таким образом, степень очистки дымовых газов в результате стабилизации температуры процесса увеличилась с 70 до 92% Остальные примеры по очистке дымовых газов от оксидов азота водным раствором аммиака приведены в таблице с указанием итоговых результатов испытаний. Проводились аналогичные испытания по определению степени очистки дымовых газов от оксидов азота водным раствором карбамида. Итоговые результаты испытаний также приведены в таблице.

Предлагаемый способ повышает степень очистки дымовых газов от оксидов азота при колебаниях температуры дымовых газов от 950 до 1100^оС, максимально на 54% что снижает количество выбросов оксидов азота в атмосферу.

Формула изобретения

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ АЗОТА, включающий измерение расхода очищаемых дымовых газов, измерение содержания в очищаемых дымовых газах оксидов азота, определение оптимального соотношения оксидов азота и аммиака при заданной расчетной оптимальной температуре очищаемых дымовых газов в восстановительной камере, измерение текущей температуры очищаемых дымовых газов в восстановительной камере, отличающийся тем, что аммиак в восстановительную камеру подают в виде аммиаксодержащего восстановителя заданной концентрации, измеряют расход водного раствора аммиаксодержащего восстановителя, регулируют подачу водного раствора аммиаксодержащего восстановителя для поддержания оптимального соотношения оксидов азота и аммиака и при превышении температуры дымовых газов в восстановительной камере расчетной оптимальной температуры соответственно регулируют содержание воды в водном растворе аммиаксодержащего восстановителя перед подачей его в восстановительную камеру.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2