CN101773781B

CN101773781B - 燃煤锅炉sncr和scr联合脱硝的实现方法

Info

Publication number: CN101773781B
Application number: CN2010101305583A
Authority: CN
Inventors: 周俊虎; 杨卫娟; 刘建忠; 王智化; 周志军; 黄镇宇; 程军; 岑可法
Original assignee: Zhejiang Pyneo Technology Co Ltd; Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang Pyneo Technology Co Ltd; Zhejiang University ZJU
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2030-03-23
Also published as: CN101773781A

Abstract

本发明涉及燃煤锅炉排放污染物控制技术，旨在提供一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合高效脱硝的方法。包括：在烟气温度范围为600~950℃的燃煤锅炉烟气通道上布置还原剂喷枪，在锅炉尾部烟道内布置加载有SCR催化剂的SCR反应器；还原剂喷枪将还原剂雾化后喷入炉膛烟道内，混有NH₃和HNCO的烟气在流经SCR反应器时，在催化剂表面发生选择性催化还原反应，烟气中NO被还原成N₂。本发明节省了SCR还原剂喷射系统，提高了SNCR反应过程中还原剂的利用率，在现有锅炉脱硝改造工程上实施方便易行，脱硝效率可达90％以上，适用于燃烟煤、褐煤的锅炉，对于中型、大型锅炉都适用，具有广阔的应用前景。

Description

燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝的实现方法

技术领域

本发明属于燃煤锅炉排放污染物控制技术，特别是一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合高效脱硝的方法。

背景技术

氮氧化物(包括NO、NO₂和N₂O，简称NOx，)是一种能造成大气环境严重污染的气体，被认为是大气污染及酸雨的主要来源之一。燃烧化石燃料产生的氮氧化物在所有氮氧化物排放中占有很大比例。我国能源构成最大特点是以煤炭为主，占了70％以上，这将产生大量的NOx排放。日益严格的环保法规要求对NOx排放源尤其是电站锅炉应用NOx减排技术，以控制NOx排放总量。现有的氮氧化物减排技术主要分为燃烧中NOx减排技术和烟气NO还原技术两类。燃烧中NOx减排技术可以运行成本几乎为零，且能够和烟气NO还原技术结合在一起联合脱硝。烟气NO还原技术主要包括选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)。SCR技术虽然脱硝效率高，可使NO变为N₂的转化率达到95％以上，但其缺点是占地大、系统复杂、初投资大、运行成本过高。SNCR技术相对于SCR技术，具有初投资低、运行成本小、停工安装期短，适用范围广、占地面积小等优点，但它最大的缺陷是脱硝率低于SCR技术，在电站锅炉上仅有30％～50％的NOx脱除率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝的实现方法，通过更合理利用锅炉及尾部烟道空间，在不另增加SCR还原剂喷射装置及系统的前提下，利用尿素或氨作为SNCR和SCR还原剂，实现NO高效还原以降低烟囱NOx排放。

本发明为解决上述技术问题，所提供的燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝的实现方法，包括下述步骤：

(1)在烟气温度范围为600～950℃的燃煤锅炉烟气通道上布置还原剂喷枪，在锅炉尾部烟道内布置加载有SCR催化剂的SCR反应器；

(2)还原剂喷枪将还原剂雾化后喷入炉膛烟道内，一部分还原剂与烟道烟气中NO发生还原反应生成N₂，一部分还原剂以NH₃和HNCO形态随烟气向尾部流动，在流动过程中与烟气混合更均匀；

(3)混有NH₃和HNCO的烟气在流经SCR反应器时，在催化剂表面发生选择性催化还原反应，烟气中NO被还原成N₂；

所述还原剂是5～20％浓度的尿素溶液或氨水。

本发明中，所述SCR催化剂的活性物质是V₂O₅。

本发明中，所述SCR反应器是板式或蜂窝式反应器。

本发明中，所述SCR反应器所处位置的烟气温度为260～400℃。

本发明中，所述还原剂喷枪布置于炉膛上部、炉顶、对流烟道或转向室。

本发明中，所述还原剂的喷入量与烟气中NO的摩尔比为1∶1～2∶1。

本发明中，在转向室入口处沿垂直高度方向设置多个均流喷口，喷入高速的蒸汽、烟气或空气，增加烟气的紊流程度从而提高还原剂与NO的均匀度。

为实现SCR反应器在尾部烟道内安装，在改造工程中可就锅炉尾部受热面形式和布置进行必要调整改造，以保证足够空间施工和检修。

本发明与现有技术比较所具有的优点是：

1、利用SNCR还原剂喷枪作为SNCR和SCR联合脱硝的还原剂喷射设备。将锅炉炉膛内SNCR还原反应残余的还原剂作为SCR反应的还原剂，节省了SCR还原剂喷射系统。

2、直接利用锅炉尾部烟道放置SCR反应器，大大节省了SCR工程所需的占地面积。

3、该项技术提高了SNCR反应过程中还原剂的利用率，与常规SNCR技术相比，减少了还原剂消耗量从而减少了运行成本。

4、该项技术降低了SCR技术对场地的要求，在现有锅炉脱硝改造工程上实施方便易行。脱硝效率可达90％以上，且运行成本低于纯SCR脱硝技术。

本发明的一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝的实现方法适用于燃烟煤、褐煤的锅炉，对于中型、大型锅炉都适用，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为具体实施例1中燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝实现方法示意图；

图2为具体实施例2中燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝实现方法示意图；

图3为具体实施例3中燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝实现方法示意图。

具体实施方式

下面根据附图结合具体实施例对本发明的一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝的实现方法作进一步详细说明。

具体实施例1

如图1所示的是一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝的实现方法。在锅炉炉膛1内燃料燃烧生成350mg/m³左右的NO随烟气向上流动，在炉膛上部布置有还原剂喷枪2。还原剂喷枪共10支分两层布置在前墙和侧墙，均为单喷嘴喷枪。在喷枪布置标高处的炉内烟气温度为800～950℃。还原剂采用5％～15％浓度的尿素溶液，还原剂的喷入量与烟气中NO的摩尔比为1.2∶1～1.6∶1。由还原剂喷枪2喷入炉内的尿素溶液与烟气边混合边蒸发，并分解为NH₃和HCNO。NH₃和HNCO一部分与NO发生还原反应生成N₂，减少了NO浓度，一部分NH₃和HCNO残留在烟气中随烟气向后流动。在经过SNCR还原反应后，NO浓度能够降低40％～45％左右，达到180mg/m³左右，残留在烟气中的NH₃和HNCO浓度之和为90ppm左右。

烟气在流经屏式受热面7和水平对流受热面6时，经过受热面管子扰动，改善了还原剂与烟气的混合均匀度。为改善提高SCR催化剂入口处还原剂与NO的均匀度，在转向室入口处沿垂直高度方向设置三个均流喷口3，高速入喷蒸汽，增加烟气的紊流程度从而提高还原剂与NO的均匀度。烟气经转向室转弯后进入尾部烟道，流经尾部对流受热面4，再来到SCR反应器5。SCR反应器所处的烟气温度为300～400℃左右，SCR催化剂的活性物质是V₂O₅。在SCR反应器5内的SCR催化剂表面上，NH₃和HNCO与NO发生还原反应，NO被还原为N₂，实现NOx浓度降低到35mg/m³左右，NH₃的平均逃逸浓度可以控制在5ppm以下。

具体实施例2

如图2所示的是一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝的实现方法。在锅炉炉膛1内燃料燃烧生成400mg/m³左右的NO随烟气向上流动，在炉膛上部布置有还原剂喷枪2，其具体布置为：前墙分两层共布置14支单喷嘴喷枪；左右侧墙各布置一支多喷嘴式喷枪；炉顶沿宽度方向布置7个单喷嘴喷枪。在喷枪布置标高处的炉内烟气温度为700～850℃。还原剂采用5～12％浓度的氨水溶液，还原剂的喷入量与烟气中NO的摩尔比为1∶1～1.5∶1。由还原剂喷枪2喷入炉内的氨水溶液与烟气边混合边蒸发。NH₃一部分与NO发生还原反应生成N₂，减少了NO浓度，一部分NH₃残留在烟气中随烟气向后流动。在经过SNCR还原反应后，NO浓度能够降低50％左右，达到200mg/m³左右，残留在烟气中的NH₃浓度为100ppm左右。

烟气在流经屏式受热面7和水平对流受热面6时，经过受热面管子扰动，改善了还原剂与烟气的混合均匀度。为改善提高SCR催化剂入口处还原剂与NO的均匀度，在转向室入口处沿垂直高度方向设置三个均流喷口3，高速入喷蒸汽，增加烟气的紊流程度从而提高还原剂与NO的均匀度。烟气经转向室和转向室悬吊对流受热面8，转弯后进入尾部烟道，流经尾部对流受热面4，再来到SCR反应器5。SCR反应器所处的烟气温度为260～380℃左右，SCR催化剂的活性物质是V₂O₅。在SCR反应器5内的SCR催化剂表面上，NH₃与NO发生还原反应，NO被还原为N₂，实现NOx浓度降低到40mg/m³左右，NH₃的平均逃逸浓度可以控制在5ppm以下。

具体实施例3

如图3所示的是一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝的实现方法。在锅炉炉膛1内燃料燃烧生成350mg/m³左右的NO随烟气向上流动，流经屏式受热面7和水平对流受热面6。在转向室布置有还原剂喷枪2，其具体布置为：转向室入口处左右侧墙各布置2支多喷嘴式喷枪；后转向室顶部布置两排，每排沿宽度方向布置8个单喷嘴喷枪。在喷枪布置处的炉内烟气温度为600～800℃。还原剂采用12％～20％浓度的氨水溶液，还原剂的喷入量与烟气中NO的摩尔比为1.5∶1～2∶1。由还原剂喷枪2喷入炉内的氨水溶液与烟气边混合边蒸发。NH₃一部分与NO发生还原反应生成N₂，减少了NO浓度，一部分NH₃残留在烟气中随烟气向后流动。在经过SNCR还原反应后，NO浓度能够降低45％左右，达到190mg/m³左右，残留在烟气中的NH₃浓度为95ppm左右。

经SNCR反应脱硝后的烟气转弯后进入尾部烟道，流经尾部对流受热面4，再来到SCR反应器5。SCR反应器所处的烟气温度为280～380℃，SCR催化剂的活性物质是V₂O₅。在SCR反应器5内的SCR催化剂表面上，NH₃与NO发生还原反应，NO被还原为N₂，实现NOx浓度降低到30mg/m³左右，NH₃的平均逃逸浓度可以控制在5ppm以下。

本发明的方法应用后，不仅可以有效的降低氮氧化物NOx排放90％以上，易于操作及控制。而且易于改造现有的燃煤锅炉装置，在加装必要的SNCR系统包括还原剂喷枪和SCR反应器改造后，能够低运行成本进行高效脱硝。因此该方法及其装置具有广泛的应用推广价值。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本发明可用其他的不违背本发明的精神和主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims

1.一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝的实现方法，包括：

(1)在烟气温度范围为600～800℃的燃煤锅炉烟气通道上布置还原剂喷枪，在锅炉尾部烟道内布置加载有SCR催化剂的SCR反应器；

(2)还原剂喷枪将还原剂雾化后喷入炉膛烟道内，一部分还原剂与烟道烟气中NO发生选择性非催化还原反应生成N₂，一部分还原剂以NH₃和HNCO形态随烟气向尾部流动，在流动过程中与烟气混合更均匀；

在转向室入口处沿垂直高度方向设置多个均流喷口，喷入高速的蒸汽、烟气或空气，增加烟气的紊流程度从而提高还原剂与NO的均匀度；

所述还原剂是5～20％浓度的尿素溶液；所述还原剂的喷入量与烟气中NO的摩尔比为1∶1～2∶1；所述SCR催化剂的活性物质是V₂O₅。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SCR反应器所处位置的烟气温度为260～400℃。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述还原剂喷枪布置于炉膛上部、炉顶、对流烟道或转向室。