CN102068904B

CN102068904B - 直喷尿素法scr烟气脱硝工艺及装置

Info

Publication number: CN102068904B
Application number: CN 201010582020
Authority: CN
Inventors: 吴其荣; 杜云贵; 隋建材; 曾庆; 魏丽斯; 李远庆; 谭忠; 雷达
Original assignee: CPI Yuanda Environmental Protection Engineering Co Ltd
Current assignee: CPI Yuanda Environmental Protection Engineering Co Ltd
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2030-12-10
Also published as: CN102068904A

Abstract

本发明公开了一种直喷尿素法SCR烟气脱硝工艺及装置，通过向SCR反应器上游烟道内直接喷入尿素，充分利用烟气本身温度来加热和分解尿素，从而得到氨气，烟气中的NO_x和氨气在催化剂作用下发生还原反应，生成N₂和H₂O，达到去除烟气中氮氧化物的目的；本发明与现有技术相比，在达到相同的脱硝效果的同时，无需建立单独的尿素热解或水解系统，减少了投资成本，同时无需外加燃料加热，最大程度的节约能量消耗，降低运行成本。

Description

直喷尿素法SCR烟气脱硝工艺及装置

技术领域

本发明属于烟气净化技术领域，具体涉及一种SCR烟气脱硝工艺及装置。

背景技术

氮氧化物作为主要的大气污染物之一，已受到越来越多的关注，其将成为继脱硫之后国家污染控制的又一重点领域。SCR（selective catalyst reactive）烟气脱硝技术是目前应用最为广泛的烟气脱硝技术之一，有脱硝效率高、选择性好、运行稳定可靠等优点，自七十年代后期在日本安装第一台电厂SCR装置以来，得到迅猛发展，在日本已有超过170个商业SCR装置在运行，装机容量接近100,000MW；欧洲自1985年引进SCR技术以来，也得到迅速普及，目前装机容量已达60,000MW。SCR脱硝装置已成为发达国家电厂的必备，其工作原理是在 280-420 ℃温度下，烟气中的 NO_x 和上游烟道内喷入的还原剂 NH₃ 在催化剂作用下发生还原反应，生成N₂和H₂O等。

SCR脱硝工艺需要氨作为还原剂，一般有三种形态：液氨、尿素、氨水。目前使用较多的为液氨，大多SCR脱硝技术也都采用此工艺，但由于液氨装置属于高危险品，其储存，运输都极为不便，且对电厂及周边环境都存在较大的安全隐患，因此在一些人口较为集中或靠近市区的一些电厂开始采用尿素作为其还原剂以提高脱硝装置的安全性。尿素制取氨，通常有两种方法：热解和水解。水解法是将尿素以水溶液的形式加以分解，热解法是直接快速加热雾化后的尿素溶液进行分解。尿素水解目前主要采用AOD 方法和U2A 方法, AOD 法起始于1996～1997 年, U2A 方法大约在1999 年。尿素作为还原剂的脱硝工艺主要是将固态的尿素先制成尿素溶液，通过单独的热解或水解系统将尿素溶液制成氨气，通入反应器与催化剂反应，由于单独的热解或水解系统加大了脱硝工艺的投入成本和运行成本，同时尿素热解或水解工艺存在技术较为复杂，成本较高等问题，制约着其普及和发展。

水解尿素法的AOD 方法的专利( 美国专利号: 5985224、6093380 和6616901) 拥有者为Hera, LLC 公司, U2A 方法的专利拥有者是EC&C Technologies, Inc 公司( 美国专利号: 6077491) ，热解法的专利拥有者是美国美国燃料技术公司NOx OUTULTRA工艺，各种方法均有相应的特点和工业应用业绩。中国专利：一种利用尿素溶液法的烟气脱硝装置（专利200810101981.3），是通过加热尿素溶液来制取氨气进行反应的脱硝系统；用于烟气脱硝的尿素热解反应器(专利：200910242923.7)，是发明了一套热解反应炉来抽取氨气。目前的专利技术都是通过单独的热解或水解系统来生成氨气，一般通过外加燃料加热，需要消耗大量热源，运行成本高，并且水解或热解法单独分解系统的投资成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种直喷尿素法SCR烟气脱硝工艺及装置，无需建立单独的尿素热解或水解系统，减少投资成本，同时无需外加燃料加热，最大程度的节约能量消耗，降低运行成本。

本发明的目的之一是提供一种直喷尿素法SCR烟气脱硝工艺，其包括以下步骤：

（1）使用引自SCR反应器烟道内的烟气对尿素进行预加热后，将烟气送回烟道；

（2）将预加热后的尿素喷入SCR反应器上游烟道，尿素与烟气接触换热，尿素分解为包含氨气的气体分解物；

（3）烟气和气体分解物进入SCR反应器，烟气中的 NO_x和气体分解物中的氨气在催化剂作用下发生还原反应，生成N₂和H₂O。

进一步，还包括在所述步骤（1）前对尿素进行研磨，使尿素粉末化的步骤；

进一步，所述步骤（3）中，烟气和气体分解物进入SCR反应器前，先经过混合器充分混合；

进一步，所述步骤（1）中，预加热后尿素温度达到160~260℃；所述SCR反应器上游烟道内的烟气温度大于350℃，当烟气温度低于350℃时，停止喷射尿素。

本发明的目的之二是提供一种直喷尿素法SCR烟气脱硝装置，包括SCR反应器，引用SCR反应器烟道内的烟气对尿素进行预加热的尿素加热器，以及尿素喷射器，所述尿素加热器的尿素出口与尿素喷射器的尿素入口连通，尿素喷射器的喷嘴接入SCR反应器上游烟道内。

进一步，还包括尿素研磨系统，所述尿素研磨系统包括依次连通的尿素储仓、研磨机和螺旋给料机，所述螺旋给料机的出料口与所述尿素加热器的尿素入口连通；

进一步，所述SCR反应器上游烟道内尿素喷射器的喷嘴后设有静态混合器，静态混合器的安装位置距离SCR反应器的入口大于５倍静态混合器的长度；

进一步，所述尿素喷射器为采用热蒸汽作为动力源的气固喷射器；

进一步，所述尿素喷射器的喷嘴设有多个喷点；

进一步，所述对尿素进行预加热的烟气是以多点引取的方式引自于SCR反应器下游烟道，且烟道上引出点位于返回点前。

本发明的有益效果在于：本发明通过向SCR反应器上游烟道内直接喷入尿素，充分利用烟气本身温度来加热和分解尿素，从而得到氨气，烟气中的 NO_x和氨气在催化剂作用下发生还原反应，生成N₂和H₂O，达到去除烟气中氮氧化物的目的；本发明与现有技术相比，在达到相同的脱硝效果的同时，无需建立单独的尿素热解或水解系统，减少了投资成本，同时无需外加燃料加热，最大程度的节约能量消耗，降低运行成本。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的直喷尿素法SCR烟气脱硝装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本发明的直喷尿素法SCR烟气脱硝工艺，其包括以下步骤：

由于粉末化的尿素比表面积更大，与烟气间传热效率更高，更容易分解；因此，在进行所述步骤（1）前，还可以增加一个对尿素进行研磨，使尿素粉末化的步骤。

所述步骤（3）中，烟气和气体分解物进入SCR反应器前，最好是先经过混合器充分混合，这样有利于还原反应充分。

由于尿素高压下(2.0MPa)的分解温度为160-240℃，在常压下的分解温度为350~460℃左右，因此需要控制预加热后尿素温度至少达到160℃，达到分解条件，再将其喷入350℃以上的烟气中，这样才能迅速充分的分解。因此较优的工艺条件是：所述步骤（1）中，预加热后尿素温度达到160~260℃；所述SCR反应器上游烟道内的烟气温度大于350℃，当烟气温度低于350℃时，停止喷射尿素；烟气温度太低，就不能充分分解尿素，影响本发明的脱硝效果。

图1为本发明的直喷尿素法SCR烟气脱硝装置的结构示意图，如图1所示，本发明的直喷尿素法SCR烟气脱硝装置，包括SCR反应器1，引用SCR反应器1烟道内的烟气对尿素进行预加热的尿素加热器2，以及尿素喷射器3，所述尿素加热器2的尿素出口与尿素喷射器3的尿素入口连通，尿素喷射器3的喷嘴32接入SCR反应器1上游烟道内。

为了得到粉末化的尿素，使尿素分解更充分，本发明的烟气脱硝装置还包括尿素研磨系统，所述尿素研磨系统包括依次连通的尿素储仓4、研磨机5和螺旋给料机6，所述螺旋给料机6的出料口与所述尿素加热器2的尿素入口连通。

烟气和气体分解物进入SCR反应器前，最好是先经过混合器充分混合，这样有利于还原反应充分，因此，所述SCR反应器1上游烟道内尿素喷射器3的喷嘴32后设有静态混合器7，静态混合器7的安装位置距离SCR反应器1的入口大于５倍静态混合器7的长度；喷嘴32和静态混合器7与SCR反应器1之间应该保证足够长的距离，以保证尿素充分分解以及烟气和气体分解物的充分混合。

所述尿素喷射器3为采用热蒸汽作为动力源的气固喷射器；热蒸汽除了作为动力源外，还提供了尿素分解所需的水；热蒸汽管线上还设有热蒸汽进口阀31，同时控制热蒸汽温度在160~200℃之间；尿素喷射器3的尿素入口前还设置进料调节阀33，采用在线控制，对喷入的尿素进行计量和分配。

所述尿素喷射器3的喷嘴32设有多个喷点；采用多点同时喷入，以保证喷入的气固混合物能与烟气均匀混合。

所述对尿素进行预加热的烟气是以多点引取的方式引自于SCR反应器1下游烟道，且烟道上引出点位于返回点前；引用SCR反应器下游烟道的烟气对尿素预加热，充分利用了烟气热量，同时不会对SCR反应器及其上游产生干扰；烟气的抽取采用多点取样，以防造成烟道内局部温度过低。

本发明的直喷尿素法SCR烟气脱硝装置在运行时，尿素先经过研磨系统研磨，再输入尿素加热器2中用引自SCR反应器1下游烟道的烟气对粉末化的尿素预加热后，达到分解条件，经输送泵送到尿素喷射器3中，将尿素喷入SCR反应器1上游烟道，尿素与烟气接触换热，借助烟气本身的高温使其温度进一步提高，将其分解成包含氨气的气体分解物，通过静态混合器7的混合将气体分解物与烟气的充分混合，进而进入SCR反应器1，烟气中的 NO_x和气体分解物中的氨气在催化剂11作用下发生还原反应，生成N₂和H₂O，达到去除烟气中氮氧化物的目的。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims

1.直喷尿素法SCR烟气脱硝工艺，其特征在于：包括以下步骤：

（3）烟气和气体分解物进入SCR反应器，烟气中的 NO_x和气体分解物中的氨气在催化剂作用下发生还原反应，生成N₂和H₂O；

所述步骤（1）中，预加热后尿素温度达到160~260℃；所述SCR反应器上游烟道内的烟气温度大于350℃，当烟气温度低于350℃时，停止喷射尿素。

2.根据权利要求1所述的直喷尿素法SCR烟气脱硝工艺，其特征在于：还包括在所述步骤（1）前对尿素进行研磨，使尿素粉末化的步骤。

3.根据权利要求1所述的直喷尿素法SCR烟气脱硝工艺，其特征在于：所述步骤（3）中，烟气和气体分解物进入SCR反应器前，先经过混合器充分混合。

4.实施权利要求1所述的直喷尿素法SCR烟气脱硝工艺的直喷尿素法SCR烟气脱硝装置，其特征在于：包括SCR反应器（1），引用SCR反应器（1）下游烟道内的烟气对尿素进行预加热的尿素加热器（2），以及尿素喷射器（3），所述尿素加热器（2）的尿素出口与尿素喷射器（3）的尿素入口连通，尿素喷射器（3）的喷嘴（32）接入SCR反应器（1）上游烟道内；所述对尿素进行预加热的烟气是以多点引取的方式引自于SCR反应器（1）下游烟道，且烟道上引出点位于返回点前。

5.根据权利要求4所述的直喷尿素法SCR烟气脱硝装置，其特征在于：还包括尿素研磨系统，所述尿素研磨系统包括依次连通的尿素储仓（4）、研磨机（5）和螺旋给料机（6），所述螺旋给料机（6）的出料口与所述尿素加热器（2）的尿素入口连通。

6.根据权利要求4所述的直喷尿素法SCR烟气脱硝装置，其特征在于：所述SCR反应器（1）上游烟道内尿素喷射器（3）的喷嘴（32）后设有静态混合器（7），静态混合器（7）的安装位置距离SCR反应器（1）的入口大于５倍静态混合器（7）的长度。

7.根据权利要求4至6任意一项所述的直喷尿素法SCR烟气脱硝装置，其特征在于：所述尿素喷射器（3）为采用热蒸汽作为动力源的气固喷射器。

8.根据权利要求7所述的直喷尿素法SCR烟气脱硝装置，其特征在于：所述尿素喷射器（3）的喷嘴（32）设有多个喷点。