CN102512954A - 余热锅炉烟气脱硝装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种余热锅炉烟气脱硝装置，属于工业尾气净化设备领域，包括设于余热锅炉内的蒸发器，其沿烟气流程通道有多级受热面，并沿烟气方向温度逐渐降低，还包括脱硝反应器、还原剂注射系统，以及为还原剂注射系统提供还原剂的制备系统，脱硝反应器内设有催化剂，脱硝反应器设于蒸发器某相邻两级受热面之间，该两级受热面间的温度为脱硝催化剂的最佳反应温度，还原剂注射系统在烟气流程通道断面均匀喷射还原剂，其按烟气流程方向设于脱硝反应器上游并与脱硝反应器间间隔若干级受热面。本发明可以解决燃气轮机联合循环机组及工业余热锅炉烟气中NOx的排放问题，解决低尘、低NOx浓度、高脱硝效率的SCR脱硝要求。

Description

余热锅炉烟气脱硝装置
技术领域
本发明属于工业尾气净化设备领域，尤其涉及燃气轮机联合循环机组及工业余热锅炉烟气中NOx的净化设备。
背景技术
目前，火电厂烟气脱硝装置的主流技术为SCR脱硝技术，利用布置在锅炉省煤器和空气预热器之间的反应器将烟气中NOx去除，反应器中布置有脱硝催化剂，脱硝还原剂通过入口烟道布置的注射系统喷入烟道与烟气中的NOx充分混合进行催化还原脱硝。对于常规电站锅炉，省煤器出口烟气温度为SCR脱硝反应需要的温度窗口、且为高尘布置，脱硝效率适中、技术应用成熟，但是，对于工业尾气装置如燃气轮机机组，其主要特点为低尘、低NOx浓度、高脱硝效率要求及脱硝设备需适应余热锅炉原有结构布置的限制。
发明内容
本发明的目的在于：解决燃气轮机联合循环机组及工业余热锅炉烟气中NOx的排放问题，实现环保同时节能，解决低尘、低NOx浓度、高脱硝效率的SCR脱硝要求，并且可以以灵活多变的方案满足不同类型余热锅炉脱硝的目的。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种余热锅炉烟气脱硝装置，包括设于余热锅炉内的蒸发器，其沿烟气流程通道有多级受热面，并沿烟气方向温度逐渐降低，还包括脱硝反应器、还原剂注射系统，以及为还原剂注射系统提供还原剂的制备系统，所述脱硝反应器内设有催化剂，所述脱硝反应器设于所述蒸发器某相邻两级受热面之间，该两级受热面间的温度为所述脱硝催化剂的最佳反应温度，所述还原剂注射系统在烟气流程通道断面均匀喷射还原剂，其按烟气流程方向设于所述脱硝反应器上游并与所述脱硝反应器间间隔若干级受热面。
作为优选方式，所述还原剂注射系统为多喷嘴平面栅格结构，其由沿烟气流程通道断面均匀分布的多个栅格组件构成，每个栅格组件均采用单独的阀门，单个栅格组件由一根主管和连通主管的若干个支管组成，支管上布置多个还原剂喷口。作为优选方式，所述栅格组件其栅格平面和还原剂喷口方向垂直烟气方向，其还原剂喷口在支管上左右交替布置。
作为优选方式，还包括沿烟气流程通道断面布置的多个弹性烟气阻隔装置，所述弹性烟气阻隔装置一部分固定于余热锅炉护板，另一部分固定于所述脱硝反应器上，两部分间弹性滑动密闭接触，该多个弹性烟气阻隔装置的结合滑动密封所在烟气流程通道断面。作为优选方式，所述弹性烟气阻隔装置包括其一边固定于余热锅炉护板上的第一连接件，其一边固定于脱硝反应器上的第二连接件，分别与所述第一、二连接件的另一边弹性接触的弹性弯曲的密封板，所述密封板两边分别与所述第一、二连接件固定和弹性滑动密闭接触。作为优选方式，所述第一连接件为L形板，所述第二连接件为Z形板。
作为优选方式，所述制备系统为液氨制氨系统、尿素制氨系统或氨水制氨系统，所述尿素制氨系统或氨水制氨系统直接采用余热锅炉的烟气作为尿素热解或氨水汽化的热源。
本发明的有益效果：对于燃气轮机联合循环机组及工业余热锅炉烟气脱硝首先要解决的是温度窗口的选择，本发明创造性地利用现成的余热锅炉中蒸发器不同受热面之间温度的变化梯度，将脱硝反应器布置在余热锅炉内适合的受热面之间，脱硝反应器温度选取脱硝催化剂的最佳反应温度：具体通过将余热锅炉的蒸发器分成两级布置，两级蒸发器拉开一定空间，布置脱硝反应器。另外，在一级蒸发器前布置还原剂注射系统，在经过现成的蒸发器受热面管道的“梳理”下，烟气中NOx与还原剂充分混合均匀，达到催化剂前NH3/NOx摩尔比均匀的要求。本发明的余热锅炉烟气脱硝设备，NOx脱除率可达到85%及以上，氨逃逸小于3ppm，采取引余热锅炉约600℃的烟气作为尿素热解或氨水汽化的热源，大幅度降低了能源消耗，使得实现净化尾气环保的同时，也达到了节能的目的。
本发明的余热锅炉烟气脱硝设备具有以下特点：
A、最大限度利用现有设备，脱硝设备布置在余热锅炉内部，减少投资和占地面积。
B、温度窗口的选择可根据锅炉受热面布置情况灵活调整位置，满足催化剂运行温度最佳需要。
C、采用特殊设计多喷嘴栅格结构的还原剂注射系统，满足大截面还原剂和NOx的均匀混合要求，在还原剂注射系统和脱硝反应器之间布置受热面，最大限度利用现有设备，可自然强化混合效果，无需单独设置混合器。
D、可采用尿素制氨、液氨制氨和氨水制氨多种制氨工艺。
E、采用锅炉入口热烟气作为尿素热解热源或氨水汽化热源，大幅度降低运行能耗。
F、由于余热锅炉为内保温结构，脱硝反应器与余热锅炉内部保温层存在膨胀差，本发明采用活动的弹性烟气阻隔装置，有效地解决了膨胀差的问题和防止烟气短路问题。
附图说明
图1是本发明实施例的设备流程图；
图2是本发明实施例弹性烟气阻隔装置的结构示意图；
图3是本发明实施例还原剂注射系统的结构示意图；
其中1为脱硝反应器、2为还原剂注射系统、3为制备系统、4为升压风机、5为再热器、6为蒸发器、7为高压汽包、8为中压汽包、9为低压汽包、10为L形板、11为Z形板、12为密封板、13为余热锅炉护板、14为保温层、15为主管、16为支管、17为还原剂喷口。
具体实施方式
下列非限制性实施例用于说明本发明。
如图1至图3所示，一种余热锅炉烟气脱硝装置，包括设于余热锅炉内的蒸发器6，其沿烟气流程通道有多级受热面，并沿烟气方向温度逐渐降低，还包括脱硝反应器1、还原剂注射系统2，以及为还原剂注射系统2提供还原剂的制备系统3，脱硝反应器1内设有催化剂，脱硝反应器1设于蒸发器6某相邻两级受热面之间，该两级受热面间的温度为脱硝催化剂的最佳反应温度，还原剂注射系统2在烟气流程通道断面均匀喷射还原剂，其按烟气流程方向设于脱硝反应器1上游并与脱硝反应器1间间隔若干级受热面。还原剂优选为氨，制备系统为液氨制氨系统、尿素制氨系统或氨水制氨系统，其中尿素制氨系统或氨水制氨系统可以直接采用余热锅炉的烟气作为尿素热解或氨水汽化的热源。
来自于燃气轮机出口或工业装置含NOx的烟气，进入余热锅炉，在余热锅炉内布置的蒸发器6各级受热面的换热作用下，烟气温度逐渐降低，本发明的脱硝反应器1可灵活布置在各级受热面之间，在余热锅炉设计时将适合脱硝温度窗口的受热面拉开一定空间用于布置脱硝反应器。本发明在某9F级燃气轮机机组余热锅炉上的应用，如图1所示，脱硝反应器1布置在余热锅炉蒸发器6中的高压蒸发器位置，且将高压蒸发器拉开一定空间，布置脱硝反应器1，还原剂注射系统2布置在脱硝反应器1的上游、高压蒸发器之前，在经过高压蒸发器受热面的“梳理”作用下，烟气中NOx与还原剂氨充分混合，到达NH3/NOx摩尔比偏差小于5%的要求，该还原剂注射系统2为一种特殊结构的多喷嘴栅格，左右交替布置的还原剂喷口与烟气流动方向垂直布置，还原剂喷口尺寸根据喷氨量和流速经过CFD精确计算后确定。
脱硝反应器1内布置有催化剂支撑钢架、脱硝催化剂。其中脱硝催化剂的选取根据烟气成分，节距可选取4.3mm以下，催化剂的型式可为蜂窝式、板式和波纹板式，为减少催化剂用量，节省脱硝反应器1布置空间可采用比表面积较大的蜂窝式催化剂；由于余热锅炉为内保温结构，脱硝反应器1与余热锅炉内部保温层14存在膨胀差，不能简单的将脱硝反应器1与余热锅炉保温层14之间间隙采用钢板密封，本发明采用沿烟气流程通道断面布置的上下左右4个弹性烟气阻隔装置，有效地解决了膨胀差的问题和防止烟气短路问题，如图2所示。该弹性烟气阻隔装置一部分固定于余热锅炉护板13，另一部分固定于脱硝反应器1上，两部分间弹性滑动密闭接触，该4个弹性烟气阻隔装置的结合可以滑动密封所在烟气流程通道断面。作为优选方式，如本实施例所示，弹性烟气阻隔装置包括其一边固定于余热锅炉护板13上的第一连接件，其一边固定于脱硝反应器1上的第二连接件，分别与第一、二连接件的另一边弹性接触的弹性弯曲的密封板12，密封板12两边分别与第一、二连接件固定和弹性滑动密闭接触，即密封板一边与第一、二连接件的其一固定，另一边与另一连接板和弹性滑动密闭接触。作为优选方式，第一连接件为L形板10，第二连接件为Z形板11，密封板12与L形板10固定，与Z形板11弹性滑动密闭接触。L形板10、Z形板11由碳钢制成，密封板12由不锈钢制成。同样地，其具体结构可以在上述思路下做任意多的变换，如第一连接件为Z形板，第二连接件为L形板，密封板朝内或朝外弯曲，密封板与L形板固定，与Z形板弹性滑动密闭接触；或者，第一、二连接件均为Z形板，密封板朝内或朝外弯曲等等。
本发明中还原剂注射系统采用多喷嘴栅格，如图3所示，将余热锅炉沿断面均匀划分成若干个区域，每个区域为一个栅格组件，每个栅格组件均采用单独的阀门，调试阶段可根据运行情况调节阀门开度，控制给氨量，单个栅格组件由一根主管15和连通主管15的若干个支管16组成，支管16上左右交替布置还原剂喷口17，喷口尺寸一般为3~8mm。栅格组件其栅格平面和还原剂喷口17方向垂直烟气方向。
本烟气脱硝设备可适用于水平布置或垂直布置型式的余热锅炉上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种余热锅炉烟气脱硝装置，包括设于余热锅炉内的蒸发器，其沿烟气流程通道有多级受热面，并沿烟气方向温度逐渐降低，其特征在于：还包括脱硝反应器、还原剂注射系统，以及为还原剂注射系统提供还原剂的制备系统，所述脱硝反应器内设有催化剂，所述脱硝反应器设于所述蒸发器某相邻两级受热面之间，该两级受热面间的温度为所述脱硝催化剂的最佳反应温度，所述还原剂注射系统在烟气流程通道断面均匀喷射还原剂，其按烟气流程方向设于所述脱硝反应器上游并与所述脱硝反应器间间隔若干级受热面。
2.如权利要求1所述的余热锅炉烟气脱硝装置，其特征在于：所述还原剂注射系统为多喷嘴平面栅格结构，其由沿烟气流程通道断面均匀分布的多个栅格组件构成，每个栅格组件均采用单独的阀门，单个栅格组件由一根主管和连通主管的若干个支管组成，支管上布置多个还原剂喷口。
3.如权利要求2所述的余热锅炉烟气脱硝装置，其特征在于：所述栅格组件其栅格平面和还原剂喷口方向垂直烟气方向，其还原剂喷口在支管上左右交替布置。
4.如权利要求1所述的余热锅炉烟气脱硝装置，其特征在于：还包括沿烟气流程通道断面布置的多个弹性烟气阻隔装置，所述弹性烟气阻隔装置一部分固定于余热锅炉护板，另一部分固定于所述脱硝反应器上，两部分间弹性滑动密闭接触，该多个弹性烟气阻隔装置的结合滑动密封所在烟气流程通道断面。
5.如权利要求4所述的余热锅炉烟气脱硝装置，其特征在于：所述弹性烟气阻隔装置包括其一边固定于余热锅炉护板上的第一连接件，其一边固定于脱硝反应器上的第二连接件，分别与所述第一、二连接件的另一边弹性接触的弹性弯曲的密封板，所述密封板两边分别与所述第一、二连接件固定和弹性滑动密闭接触。
6.如权利要求5所述的余热锅炉烟气脱硝装置，其特征在于：所述第一连接件为L形板，所述第二连接件为Z形板。
7.如权利要求1所述的余热锅炉烟气脱硝装置，其特征在于：所述制备系统为液氨制氨系统、尿素制氨系统或氨水制氨系统，所述尿素制氨系统或氨水制氨系统直接采用余热锅炉的烟气作为尿素热解或氨水汽化的热源。
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