CN102580442A - 一种循环流化床锅炉选择性非催化还原脱硝系统 - Google Patents

Abstract

一种循环流化床锅炉选择性非催化还原脱硝系统，属于烟气脱硝技术。该系统包括炉膛、还原剂及雾化空气配比输送系统、旋风分离器、回料系统和尾部烟道，其特点是在旋风分离器芯筒外周的分离器上顶板上均匀布置多个雾化喷嘴，雾化喷嘴的喷口朝下，还原剂喷入方向与竖直方向呈0-60°夹角。本发明由于采用了选择性非催化还原剂合理的喷入位置、喷入角度及喷嘴数量，增强了还原剂与烟气中NOx的混合程度，促进了脱硝反应进行，提高了选择性非催化还原脱硝的效率及可行性，减少了还原剂的泄漏量，便于选择性非催化还原脱硝方法的工业应用。

Description

一种循环流化床锅炉选择性非催化还原脱硝系统

技术领域

本发明涉及一种应用于循环流化床锅炉的选择性非催化还原(SNCR)脱硝系统，属于烟气脱硝技术。

背景技术

氮氧化物(NOx)是燃煤电厂烟气排放三大污染物(SO₂，NOx及总悬浮颗粒物TSP)之一。随着国家和地方环保政策日趋严格，烟气脱硝技术越来越受到重视。

目前常用的烟气脱硝技术有选择性催化还原(SCR)以及选择性非催化还原(SNCR)等。选择性催化还原(SCR)是在催化剂作用下，利用还原剂(氨、尿素等)将NOx还原为N₂的技术。SCR具有效率高、泄漏率低等优点，但也具有明显的劣势，例如初始投资高、设备运行维护费用高、催化剂更换成本高等。选择性非催化还原(SNCR)是不需要催化剂作用的烟气脱硝技术，将还原剂喷入锅炉的特定温度点(通常为800-1100℃)的区域产生自发反应，将NOx还原为N₂。相比于SCR系统，SNCR的优势是设备简单、初始投资少、运行维护费用低等，但是需要有良好的混合及反应空间、时间条件。

SNCR反应对于反应的条件要求比较苛刻，但可以很好的应用于循环流化床锅炉(CFBB)的烟气脱硝。循环流化床锅炉旋风分离器入口温度适合SNCR反应的发生；烟气在分离器内停留时间长，利于反应的充分进行；同时循环流化床锅炉特有的循环灰对SNCR反应具有催化作用，可以促进反应的进行。SNCR应用于循环流化床锅炉的烟气脱硝，是今后的发展趋势。

虽然SNCR在循环流化床锅炉上已有一些工程应用，但在这一领域仍然存在一些缺点和有待改进之处。

现有的技术主要是将还原剂喷入位置设置在旋风分离器进口或出口。喷入位置在进口时，例如美国专利5462718和11/747010，其还原剂喷嘴与旋风分离器进口成90°夹角，由于在此位置的烟气含有大量的颗粒，容易造成还原剂喷嘴的磨损和喷嘴的堵塞，影响还原剂喷入效果。喷入位置在出口时，例如美国专利6325985，由于旋风分离器内部具有SNCR反应最佳的反应条件，此类设计不采用将还原剂喷入分离器的方法，脱硝效果不明显。

发明内容

本发明的目的是提供一种循环流化床锅炉选择性非催化还原脱硝系统，提高SNCR的脱销效率，保证SNCR系统与循环流化床锅炉实现良好的联合运行。

本发明的技术方案如下：

一种循环流化床锅炉选择性非催化还原脱硝系统，包括炉膛、还原剂及雾化空气配比输送系统、旋风分离器、回料系统和尾部烟道，其特征在于：在所述的旋风分离器芯筒外周的分离器上顶板均匀布置多个雾化喷嘴，所述雾化喷嘴通过管道与还原剂配比输送系统相连，雾化喷嘴的喷口朝下，还原剂喷入方向与竖直方向呈0～60°夹角，所述雾化喷嘴的数目为2～4个。

本发明具有以下突出优点及效果：①还原剂从旋风分离器上顶板向下喷入，既避免了烟气中颗粒对于喷嘴的冲击磨损，防止了颗粒堵塞喷嘴，又能够使还原剂与烟气充分进行混合，促进了SNCR反应充分进行；②整个系统结构简单，安装或改造方便，利于工业应用，适合大规模推广。

附图说明

图1为本发明提供的循环流化床锅炉选择性非催化还原脱硝系统的整体结构示意图。

图2为本发明雾化喷嘴的具体布置示意图(俯视)。

图3为本发明雾化喷嘴的结构示意图。

图中：1-炉膛；2-分离器进口；3-分离器出口；4-雾化喷嘴；5-旋风分离器；6-回料系统；7-尾部烟道；8-分离器上顶板；9-循环流化床锅炉；10-旋风分离器芯筒；11-还原剂及雾化空气配比输送系统；12-还原剂入口；13-雾化空气入口。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的原理、结构及实施方式。

图1为一种循环流化床锅炉选择性非催化还原脱硝系统的整体结构示意图。包括炉膛1、还原剂及雾化空气配比输送系统11、旋风分离器5、回料系统6和尾部烟道7，为了实现还原剂与烟气的充分混合，提高SNCR反应程度，在所述的旋风分离器芯筒10外周的分离器上顶板8处均匀布置有多个雾化喷嘴4，该雾化喷嘴4通过管道与还原剂配比输送系统11相连。图2和图3分别为雾化喷嘴4的布置形式及喷嘴的具体结构。雾化喷嘴4喷口朝下，还原剂喷入方向与竖直方向的夹具α呈0～60°夹角，雾化喷嘴4的数目优选为2～4个。

在该循环流化床锅炉选择性非催化还原脱硝系统中，主要实现以下过程：

如图1所示，在循环流化床炉膛内，燃料与空气进行反应，产生的烟气从分离器进口2进入旋风分离器5，旋风分离器5对燃烧烟气中的颗粒进行分离，大颗粒经由回料系统6送回至炉膛1，烟气的其余成分经过旋风分离器芯筒10从分离器出口3送至尾部烟道7进行后续的换热及相关处理。如图2和图3所示，还原剂通过还原剂及雾化空气配比输送系统11送入雾化喷嘴4，被雾化空气雾化后，从分离器上顶板8喷入至旋风分离器5内部。还原剂与烟气中的氮氧化物反应，将氮氧化物还原为氮气，达到降低氮氧化物排放量的效果。

较为合适的反应条件是，循环流化床锅炉9的炉膛1排出的烟气在进入旋风分离器进口2时的温度为800-1100℃，还原剂在旋风分离器5内的停留时间不少于1秒，还原剂所含的氨与烟气所含的氮氧化物的摩尔比(即氨氮比)为0.9-1.5。所选还原剂为氨气、氨水或尿素。

通过对旋风分离器流场和烟气停留时间的分析，发现还原剂喷入过程的关键是保证还原剂能够迅速进入旋风分离器的烟气集中区域。由于喷嘴个数的限制，喷入的还原剂只能通过集中的点源向烟气扩散，还原剂喷嘴设置可说是SNCR实施环节中的最关键因素。

为了解本发明所述的还原剂喷嘴布置形式对于还原剂向烟气集中区域扩散情况的影响，对本发明所属的还原剂喷嘴布置形式进行了数值模拟。选择了循环流化床锅炉的旋风分离器作为数值模拟的条件，在旋风分离器上按本发明所述的布置方式均匀布置有四个喷嘴，还原剂沿竖直方向向下喷入旋风分离器内进行SNCR反应。从数值模拟结果可以看出，喷氨点处在旋风筒顶部，氨还原剂也将迅速被烟气卷席，并被带入芯筒内。由于烟气最终必须通过芯筒流出，这种混合方式显得直接而迅速。数值模拟结果表明，本发明所述的还原剂喷嘴布置形式可以很好地促进还原剂与烟气的混合，提高SNCR反应程度，其优势较为明显。

在考虑NOx脱除效率的同时，还需要考虑还原剂雾化吸热对于锅炉效率的影响，通过计算可得，当空气质量与还原剂溶液质量之比为0.1时，选用尿素为还原剂，锅炉效率会下降0.21％；选用氨水为还原剂，锅炉效率会下降0.04％。从以上计算结果可以看出，喷入还原剂可以有效地将烟气中的氮氧化物脱除，同时不会对锅炉的效率造成太大影响，可以得到很好的效果。

Claims (2)

1.一种循环流化床锅炉选择性非催化还原脱硝系统，该系统包括炉膛(1)、还原剂及雾化空气配比输送系统(11)、旋风分离器(5)、回料系统(6)和尾部烟道(7)，其特征在于：在所述的旋风分离器芯筒(10)外周的分离器上顶板(8)上均匀布置多个雾化喷嘴(4)，所述雾化喷嘴(4)通过管道与还原剂配比输送系统(11)相连，雾化喷嘴(4)的喷口朝下，还原剂喷入方向与竖直方向呈0～60°夹角。

2.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉选择性非催化还原脱硝系统，其特征在于：所述雾化喷嘴(4)的数目为2～4个。

Images