CN102861511A

CN102861511A - 一种燃煤锅炉烟气sncr和scr联合脱硝方法及装置

Info

Publication number: CN102861511A
Application number: CN2012103684583A
Authority: CN
Inventors: 周英贵; 李仁刚; 王生公
Original assignee: Nanjing Longyuan Environment Co Ltd
Current assignee: Nanjing Longyuan Environment Co Ltd
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2013-01-09

Abstract

本发明涉及一种燃煤锅炉烟气SNCR和SCR联合脱硝方法及装置，还原剂含氨溶液加入炉膛800－1050℃的温度窗口，部分氨与烟气中的NO_X进行SNCR反应，其余逃逸氨随烟气至烟道并进行换热降温；在锅炉出口烟道的500－650℃温度区添加补充还原剂并分解出氨，在300－420℃及活性物质为V₂O₅和WO₃催化剂存在下，氨与NO_X进行SCR反应，脱除烟气中剩余的NO_X。含氨溶液的加入总量以NH₃摩尔量是原烟气NOx的1.45～1.6倍计，其中NH₃摩尔量为原烟气NOx1.1－1.2倍计的含氨溶液加入锅炉炉膛内800－1050℃的温度窗口，其余加入锅炉出口烟道的500－650℃温度区。本方法可减少SNCR反应段还原剂加入量和氨逃逸量，而在500－650℃烟气中添加的还原剂的NH₃全部参与SCR反应，还原剂总耗量降低，脱硝效率提高。

Description

一种燃煤锅炉烟气SNCR和SCR联合脱硝方法及装置

技术领域

本发明涉及主要用于煤电站的燃煤锅炉烟气SNCR和SCR联合脱硝方法合脱硝方法及其装置，属于烟气净化领域。

背景技术

煤燃烧产生的烟气中含有大量的氮氧化物（NO_X），包括N₂O,NO,NO₂,N₂O₃,N₂O₄和N₂O₅，氮氧化物危害性极大，是造成温室效应、酸雨和臭氧层破坏的主要污染物之一，我国能源结构中，煤的比例高达到70%左右，烟气对环境的影响极大。近年来，我国环保法规对氮氧化物排放标准进行了更严格的限制，对煤电站新建机组，要求NO_X排放降低到100mg/Nm³以下。

目前较为成熟的脱硝方法有：烟气脱硝选择性催化还原法（以下简称SCR）、选择性非催化还原法（以下简称SNCR）或SNCR+SCR混合脱硝法。对于原有的大型燃煤电站燃煤锅炉，因受炉膛几何尺寸、温度窗口等综合因素的限制，采用单一的SNCR工艺，脱硝效率均在50%以下；采用单一的SCR工艺，则需要催化剂的用量和反应器尺寸较大，还需增加还原剂氨气NH₃制备和喷射系统等设备，投资和运行费用较高；采用SNCR+SCR混合烟气脱硝法具有高效、投资节省等特点。

现有的SNCR+SCR混合脱硝工艺是在燃煤锅炉的SNCR温度窗口内喷射足量的还原剂溶液，其中只有部分 NH₃参与烟气氮氧化物的还原反应，未参与反应的剩余NH₃（称逃逸氨）随烟气一同进入后续的SCR反应段，继续作为还原剂参与催化还原反应。此种方法主要缺点是通过SNCR反应段逃逸的氨量与喷射量（或浓度）不呈线性关系，氨逃逸量难以控制，也无法精准计量后段SCR反应器所需的还原剂耗量；一般采取加大还原剂喷射量或喷射浓度，造成还原剂消耗过量，若从SCR反应器进口烟道补充气态还原剂，需设置还原剂制备站和喷射系统，大大增加了设备成本。另外，逃逸氨在反应器进口烟道混合比较困难，虽然设置烟气、蒸汽或空气的喷射扰流，但是并不能满足混合烟气的大跨度扰流和强混要求，需要针对性地增加强扰流的均混装置。

发明内容

本发明目的是提供一种燃煤锅炉烟气SNCR和SCR联合脱硝方法，利用锅炉尾部合适的温度区域，精准计量进入SCR反应器区域的NH3摩尔浓度，克服现有的SNCR和SCR联合脱硝工艺对进入后段SCR反应器的还原剂量无法计量的缺陷，减少还原剂在SNCR阶段过量喷射，提高反应稳定性和脱硝效率。

一种燃煤锅炉烟气SNCR和SCR联合脱硝方法，以含氨溶液为还原剂，包括依次进行的SNCR和SCR反应；其特征在于向锅炉炉膛内800－1050℃的温度窗口加入含氨溶液，含氨溶液中部分氨与烟气中的NO_X进行SNCR反应，其余未参与SNCR反应的逃逸氨随烟气至锅炉出口烟道并进行换热降温；其间在锅炉出口烟道的500－650℃温度区补充添加一定量的含氨溶液（含氨溶液在此温度下分解出氨），最后在300－420℃下进入SCR反应器，在催化剂存在下，所述补充还原剂分解出的氨及所述的炉膛逃逸氨与烟气中的剩余NO_X进行SCR反应，催化剂活性物质为V₂O₅ 和WO₃；所述还原剂的总加入量以含氨溶液所含NH₃摩尔量为原烟气NOx摩尔量的1.45～1.6倍计，其中NH₃摩尔量为原烟气中NOx摩尔量的1.1－1.2倍计的含氨溶液加入锅炉炉膛内800－1050℃的温度窗口，其余含氨溶液补充加入锅炉出口烟道的500－650℃温度区，二者分别计量并均以雾化喷射方式加入。

所述含氨溶液为氨水或尿素水溶液。

所述尿素或氨溶液质量浓度为5～10%。

所述含氨溶液在锅炉炉膛的800－1050℃温度窗口和锅炉出口烟道的500－650℃温度区分别多层多点喷射。

本发明方法将大部分还原剂雾化喷入SNCR工艺段的800－1050℃温度窗口，将部分还原剂在喷入500－650℃的温度区作为补充，两路还原剂独立稀释，分别计量控制。 500－650℃温度满足尿素水溶液化学动力学的温度要求，尿素在此温度下几乎100%热分解产生NH₃，且又不会引起氧化消耗，因此还原剂产生的NH₃气体组分可全部进入后续的SCR反应器参与NOx的催化还原反应，用于脱除烟气中剩余的氮氧化物。本发明利用上游烟道产生的NH₃进入SCR反应器，直接参与SCR反应，无需加设还原剂制备站、喷射系统及液氨蒸发、尿素热解、喷氨格栅等设备，减少了设备占地空间和运行成本，对现有锅炉改造运行方便易行。

综上所述，本方法可减少SNCR反应段的还原剂加入量，同时减少了SNCR反应段逃逸的氨量，通过在500－650℃温度区计量补入还原剂，而补充还原剂的NH₃可全部参与SCR反应，从而减少还原剂耗量，本方法烟气脱硝率70-80%，对燃煤大中型锅炉或锅炉改造项目具有很好的商业应用前景。

本发明提供SNCR和SCR联合脱硝装置，以实现上述燃煤锅炉烟气SNCR和SCR联合脱硝工艺。

燃煤锅炉烟气SNCR和SCR联合脱硝装置，包括燃煤锅炉和SCR反应器，锅炉炉膛折焰角上方设有过热器，过热器之后的锅炉出口烟道设有再热器、初级过热器和省煤器，省煤器出口与SCR反应器的入口烟道相连；所述锅炉出口烟道在再热器与初级过热器之间有一个向下转向的转向室；所述锅炉上方的炉膛折焰角和所述烟道转向室分别设有由多个雾化喷枪组成的喷枪组，前者雾化喷枪设置在炉膛折焰角的前墙和两侧墙上，后者雾化喷枪设置在转向室的两侧墙上，该两喷雾组分别连接至各自的还原剂计量装置。

所述SCR反应器入口烟道由竖直段及上、下两端互为反向折弯的水平管段组成，其竖直管段内装有均流导流组件，竖直管段上、下两端的折弯部位的弯道内设有弧形导流板组件；SCR反应器入口设置有折板导流组件。

所述炉膛折焰角的喷雾组包括上下共4层雾化喷枪，每层分布有多个雾化喷枪；所述锅炉出口烟道的转向室的喷雾组包括上下2层雾化喷枪，每层设有1～2个雾化喷枪。

所述各雾化喷枪前部为锥形的喷嘴，锥形喷嘴的前端设有喷孔，锥形喷嘴的锥面部位设有圆周排布的多个喷孔。

本装置设置了还原剂的二次喷雾及计量装置，实现在500－650℃温度区添加独立控制计量的补充还原剂，双相流喷枪和多孔喷嘴可增加雾化覆盖面，使还原剂充分雾化，提高反应效率；设置在SCR反应器入口烟道内的均流导流组件及各种导流板，保证多组分气体的均流均混，使进入SCR反应器流场的速度均匀，提高反应效率。

附图说明

图1是SNCR和SCR联合脱硝装置的结构示意图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3图1的B-B视图。

图4 是雾化结构喷嘴示意图。

图5是图4的C向视图。

图6表示尿素溶液液滴在烟气中热分解质量分率变化曲线。

图中，1—还原剂配制器；2—SNCR还原剂计量装置；3—补充还原剂计量装置；4—燃烧器；5—锅炉；6—雾化喷枪；6-1—喷嘴，6-2、6-3—喷孔；7—过热器；8—再热器；9—初级过热器；10—转向室；11—补充雾化喷枪；12—省煤器；13—均流导流组件；13-1、13-2—X型导流组件的斜置板；13-3—纵向分隔板；13-3—横分隔板；14—弧形导流板；14’—平板式导流板；15—整流格栅；16—测试孔；17—催化剂层；18—入口烟道；19—- SCR反应器；20—出口烟道。

具体实施方式

实施例1

下面结合图1装置说明本发明SNCR和SCR联合脱硝的实施方法。

如图1，锅炉5设有燃烧器4，煤燃烧产生烟气，烟气中的氮氧化物（NOx）含量为450mg/Nm³，烟气向上经过炉膛折焰角（即锅炉5上方向右位置）进入过热器7空间区域，此处烟气温度在850－1050℃，即为适合SNCR的“温度窗口”。此温度窗口的前墙和两侧墙（见图2）均安装有还原剂喷枪6, 喷枪材质为316L不锈钢。图1表示，还原剂喷枪6自下至上设置四层，各层位于锅炉的标高分别为35.8m、43.192m、46.592m、49.092m。参见图1及图2的左半部，在850－1050℃温度区，还原剂喷枪，分四层布置在前墙和侧墙，第1层布置21支喷枪，第2、3、4层分别布置9支，共设置48支喷枪。

还原剂配制器1中，将50%质量浓度的尿素溶液加水稀释至质量浓度为5%～10%。通过SNCR还原剂计量装置2对喷入SNCR反应区的还原剂按NH₃与烟气中的NOx的摩尔量之比为1.1－1.2计量。雾化喷枪6将尿素水溶液雾化并喷入炉膛800－1050℃温度窗口，尿素液滴蒸发和热分解生成NH₃和HNCO（尿素水溶液液滴在烟气中的蒸发和热分解特性见图6）。经上述SNCR反应后，烟气中氮氧化物浓度降低了35－40%，多余的NH₃随烟气经过热器7和再热器8换热后，进入到转向室10时，温度降至500～650℃。转向室10的两侧墙分别配置2支补充雾化喷枪11，补充的尿素溶液由计量装置3单独计量控制。由于转向室10内的温度为550～650℃，产生的SNCR反应速率很小，生成的还原剂产物组分仅170ppm，因此新补充的尿素溶液在此温度下基本未被消耗。烟气继续经初级过热器9和省煤器12后，温度降至300~420℃，上述补充的尿素溶液几乎全部从SCR反应器的入口烟道18进入SCR反应器19中，还原剂组分NH ₃和HNCO和H ₂ O、NOx在催化剂层17（催化剂为蜂窝或板式V₂O₅ 、WO₃）表面反应生成N₂和H₂O，大部分氮氧化被脱除。脱硝后烟气从-反应器出口烟道20排出。经检测，烟气脱硝率70-80%。

本装置的烟道均为矩形管（横截面为矩形）。图1中，SCR反应器19的入口烟道18是SCR反应器19的入口烟道18由竖直管段及上、下两端互为反向折弯的水平管段组成，其与SCR反应器19连接成π型。入口烟道18竖管段内设有均流导流组件13，从B-B剖面结构（图3）可见，均流导流组件13包括两交叉的斜置板13-1、13-2组成X型导流组件及由纵向分隔板13-3和横分隔板13-4互相交接而成的格状导流组件。各均流导流组件13在入口烟道18的竖直管内为多层布置。当来自锅炉出口烟道的烟气从SCR反应器的入口烟道18通过时，首先经过下端弯管内的圆弧导流板14，然后向上从竖直管段中通过，其间被X型的和格状的导流组件13分区强混，实现对烟气的大尺度，强扰流均混；继续上升，依次经上端弯管内的圆弧导流板14及平板式导流板14’，将烟气均匀导向SCR器19的入口，使进入反应器19的入口流场速度分布均匀。导流均流组件13、弧形导流板14和式导流板14’均为Q345B碳钢材质制成。

图4和图5表示雾化喷枪6的喷嘴结构（补充雾化喷枪11与雾化喷枪6结构相同）。如图4，喷嘴6-1前端为锥形面，锥形面前端设有喷孔6-3，多个喷孔6-2在锥形面上按圆周均布。液滴粒径由雾化压缩空气压力调节，索尔特平均粒径100μm，液滴颗粒初速度约30m/s。

图6是对锅炉烟道转向室10中雾化离散的尿素溶液液滴在烟气中热分解质量分率变化曲线图；从图6可见，尿素颗粒在大约413K（即140℃）开始蒸发，此时尿素重量开始减少，在413K~425K（即140℃~152℃）温度范围内，尿素呈熔融状态,在425K~433K（152℃~160℃）范围内，可以观察到尿素质量明显变化，这主要是由于当温度超过425K（152℃）后，尿素的蒸发和热解速率提高，在433K（160℃）时，现场NH₃浓度明显增强，在433K~ 463K（160℃~190℃）温度范围，尿素持续蒸发和热分解为NH₃和HNCO，当温度达到463K（190℃）时，尿素的质量已减少38.2%，在500K~623K（227℃~350℃）时，尿素质量变化速率降低，在此过程中，可能热分解后的产物生成了其他中间产物，导致生成气态的NH₃减少。图6可见，尿素在623K~735K（350℃~462℃）温度时，已基本完成蒸发和热分解。因而本发明在锅炉转向角550～650℃温度区喷入的尿素溶液，能完全分解生成氨气，而且，氨气在550～650℃及继续下降的烟气温度下不会被氧化消耗，可全部参与SCR反应，还原剂的使用效率提高。

Claims

1.一种燃煤锅炉烟气SNCR和SCR联合脱硝方法，以含氨溶液为还原剂，包括依次进行的SNCR和SCR反应；其特征在于向锅炉炉膛内800－1050℃的温度窗口加入还原剂含氨溶液，含氨溶液中部分氨与烟气中的NO_X进行SNCR反应，其余未参与SNCR反应的逃逸氨随烟气至锅炉出口烟道并进行换热降温；其间在锅炉出口烟道的500－650℃温度区补充添加一定量的含氨溶液，最后在300－420℃下进入SCR反应器，在催化剂存在下，所述补充还原剂分解出的氨及所述的炉膛逃逸氨与烟气中的剩余NO_X进行SCR反应，催化剂活性物质为V₂O₅ 和WO₃；所述还原剂的总加入量以含氨溶液所含NH₃摩尔量为原烟气NOx摩尔量的1.45～1.6倍计，其中NH₃摩尔量为原烟气中NOx摩尔量的1.1－1.2倍计的含氨溶液加入锅炉炉膛内800－1050℃的温度窗口，其余含氨溶液补充加入锅炉出口烟道的500－650℃温度区，二者分别计量并均以雾化喷射方式加入。

2.根据权利要求1所述的燃煤锅炉烟气SNCR和SCR联合脱硝方法，其特征在于所述含氨溶液为氨水或尿素水溶液。

3.根据权利要求2所述的燃煤锅炉烟气SNCR+SCR混合脱硝方法，其特征在于所述尿素或氨溶液的质量浓度为5～10%。

4.根据权利要求1或2或3所述的燃煤锅炉烟气SNCR和SCR联合脱硝方法，其特征在于所述含氨溶液在锅炉炉膛的800－1050℃温度窗口和锅炉出口烟道的500－650℃温度区分别多层多点喷射。

5.一种用于权利要求1脱硝方法的燃煤锅炉烟气SNCR和SCR联合脱硝装置，其特征在于包括燃煤锅炉和SCR反应器，锅炉炉膛折焰角上方设有过热器，过热器之后的锅炉出口烟道设有再热器、初级过热器和省煤器，省煤器出口与SCR反应器的入口烟道相连；所述锅炉出口烟道在再热器与初级过热器之间有一个向下转向的转向室；所述锅炉上方的炉膛折焰角和所述烟道转向室分别设有由多个雾化喷枪组成的喷枪组，前者雾化喷枪设置在炉膛折焰角的前墙和两侧墙上，后者雾化喷枪设置在转向室的两侧墙上，该两喷雾组分别连接至各自的还原剂计量装置。

6.根据权利要求5所述的燃煤锅炉烟气SNCR和SCR联合脱硝装置，其特征在于所述SCR反应器入口烟道由竖直段及其上、下两端互为反向折弯的水平管段组成；竖直管段内装有均流导流组件，竖直管段上、下两端的折弯部位的弯道内设有弧形导流板组件。

7.根据权利要求5所述的燃煤锅炉烟气SNCR和SCR联合脱硝装置，其特征在于SCR反应器入口设置有折板导流组件。

8.根据权利要求5所述的燃煤锅炉烟气SNCR和SCR联合脱硝装置，其特征在于所述炉膛折焰角的喷雾组包括上下共4层雾化喷枪，每层分布有多个雾化喷枪。

9.根据权利要求5或6或7或8所述的燃煤锅炉烟气SNCR和SCR联合脱硝装置，其特征在于所述锅炉出口烟道的转向室的喷雾组包括上下2层雾化喷枪，每层设有1～2个雾化喷枪。

10.根据权利要求9所述的燃煤锅炉烟气SNCR和SCR联合脱硝装置，其特征在于所述各雾化喷枪前部为锥形的喷嘴，锥形喷嘴的前端设有喷孔，锥形喷嘴的锥面部位设有圆周排布的多个喷孔。