CN103418228A

CN103418228A - 智能型sncr脱硝系统

Info

Publication number: CN103418228A
Application number: CN2013104010440A
Authority: CN
Inventors: 杨盛林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2033-09-05
Also published as: CN103418228B

Abstract

智能型SNCR脱硝系统，包括：两段式分解炉，具有相互连通的上段炉和下段炉，用于加热分解生料并因此产生含NO_X的烟气；设置在下段炉的周壁上的多个氨水喷枪，用于将氨水雾化喷入下段炉；与上段炉连通的生料预热器，利用来自两段式分解炉的高温烟气对生料进行预热，预热后的生料从生料预热器进入两段式分解炉；气体分析仪，用于检测来自生料预热器的烟气中的NO_X浓度；以及控制器，根据气体分析仪所检测的烟气中的NO_X浓度，实时调整下段炉的氨水喷入量。本发明大幅度提高了氨的利用率，最大限度地降低了运行成本。

Description

智能型SNCR脱硝系统

技术领域

本发明涉及烟气脱硝系统。

背景技术

烟气例如水泥厂窑尾烟气中所含NO_X需要降低到一定限度后才能排放至大气。现有的水泥厂窑尾烟气采用SNCR（选择性非催化还原）脱硝工艺，通常选用20%浓度的氨水作为脱硝介质。但是，目前的这种SNCR脱硝系统存在氨水利用率低下、实际脱硝效果差等诸多问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能型SNCR脱硝系统，其能够对烟气进行高效脱硝。

本发明的智能型SNCR脱硝系统包括：

两段式分解炉，具有相互连通的上段炉和下段炉，用于加热分解生料并因此产生含NO_X的烟气；

设置在下段炉的周壁上的多个氨水喷枪，用于将氨水雾化喷入下段炉；

与上段炉连通的生料预热器，利用来自两段式分解炉的高温烟气对生料进行预热，预热后的生料从生料预热器进入两段式分解炉；

气体分析仪，用于检测来自生料预热器的烟气中的NO_X浓度；以及

控制器，根据气体分析仪所检测的烟气中的NO_X浓度，实时调整下段炉的氨水喷入量。

在本发明的一个优选实施例中，调整下段炉的氨水喷入量是通过调整氨水喷枪的使用数量来实现的。这种情况下，优选每个喷枪能够在密封条件下自动伸入/退出分解炉。

在本发明的一个优选实施例中，每个喷枪的喷射雾滴直径小于150微米，喷射量小于每分钟2.5升。

在本发明的一个优选实施例中，所述多个氨水喷枪围绕下段炉的下部周壁均匀布置。

在本发明的一个优选实施例中，气体分析仪不间断地在密封条件下对生料预热器中的烟气进行取样分析，并且包括伸入生料预热器中的两个并联采样头和用于检测采样头所抽取的样品的检测器，在智能型SNCR脱硝系统的正常运转过程中，这两个并联采样头一个工作，另一个备用或被清理。这种情况下，每个采样头通过各自的压缩空气管路与同一压缩空气源连通，每个压缩空气管路上设置有压缩空气控制阀；每个采样头还通过各自的抽气管路与各自的抽气泵连通，每个抽气管路上设置有抽气控制阀；每个抽气泵用于将所抽取的烟气样品通过各自的输气管路送入检测器，并且每个输气管路上还设置有排气阀。

本发明大幅度提高了氨的利用率（达75%以上），精确控制了排放值的波动范围（小于30ppm），最大限度地降低了运行成本。

附图说明

图1是根据本发明的智能型SNCR脱硝系统的结构示意图；

图2是根据本发明的氨水喷枪布置示意图；

图3是根据本发明的生料预热器的结构示意图；

图4是根据本发明的气体分析仪的结构示意图；

图5是根据本发明的智能型SNCR脱硝系统给定排放值改变时的截屏曲线图；

图6是根据本发明的智能型SNCR脱硝系统平稳运行时的截屏曲线图；

图7是根据本发明的智能型SNCR脱硝系统喂煤量波动时的截屏曲线图。

具体实施方式

下面结合附图以水泥厂窑尾烟气脱硝为例详细描述本发明的智能型SNCR脱硝系统。本领域技术人员应当理解，下面描述的实施例仅是对本发明的示例性说明，而非用于对其作出任何限制。例如，本发明同样可以用于对火电厂烟气进行脱硝。

图1示出了本发明的智能型SNCR脱硝系统。所示脱硝系统总体包括两段式分解炉10、生料预热器20、余热锅炉30、生料磨40、除尘器50、烟囱60以及回转窑70。两段式分解炉10具有通过缩颈11相互连通的上段炉12和下段炉13。下段炉13连通回转窑70，上段炉12连通生料预热器20。图1中，实线箭头表示物料行进路线，虚线箭头表示气体行进路线，后面会进一步说明。

如图1所示，生料磨40将水泥生料（通常包含按一定比例配合的石灰质原料例如石灰石、黏土质原料及少量校正原料）粉磨到一定细度后送入生料预热器20，生料在生料预热器20中被来自两段式分解炉10的高温烟气逐级预热并随后被送入两段式分解炉10。两段式分解炉10用于加热分解生料并因此会产生一小部分含NO_X的烟气。生料在两段式分解炉10中被高温（800℃以上）分解以后最终被送入回转窑70来制备水泥。

生料预热器20还与余热锅炉30连通，余热锅炉30接收来自生料预热器20的高温烟气并利用其热量来生产热水或蒸汽。经过余热锅炉30的烟气随后被导入生料磨40以对其中的生料进行高温风干作用。另外，为了快速风干和选粉需求等目的，还会通过风机41在生料磨40中再补充40%以上的自然风。经过生料磨40的混合烟气（混合了一部分自然风）随后进入除尘器50，接下来再经过在线监测仪56进行取样检测，烟气的各项指标包括NO_X的浓度指标经检测合格后，通过烟囱60将烟气排放至大气。

回转窑70中产生的大量含NO_X的烟气以及在回转窑70的窑头71处产生的高温煤烟均进入下段炉13的底部，从而在下段炉13的下部就已经形成了烟气NO_X高浓度区域。

图2示出了在下段炉13上布置的多个氨水喷枪14。如图2所示，在下段炉13的周壁上，优选围绕其下部周壁，均匀设置多个氨水喷枪14，用于将氨水雾化后喷入下段炉13并与其中的烟气混合均匀。下段炉13中的温度通常在820℃左右，氨水喷入下段炉13后水分会被蒸发从而变成氨气。氨气与烟气均匀混合后向上进入上段炉12。由于上段炉12上部的温度高达850℃以上（通常为880℃-900℃），而这个温度恰好是氨气还原烟气中NO_X的最佳温度，因此就能够在此充分发生还原反应，最大限度地利用氨气来降低烟气中NO_X的浓度。这种喷氨方式大大降低了喷氨量，从而节省了氨水资源。如果直接将氨水喷入上段炉12中，则氨水被蒸发后氨气温度不能迅速达到上述最佳反应温度，从而需要加大喷氨量才能达到预定脱硝标准，这会造成大量氨水浪费。

如上所述，由于本发明的发明人意识到在下段炉13的下部就已经形成了烟气NO_X高浓度区域，并且喷入炉中的氨水由于蒸发降温等因素作用不会立即升温至炉温（例如上段炉的最佳还原反应温度900℃），因此本发明从下段炉13的中下部就开始进行喷氨，从而最大限度地利用了所喷入的氨水。

图3示出了生料预热器20的多级结构。生料预热器20共有两组，分别布置在上段炉12两侧，如图1所示。每一组生料预热器20都由5级旋风收尘器构成，从上至下依次为第一级旋风收尘器21、第二级旋风收尘器22、第三级旋风收尘器23、第四级旋风收尘器24和第五级旋风收尘器25。图示的第一级旋风收尘器21又包括两个并联的旋风收尘器21L和21R。

如图3所示，来自生料磨40的生料首先进入第二级旋风收尘器22。第二级旋风收尘器22将进入其中的生料的87%左右向上送入第一级旋风收尘器21；其余的生料则向下直接进入第四级旋风收尘器24。第一级旋风收尘器21，也就是两个并联的旋风收尘器21L和21R中所进入的生料则同样被大部分（87%左右）向上送回生料管路26，其余则向下直接进入第三级旋风收尘器23。由第一级旋风收尘器21送回生料管路26的生料则随后又循环进入第二级旋风收尘器22。第三级旋风收尘器23将进入其中的生料的87%左右向上送入第二级旋风收尘器22；其余的生料则向下直接进入第五级旋风收尘器25。第四级旋风收尘器24将进入其中的生料的87%左右向上送入第三级旋风收尘器23；其余的生料则向下直接进入两段式分解炉10。两段式分解炉10中高温分解的水泥原料则随后进入第五级旋风收尘器25。第五级旋风收尘器25将进入其中的物料的87%左右向上送入第四级旋风收尘器24；其余的物料则向下直接进入回转窑70。

这种5级预热结构大大延长了预热路径，充分利用高温烟气进行预热，显著节省了能源。

图4示出了在生料预热器20和余热锅炉30之间的烟气总管27上设置的气体分析仪80，用于检测来自生料预热器20的烟气中的NO_X浓度。如图1所示，本发明的脱硝系统还包括控制器100，其根据气体分析仪80所检测的烟气中的NO_X浓度，实时（动态）调整下段炉13的氨水喷入量。图4中，虚线箭头同样表示气体行进路线。

本发明的气体分析仪80在密封条件下不间断地对生料预热器20中的烟气进行取样分析。如图4所示，气体分析仪80包括伸入烟气总管27中的两个并联采样头81和用于检测采样头81所抽取的样品的检测器82。在本发明的脱硝系统的正常运转过程中，这两个并联采样头81一个工作，另一个备用或者对其执行清理工作，如下所详细描述。

如图4所示，每个采样头81通过各自的压缩空气管路83与同一压缩空气源84连通，每个压缩空气管路83上设置有压缩空气控制阀85。每个采样头81还通过各自的抽气管路86与各自的抽气泵87连通，每个抽气管路86上设置有抽气控制阀88。每个抽气泵87用于将所抽取的烟气样品通过各自的输气管路89送入检测器82，并且每个输气管路89上还设置有排气阀90。

由于受表面潮气以及物料结皮等影响，采样头81容易被堵塞。因此，需要经常清理被堵塞而不能再继续工作的采样头81。当清理其中一个采样头81时，另一个采样头81保持正常工作。对于待被清理的采样头81而言，首先关闭其抽气控制阀88；然后打开其压缩空气控制阀85来与压缩空气源84连通；这时高压压缩空气会冲击采样头81从而达到对其清理的目的。清理工作完成后，可以停用另一个采样头81以同样对其执行清理工作。这时可以启用已经完成清理的采样头81：关闭其压缩空气控制阀85；打开其抽气控制阀88并连通其抽气泵87；由于其整个管路中尚残存有清理时所通入的（压缩）空气，在刚打开抽气泵87进行抽气时需要打开其排气阀90以排净管路中残留的（压缩）空气；接下来即可正常对烟气总管27中的烟气进行采样并将其送至检测器82。因此，气体分析仪80在采样分析过程中，可以始终保持不间断状态，从而可以实时监控烟气中的NO_X浓度。

回到图2，当控制器100根据气体分析仪80的采样分析结果判断需要调整下段炉13的氨水喷入量时，则可以通过调整氨水喷枪14的使用数量（通过停用/启用一定数量的喷枪）来自动实现。

在本发明中，每个氨水喷枪14都能够在密封条件下自动伸入/退出下段炉13。在停用氨水喷枪14时，被停用的氨水喷枪14自动退出下段炉13以避免遭受炉内高温损坏；在启用氨水喷枪14时，被启用的氨水喷枪14则自动伸入下段炉13。由于氨水自身的冷却作用，处于正常喷射状态的氨水喷枪14不会被炉内高温所损坏。

本发明的氨水喷枪14的喷射雾滴直径小于150微米，并且喷射量小于每分钟2.5升。本发明的氨水喷枪14采用压力直喷喷嘴，采用泵压和喷嘴结构设计（雾化扩散角度大于80°）自身来实现氨水雾化。因此，本发明的氨水喷枪14还避免了使用压缩空气进行雾化，从而可以进一步节省能源（相对于用压缩空气进行雾化的喷氨系统，每年至少可以节约几十万元的运行电费）。

本发明在调节喷氨量时是直接依据气体分析仪80对来自生料预热器20的烟气中的NO_X浓度检测结果而进行的，并不依靠在线监测仪56的检测指标。由于在线监测仪56设置在系统末端，加之整个过程中引入的自然风等因素的干扰，其检测值无法实时准确反映两段式分解炉10中的烟气NO_X浓度；而本发明的具有不间断采样功能的气体分析仪80所检测的烟气NO_X浓度则直接并准确反映了两段式分解炉10中的烟气NO_X浓度。因此，本发明的这种自动变量实时喷氨调节科学合理，最大限度地节省了资源。

另外，当氨水浓度发生变化时，无需进行预配置即可直接使用，控制器100会根据氨水浓度自动修正氨水喷枪14的喷氨量。

综上所述，本发明大幅度提高了氨的利用率（达75%以上），精确控制了排放值的波动范围（小于30ppm），最大限度地降低了运行成本。水泥厂的实际生产表明，当长时间喷氨（10天-15天以后）后，合理的氨气氛分布逐渐提升效率，这时候氨利用率更是能够高达80%-85%，接近SCR（选择性催化还原）的氨利用率水平，远远高于一般SNCR的氨利用率水平（30%-50%），氨的使用量可减少45%-50%。

本发明的智能型SNCR脱硝系统在保证排放达标的前提下，能够实施精准控制，相对非智能控制喷氨系统，每年可以至少节约几百万元的氨水使用费。另外，本发明的脱硝系统因精准控制喷氨量，在减少喷氨的同时，减少了喷入分解炉内的水分（氨水中大约80%都是水），这又大幅度减少了分解炉因喷氨造成的燃煤损耗。

另外，本发明还可以根据国家排放标准任意设定所需排放值，本发明的脱硝系统会按照设定的新的排放值进行自动跟踪控制，并可迅速达到平稳运行的状态，以及可精确控制NO_x排放的波动范围（小于30ppm）。

图5是根据本发明的智能型SNCR脱硝系统给定排放值改变时的截屏曲线图。如图5所示，曲线有：表示两段式分解炉内所需氧气量随时间变化的曲线4，表示氨泵运转频率随时间变化的曲线1、表示在线检测仪所检测的NO_x排放值随时间变化的曲线7、表示根据曲线7计算所得到NO_x排放值随时间变化的曲线5、表示两段式分解炉内喷氨量随时间变化的曲线3以及表示气体分析仪检测两段式分解炉内NO_x的检测值随时间变化的曲线6。由图5所示，在某一时刻减小在线检测仪所测的NO_x值，即曲线7呈下降的趋势，曲线6随之也会下降，并且曲线3随之升高并随着曲线7在一定时间范围内保持稳定状态。还由图5所示，曲线7的数值保持在200mg（国家排放标准）以下。图5说明本发明的智能型SNCR脱硝系统根据国家标准改变排放值时，系统会通过气体分析仪检测两段式分解炉内NO_x含量，从而精准控制喷氨量实现系统的自动跟踪及氨利用率的提高。

图6是根据本发明的智能型SNCR脱硝系统平稳运行时的截屏曲线图。如图6所示，在系统平稳运行时，曲线7波动值不大，一般小于30ppm。图6说明本发明智能型SNCR脱硝系统大幅度提高了氨的利用率（达75%以上），精确控制了排放值的波动范围（小于30ppm），最大限度地降低了运行成本。

图7是根据本发明的智能型SNCR脱硝系统喂煤量波动时的截屏曲线图。如图7所示，曲线6升高（喂煤量增加）时，曲线7也会随之升高，即NO_x排放量增加。还由图7所示，在短时间内曲线6和曲线7会下降并保持一定的数值范围不变，即控制在了小于30ppm范围。在图7说明本发明的智能型SNCR脱硝系统可在较短时间内迅速达到平稳运行的状态，从而精确控制了排放值的波动范围，最大限度地降低了运行成本。

Claims

1.一种智能型SNCR脱硝系统，包括：

2.根据权利要求1所述的智能型SNCR脱硝系统，其中调整下段炉的氨水喷入量是通过调整氨水喷枪的使用数量来实现的。

3.根据权利要求2所述的智能型SNCR脱硝系统，其中每个喷枪能够在密封条件下自动伸入/退出分解炉。

4.根据权利要求1所述的智能型SNCR脱硝系统，其中每个喷枪的喷射雾滴直径小于150微米，喷射量小于每分钟2.5升。

5.根据权利要求1所述的智能型SNCR脱硝系统，其中所述多个氨水喷枪围绕下段炉的下部周壁均匀布置。

6.根据权利要求1所述的智能型SNCR脱硝系统，其中气体分析仪不间断地在密封条件下对生料预热器中的烟气进行取样分析，并且包括伸入生料预热器中的两个并联采样头和用于检测采样头所抽取的样品的检测器，在智能型SNCR脱硝系统的正常运转过程中，这两个并联采样头一个工作，另一个备用或被清理。

7.根据权利要求6所述的智能型SNCR脱硝系统，其中每个采样头通过各自的压缩空气管路与同一压缩空气源连通，每个压缩空气管路上设置有压缩空气控制阀；每个采样头还通过各自的抽气管路与各自的抽气泵连通，每个抽气管路上设置有抽气控制阀；每个抽气泵用于将所抽取的烟气样品通过各自的输气管路送入检测器，并且每个输气管路上还设置有排气阀。