CN103506000B

CN103506000B - 一种用于sncr脱硝的雾化喷射装置及方法

Info

Publication number: CN103506000B
Application number: CN201310480503.9A
Authority: CN
Inventors: 薛志鹏; 陈剑; 孙科; 秦鹏; 吴昱; 何建乐; 张鹏威
Original assignee: Huadian Electric Power Research Institute Co Ltd
Current assignee: Huadian Electric Power Research Institute Co Ltd
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2033-10-15
Also published as: CN103506000A

Abstract

本发明公开了一种用于SNCR脱硝的雾化喷射装置及方法，将喷枪置于锅炉高温烟道中，由测温装置确定喷枪周围温度，当烟气温度介于850-1100℃之间时，测温装置反馈给PID控制模块开启信号，保护罩喷孔与溶液管喷口重合，喷射通道畅通；储液罐中的尿素溶液进入溶液管，利用尿素溶液对喷枪冷却，高压气体由气体入口进入高压气管，经喷气口与尿素溶液混合，尿素溶液与经溶液管喷口及保护罩喷孔喷出；当烟气偏离850-1100℃温度区间时，测温装置反馈给PID控制模块关闭信号，保护罩喷口端无孔区域与溶液管喷口重合，喷射通道关闭，避免烟气中颗粒进入喷口；冷却水罐中的冷却水经过冷却水阀，由溶液入口进入溶液管，并从溶液出口排出，确保喷枪不发生高温损坏。本发明脱硝成本低、效率高、安全。

Description

一种用于SNCR脱硝的雾化喷射装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于锅炉烟气脱除氮氧化物的装置和方法，尤其涉及一种用于SNCR脱硝的雾化喷射装置及方法，尤其适用于循环流化床锅炉。

背景技术

SNCR（选择性非催化还原）脱硝工艺是把还原剂溶液如氨气、尿素稀溶液等喷入炉膛温度为850～1100℃的区域，还原剂溶液迅速热分解出NH₃并与烟气中的NO_x进行反应生成N₂和H₂O。该方法以炉膛为反应器，可通过对锅炉进行改造实现。

以氨为还原剂的主要反应式为:

NH₃+NO_x→N₂+H₂O;

而采用尿素作为还原剂的主要化学反应为: 　　(NH₄)2CO→2NH₂ +CO 　　NH₂+NO→ N₂ +H₂O 　　CO+NO→ N₂+CO₂ 。　　SNCR技术的脱硝效率对反应温度非常敏感。如果反应温度过低，脱硝反应速率很慢，反应剂来不及参与反应，因而降低了脱硝效率，并且增加氨逃逸量;如果反应温度过高，NH₃的氧化反应占优，反而增加NO排放。一般而言，SNCR最佳的反应“温度窗口”为850～1100 ℃。CFB锅炉属于低温燃烧方式，炉内燃烧温度较低，且分布均匀，炉膛至旋风分离器区域温度一般为850～1100 ℃，正好处于SNCR温度窗口内。因此，CFB锅炉的炉内温度分布情况非常适合实施SNCR脱硝技术。

在SNCR脱硝工艺中，需要用到雾化喷射装置，如申请号为201110040754.6、名称为SNCR脱硝多喷嘴长枪喷射器的中国专利。现有技术中，喷枪布置于温度为850～1100 ℃的炉膛高温区域，以确保脱硝效率。但炉内温度场受多种因素影响，如煤种、一二次风配比甚至循环速率等因素的变化均会影响炉内温度场。温度场的变化可能导致部分喷枪所在位置脱离“温度窗口”范围。此时，若喷枪仍然向炉内喷入还原剂，将严重影响脱硝效率。

此外，部分喷枪在停止喷射后，由于锅炉内粉尘量大，极易发生堵塞，尤其循环流化床锅炉内呈正压状态，更易发生喷嘴堵塞现象。喷嘴的堵塞将降低雾化质量，影响还原剂与烟气的混合效果，从而降低脱硝效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种脱硝成本低、效率高、安全的用于SNCR脱硝的雾化喷射装置及方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种用于SNCR脱硝的雾化喷射装置，该装置包括喷枪、储液罐、冷却水罐、溶液阀、冷却水阀；所述的喷枪包括进气管、进液管、溶液管、高压气管、支撑垫片；所述的高压气管进气侧连接有进气管，所述的高压气管中部穿过支撑垫片，所述的高压气管套嵌于溶液管中，所述的高压气管进气侧与溶液管进液侧相连，所述的高压气管喷口侧端面轴心处设有喷气口；所述的溶液管进液侧与进液管相连，所述的溶液管喷口侧端面设置有喷口，喷气口与喷口相通；储液罐经溶液阀与进液管相连；冷却水罐经冷却水阀与进液管相连；

其特征在于：所述的喷口设置在溶液管喷口侧端面的偏离轴心位置；该装置还包括PID控制模块和电机；所述的喷枪还包括保护罩、测温装置、排液管、排水阀；保护罩活动套装在溶液管外；电机与保护罩相连，电机可带动保护罩相对于溶液管转动；保护罩一端面在偏离轴心位置设置有喷孔，喷孔与溶液管的喷口对应；所述的排液管与溶液管接通，所述的排水阀与排液管相连；所述的PID控制模块输出端分别与电机、排水阀、溶液阀及冷却水阀相连，PID控制模块输入端与测温装置相连；所述的测温装置固定于溶液管外壁。

本发明保护罩一端面在偏离轴心位置均匀设置有4个喷孔。

本发明保护罩的喷孔直径大于溶液管的喷口直径。

本发明所述的排液管设置在溶液管进液侧，进液管和排液管错列设置。

一种用于SNCR脱硝的雾化喷射方法，其特征在于：采用如上所述的装置进行雾化喷射；将喷枪喷口侧置于锅炉高温烟道中，由测温装置确定喷枪周围温度，当烟气温度介于850～1100℃之间时，测温装置反馈给PID控制模块温度信号，经PID控制模块比较，符合喷射温度要求，PID控制模块发出电机转动指令、开启溶液阀指令、关闭冷却水阀指令及关闭排水阀指令；电机带动保护罩相对于溶液管转动设定的正转角度后，保护罩喷孔与溶液管喷口重合，喷射通道畅通；储液罐中的还原剂溶液经过溶液阀，由进液管进入溶液管，利用还原剂溶液对喷枪冷却，还原剂溶液受溶液管外高温烟气影响，压力及温度升高；高压气体由进气管进入高压气管，经喷气口喷入溶液管喷口侧，在溶液管喷口侧与还原剂溶液混合，还原剂溶液经溶液管的喷口及保护罩的喷孔喷出；当烟气偏离850～1100℃温度区间时，测温装置反馈给PID控制模块温度信号，经PID控制模块比较，不符合喷射温度要求，PID控制模块发出电机反转指令、关闭溶液阀指令、开启冷却水阀指令以及开启排水阀指令；电机带动保护罩相对于溶液管转动设定的反转角度后，保护罩开有喷孔一端的无孔区域与溶液管喷口重合，喷射通道关闭，避免烟气中颗粒进入喷口；冷却水罐中的冷却水经过冷却水阀，由进液管进入溶液管，并从排液管排出，确保喷枪不受高温影响发生损坏；其中还原剂溶液为氨水或尿素溶液。

本发明将该方法应用于循环流化床锅炉的SNCR脱硝时，设置若干支所述的喷枪，所述喷枪共用一PID控制模块，所述喷枪的喷口侧和测温装置置于旋风分离器入口烟道中；煤与空气在循环流化床炉膛中燃烧，烟气及固体颗粒进入旋风分离器入口烟道，经过喷枪后进入旋风分离器，此时，喷枪周边温度均介于850～1100℃之间，PID控制模块发出开启信号，若干支喷枪均向旋风分离器入口烟道中喷入氨水，烟气中的NO_X与氨水反应生成N₂及水蒸气，经旋风分离器排烟口排出，固体颗粒经返料器回到炉膛；若由于煤种的更换，挥发分较高，烟温上升，导致离有喷枪周边温度高于1100℃时，PID控制模块对该喷枪发出关闭信号，该喷枪停止向旋风分离器入口烟道喷入氨水，避免该喷枪周围发生NH₃氧化反应，生成更多的NO_X；烟气中的NO_X与其余喷枪喷出的氨水反应生成N₂及水蒸气，经旋风分离器排烟口排出，固体颗粒经返料器回到炉膛。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：（1）本发明在高温环境下无需额外冷却装置便可实现对喷枪的冷却，冷却的同时加热还原剂，达到提高脱硝效率的目的。现有技术中，喷入炉膛中的雾状还原剂（氨水或尿素等）经升温后与烟气中的氮氧化物反应转化为N₂及水蒸气。而由于喷枪所喷射的雾滴不能达到完全的均匀，尤其在喷头处，还原剂浓度较大，持续喷射过程中，将导致喷头周围局部温度较低，因此该区域内还原剂可能难于达到要求的“温度窗口”，因此，该处的还原剂需要更长的升温时间，从而压缩了有限的还原剂的实际反应时间。本发明以还原剂作为冷却液，使其流通于喷枪外管中，达到冷却喷枪的目的。其主要优势在于：一方面，还原剂作为冷却液，在未喷入炉膛前便在喷枪内升温，且喷枪深入炉膛长度越长，升温效果越明显。还原剂在喷枪内的预热缩短了其在炉内的升温时间，为脱硝反应赢得更长的反应时间，而还原剂能在“温度窗口”范围内获得越长的反应时间，则获得的脱硝效率越高；另一方面，喷枪内的还原剂作为冷却液吸收热量后，温度升高的同时将导致其压力急剧上升，使喷枪中的还原剂在喷射时能够获得更大的动能，喷射效果更加均匀，喷射雾滴穿透能力更强。不但弱化了由还原剂喷洒不均而引起的局部还原剂量不足的现象，保证了良好脱硝效果；还能降低了用于提供喷射动能的高压气体需求量，降低了脱硝成本。

（2）本发明能够参考喷枪周围温度确实是否喷入还原剂。现有技术中，为确保脱硝效率，喷枪需布置于温度为850～1100 ℃的炉膛高温区域。但炉内温度场受多种因素影响，如煤种、一二次风配比甚至循环速率等因素的变化均会影响炉内温度场。温度场的变化可能导致部分喷枪所在位置脱离“温度窗口”范围，喷枪在不满足反应温度要求的情况下，仍然向炉内喷入还原剂。此时，如果反应温度过低时，脱硝反应速率慢，还原剂来不及参与反应，降低脱硝效率，增加氨逃逸量；如果反应温度过高，NH₃的氧化反应占优，反而增加NO排放。本发明在喷枪喷头端装有测温装置，以便精确了解喷枪附近温度场情况，利用PID控制模块，能够确保当喷枪所在位置脱离“温度窗口”范围时，及时停止喷入还原剂，防止氨逃逸等现象发生。

（3）本发明能够防止在喷枪停止时发生喷口堵塞现象。现有技术中，由于锅炉内粉尘量大，喷枪喷口极易发生堵塞，尤其循环流化床锅炉内呈正压状态，更易发生喷嘴堵塞现象。本发明中，当停炉或其他情况导致喷枪停止喷射时，PID控制模块直接向电机发出信号，通过旋转保护罩，封闭喷枪喷口，防止喷口堵塞。避免了由喷嘴的堵塞引起的雾化质量下降，脱硝效率降低等现象。

附图说明

图1为本发明用于SNCR脱硝的雾化喷射装置的结构示意图。

图2为本发明用于循环流化床锅炉SNCR脱硝装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

参见图1，一种用于SNCR脱硝的雾化喷射方法的装置，包括PID控制模块1、电机2、排水阀3、溶液阀4、储液罐5、冷却水罐6、冷却水阀7、喷枪8。

PID控制模块1输出端分别与电机2、排水阀3、溶液阀4及冷却水阀6的输入端相连，PID控制模块1输入端与测温装置8-9输出端相连。

喷枪8包括进气管8-1、进液管8-2、溶液管8-3、电机联动孔8-4、排液管8-5、高压气管8-6、支撑垫片8-7、保护罩8-8及测温装置8-9。进液管8-2设有溶液入口C。进气管8-1设有气体入口B。排液管8-5设有溶液出口A。

高压气管8-6进气侧连接有进气管8-1，并且高压气管8-6中部穿过支撑垫片8-7；高压气管8-6套嵌于溶液管8-3中，高压气管8-6进气侧外表面与溶液管8-3进液侧末端相连。高压气管8-6喷口侧端面轴心处设有喷气口D。

溶液管8-3进液侧外表面与进液管8-2及排液管8-5相连，进液管8-2和排液管8-5错列设置，冷却效果更好。溶液管8-3喷口侧端面在偏离轴心位置均匀分布4个喷口E，喷气口D与喷口E相通。

保护罩8-8活动套装在溶液管8-3外。保护罩8-8近电机侧设有电机联动孔8-4，电机2通过电机联动孔8-4与保护罩8-8相连。电机2可带动保护罩8-8相对于溶液管8-3转动。保护罩8-8喷口侧端面在偏离轴心位置均匀分布4个喷孔F，喷孔F与溶液管8-3的喷口E对应。保护罩8-8的喷孔F直径大于溶液管8-3的喷口E直径。在保护罩8-8打开阶段，喷孔F和喷口E呈22.5°角。

测温装置8-9固定于溶液管8-3外壁。

储液罐5经溶液阀4与进液管8-2相连。

冷却水罐6经冷却水阀7与进液管8-2相连。

排液管8-5与排水阀3相连。

一种用于SNCR脱硝的雾化喷射方法，将喷枪8的喷口侧设置于锅炉高温烟道中，由测温装置8-9确定喷枪8周围温度，当烟气温度介于850～1100℃之间时，测温装置8-9反馈给PID控制模块1温度信号，经PID控制模块1比较，符合喷射温度要求，PID控制模块1发出电机2转动22.5°指令、开启溶液阀4指令、关闭冷却水阀7指令及关闭排水阀3指令；电机2带动保护罩8-8相对于溶液管8-3正转22.5°后，保护罩8-8的喷孔F与溶液管8-3的喷口E重合，喷射通道畅通；储液罐5中的氨水溶液经过溶液阀4，由溶液入口C进入溶液管8-3，利用氨水溶液对喷枪冷却，氨水溶液受溶液管8-3外高温烟气影响，压力及温度升高；高压气体由气体入口B进入高压气管8-6，经喷气口D喷入溶液管8-3的喷口侧，在溶液管8-3的喷口侧与氨水溶液混合，氨水溶液与经溶液管8-3的喷口E及保护罩8-8的喷孔F喷出；当烟气偏离850～1100℃温度区间时，测温装置8-9反馈给PID控制模块1温度信号，经PID控制模块1比较，不符合喷射温度要求，PID控制模块1发出电机反转22.5°指令、关闭溶液阀4指令、开启冷却水阀7指令以及开启排水阀3指令；电机带动保护罩8-8相对于溶液管8-3反转22.5°后，保护罩8-8开有喷孔F一端的无孔区域与溶液管8-3的喷口E重合，喷射通道关闭，避免烟气中颗粒进入喷口；冷却水罐6中的冷却水经过冷却水阀7，由溶液入口C进入溶液管8-3，并从溶液出口A排出，确保喷枪8不受高温影响发生损坏。

参见图２，将该方法应用于循环流化床锅炉的SNCR脱硝时，设置若干支喷枪８，本实施例中，设置了4支喷枪８，为第一喷枪19、第二喷枪12、第三喷枪10及第四喷枪14，4支喷枪共用一PID控制模块1，4支喷枪的喷口侧和测温装置8-9置于旋风分离器入口烟道15中；煤与空气在循环流化床炉膛11中燃烧，烟气及固体颗粒进入旋风分离器入口烟道15，分别经第一喷枪19、第二喷枪12、第三喷枪10及第四喷枪14进入旋风分离器17，此时，四个喷枪周边温度均介于850～1100℃之间，PID控制模块1发出开启信号，四个喷枪均向旋风分离器入口烟道15中喷入氨水，烟气中的NO_X与氨水反应生成N₂及水蒸气，经旋风分离器排烟口16排出，固体颗粒经返料器18回到炉膛。但由于煤种的更换，挥发分较高，烟温上升，导致第一喷枪19周边温度高于1100℃。此时，PID控制模块1对第一喷枪19发出关闭信号，第一喷枪19停止向旋风分离器入口烟道15喷入氨水，避免第一喷枪19周围发生NH₃氧化反应，生成更多的NO_X。烟气中的NO_X与第二喷枪12、第三喷枪10、第四喷枪14喷出的氨水反应生成N₂及水蒸气，经旋风分离器排烟口16排出，固体颗粒经返料器18回到炉膛。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。

Claims

1.一种用于SNCR脱硝的雾化喷射装置，该装置包括喷枪、储液罐、冷却水罐、溶液阀、冷却水阀；所述的喷枪包括进气管、进液管、溶液管、高压气管、支撑垫片；所述的高压气管进气侧连接有进气管，所述的高压气管中部穿过支撑垫片，所述的高压气管套嵌于溶液管中，所述的高压气管进气侧与溶液管进液侧相连，所述的高压气管喷口侧端面轴心处设有喷气口；所述的溶液管进液侧与进液管相连，所述的溶液管喷口侧端面设置有喷口，喷气口与喷口相通；储液罐经溶液阀与进液管相连；冷却水罐经冷却水阀与进液管相连；

2.根据权利要求1所述的用于SNCR脱硝的雾化喷射装置，其特征在于：保护罩一端面在偏离轴心位置均匀设置有4个喷孔。

3.根据权利要求1所述的用于SNCR脱硝的雾化喷射装置，其特征在于：保护罩的喷孔直径大于溶液管的喷口直径。

4.根据权利要求1所述的用于SNCR脱硝的雾化喷射装置，其特征在于：所述的排液管设置在溶液管进液侧，进液管和排液管错列设置。

5.一种用于SNCR脱硝的雾化喷射方法，其特征在于：采用权利要求1所述的装置进行雾化喷射；将喷枪喷口侧置于锅炉高温烟道中，由测温装置确定喷枪周围温度，当烟气温度介于850～1100℃之间时，测温装置反馈给PID控制模块温度信号，经PID控制模块比较，符合喷射温度要求，PID控制模块发出电机转动指令、开启溶液阀指令、关闭冷却水阀指令及关闭排水阀指令；电机带动保护罩相对于溶液管转动设定的正转角度后，保护罩喷孔与溶液管喷口重合，喷射通道畅通；储液罐中的还原剂溶液经过溶液阀，由进液管进入溶液管，利用还原剂溶液对喷枪冷却，还原剂溶液受溶液管外高温烟气影响，压力及温度升高；高压气体由进气管进入高压气管，经喷气口喷入溶液管喷口侧，在溶液管喷口侧与还原剂溶液混合，还原剂溶液经溶液管的喷口及保护罩的喷孔喷出；当烟气偏离850～1100℃温度区间时，测温装置反馈给PID控制模块温度信号，经PID控制模块比较，不符合喷射温度要求，PID控制模块发出电机反转指令、关闭溶液阀指令、开启冷却水阀指令以及开启排水阀指令；电机带动保护罩相对于溶液管转动设定的反转角度后，保护罩开有喷孔一端的无孔区域与溶液管喷口重合，喷射通道关闭，避免烟气中颗粒进入喷口；冷却水罐中的冷却水经过冷却水阀，由进液管进入溶液管，并从排液管排出，确保喷枪不受高温影响发生损坏；其中还原剂溶液为氨水或尿素溶液。

6.根据权利要求5所述的用于SNCR脱硝的雾化喷射方法，其特征在于：将该方法应用于循环流化床锅炉的SNCR脱硝时，设置若干支所述的喷枪，所述喷枪共用一PID控制模块，所述喷枪的喷口侧和测温装置置于旋风分离器入口烟道中；煤与空气在循环流化床炉膛中燃烧，烟气及固体颗粒进入旋风分离器入口烟道，经过喷枪后进入旋风分离器，此时，喷枪周边温度均介于850～1100℃之间，PID控制模块发出开启信号，若干支喷枪均向旋风分离器入口烟道中喷入氨水，烟气中的NO_X与氨水反应生成N₂及水蒸气，经旋风分离器排烟口排出，固体颗粒经返料器回到炉膛；若由于煤种的更换，挥发分较高，烟温上升，导致离有喷枪周边温度高于1100℃时，PID控制模块对该喷枪发出关闭信号，该喷枪停止向旋风分离器入口烟道喷入氨水，避免该喷枪周围发生NH₃氧化反应，生成更多的NO_X；烟气中的NO_X与其余喷枪喷出的氨水反应生成N₂及水蒸气，经旋风分离器排烟口排出，固体颗粒经返料器回到炉膛。