CN103691293A

CN103691293A - 一种新型sncr和scr混合脱硝系统

Info

Publication number: CN103691293A
Application number: CN201410013763.XA
Authority: CN
Inventors: 林卓晖
Original assignee: GUANGDONG SINICBOND THERMAL Co Ltd
Current assignee: GUANGDONG SINICBOND THERMAL Co Ltd
Priority date: 2014-01-13
Filing date: 2014-01-13
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2034-01-13
Also published as: CN103691293B

Abstract

本发明涉及工业烟气氮氧化物减排脱硝技术领域，涉及一种新型SNCR和SCR混合脱硝系统，其包括制备储存模块、输送循环模块、计量稀释模块、NO_X在线监测模块、自动控制模块、分配模块、喷射模块、锅炉、SCR反应器。本发明对现有的SNCR和SCR脱硝系统进行改进并联合，实现全自动智能化操作，自动控制模块可根据锅炉负荷的实时变化，以及在线实时监控烟气中氮氧化物生成量等数据，准确计算脱硝还原剂的需求量，并将信息反馈到计量稀释模块，计量稀释模块迅速调节相应设备，以准确提供相应量的还原剂至分配模块、喷射模块，在锅炉和烟道内喷射，还原剂与烟气混合进入SCR反应器进行脱硝反应，达到脱硝效率高、自动化程度高、投运成本低、脱硝效果好的有益效果。

Description

一种新型SNCR和SCR混合脱硝系统

技术领域

本发明涉及烟气氮氧化物减排脱硝技术领域，涉及一种新型SNCR和SCR混合脱硝系统。

背景技术

随着氮氧化物NO_X排放量不断增加，酸雨污染已由硫酸型向硫酸硝酸复合型转变，城市大气环境形势依然严峻。随着我国经济的发展和环境标准的提升，烟气脱硝技术将在我国火电、生活垃圾焚烧和水泥行业得到广泛应用。目前主流的烟气脱硝技术主要有选择性催化还原（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）、低氮燃烧技术。其中SCR技术为效率最高、应用最多、最为成熟的脱硝技术。

SCR脱硝系统，通常使用液氨、氨水溶液或者尿素作为还原剂，其中尿素需要热解或水解生成气态氨。液态氨和氨水溶液在注入SCR系统烟气之前经由蒸发器蒸发汽化。氨和稀释空气混合，通过喷氨格栅喷入SCR反应器上游的烟道中与烟气均匀充分地混合，然后通过催化剂模组，在催化剂表面发生选择性催化还原反应，合成无害的氮气（N₂）和水蒸汽，从而达到去除烟气中的NO_X的目的。

催化剂在反应过程中不会消耗，其作用是使得NH₃与NO_X的化学反应能够在低温（300～400℃）下进行，使得SCR最大的脱硝率可以达80％，并且使NH₃的消耗量达到最优化。在反应过程中，NH3可以选择性地和NO_X反应生成N₂和H₂O，而不是被O₂所氧化，因此反应又被称为“选择性”。SCR脱硝工艺主要的化学反应方程式为：

SNCR脱硝工艺，是在没有催化剂存在条件下，将NH₃、尿素等还原剂喷入锅炉炉内与NO_X进行选择性反应，不用催化剂，将烟气中的氮氧化物还原为无害的氮气和水的一种脱硝方法。因此必须在高温区加入还原剂。还原剂喷入炉膛温度为850～1100℃的区域，迅速热分解成NH₃，与烟气中的NOx反应生成N₂和H₂O。该技术以锅炉为反应器。SNCR脱硝工艺的基本化学反应式如下：

NH₃为还原剂的反应式为：

尿素为还原剂的反应式为：

从系统装置模块化的角度看，现有的SNCR脱硝系统一般包括制备储存模块、输送循环模块、计量稀释模块、分配模块、喷射模块、锅炉。SCR脱硝系统还包括SCR反应器。

现有的SNCR和SCR脱硝系统一般需利用热解装置将尿素或氨水热解为氨气作为还原剂，氨气经过喷射模块喷入锅炉或锅炉烟道内，容易存在氨气逃逸的隐患，而且普遍没有实现自动化和较为精确地控制最佳的还原剂喷射量，与实时脱硝反应所需量不对应，导致还原剂过量造成浪费，或过少而使得脱硝效果不是非常理想，通常大型锅炉的SNCR脱硝系统的脱硝效率在40%以下。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种新型SNCR和SCR混合脱硝系统，是对现有的SNCR和SCR脱硝系统进行改进并联合，形成SNCR和SCR这两个反应区，可实现全自动智能化操作，自动控制模块可根据锅炉负荷的实时变化，以及在线实时监控烟气中氮氧化物生成量等数据，准确计算脱硝还原剂的需求量，并将信息反馈到计量稀释模块，计量稀释模块迅速调节相应设备，以准确提供相应量的还原剂提供至分配喷射模块，进行炉内喷射，还原剂与烟气混合进入SCR反应器进行脱硝反应。

本发明的技术方案为：

一种新型SNCR和SCR混合脱硝系统，包括制备储存模块、输送循环模块、计量稀释模块、NO_X在线监测模块、自动控制模块、分配模块、喷射模块、锅炉、SCR反应器。

制备储存模块、输送循环模块、计量稀释模块通过管道依次循环连接，计量稀释模块、分配模块、喷射模块通过管道依次连接，自动控制模块通过电路接入来自锅炉的温度、压力等信号，通过电路获取来自NO_X在线监测模块的信号，并通过电路输出控制信号到计量稀释模块，SCR反应器的入口连接在锅炉的烟道出口。

制备储存模块包括配制罐、输送泵、输送管道、储存罐、废液坑，配制罐顶部设有搅拌器、加热装置、温度指示、液位指示，用于制备还原剂溶液，输送泵将配制罐内的还原剂溶液通过输送管道在储存罐内进行储存，储存罐和配制罐均连接去盐水管道，均在内部设有加热装置，在侧部均设有温度表、液位计，均在底部及侧部设有连接至废液坑的管道，均在侧部连接计量稀释模块，均在顶部设有计量稀释模块回流管道。

制备储存模块可储存一定质量浓度的还原剂，采用的还原剂可以为液氨、氨水溶液或者尿素。优选地，还原剂采用氨水，制备储存模块也可将液氨制成氨水。从安全的角度出发，进一步优选地，还原剂采用直接外购无毒无危险的袋装颗粒尿素，通过电加热或厂内蒸汽加热提升溶剂（去盐水）温度的方式促进颗粒尿素的溶解，制备40-50%尿素溶液并储存。

输送循环模块包括高流量循环装置（HFD）、内嵌过滤器和用于远程控制及监测HFD循环系统压力、温度、流动参数的仪表。输送循环模块是独立的高流量传输系统，保持管道内还原剂溶液的流动性，同时便于后续计量稀释模块的控制。

计量稀释模块包括输送管道、去盐水管道，输送管道与去盐水管道通过混合器合并成稀释还原剂管道，去盐水管道上设有多级离心泵、过滤器、流量计，输送管道上依次设有计量泵、阻尼器、流量计，多组并联的所述管道上均连接有回流管道，稀释还原剂管道上设有压力表。计量稀释模块可实现独立的还原剂流量控制，保证准确性，可布置在锅炉房附近的设备房内，连接自动控制模块，可精确计量和独立调节锅炉内每个喷射区脱硝反应所需的还原剂溶液剂量，投运到分配模块。

NO_X在线监测模块设置于SCR反应器的出口处，由控制单元、电源单元、信号处理单元和监测单元组成，用于监测通过脱硝反应后的烟气通过锅炉出口处时的NO_X含量，并将信号反馈到自动控制模块。

自动控制模块根据CFD（计算机流体力学）和CKM（化学反应动力学），模拟炉内燃烧温度场、流态场、化学反应动力性，通过计算机模拟运算获得反应温度窗口、还原剂喷射量、还原剂与烟气的混合程度、反应时间，确定最佳喷射点并为喷射模块分级布置喷枪提供依据，响应锅炉负荷和NO_X在线监测模块的信号，随时根据炉内燃烧情况、氮氧化物排放量，精确控制计量稀释模块投运到分配模块、喷射模块的还原剂溶液流量、压力等。

通过区域压力控制阀与PLC控制器的结合的方式，由分配模块将还原剂溶液输送到喷射模块。

喷射模块布置在锅炉和锅炉的烟道喷射点附近。喷枪利用压缩空气将所需的还原剂溶液雾化后喷入锅炉和锅炉的烟道中。喷射模块包括多级布置喷枪。优选地，喷射模块包括至少六级布置的喷枪组。至少有一级喷枪组设置在锅炉内。优选地，每一级喷枪组均由至少三个喷枪构成。优选的，喷枪采用带套管保护的双流体喷枪。每个喷枪均设置流量计、压力表、传感器以监控其流量和雾化效果等状况，每个喷枪采用独立一路管道，管道上设置压缩空气调节阀，用于调节压缩空气的量，确保其在最佳工作条件下运行。

SCR反应器包括SCR反应器本体、催化剂。

SCR反应器本体是核心设备，用于承载催化剂，提供反应空间，保证气流分布均匀，采用固定床形式。

催化剂采用蜂窝状催化剂，具有最好的持久性、磨损性、可靠性，成本也较低。

催化剂层数取决于所需的催化剂反应表面积，优选的布置方式是布置两至三层催化剂。

在最上一层催化剂的上面，设有一层无催化剂的整流层，其作用是保证烟气进入催化剂时分布均匀。在整流层下面还留有一层备用层，以便在催化剂活性降低时补加一层催化剂。

催化剂直接影响脱硝效率及运行状况，一般使用寿命可达三年，受烟气中飞灰影响大。优选地，在催化剂层间设置吹灰装置，定时吹灰。如有必要，还应进行反应器内部的定期清理。

本发明的有益效果为：

1、脱硝效率高：还原剂采用氨水或尿素溶液，由喷枪进行雾化，代替现有技术使用的氨气，可最大限度地降低氨逃逸量，减少硫酸氢氨的生成量，本发明同时优化了传统的SNCR和SCR技术，应用在大型燃煤锅炉上可达75％以上的NO_X脱除率，在中小型燃煤锅炉上可达90％以上的脱硝效率。氮氧化物和还原剂的当量比不超过1.2，达到最佳经济效果；

2、自动化程度高：在传统SCR技术的基础上优化流程，设置自动控制模块，精确控制后端氨氮反应区域，通过多级布置喷枪，根据锅炉负荷的变化自动跟踪900℃~1100℃的温度区域，自动选择最佳温度区域的喷枪运行；可根据NO_X在线监测模块监测到的氮氧化物排放量的变化自动调整还原剂的喷射压力和喷射量，可以减少现场管理人员；只需要保持制备储存模块储存还原剂溶液的量足够，后续可实现全自动控制；

3、投运成本低：简化设备范围，占地面积小；无需改造锅炉，施工简单，工期短；还原剂采用氨水或制备尿素溶液，节省热解装置，原料安全易得，从而无需使用其他昂贵的还原剂；

4、脱硝效果好：喷枪雾化效果好，平均雾化颗粒直径小于55微米。经过喷嘴雾化后，在同样喷液量情况下，雾滴数量增加几十倍，液滴总表面积增加几倍，所以脱硝效率更高，氨逃逸率更低；穿透性强，液雾从喷嘴出口喷出时速度到达40m/s，保证还原剂与烟气充分混合，从而提高脱硝效率；控制简单，工作时气压不变，仅靠调节液压就能达到调节液量的目的，且液量变化对喷雾颗粒影响很小。

附图说明

图1是本发明所述的一种新型SNCR和SCR混合脱硝系统的示意图。

图2是本发明所述的一种新型SNCR和SCR混合脱硝系统的还原剂制备和计量输送的流程示意简图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，一种新型SNCR和SCR混合脱硝系统，包括制备储存模块、输送循环模块、计量稀释模块、NO_X在线监测模块、自动控制模块、分配模块、喷射模块、锅炉、SCR反应器。

制备储存模块、输送循环模块、计量稀释模块通过管道依次循环连接，计量稀释模块、分配模块、喷射模块通过管道依次连接，自动控制模块通过电路接入来自锅炉的温度、压力等信号，通过电路获取来自NO_X在线监测模块的信号，并通过电路输出控制信号到计量稀释模块。SCR反应器的入口连接在锅炉的烟道出口。

制备储存模块包括配制罐、输送泵、输送管道、储存罐、废液坑，配制罐顶部设有搅拌器、加热装置、温度指示、液位指示，用于制备尿素溶液，输送泵将配制罐内的尿素溶液通过输送管道在储存罐内进行储存，储存罐和配制罐均连接去盐水管道，均在内部设有加热装置，在侧部均设有温度表、液位计，均在底部及侧部设有连接至废液坑的管道，均在侧部连接计量稀释模块，均在顶部设有计量稀释模块回流管道。

制备储存模块采用直接外购无毒无危险的袋装颗粒尿素，通过电加热或厂内蒸汽加热提升溶剂（去盐水）温度的方式促进颗粒尿素的溶解，制备40-50%尿素溶液并储存。

计量稀释模块包括输送管道、去盐水管道，输送管道与去盐水管道通过混合器合并成稀释还原剂管道，去盐水管道上设有多级离心泵、过滤器、流量计，输送管道上依次设有计量泵、阻尼器、流量计，多组并联的所述管道上均连接有回流管道，稀释还原剂管道上设有压力表。计量稀释模块实现独立的还原剂流量控制，保证准确性，布置在锅炉房附近的设备房内，连接自动控制模块，精确计量和独立调节锅炉内每个喷射区脱硝反应所需的还原剂溶液剂量，投运到分配模块。

自动控制模块根据CFD（计算机流体力学）和CKM（化学反应动力学），模拟炉内燃烧温度场、流态场、化学反应动力性，通过计算机模拟运算获得反应温度窗口、还原剂喷射量、还原剂与烟气的混合程度、反应时间，确定最佳喷射点并为喷射模块分级布置喷枪提供依据，响应锅炉负荷和NO_X在线监测模块的信号，随时根据炉内燃烧情况、氮氧化物排放量，精确控制计量稀释模块投运到分配模块、喷射模块的尿素溶液流量、压力等。

喷射模块布置在锅炉和锅炉的烟道喷射点附近。喷枪利用压缩空气将所需的还原剂溶液雾化后喷入锅炉和锅炉的烟道中。喷射模块包括六级布置的喷枪组。有一级喷枪组设置在锅炉内。每一级喷枪组均由三个喷枪构成。喷枪采用带套管保护的双流体喷枪。每个喷枪均设置流量计、压力表、传感器以监控其流量和雾化效果等状况，每个喷枪采用独立一路管道，管道上设置压缩空气调节阀，用于调节压缩空气的量，确保其在最佳工作条件下运行。

SCR反应器包括SCR反应器本体、催化剂。

催化剂采用蜂窝状催化剂，布置方式是布置两层催化剂。

催化剂直接影响脱硝效率及运行状况，一般使用寿命可达三年，受烟气中飞灰影响大。在催化剂层间设置吹灰装置，定时吹灰。进行反应器内部的定期清理。

以还原剂采用尿素为例，本发明一种新型SNCR和SCR混合脱硝系统的工作流程是：

制备储存模块采用颗粒尿素作为原料，通过厂内蒸汽加热提升溶剂（去盐水）温度的方式促进颗粒尿素的溶解，制备40-50%尿素溶液并储存在储存罐里。输送循环模块提供动力驱动，保持尿素溶液的流动。NO_X在线监测模块监测通过脱硝反应后的烟气通过锅炉出口处时的NO_X含量，并将信号反馈到自动控制模块。自动控制模块响应锅炉负荷和NO_X在线监测模块的控制信号，随时根据炉内燃烧情况、氮氧化物排放量，精确控制计量稀释模块投运到分配模块、喷射模块的尿素溶液流量、压力等。分配模块将尿素溶液输送到喷射模块。喷射模块的喷枪利用压缩空气将所需的尿素溶液雾化后喷入锅炉和锅炉的烟道中，主要在锅炉中进行SNCR脱硝反应。SNCR脱硝反应后的混合烟气进入SCR反应器，再进行SCR脱硝反应，实现SNCR和SCR两个反应同时具备的混合脱硝。

上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims

1.一种新型SNCR和SCR混合脱硝系统，其特征在于：包括制备储存模块、输送循环模块、计量稀释模块、NO_X在线监测模块、自动控制模块、分配模块、喷射模块、锅炉、SCR反应器，所述制备储存模块、输送循环模块、计量稀释模块通过管道依次循环连接，所述计量稀释模块、分配模块、喷射模块通过管道依次连接，所述自动控制模块通过电路监测来自锅炉的温度、压力等信号，通过电路获取来自所述NO_X在线监测模块的信号，并通过电路输出控制信号到所述计量稀释模块，所述锅炉的烟道连接所述SCR反应器的入口。

2.根据权利要求1所述的一种新型SNCR和SCR混合脱硝系统，其特征在于：所述NO_X在线监测模块设置于所述SCR反应器的出口处，由控制单元、电源单元、信号处理单元和监测单元组成，用于监测通过脱硝反应后的烟气通过所述锅炉出口处时的NO_X含量，并将信号反馈到所述自动控制模块。

3.根据权利要求1所述的一种新型SNCR和SCR混合脱硝系统，其特征在于：所述SCR反应器包括SCR反应器本体、催化剂，所述SCR反应器本体采用固定床形式，所述催化剂的形状采用蜂窝状，所述催化剂层数为两至三层。

4.根据权利要求3所述的一种新型SNCR和SCR混合脱硝系统，其特征在于：在最上一层所述催化剂的上面，设有一层无催化剂的整流层。

5.根据权利要求4所述的一种新型SNCR和SCR混合脱硝系统，其特征在于：在所述整流层下面还留有一层备用层。

6.根据权利要求3所述的一种新型SNCR和SCR混合脱硝系统，其特征在于：在所述催化剂层间设置吹灰装置。

7.根据权利要求1所述的一种新型SNCR和SCR混合脱硝系统，其特征在于：所述制备储存模块包括配制罐、输送泵、输送管道、储存罐、废液坑，所述配制罐顶部设有搅拌器、加热装置、温度指示、液位指示，所述输送泵将所述配制罐内的还原剂溶液通过所述输送管道在所述储存罐内进行储存，所述储存罐和所述配制罐均连接所述去盐水管道，均在内部设有加热装置，在侧部均设有温度表、液位计，均在底部及侧部设有连接至所述废液坑的管道，均在侧部连接所述计量稀释模块，均在顶部设有计量稀释模块回流管道。

8.根据权利要求1所述的一种新型SNCR和SCR混合脱硝系统，其特征在于：所述计量稀释模块包括输送管道、去盐水管道，输送管道与去盐水管道通过混合器合并成稀释还原剂管道，所述去盐水管道上设有多级离心泵、过滤器、流量计，所述输送管道上依次设有计量泵、阻尼器、流量计，多组并联的所述管道上均连接有回流管道，所述稀释还原剂管道上设有压力表，所述计量稀释模块布置在锅炉房附近的设备房内，连接所述自动控制模块。

9.根据权利要求1所述的一种新型SNCR和SCR混合脱硝系统，其特征在于：所述喷射模块布置在所述锅炉和锅炉的烟道喷射点附近，包括至少六级布置的喷枪组，至少有一级所述喷枪组设置在所述锅炉内。

10.根据权利要求9所述的一种新型SNCR和SCR混合脱硝系统，其特征在于：每一级喷枪组均由至少三个喷枪构成，所述喷枪采用带套管保护的双流体喷枪，每个喷枪均设置流量计、压力表、传感器，采用独立一路管道，管道上设置压缩空气调节阀。