CN104147912A

CN104147912A - 一种选择性非催化还原法sncr和选择性催化还原法scr混合烟气脱硝方法和装置

Info

Publication number: CN104147912A
Application number: CN201410328539.XA
Authority: CN
Inventors: 马克·福沃克; 劳伦斯·穆齐奥; 马修·泽德勒
Original assignee: Amie Energy Environmental Protection Technology (china) Co Ltd
Current assignee: Amie Energy Environmental Protection Technology (china) Co Ltd
Priority date: 2014-07-10
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2014-11-19

Abstract

本发明实施例提供了一种选择性非催化还原法SNCR和选择性催化还原法SCR混合烟气脱硝方法和装置，属于化工领域，以提高中小型机组的脱硝效率，同时减少SCR催化剂的用量，节约成本。所述烟气脱硝方法，包括依次进行的SNCR反应步骤和SCR反应步骤，仅在SNCR反应步骤中喷入含氨溶液，所述含氨溶液的加入量为原烟气中氮氧化物摩尔量的1-3倍；在SCR反应步骤中，未参与SNCR反应的氨与烟气中剩余的氮氧化物继续发生反应。本发明可用于燃煤机组烟气脱硝工艺中，以治理燃烧过程中产生的污染物的问题。

Description

一种选择性非催化还原法SNCR和选择性催化还原法SCR混合烟气脱硝方法和装置

技术领域

本发明涉及化工领域，尤其涉及一种选择性非催化还原法SNCR和选择性催化还原法SCR混合烟气脱硝方法和装置。

背景技术

燃煤电厂排放的烟气中含有大量的氮氧化物(NO_x)，其中氮氧化物一般由一氧化氮和二氧化氮组成，众所周知，氮氧化物在一定条件下可与氨气发生化学反应，以产生对环境无害的水和氮气的方式来降低烟气中的氮氧化物的含量。该反应可以在较高温度、没有催化剂的条件下发生，这种方法叫做SNCR(选择性非催化还原法)；该反应也可以在较低温度、有催化剂存在的条件下发生，这种方法叫做SCR(选择性催化还原法)。

采用单一的SNCR工艺，其安装成本较低，其特点在于氨逃逸随着氮氧化物排放量的降低而增加，当排放量减少30％以上时，很难将氨逃逸控制在10ppm以下，所以脱硝效率只能达到20～40％，较适用于较小机组及氮氧化物的排放要求不是很高的场合。而SCR可以将氨逃逸控制在3ppm以下，脱硝效率可以达到90％，但其安装成本较高，设计也较为复杂，所以较适用于较大机组及氮氧化物的排放要求较高的场合。所以要在中小型机组中也能够实现较高的脱硝效率，则通常会采用SNCR+SCR混合法脱硝，这样不但可以减少氨逃逸，达到良好的减排效果，还可以减少催化剂的用量，节约成本。

但在现有的混合脱硝装置中，需要在SNCR和SCR阶段中分别喷入还原剂，其中，在SNCR阶段喷入大部分的还原剂，在SCR阶段中喷入剩下的还原剂，同时在SCR阶段使用较多的催化剂来脱除烟气中的氮氧化物，但这样在SNCR阶段的脱硝效率肯定不会太高，同时加大催化剂的用量也无疑会增加投资成本；进一步，由于相应的催化剂使用量加大，其安装空间也会随之增大，这样就必须将SCR催化剂层从锅炉中引出烟道进行安装，但就会引发因烟气经过的通道加长而造成的压降增加、引风机功率增大、电耗增大、引风机需要更换等问题，从而进一步增加投资成本。

发明内容

本发明实施例提供了一种选择性非催化还原法SNCR和选择性催化还原法SCR混合烟气脱硝方法和装置，以提高中小型机组的脱硝效率，同时减少SCR催化剂的用量，节约成本。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

本发明的一方面提供了一种选择性非催化还原法SNCR和选择性催化还原法SCR混合烟气脱硝方法，包括依次进行的SNCR反应步骤和SCR反应步骤，

仅在SNCR反应步骤中喷入含氨溶液，所述含氨溶液的加入量为原烟气中氮氧化物摩尔量的1-3倍；

在SCR反应步骤中，未参与SNCR反应的氨与烟气中剩余的氮氧化物继续发生反应。

可选的，所述SNCR反应的温度为850-1100℃，所述SCR反应的温度为300-450℃。

可选的，所述含氨溶液为尿素溶液、氨水或液氨。

本发明的另一方面提供了一种利用上述技术方案所提供方法的烟气脱硝装置，包括SNCR反应区和SCR反应区，所述SNCR反应区设置在锅炉炉膛内，所述SCR反应区设置在锅炉烟道内，所述SCR反应区包括SCR催化剂层；

其中，仅在所述SNCR反应区的折焰角上、下部区域的四周壁上安装有喷枪组，用于喷射所述含氨溶液。

可选的，在所述折焰角上、下部区域的四周壁上分层次安装有多个所述喷枪组，所述喷枪组由多个喷枪组成。

进一步的，在所述喷枪上设有雾化喷嘴，所述雾化喷嘴与炉膛的水冷壁齐平。

进一步的，在所述喷枪的外侧套有冷却空气套管，以用于冷却所述喷枪。

可选的，在所述SCR催化剂层的出口区域设有烟气在线监测装置，以实时监测烟气中各组分的含量。

可选的，在所述炉膛的上游还设有含氨溶液剂量装置，以用于控制所述含氨溶液的喷入量。

本发明实施例提供了一种选择性非催化还原法SNCR和选择性催化还原法SCR混合烟气脱硝方法和装置，与现有的烟气脱硝方法不同的是，本申请在炉膛的SNCR区域一次性喷入脱硝还原剂溶液，这样可增加SNCR区域的脱硝效率，使总的脱硝效率可达60-70％。并且，对于小型机组来说，通过调整SNCR工艺过程中还原剂的喷入量还可以控制催化剂的用量，以使催化剂的整体耗量满足现有尾部烟道物理空间限制条件，从而不需要另外增加SCR反应器即将烟道引出以适应较大的催化剂空间要求。该方法工艺简单，可最大程度的节约初始投资成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的SNCR+SCR混合法脱硝装置的示意图；

图2为图1中有关喷枪布置的A-A剖视图；

图3为本发明实施例提供的喷枪结构的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明实施例提供的一种选择性非催化还原法SNCR和选择性催化还原法SCR混合烟气脱硝方法和装置进行详细描述。

本发明的一方面提供了一种选择性非催化还原法SNCR和选择性催化还原法SCR混合烟气脱硝方法，包括依次进行的SNCR反应步骤和SCR反应步骤，仅在SNCR反应步骤中喷入含氨溶液，所述含氨溶液的加入量为原烟气中氮氧化物摩尔量的1-3倍；在SCR反应步骤中，未参与SNCR反应的氨与烟气中剩余的氮氧化物继续发生反应。

在本实施例中，向炉膛内的SNCR区域中一次性喷入原烟气中氮氧化物摩尔量的1-3倍计的含氨溶液，其中，在SNCR区域中温度较高且没有催化剂，烟气中的氮氧化物与大量的含氨溶液发生化学还原反应，所以在该区域中，大部分的氮氧化物均被还原为氮气和水，换言之，在该区域中脱硝效率较高；在经过该区域反应后，还残留有未参与反应的氨，此时，二者顺着烟气流流动方向通过炉内设备扰流加强，氨与烟气混合均匀后到达SCR区域，在该区域中温度较低且存在有催化剂，在催化剂的作用下，小部分的氮氧化物与之前未参与反应的氨反应生成氮气和水，经过这一过程的再次脱硝，使得整个脱硝工艺中的脱硝效率明显提高，对于中小型机组而言，将有较好的应用前景。

在本实施例中，仅在SNCR反应步骤中喷入含氨溶液，该区域温度为850-1100℃，即为合适的SNCR的“温度窗口”；而在SCR反应步骤中，则不需要再次喷射含氨溶液，这样在经过锅炉的过热器与再热器等设备之后，烟气扰流加强，可使氨与烟气混合均匀到达SCR催化剂层，该区域的温度为300-450℃。在本实施例中，含氨溶液为尿素溶液、氨水或液氨。通常情况下，本领域技术人员所述的尿素溶液的质量浓度为5-10％，氨水的质量浓度为20％。

本发明的另一方面提供了一种利用上述技术方案所提供方法的烟气脱硝装置，图1为本发明实施例提供的SNCR+SCR混合法脱硝装置的示意图，包括SNCR反应区和SCR反应区，所述SNCR反应区设置在锅炉炉膛6内，SCR反应区设置在锅炉烟道内，所述SCR反应区包括SCR催化剂层10；其中，在所述SNCR反应区的折焰角上、下部区域的四周壁上安装有喷枪组7，用于喷射所述含氨溶液。需要说明的是，本发明实施例中所说的所述SNCR反应区的折焰角上、下部区域的四周壁包括折焰角上、下部区域的前壁、两侧壁以及后壁。其中，位于折焰角两侧壁上的喷枪在图1中分别以实线的圆和虚线的圆表示，在折焰角上、下部区域的四个方向上喷洒含氨溶液，可使其更均匀地与炉膛内的烟气混匀。

本发明实施例提供了一种利用选择性非催化还原法SNCR和选择性催化还原法SCR混合烟气脱硝方法的烟气脱硝装置，该装置仅在炉膛的SNCR区域中设置有多个喷枪组，通过喷枪组一次性向炉膛内喷射预定量的还原剂，还原剂溶液迅速气化，由于一次性喷入足量的还原剂，所以可提高该区域中的脱硝效率，还可减少后续的SCR催化剂的用量，并进一步避免因SCR催化剂使用量过多而必须将其引出烟道外建设所带来的烟气阻力大、电耗高等问题。此外，利用炉膛内的现有设备还可增强含氨烟气的扰流，而无需增加烟气导流设备，工艺简单，成本较低。

在本发明的一实施例中，在所述折焰角上、下部区域的四周壁上可安装有多个所述喷枪组，所述喷枪组由多个喷枪7组成。在本实施例中，所述折焰角上、下部区域中可分层次安装有由多个喷枪7组成的喷枪组。其中，所述折焰角区域的前墙为相对折焰角一侧的墙壁，所述折焰角区域的两侧壁为除折焰角区域一侧及其相对侧以外的两个侧壁，所述折焰角区域的后壁为设置有折焰角一侧的墙壁。例如，在锅炉6内共布置23只喷枪，分3层布置在炉膛燃烧区域上部和折焰角上部区域。当锅炉6高负荷运行时，可调节下两层喷枪喷入预定量的含氨溶液进行SNCR反应以脱除烟气中的氮氧化物，并调节上层喷枪的喷入量以得到合适的逃逸氨进行SCR反应；当锅炉6低负荷运行时，可调节下两层喷枪进行SNCR反应以得到合适的逃逸氨进行SCR反应，并关掉最上层喷枪。

需要说明的是，在折焰角上部可设置一层喷枪，因此处烟气温度较低，大部分还原剂不参与SNCR阶段反应，同时该位置离催化剂层较远，也可保证含氨烟气在折弯经过各级受热面后较均匀的分布，同时，控制此层喷枪的喷射量还可以较为线性的控制氨逃逸。可以理解的是，每层上的喷枪标高、个数以及具体的布局可根据具体的锅炉6脱硝项目进行CFD模拟和物理模型来最终确定，在本实施例中对于上述技术参数并不做具体限定。

在本发明的另一实施例中，如图2所示，在喷枪7上设有雾化喷嘴，所述雾化喷嘴与炉膛的水冷壁齐平。将SNCR区域中喷枪7的雾化喷嘴设置为与水冷壁齐平，而非插入炉膛内部，这样可避免因直接接触高温烟气而带来的喷嘴磨蚀堵塞等问题。进一步的，如图3所示，在喷枪7的外侧套有冷却空气套管72，以用于冷却所述喷枪，其中，喷枪7与冷却空气套管72通过套管固定部件71相连接。这样通过冷却空气套管中通有的冷空气可进一步降低喷枪7中还原剂的温度，从而更好的避免因雾化喷嘴烧损引起的安全问题。

在本发明的又一实施例中，在SCR催化剂层10的出口区域设有烟气在线监测装置11，以实时监测烟气中各组分的含量。这样通过实时监测烟气中的氮氧化物、氨逃逸和氧含量，实时反馈，就可调节还原剂溶液的喷入量，以提高反应效率。需要说明的是，SCR催化剂层10由催化剂、内部支撑结构和吹灰器等组成，运用在中小型机组中时，SCR催化剂层可优选设置在炉膛内合适的温度区域中，由于经SNCR反应区域反应的含氨烟气在经过炉内设备时扰流增强，氨和烟气已较为均匀的混合在一起，所以在SCR催化剂层上就可省去分隔板、导流板等装置，使得设备更加简单，可以理解的是，SCR催化剂层的安装位置需根据锅炉内部烟道尺寸及反应条件具体来定，如若SCR催化剂层在炉内的安装空间不足时，也可以将其引出扩建，但在本实施例中更为优选的将其设置在炉内。

在本发明的再一实施例中，在所述炉膛的上游还设有含氨溶液剂量装置，以用于控制所述含氨溶液的喷入量。由于当还原剂选取为氨水溶液、尿素或液氨时，所述炉膛的上游装置均不相同，所以在本实施例中，仅以还原剂为尿素溶液为例进行说明，可以理解的是，在还原剂为其它还原剂的情况下，相应所使用的烟气脱硝装置也在本发明的保护范围内。当选用的含氨溶液为尿素时，上游装置包括含氨溶液搅拌罐1、含氨溶液储藏罐2、含氨溶液流量调节装置3以及稀释剂储存罐4等，所述含氨溶液与稀释剂混合后通过所述喷枪组喷入所述炉膛内。其中，在喷枪7上游设有含氨溶液流量调节装置3，用以控制所述含氨溶液的喷入量，可在脱硝过程中实时对氨水的用量进行监控与调节，以适应锅炉负荷和烟气中氮氧化物含量的变化。

下面将以尿素作为还原剂为例对本发明实施例提供的一种选择性非催化还原法SNCR和选择性催化还原法SCR混合烟气脱硝方法和装置进行详细说明。

在锅炉6的内部设有燃烧器5，通过燃烧器5燃煤产生烟气，烟气中的NO_x初始含量为300mg/Nm³，烟气向上经过炉膛折焰角(锅炉6上方向右位置)，此处烟气温度在850-1100℃，即为合适的SNCR的“温度窗口”。此温度窗口区域自下而上设置4层尿素溶液喷枪7，各层位于锅炉的标高分别为18米，21米，23米，27米。在850～1100℃温度区，尿素溶液喷枪分四层布置在前墙、侧墙和后墙，第一层布置8支喷枪，第二层和第四层分别布置5支喷枪，第三层布置10支喷枪，共28支喷枪。

在尿素溶液搅拌罐1中，将尿素固体加水溶解得到40％尿素溶液，然后送入尿素溶液储藏罐2，尿素溶液计量装置3控制尿素用量，尿素溶液稀释剂4在管道内与40％的尿素溶液混合，得到10％的尿素溶液，尿素溶液稀释剂4也通过计量装置控制用量，尿素溶液喷枪7将10％的尿素溶液雾化并喷入锅炉6合适的温度区域内，喷入SNCR反应区的还原剂含有的NH₃为原烟气中NO_x的摩尔量的1-3倍，尿素溶液进入炉膛上部后立刻气化生成NH₃，经过SNCR，烟气中的NO_x被脱除40-50％左右，由于上层SNCR喷嘴温度较低，产生的NH₃大部分逃逸随烟气经过过热器8和再热器9进入SCR区域，由于过热器与再热器的布置，烟气经过时产生强烈的扰流，NH₃很快在烟气中分布均匀，SCR区域烟气温度降至300～450℃，烟气和NH₃进入SCR催化剂层10，烟气中的NO_x在催化剂的作用下反应生成N₂和H₂O，大部分的NO_x被脱除，SCR催化剂后烟气在线监测装置11根据氨逃逸和烟气中NOx含量控制尿素用量，脱硝后的烟气从锅炉烟道12到达空预器入口13。经检测，烟气总的脱硝效率达到60-70％。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围。

Claims

1.一种选择性非催化还原法SNCR和选择性催化还原法SCR混合烟气脱硝方法，包括依次进行的SNCR反应步骤和SCR反应步骤，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SNCR反应的温度为850-1100℃，所述SCR反应的温度为300-450℃。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氨溶液为尿素溶液、氨水或液氨。

4.一种利用如权利要求1所述方法的烟气脱硝装置，包括SNCR反应区和SCR反应区，其特征在于，所述SNCR反应区设置在锅炉炉膛内，所述SCR反应区设置在锅炉烟道内，所述SCR反应区包括SCR催化剂层；

5.根据权利要求4所述的烟气脱硝装置，其特征在于，在所述折焰角上、下部区域的四周壁上分层次安装有多个所述喷枪组，所述喷枪组由多个喷枪组成。

6.根据权利要求5所述的烟气脱硝装置，其特征在于，在所述喷枪上设有雾化喷嘴，所述雾化喷嘴与炉膛的水冷壁齐平。

7.根据权利要求5或6所述的烟气脱硝装置，其特征在于，在所述喷枪的外侧套有冷却空气套管，以用于冷却所述喷枪。

8.根据权利要求4所述的烟气脱硝装置，其特征在于，在所述SCR催化剂层的出口区域设有烟气在线监测装置，以实时监测烟气中各组分的含量。

9.根据权利要求4所述的烟气脱硝装置，其特征在于，在所述炉膛的上游还设有含氨溶液流量调节装置，以用于控制所述含氨溶液的喷入量。