CN104190252A - 一种具有独立scr补氨喷枪的多级热解耦合烟气脱硝系统 - Google Patents

一种具有独立scr补氨喷枪的多级热解耦合烟气脱硝系统 Download PDF

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本发明公开了一种具有独立SCR补氨喷枪的多级热解耦合烟气脱硝系统，该系统不仅在烟气温度为750～950℃的锅炉前墙上和650～800℃的锅炉水平烟道内设置若干层前墙补氨喷枪，还在烟气温度为400～450℃的SCR反应器上方的锅炉尾部垂直烟道壁上设置一层垂直烟道补氨喷枪，使进入锅炉垂直烟道内的未充分混合均匀的氨气和烟气与垂直烟道补氨喷枪喷出的还原剂热解后形成的氨气均匀混合，提高了SCR反应器催化效率和烟气脱硝系统的脱硝效果。本发明烟气脱硝系统综合脱硝率高达90％，SCR催化剂入口烟气和还原剂分布均匀性高，适用于各类燃煤锅炉和炉窑，且易于在现有锅炉耦合脱硝工程的基础上改造获得，具有广阔的应用前景。

Description

一种具有独立SCR补氨喷枪的多级热解耦合烟气脱硝系统
技术领域
本发明涉及燃煤锅炉排放污染物控制技术，尤其涉及一种具有独立SCR补氨喷枪的多级热解耦合烟气脱硝系统。
背景技术
氮氧化物NOx包括N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5，被认为是造成大气污染的主要污染源之一。我国氮氧化物排放总量中70％来自于煤炭的直接燃烧，而电力行业又是我国的燃煤大户，因此氮氧化物的主要排放源是火力发电厂。日益严格的环保法规要求对氮氧化物排放源，尤其是电站锅炉，应用氮氧化物减排方法，以控制氮氧化物的排放总量。
目前，应用在燃煤锅炉上的烟气脱硝方法主要有选择性非催化还原方法(SNCR)和选择性催化还原方法(SCR)以及两者结合的耦合脱硝方法(SNCR-SCR)。其中，SNCR方法系统简单、施工简单、初期投资低、运行成本小，但其最大的缺陷是脱硝率较低，在电站燃煤锅炉上仅有30～50％的脱硝率，且SNCR法的氨逃逸难以控制，影响锅炉运行的稳定性和安全性。而SCR方法的脱硝效率较高，SCR方法将混合器、喷氨格栅和烟气整流器结合，可较好的实现还原剂和烟气中氮氧化物的均匀混合，使脱硝率达到95％以上，但上述方法存在占地面积大、系统复杂、出气投资大、运行成本高等缺点。在燃煤锅炉上也有采用SNCR-SCR耦合的脱硝技术，但是，该技术难以实现还原剂和烟气中氮氧化物的均匀混合，所以SNCR-SCR方法的脱硝率始终难以令人满意。
公布号为CN102179171A的专利公开了一种具有前置流场均匀装置的多级热解耦合脱硝方法，该方法包括如下步骤：(1)在锅炉炉膛上设有前置流场均匀装置，在烟气温度范围为750～950℃的锅炉前墙上固定布置一层以上还原剂补氨喷枪，在烟气温度范围为650～800℃的锅炉水平烟道内布置一层以上还原剂补氨喷枪，在锅炉尾部烟道处固定安装载有SCR催化剂的SCR反应器；所述还原剂为含氨液体；(2)根据锅炉的负荷大小，相应的所述还原剂补氨喷枪将还原剂雾化后喷入炉膛内，使得喷入炉膛内的还原剂中的一部分与烟气中的NO发生选择性非催化还原反应，所述喷入炉膛内的还原剂的其余热解成氨气；所述氨气与炉膛内的烟气混合着向尾部烟道流动并逐渐混合均匀；(3)当混有氨气的烟气流经SCR反应器时，烟气中的NO在SCR催化剂表面与氨气发生选择性催化还原反应后被还原为N2。该方法在锅炉前墙上和水平烟道内均固定布置了一层以上的还原剂补氨喷枪，以使烟气中的氮氧化物和还原剂产生的NH3均匀分布，从而提高锅炉尾部烟道内SCR反应器催化效率，减少还原剂的使用量，有效控制氨逃逸。
但是，上述方法仍存在不足之处，该方法仅在锅炉前墙上和水平烟道内设置还原剂补氨喷枪，在烟气进入锅炉尾部烟道后，由于受到锅炉尾部烟道结构和内部设置的影响，易造成接触SCR反应器前的NH3和烟气中的氮氧化物分布不均，从而影响脱硝效果。
发明内容
本发明提供一种可提高烟气脱硝效率的具有独立SCR补氨喷枪的多级热解耦合烟气脱硝系统。
一种具有独立SCR补氨喷枪的多级热解耦合烟气脱硝系统，包括如下步骤：
(1)在烟气温度为750～950℃的锅炉前墙上设置若干层前墙补氨喷枪，在烟气温度为650～800℃的锅炉水平烟道内设置若干层水平烟道补氨喷枪；在锅炉尾部垂直烟道内安装载有SCR催化剂的SCR反应器，并在烟气温度为400～450℃的锅炉尾部垂直烟道壁上设置垂直烟道补氨喷枪，所述垂直烟道补氨喷枪设于SCR反应器的上方；
(2)通过所述前墙补氨喷枪和水平烟道补氨喷枪将还原剂雾化后喷入锅炉炉膛中，喷入炉膛内的还原剂中的一部分与烟气中的氮氧化物发生选择性非催化还原反应，余下的还原剂热解成氨气，氨气与炉膛内的烟气混合，向锅炉尾部垂直烟道流动；
(3)通过所述垂直烟道补氨喷枪将还原剂雾化后喷入锅炉尾部垂直烟道中，喷入锅炉尾部垂直烟道的还原剂热解为氨气，所述氨气与步骤(2)中混有氨气的烟气混合成混合气体；步骤(2)和(3)中所述的还原剂为含氨液体；
(4)当混合气体流经SCR反应器时，混合气体中的氮氧化物在SCR催化剂表面与氨气发生选择性催化还原反应后被还原为N2。
锅炉炉膛内燃烧产生的含氮氧化物的烟气沿炉膛向上流动，并与前墙补氨喷枪和水平烟道补氨喷枪中喷出的雾化后的还原剂中的一部分接触，发生选择性非催化还原反应将氮氧化物还原成N2，实现SNCR烟气脱硝过程。
补氨喷枪中喷出的雾化后的还原剂中的其余部分经高温热解成氨气，氨气在锅炉炉膛中与烟气混合进入锅炉尾部垂直烟道内。上述混有氨气的烟气由于受到了积灰和离心力的双重影响，从锅炉水平烟道转向进入锅炉垂直烟道时仍保留一定的惯性力，但锅炉水平烟道内的过热器并无匀流作用，所以当烟气到达锅炉垂直烟道入口时，由于受到积灰的阻挡，大部分氨气在锅炉垂直烟道的外侧汇聚，只有极少部分氨气到达锅炉尾部垂直烟道的前墙附近，造成前墙补氨喷枪和水平烟道补氨喷枪中喷出的雾化的还原剂在未与烟气充分混匀的情况下，进入锅炉垂直烟道，导致垂直烟道截面氨分布不均匀，部分烟气中的NOx并未和氨混合，通过SCR催化剂的混合烟气不能在整个催化剂截面发生反应，从而影响SCR催化剂的催化效率。
在烟气温度400～500℃的锅炉尾部垂直烟道内单独布置一层垂直烟道补氨喷枪，该喷枪喷出的雾化的还原剂经热解后产生氨气，氨气通过烟气卷吸夹带作用，可使进入锅炉尾部垂直烟道内的还未与氨气充分混匀的烟气再次进行混合，保证上述再次混合后的气体在SCR催化剂表面均匀分布，从而提高SCR反应器的催化效率，提高本发明烟气脱硝系统的脱硝效率。
不同还原剂的最佳氮氧化物还原温度不同，在本发明烟气脱硝系统采用的补氨喷枪放置的烟气温度范围内，作为优选，本发明所述的含氨液体为尿素溶液。
进一步地，所述的补氨喷枪采用压缩空气或过热蒸汽将还原剂雾化。
作为优选，喷入炉膛内的还原剂与烟气中的氮氧化物的氨氮重量比为1.3～1.8∶1。
作为优选，所述的垂直烟道每只补氨喷枪的还原剂喷射流量为30～50kg/h。
合理的喷枪布局既能促进脱硝效果，又能节省成本。作为优选，所述的垂直烟道补氨喷枪为4～8支，所述的垂直烟道补氨喷枪采用水平V型结构方式进行设置。
喷枪喷雾的角度与喷出后的还原剂的烟气穿透力和对烟气的覆盖面积有关；当喷枪喷雾的角度小时，还原剂的烟气穿透力强，但还原剂的烟气覆盖面积小；当喷枪喷雾的角度增大时，还原剂的烟气穿透力会逐渐减弱，相反还原剂的烟气覆盖面积会增大。作为优选，所述的垂直烟道补氨喷枪的喷雾角度为90°～120°。
作为优选，所述的垂直烟道补氨喷枪伸入锅炉尾部垂直烟道内的深度为0.8～1.8m。
进一步地，所述垂直烟道补氨喷枪喷出的还原剂经热解后形成的氨气与垂直烟道内的烟气从开始混合至到达SCR反应器的时间为0.1秒以上。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明不仅在烟气温度为750～950℃的锅炉前墙上设置若干层前墙补氨喷枪，在烟气温度为650～800℃的锅炉水平烟道内设置若干层水平烟道补氨喷枪，还在烟气温度为400～450℃的锅炉尾部垂直烟道壁上设置一层垂直烟道补氨喷枪。此外，本发明在具有不同烟气温度的不同位置处安装的补氨喷枪采用了不同的结构形式，且每根补氨喷枪喷射的还原剂的流量可单独调节，不仅提高了喷入锅炉炉膛内的还原剂发生选择性非催化还原反应的利用率，还使还原剂热解后生成的氨气与烟气中的氮氧化物充分混匀，为下游的SCR反应器中发生的选择性催化还原反应提供了有利条件，提高了选择性催化还原反应的效率，最终提高了本发明烟气脱硝系统的脱硝效率。
(2)本发明将垂直烟道补氨喷枪设置于锅炉垂直烟道上的SCR反应器的上方，上述位置处的烟气温度低、锅炉烟道内的结构简单，可在锅炉正常运行状态下进行改造，易于在现有锅炉耦合脱硝工程的基础上改造成本发明所述的烟气脱硝系统。
(3)本发明烟气脱硝系统的综合脱硝率高达90％，运行成本低于现有的SCR脱硝系统，SCR催化剂入口烟气和还原剂分布均匀性高于传统耦合脱硝系统，适用于各类燃煤锅炉和炉窑，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明具有独立SCR补氨喷枪的多级热解耦合烟气脱硝系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明具有独立SCR补氨喷枪的多级热解耦合烟气脱硝系统进行详细的描述。
如图1所示，一种具有独立SCR补氨喷枪的多级热解耦合烟气脱硝系统，包括锅炉1、锅炉水平烟道2以及锅炉尾部垂直烟道3。锅炉1的炉膛内，在烟气温度为750～950℃的锅炉前墙上设有2～3层的前墙补氨喷枪4，每层前墙补氨喷枪4为7～8支，前墙补氨喷枪4采用多孔型和V型结构交替布置的方式进行设置。前墙补氨喷枪4内的还原剂为尿素溶液，通过压缩空气或过热蒸汽将尿素进行雾化，前墙补氨喷枪4的喷雾角度为30°～55°，每只喷枪尿素喷射流量为70～150kg/h。
锅炉水平烟道2内安装有过热器5，在过热器的两侧，烟气温度为650～800℃的水平烟道内设置1～3层的水平烟道补氨喷枪6，每层水平烟道补氨喷枪6为2支，水平烟道补氨喷枪6采用V型结构的方式进行设置。水平烟道补氨喷枪6内的还原剂为尿素溶液，通过压缩空气或过热蒸汽将尿素进行雾化，水平烟道补氨喷枪6的喷雾角度为30°～55°，每只喷枪尿素喷射流量为70～90kg/h。
锅炉尾部垂直烟道3内安装有省煤器7和载有SCR催化剂的SCR反应器8以及空预器9，SCR反应器8位于省煤器7和空预器9之间；在省煤器7和SCR反应器8之间，烟气温度为400～450℃的区域内，安装有一层垂直烟道补氨喷枪10，共4～8支，垂直烟道补氨喷枪10采用多孔型和V型结构交替布置的方式进行设置。垂直烟道补氨喷枪10内的还原剂为尿素溶液，通过压缩空气或过热蒸汽将尿素进行雾化，垂直烟道补氨喷枪10的喷雾角度为90°～120°，尿素喷射流量为30～50kg/h。垂直烟道补氨喷枪10内喷出的尿素经热解后形成的氨气与垂直烟道3内的烟气从开始混合至到达SCR反应器的时间为0.1秒以上。上述所有补氨喷枪喷出的雾化后的尿素与烟气中的氮氧化物的氨氮比为1.3～1.8∶1。反应后的烟气经过除尘器11和脱硫装置12后，由引风机进入烟囱排放。
本发明具有独立SCR补氨喷枪的多级热解耦合烟气脱硝系统进行烟气脱硝的工艺如下：
锅炉1的炉膛内燃烧产生的含氮氧化物的烟气沿炉膛向上流动，并与前墙补氨喷枪4和水平烟道补氨喷枪6中喷出的雾化后的还原剂中的一部分接触，发生选择性非催化还原反应将氮氧化物还原成N2，实现SNCR烟气脱硝过程。补氨喷枪中喷出的雾化后的还原剂中的其余部分经高温热解成氨气，氨气在锅炉1的炉膛中与烟气混合着进入锅炉尾部垂直烟道3内。将垂直烟道补氨喷枪10内的还原剂雾化后喷入锅炉尾部垂直烟道3中，使得喷入锅炉尾部垂直烟道3的还原剂热解为氨气，上述氨气与从锅炉1炉膛和锅炉水平烟道2内进入锅炉尾部垂直烟道3的混有氨气的烟气混合成混合气体；当混合气体流经SCR反应器时，混合气体中的氮氧化物在SCR催化剂表面与氨气发生选择性催化还原反应后被还原为N2，最终实现多级热解耦合烟气脱硝系统的烟气脱硝过程。
应用例1
江苏某热电厂的多级热解耦合烟气脱硝系统，该脱硝系统中260t/h的燃煤锅炉在50～60MW的负荷下工作，锅炉炉膛内煤粉燃烧生成350mg/Nm3的氮氧化物。在该锅炉的炉膛内，在烟气温度为750～950℃的锅炉前墙上设有3层的前墙尿素喷枪，最下层8只，中层和上层各7只，前墙补氨喷枪的喷雾角度为55°，每只喷枪尿素喷射流量为最下层125kg/h，中层150kg/h，上层70kg/h。烟气温度为650～800℃的水平烟道内设置1层的水平烟道补氨喷枪，每层为2支，水平烟道补氨喷枪的喷雾角度为55°，每只喷枪尿素喷射流量为70kg/h。烟气温度为400～450℃的区域内，安装有一层垂直烟道补氨喷枪共4支，垂直烟道补氨喷枪的喷雾角度为90°，深度为1.8m。每只尿素喷射流量为30kg/h。垂直烟道补氨喷枪喷出的尿素经热解后形成的氨气与垂直烟道内的烟气从开始混合至到达SCR反应器的时间为0.12秒。补氨喷枪喷出的雾化后的尿素与烟气中的氮氧化物的氨氮比为1.3～1.6。含氮氧化物的烟气经过锅炉炉膛、水平烟道以及尾部垂直烟道的SCR反应器后氮氧化物气体浓度为30-40mg/Nm3，氨逃逸为1ppm，SCR效率为80％，SNCR与SCR的耦合脱硝效率为90％。
应用例2
浙江某电厂的多级热解耦合烟气脱硝系统，该脱硝系统中420t/h的燃煤锅炉在100～130MW的负荷下工作，锅炉炉膛内煤粉燃烧生成410mg/Nm3的氮氧化物。在该锅炉的炉膛内，在烟气温度为750～950℃的锅炉前墙上设有3层的前墙尿素喷枪，最下层7只，中层和上层各7只，前墙补氨喷枪的喷雾角度为90°，每只喷枪尿素喷射流量为最下层250kg/h，中层200kg/h，上层150kg/h。烟气温度为650～800℃的水平烟道内设置3层的水平烟道补氨喷枪，每层为2支，水平烟道补氨喷枪的喷雾角度为60°，每只喷枪尿素喷射流量为120kg/h。烟气温度为400～450℃的区域内，两侧安装有一层垂直烟道补氨喷枪共8支，垂直烟道补氨喷枪的喷雾角度为120°，深度为0.8m。每只尿素喷射流量为50kg/h。垂直烟道补氨喷枪喷出的尿素经热解后形成的氨气与垂直烟道内的烟气从开始混合至到达SCR反应器的时间为0.13秒。补氨喷枪喷出的雾化后的尿素与烟气中的氮氧化物的氨氮比为1.6～1.8。含氮氧化物的烟气经过锅炉炉膛、水平烟道以及尾部垂直烟道的SCR反应器后氮氧化物气体浓度为45mg/Nm3，氨逃逸为3ppm，SCR效率为71％，SNCR与SCR的耦合脱硝效率为87.6％。

Claims (9)

1.一种具有独立SCR补氨喷枪的多级热解耦合烟气脱硝系统，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在烟气温度为750～950℃的锅炉前墙上设置若干层前墙补氨喷枪，在烟气温度为650～800℃的锅炉水平烟道内设置若干层水平烟道补氨喷枪；在锅炉尾部垂直烟道内安装载有SCR催化剂的SCR反应器，并在烟气温度为400～450℃的锅炉尾部垂直烟道壁上设置垂直烟道补氨喷枪，所述垂直烟道补氨喷枪设于SCR反应器的上方；
(2)通过所述前墙补氨喷枪和水平烟道补氨喷枪将还原剂雾化后喷入锅炉炉膛中，喷入炉膛内的还原剂中的一部分与烟气中的氮氧化物发生选择性非催化还原反应，余下的还原剂热解成氨气，氨气与炉膛内的烟气混合，向锅炉尾部垂直烟道流动；
(3)通过所述垂直烟道补氨喷枪将还原剂雾化后喷入锅炉尾部垂直烟道中，喷入锅炉尾部垂直烟道的还原剂热解为氨气，所述氨气与步骤(2)中混有氨气的烟气混合成混合气体；步骤(2)和(3)中所述的还原剂为含氨液体；
(4)当混合气体流经SCR反应器时，混合气体中的氮氧化物在SCR催化剂表面与氨气发生选择性催化还原反应后被还原为N2。
2.如权利要求1所述的具有独立SCR补氨喷枪的多级热解耦合烟气脱硝系统，其特征在于，所述的含氨液体为尿素溶液。
3.如权利要求1所述的具有独立SCR补氨喷枪的多级热解耦合烟气脱硝系统，其特征在于，所述的补氨喷枪采用压缩空气或过热蒸汽将还原剂雾化。
4.如权利要求3所述的具有独立SCR补氨喷枪的多级热解耦合烟气脱硝系统，其特征在于，喷入炉膛内的还原剂与烟气中的氮氧化物的氨氮重量比为1.3～1.8∶1。
5.如权利要求1所述的具有独立SCR补氨喷枪的多级热解耦合烟气脱硝系统，其特征在于，所述的垂直烟道补氨喷枪的还原剂每只喷枪喷射流量为30～50kg/h。
6.如权利要求1所述的具有独立SCR补氨喷枪的多级热解耦合烟气脱硝系统，其特征在于，所述的垂直烟道补氨喷枪为4～8支，所述的垂直烟道补氨喷枪采用水平V型结构进行设置。
7.如权利要求1所述的具有独立SCR补氨喷枪的多级热解耦合烟气脱硝系统，其特征在于，所述的垂直烟道补氨喷枪的喷雾角度为90°～120°。
8.如权利要求1所述的具有独立SCR补氨喷枪的多级热解耦合烟气脱硝系统，其特征在于，所述的垂直烟道补氨喷枪伸入锅炉尾部垂直烟道内的深度为0.8-1.8m。
9.如权利要求1所述的具有独立SCR补氨喷枪的多级热解耦合烟气脱硝系统，其特征在于，所述的垂直烟道补氨喷枪喷出的还原剂热解后形成的氨气与垂直烟道内的烟气从开始混合至到达SCR反应器的时间为0.1秒以上。
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