CN104548933A - 一种用于scr脱硝的氨水制氨还原剂供应装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于SCR脱硝的氨水制氨还原剂供应装置，包括稀释风机、加热器、气气换热器、氨水蒸发器和氨喷射格栅，稀释风机安装在加热器的底部进风管上，加热器的顶部出风管接至气气换热器的入气管上，气气换热器的管束布置于脱硝反应器内，气气换热器的出气管再接至氨水蒸发器的底部，氨水蒸发器的侧边接有氨水管，氨水蒸发器的顶部通过管道接至氨喷射格栅的侧边入口，氨喷射格栅的底部出口接至脱硝反应器的顶部，氨喷射格栅的顶部出口接至锅炉烟气排放管。本发明还公开对应的方法。本发明除了能耗低，还具有工艺简单、操作简便和使用安全等优点。
Description
技术领域
本发明属于锅炉烟气SCR脱硝用还原剂的制备技术领域，具体涉及一种用于制备氨还原剂氨水制氨的装置。
背景技术
近年来，随着我国国民经济建设步伐的加快，全国用电负荷急剧上升，新建扩建燃煤电站在全国全面铺开。燃煤电厂的建设导致NO x 污染物排放量呈逐年递增的趋势，排放量已严重超过国家环保标准，由此带来的环境污染严重损害了人类健康和可持续发展。
SCR（Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原）技术是目前脱硝效率最高、最为成熟、且应用最多的一种烟气脱硝技术。还原剂的选择与应用技术是SCR工程应用的关键环节。现在国内普遍应用较多的还原剂为液氨和尿素。通常的观念认为液氨的投资和经济性方面具有优势，但是在安全性方面，尤其是在城市中应用会受到很大的障碍；而尿素因为其流程中不存在压力容器，而被重视安全的客户奉为首选。这些观念使得对安全性有特殊要求的业主，不得不接受尿素系统高昂的初始投资费用和高的运营成本费用。事实上，氨水作为还原剂在中国台湾和欧洲有很多的应用。这些成功的应用使得对于安全性和经济性均有考量的客户有了更多的合适选择。
对氨水SCR技术的主要误区认为，氨水含有较大比例的水，因此在蒸发过程中需要消耗较多的能量。通过技术创新，氨水制氨过程的能耗要小于相应的尿素制氨过程，和液氨相当。物料平衡的计算表明，一定比例的热风温度只要250℃，即可完成氨水溶液的蒸发过程。这个过程的能量消耗远小于尿素制氨。 实践表明：氨水因为不需要热解炉等分解设备，具有比尿素更好的安全特性，同时因为其气化过程为单纯的物理变化，不需要消耗化学分解过程所需要的能量。设计合理的氨水气化过程，为即追求安全性又需要兼顾投资和运营成本的客户提供全新的解决思路和解决方案，在运营成本方面具有先天的优势。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种能耗低、操作简单、安全的用于SCR脱硝的氨水制氨还原剂供应装置及方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种用于SCR脱硝的氨水制氨还原剂供应装置，包括稀释风机、加热器、气气换热器、氨水蒸发器和氨喷射格栅，稀释风机安装在加热器的底部进风管上，加热器的顶部出风管接至气气换热器的入气管上，气气换热器的管束布置于脱硝反应器内，气气换热器的出气管再接至氨水蒸发器的底部，氨水蒸发器的侧边接有氨水管，氨水蒸发器的顶部通过管道接至氨喷射格栅的侧边入口，氨喷射格栅的底部出口接至脱硝反应器的顶部，氨喷射格栅的顶部出口接至锅炉烟气排放管。
所述稀释风机由两台并联组成。
所述加热器为电加热器。
所述加热器为蒸汽加热器，加热器的上方接设高温蒸汽管而下方接设余热蒸汽管。
所述气气换热器的入气管位于出气管的上方。
所述脱硝反应器的底部接至清洁烟气排放管。
所述氨水蒸发器侧边接的氨水管由两条并联组成。
所述氨水蒸发器中氨水气化池设计为竖孔式。
所述氨水蒸发器侧边的氨水管接至单独的氨水存储罐，氨水管上安装计量泵。
一种用于SCR脱硝的氨水制氨还原剂供应方法，由稀释风机提供足够将气化后的氨气稀释到体积百分浓度5%以下混合气体的风量，该风量经过加热器被加热到120oC以上，即作为气化氨水的稀释气源；120oC的稀释气源输送至位于脱硝反应器内的气气换热器管束中，在脱硝反应器内加热3-5min达到足够气化氨水溶液的温度250oC，作为蒸发氨水的汽化气；250oC汽化气在氨水蒸发器中将质量百分浓度20-30%氨水溶液原料气化为体积百分浓度5%氨和空气的混合气体；混合气体经过氨喷射格栅得到用于SCR脱硝的氨还原剂。
采用上述方案后，本发明的优点在于：
（1）稀释气源的换热直接在SCR脱硝反应器中进行，避免在烟气管道上另设换热器，从而防止热量的流失；
（2）稀释气源在进入换热器前已经为120℃，避免为了充分换热而使SCR脱硝温度过低，降低脱硝效率；
进一步，本发明还具有以下如点：
（3）设置氨水计量泵，可以精确地计算SCR脱硝的氨氮比，避免氨逃逸的出现；
（4）氨水气化池设计为竖孔式，可以使氨水更易充分受热挥发。
总之，本发明能耗低，操作简单、安全。
附图说明
图1为本发明装置的整体装配示意图；
图2为图1的局部放大图；
图3为本发明方法的工艺流程图。
标号说明
稀释风机1，加热器2，底部进风管21，顶部出风管22，高温蒸汽管23，余热蒸汽管24，气气换热器3，入气管31，管束32，出气管33，氨水蒸发器4，氨水管41，氨水气化池42，氨喷射格栅5，脱硝反应器6，锅炉烟气排放管7，清洁烟气排放管8。
具体实施方式
如图1所示，本发明揭示的一种用于SCR脱硝的氨水制氨还原剂供应装置，包括稀释风机1、加热器2、气气换热器3、氨水蒸发器4和氨喷射格栅5。
稀释风机1安装在加热器2的底部进风管21上。为了保证工作效率，稀释风机1由两台并联组成。
加热器2的顶部出风管22接至气气换热器3的入气管31上。加热器2可采用电加热器，或者采用蒸汽加热器，在加热器2的上方接设高温蒸汽管23而下方接设余热蒸汽管24，利用高温蒸汽对稀释气源预加热。
气气换热器3的管束32布置于脱硝反应器6内，气气换热器3的出气管33再接至氨水蒸发器4的底部。为了有效利用热量，气气换热器3的入气管31位于出气管33的上方，使稀释气源由下向上流动进行加热。
氨水蒸发器4的侧边接有氨水管41，为了保证工作效率，连续供应反应还原剂，氨水管41可由两条并联组成，还可以设置单独的氨水存储罐。为了可以精确地计算SCR脱硝的氨氮比，避免氨逃逸的出现，氨水管41上还安装计量泵将氨水定量输送到氨水蒸发器4。为了使氨水更易充分受热挥发，如图2所示，氨水蒸发器4中氨水气化池42设计为竖孔式，250oC汽化气从孔内由下而上经过，可以有效地增加汽化气与氨水的接触面积，使20%-30%的氨水得到充分地气化或雾化，将氨水气化为5%氨和空气的混合气体。氨水蒸发器4的顶部通过管道接至氨喷射格栅5的侧边入口。
氨喷射格栅5的底部出口接至脱硝反应器6的顶部，氨喷射格栅5的顶部出口接至锅炉烟气排放管7。
脱硝反应器6的底部接至清洁烟气排放管8。
运用本发明的装置，具体供应方法是如图3所示。
由稀释风机1提供足够将气化后的氨气稀释到体积百分浓度5%以下混合气体的风量，该风量经过加热器2被加热到120oC以上，即作为气化氨水的稀释气源。120oC的稀释气源输送至位于脱硝反应器6内的气气换热器3管束32中，120oC的气源风进入管束32中与管束32外的高温热烟气进行热交换，在脱硝反应器6内加热3-5min达到足够气化氨水溶液的温度250oC，作为蒸发氨水的汽化气。通过这一优化设计，可以将氨水气化过程所需额外补充的能量降至原来的50%-70%。
稀释气源在进入气气换热器3前已经为120℃，避免为了充分换热而使SCR脱硝温度过低，降低脱硝效率，根据紫荆公司的实践经验，单纯的冷稀释气源是不可能在保证高效的脱硝效率下，加热到足够气化氨水溶液的温度250oC的。而稀释气源的换热直接在SCR脱硝反应器6中进行，避免在烟气管道上另设换热器，从而防止热量的流失。
250oC汽化气在氨水蒸发器4中将质量百分浓度20-30%氨水溶液原料气化为体积百分浓度5%氨和空气的混合气体。混合气体经过氨喷射格栅5得到用于SCR脱硝的氨还原剂。
本发明采用计量泵定量喷射氨水，可以更精确的固定氨氮比（通常约为1），因为氨氮比大于1会导致氨的逃逸，造成氨气污染，如果小于1就会是脱硝（氮）效率降低。
实施例：
一、实例介绍
项目SCR系统设计脱硝效率为70％，SCR反应温度为410℃，使用板式催化剂。使用25%氨水作为SCR反应的还原剂，每台锅炉BMCR工况运行时的氨水消耗量为120kg/h。每台机组设置氨水蒸发器1台；蒸汽加热器1台；气气换热器1台（重量约5T）。项目锅炉主要技术参数和脱硝性能要求如下表1所示。
表1 锅炉主要技术参数和脱硝性能要求
| 名称 | 单位 | 数据 | 备注 |
| 锅炉额定蒸发量 | T/H | 220 | |
| 燃料 | 煤 | ||
| 烟气流量 | Nm3/h | 205000 | 湿基，实际氧量 |
| SCR反应温度 | oC | 410 | |
| CO2 | Vol.%，wet | 13.883 | |
| H2O | Vol.%，wet | 9.378 | |
| O2 | Vol.%，wet | 3.238 | |
| SO2 | Vol.%，wet | 0.079 | 标态干基, 6%氧 |
| N2 | Vol.%，wet | 73.422 | |
| SCR入口氮氧化物 | ppm | 250 | |
| SCR出口氮氧化物 | ppm | 75 | |
| 氨逃逸值 | ppm | 3 | |
| 尘浓度 | g/Nm3 | 34.1 | 干基 |
三台机组设置统一的氨水存储的供应区。氨区占地面积约为400 m2。氨水储存罐的容积满足全厂机组10天的运行所需的氨水量，设置氨水储存罐2台，有效容积90m3。设置2台氨水卸料泵，用于将商用氨水罐车运载来的氨水输送至氨水存储罐。每机组配置氨水流量循环泵2台，一用一备，用于为SCR脱硝输送还原剂。考虑到腐蚀的问题，所有的氨水存储设备和管路采用304不锈钢。氨区和SCR系统设置独立PLC控制系统。
二、能耗分析
紫荆氨水制氨系统的能耗分析如表2所示。
表2 紫荆氨水制氨装置的能耗分析
| 物料名称 | 单位 | 消耗量 | 备注 |
| 空气加热用饱和蒸汽 | Kg/h | 97 | 0.6MPa |
| 氨水供应泵电力 | KWH | 0.75 | |
| 稀释风机 | KWH | 7.5 | |
| 雾化用压缩空气 | Nm3/h | 40 |
三、综合比较
1. 从工艺系统上比较，氨水制氨装置的工艺流程同液氨法相似，较尿素制氨工艺简单。
2. 从安全方面比较，氨水制氨装置具有和尿素制氨装置同样的安全性，从某种意义上讲，因为不需要热解炉等设备，其安全性较尿素制氨装置还要好。
3. 从投资和运营成本上来看，与尿素制氨装置相比，没有大型的热解炉和燃料消耗，不需要额外的热量用于溶解颗粒物和存储罐的加热搅拌，因此其投资和运营成本均具有相当大的优势；与液氨制氨装置相比，使用常压容器代替压力容器，尽管材质等级提高，其投资所增加的幅度也极为有限，其运营成本和液氨制氨装置无异。
4. 从原料的获取难易程度上看，氨水相比于尿素和液氨更具有优势。
综上，氨水作为SCR反应的还原剂有其自身优势，特别是在城市中应用。氨水有望取代现有的尿素还原剂，在脱硝领域获得更大的认可，推广和应用氨水SCR技术具有极大意义。
Claims (4)
1.一种用于SCR脱硝的氨水制氨还原剂供应装置，其特征在于：包括稀释风机、加热器、气气换热器、氨水蒸发器和氨喷射格栅，稀释风机安装在加热器的底部进风管上，加热器的顶部出风管接至气气换热器的入气管上，气气换热器的管束布置于脱硝反应器内，气气换热器的出气管再接至氨水蒸发器的底部，氨水蒸发器的侧边接有氨水管，氨水蒸发器的顶部通过管道接至氨喷射格栅的侧边入口，氨喷射格栅的底部出口接至脱硝反应器的顶部，氨喷射格栅的顶部出口接至锅炉烟气排放管。
2.根据权利要求1所述的一种用于SCR脱硝的氨水制氨还原剂供应装置，其特征在于：所述氨水蒸发器中氨水气化池设计为竖孔式。
3.根据权利要求1所述的一种用于SCR脱硝的氨水制氨还原剂供应装置，其特征在于：所述氨水蒸发器侧边的氨水管接至单独的氨水存储罐，氨水管上安装精准计量泵。
4.一种用于SCR脱硝的氨水制氨还原剂供应方法，其特征在于：运用如权利要求1所述的一种用于SCR脱硝的氨水制氨还原剂供应装置，由稀释风机提供将气化后的氨气稀释到体积百分浓度5%以下混合气体的风量，该风量经过加热器被加热到120oC以上，即作为气化氨水的稀释气源；120oC的稀释气源输送至位于脱硝反应器内的气气换热器管束中，在脱硝反应器内加热3-5min达到气化氨水溶液的温度250oC，作为蒸发氨水的汽化气；250oC汽化气在氨水蒸发器中将质量百分浓度20-30%氨水溶液原料气化为体积百分浓度5%氨和空气的混合气体；混合气体经过氨喷射格栅得到用于SCR脱硝的氨还原剂。
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