CN104696948B - 糖厂蔗渣锅炉前端烟气三步法脱硝工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种糖厂蔗渣锅炉前端烟气三步法脱硝工艺，其特征在于包括以下步骤：（1）烟气再循环燃烧：在炉膛底部鼓入部分除尘器引风机至烟囱之间的烟道烟气作为锅炉送料风和部分底部一次风送回锅炉炉膛主燃烧区；（2）采用生物质低NOx混合燃烧，消耗锅炉烟气中的残氧，促使NO_X还原；（3）外置SNCR法脱硝：利用还原剂进一步将NOx还原。本发明实现了糖厂蔗渣锅炉烟气NOx达标排放，脱硝效率可达70%以上。

Description

糖厂蔗渣锅炉前端烟气三步法脱硝工艺

技术领域

本发明专利涉及一种燃烧锅炉烟气脱硝工艺，尤其是一种糖厂蔗渣锅炉前端烟气三步法脱硝的工艺。

背景技术

氮氧化物（NOx）是造成大气环境严重污染的主要污染物之一。随着《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）新标准的实施，对NOx指标的排放浓度规定了比较严格的排放限值。

糖厂锅炉多采用蔗渣、桉树皮为燃料，以刮板----喂料器----二次热风吹送方式进入炉膛内悬浮燃烧，悬浮燃烧需向锅炉内输送大量空气，使燃料在富氧氛围中能充分燃烧，在高温环境下，造成了烟气氮氧化物浓度的超标排放。锅炉烟气排放的NOx（主要为NO、NO₂）主要来源有三种形式：一是空气中的氮与氧气在高温条件下反应生成；二是燃料中的固定氮与氧气反应生成；三是来自燃料中的含碳自由基在高温条件下分解成CH自由基与氮气分子反应成N，从而进一步氧化成NOx。

为了使锅炉烟气氮氧化物浓度达到国家规定标准，必须对锅炉烟气进行脱硝处理。目前锅炉烟气的脱硝方法有很多种，主要分为有前端脱硝、末端脱硝两大类。前端脱硝技术是在燃烧过程中控制NOx的产生，也称低氮燃烧技术。这种技术是通过改进燃烧方式和工艺，如采用低氮燃烧器、空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环等方式实现，其特点是投资少、工艺简单等，但脱硝效率低，还不能满足达标排放的需求。末端脱硝是指对燃烧锅炉排放的尾气进行脱硝，净化其中的NOx，是目前燃烧锅炉脱硝的主流技术，应用比较成熟，脱硝效率高，我国大部分燃烧锅炉均采用末端脱硝技术，但其缺点是投资费用大，运行成本高，对于季节性生产的糖厂其经济效益低，增加糖厂生产成本。

针对目前蔗渣锅炉脱硝的实际，寻求一种投资低、运行费用低、方便有效、适合糖厂蔗渣锅炉的脱硝技术。本发明专利就是在此背景下对糖厂蔗渣锅炉脱硝技术进行研究，并开发出一种适合糖厂蔗渣锅炉脱硝的工艺。

发明内容

本发明提供了一种糖厂蔗渣锅炉前端烟气三步法脱硝工艺，即将烟气再循环燃烧技术、生物质低NOx混合燃烧技术以及锅炉外置SNCR法脱硝技术联合起来对烟气进行脱硝，脱硝后锅炉排放烟气中的NOx总量将会大幅降低。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种糖厂蔗渣锅炉前端烟气三步法脱硝工艺，其特征在于包括以下步骤：

（1）烟气再循环燃烧：在炉膛底部鼓入部分除尘器引风机至烟囱之间的烟道烟气作为部分锅炉底部一次风和锅炉送料风送回锅炉炉膛主燃烧区；

（2）采用生物质低NOx混合燃烧机：将干燥后的蔗髓和木糠送入燃料仓，经送料风机喷入生物质低NOx混合燃烧机内，通过送料风机鼓入的空气进行第一次供氧，并在生物质低NOx混合燃烧机炉膛内形成旋流，供氧量为燃料燃烧需氧量的60%~80%，燃料进行第一阶段裂解并燃烧形成第一焰区；第一焰区的火焰在一次风的作用下以旋流悬浮方式进入第二阶段燃烧，在生物质低NOx混合燃烧机炉膛内形成第二焰区，供氧风机向生物质低NOx混合燃烧机第二燃烧室进行第二次供氧，将燃料燃烧需要的其余40%~20%空气输入第二焰区末端；第二焰区火焰从生物质低NOx混合燃烧机喷火口喷入锅炉燃尽区进行第三阶段燃烧，在锅炉燃尽区形成第三焰区，燃料在此处完成整个燃烧；

（3）通过外置SNCR法反应器脱硝：将含氨基的还原剂喷入生物质低NOx混合燃烧机喷火口温度为850~1100℃的区域，并送入锅炉燃尽区。

所述步骤（1）中烟道烟气回用量为10%~25%。

所述步骤（2）中，第一次供氧时，供氧量为燃料燃烧需氧量的80%，第二次供氧时，供氧量为燃料燃烧需氧量的20%。

所述步骤（2）中蔗髓的干燥步骤为：蔗髓经蔗髓输送带输送至物料干燥系统进行干燥，干燥后的燃料水分达到20%以下。

所述步骤（2）中第一焰区的温度为400~500℃，第二焰区的中部温度为500~800℃，第二焰区的末端温度为850~1000℃，第三焰区的温度为1000~1100℃。

所述外置的生物质低NOx混合燃烧机是连接于锅炉燃尽区。

所述步骤（3）中采用的外置SNCR法反应器包括：尿素溶解装置、尿素剂存储装置、除盐水管道、尿液给料泵、喷枪、管道、尿素溶液计量装置。

尿素溶解计量装置包括用于调节尿素用量的尿素调节阀和显示尿素溶液流量的流量计。

所述外置SNCR法反应器中设置的喷枪数量为1-4只，喷枪布置在燃烧机喷火口850-1100℃的炉膛区域，含氨基的还原剂通过喷枪喷入燃烧机喷火口。

所述步骤（3）中采用的含氨基的还原剂是含氨浓度为10~20%的尿素或氨水溶液。

所述步骤（3）中还原剂喷入量与烟气中NO的摩尔比为1:1~1.2:1。

本发明将烟气再循环燃烧、生物质低NOx混合燃烧、外置SNCR法脱硝三种烟气脱硝技术相结合，运用于糖厂蔗渣锅炉，对于糖厂来说是先例，该工艺具有以下优点：

1、直接利用烟道烟气循环再燃烧，能实现能源的综合利用，起到锅炉节能的作用，同时还能有效抑制热力型NOx形成的效果；

2、利用生物质低NOx混合燃烧技术来实现NO_X的减排，可提高可再生生物质能源的利用效率，缓解目前的能源紧缺；

3、通过三步法脱硝工艺，实现了糖厂蔗渣锅炉烟气NOx达标排放，脱硝效率可达70%以上；

4、该三步法脱硝工艺，投资成本低、运行费用低，安全性高，不会对锅炉正常运行造成影响。

附图说明

图1是糖厂蔗渣锅炉烟气三步法脱硝系统的结构示意图；

图中，蔗髓输送带1，物料干燥系统2，燃料仓3，物料传动器4，生物质低NOx混合燃烧机5，烟气回用风机6，烟气分配风机7，锅炉炉膛主燃烧区8，锅炉燃尽区9，尿素溶解罐10，尿素溶液储箱11，尿素给料泵A12，尿素给料泵B13，喷枪14，送料风机15，木糠输送带16，锅炉底部一次风17，锅炉送料风18，除尘器引风机19，烟囱20。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步说明：

如图1所示，是糖厂蔗渣锅炉烟气三步法脱硝系统的结构示意图，一种糖厂蔗渣锅炉前端烟气三步法脱硝工艺，包括以下详细步骤：

（1）烟气再循环燃烧：本发明对锅炉配风系统进行再改进，烟道烟气自来自锅炉烟囱14排出，在炉膛底部通过烟气回用风机6鼓入10%~25%除尘器引风机烟气，烟气分配风机7将该部分回用烟气分别作为部分锅炉底部一次风17和锅炉送料风18送回锅炉炉膛主燃烧区8，使锅炉炉膛主燃烧区8内过量空气系数由原来的α>1变为α<1，燃烧区处于欠氧燃烧状态，主燃烧区的温度为800~1000℃，在该区域NOX的浓度下降幅度可在10%~15%。

（2）如图1所示，采用生物质低NOx混合燃烧：

蔗渣经蔗髓输送带1输送至物料干燥系统2进行干燥，干燥后的燃料水分达到20%以下，进入燃料仓3；木糠作为再燃燃料的话则通过木糠输送带16直接进入燃料仓3，在物料传动器4的作用下经送料风机15喷入外置的生物质低NOx混合燃烧机5的送料口内，并在点火口处点火，经一次风鼓入空气进行第一次供氧，并在生物质低NOx混合燃烧机5炉膛内形成旋流，供氧量为燃料燃烧需氧量的60%~80%，燃料在富料、缺氧氛围中进行第一阶段裂解并燃烧形成第一焰区，第一焰区温度在400~500℃之间；由于低温缺氧，燃料中析出的N转化为NO_X的程度极低。

第一焰区火焰在一次风的作用下以旋流悬浮方式进入第二阶段燃烧，在生物质低NOx混合燃烧机5炉膛内形成第二焰区，由于第一焰区燃烧已经耗去大量氧气，第二焰区在深度欠氧氛围中进行不完全燃烧，中部温度在500～800℃之间, 形成低氧还原区，将已生成的NOx还原为N₂；通过二次风向生物质低NOx混合燃烧机5的第二燃烧室进行第二次供氧，将燃料燃烧需要的其余20%~40%空气输入第二焰区末端，在二次供氧助燃的作用下，第二焰区末端火焰温度达到850~1000℃。

第二焰区火焰从生物质低NOx混合燃烧机5喷火口25喷入锅炉炉膛燃尽区9进行第三阶段燃烧，在锅炉的燃尽区9内形成第三焰区，在三次风的作用下，将燃料燃烧形成温度达到850~1000℃的火焰送入锅炉燃尽区9内助燃，锅炉燃尽区9的温度均可达到1000~1100℃，燃料在此处完成整个燃烧，燃烧机喷火口火焰可通过观火口观察。在燃烧过程中会产生少量的NOx，锅炉燃尽区9内生成的NOx与温度、烟气在炉膛内逗留时间以及过量空气系数成指数关系，其中过量空气系数可通过燃烧机的配风进行控制。在该区域NO_X的浓度下降幅度可在15%~25%。

在这一过程中，第一次供氧时，供氧量的优选值为燃料燃烧需氧量的80%，则对应的第二次供氧时，供氧量的优选值为燃料燃烧需氧量的20%。

（3）通过外置SNCR法反应器脱硝：作为三步法脱硝工艺的备用装置，设置有尿素溶解罐10和尿素溶液储箱11，尿素作为还原剂，将尿素解带后投放至溶解罐中进行搅拌溶解，配置成含氨10%~20%的尿素溶液后经尿素给料泵A12送至尿素溶液储箱11中，再经尿素给料泵B13在喷枪14的作用下将还原剂尿素喷入燃烧机喷火口25温度为850~1000℃的区域，并送入锅炉燃尽区9，在无催化剂的条件下，还原剂迅速热分解为NH₃，并与烟气中的NO_x反应，将其还原为氮气和水，外置SNCR法的脱硝效率可达50%-65%。其化学反应原理为：

NO + NO₂ + 2 NH₃ 2N₂ + 3H₂O

NO + NO₂ + CO(NH₂)₂ 2N₂ + 2H₂O + CO₂

也可以采用氨水作为还原剂喷入生物质低NOx混合燃烧机喷火口第二焰区末端，温度为850~1000℃的区域，并送入锅炉燃尽区9。

尿素或氨水溶液的含氨浓度为10~20%

还原剂喷入量与烟气中NO的摩尔比为1:1~1.2:1。

其中，生物质低NOx混合燃烧机5是采用外置的低NOx混合燃烧机，低NOx混合燃烧机连接于锅炉燃尽区9。低NOx混合燃烧机前端设有点火口和送料口。

外置SNCR法反应器中设置1~4只喷枪，喷枪布置在燃烧机喷火口温度为850~1100℃的区域。

以下为某糖厂75t/h蔗渣锅炉在使用本发明方法前后所监测的NOx浓度变化的对比情况：

Claims (9)

1.一种糖厂蔗渣锅炉前端烟气三步法脱硝工艺，其特征在于包括以下步骤：

（1）烟气再循环燃烧：在炉膛底部鼓入部分除尘器引风机（19）至烟囱（20）之间的烟道烟气，烟气分配风机（7）将该部分烟道烟气分别作为部分锅炉底部一次风（17）和锅炉送料风（18）送回锅炉炉膛主燃烧区（8）；

（2）采用生物质低NOx混合燃烧：将干燥后的蔗髓或木糠送入燃料仓（3），在物料传动器（4）的作用下经送料风机（15）喷入生物质低NOx混合燃烧机（5）内，通过送料风机（15）鼓入的空气进行第一次供氧，并在生物质低NOx混合燃烧机（5）炉膛内形成旋流，供氧量为燃料燃烧需氧量的60%~80%，燃料进行第一阶段裂解并燃烧形成第一焰区；第一焰区的火焰在一次风的作用下以旋流悬浮方式进入第二阶段燃烧，在生物质低NOx混合燃烧机（5）炉膛内形成第二焰区，供氧风机向生物质低NOx混合燃烧机（5）第二燃烧室进行第二次供氧，将燃料燃烧需要的其余40%~20%空气输入第二焰区末端；第二焰区火焰从生物质低NOx混合燃烧机喷火口喷入锅炉燃尽区（9）进行第三阶段燃烧，在锅炉燃尽区（9）内形成第三焰区，燃料在此处完成整个燃烧；

（3）通过外置SNCR法反应器脱硝：将含氨基的还原剂喷入生物质低NOx混合燃烧机喷火口温度为850～1100℃的区域，并送入锅炉燃尽区（9）。

2.根据权利要求1所述的糖厂蔗渣锅炉前端烟气三步法脱硝工艺，其特征在于：

所述步骤（1）中烟道烟气回用量为10~25%。

3.根据权利要求1所述的糖厂蔗渣锅炉前端烟气三步法脱硝工艺，其特征在于：

所述步骤（2）中，第一次供氧时，供氧量为燃料燃烧需氧量的80%，第二次供氧时，供氧量为燃料燃烧需氧量的20%。

4.根据权利要求1所述的糖厂蔗渣锅炉前端烟气三步法脱硝工艺，其特征在于：

所述步骤（2）中蔗髓的干燥步骤为：蔗髓经蔗髓输送带（1）输送至物料干燥系统（2）进行干燥，干燥后的燃料水分达到20%以下。

5.根据权利要求1所述的糖厂蔗渣锅炉前端烟气三步法脱硝工艺，其特征在于：

所述步骤（2）中第一焰区的温度为400~500℃，第二焰区的中部温度为500~800℃，第二焰区的末端燃烧机喷火口的温度为850~1000℃，第三焰区的温度为1000~1100℃。

6.根据权利要求1所述的糖厂蔗渣锅炉前端烟气三步法脱硝工艺，其特征在于：

所述生物质低NOx混合燃烧机（5）是连接于锅炉燃尽区（9）。

7.根据权利要求6所述的糖厂蔗渣锅炉前端烟气三步法脱硝工艺，其特征在于：

所述外置SNCR法反应器中设置1~4只喷枪，喷枪布置在燃烧机喷火口温度为850~1100℃的区域，含氨基的还原剂通过喷枪喷入燃烧机喷火口。

8.根据权利要求1所述的糖厂蔗渣锅炉前端烟气三步法脱硝工艺，其特征在于：

所述步骤（3）中采用的含氨基的还原剂是含氨浓度为10~20%的尿素或氨水溶液。

9.根据权利要求1所述的糖厂蔗渣锅炉前端烟气三步法脱硝工艺，其特征在于：

所述步骤（3）中还原剂喷入量与烟气中NO的摩尔比为1:1~1.2:1。