CN105268300B - 一种基于sncr的联合脱汞方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于SNCR的联合脱汞装置，能够将两种烟气处理技术有效结合，在降低成本的同时，达到脱硝脱汞的目的。其包括两套分别独立的计量系统，连接在两套计量系统输出端的一套溶液配制系统，以及依次连接在溶液配制系统输出端的溶液输送系统和溶液喷射系统；溶液喷射系统包括喷射进口和喷枪；喷射进口设置在SNCR系统中的炉膛上，喷枪连接在喷射进口上并伸入炉膛设置；两套计量系统分别用于按脱除NOx和零价汞的需求量对尿素和氯化铵固体进行计量。将脱汞技术与SNCR联合起来，获得技术二合一的优越性，发展先进的SNCR工艺，在原有设施的基础上，除计量系统外，不增加额外的工艺设备，使工艺更加简便经济，节约资成本。

Description

一种基于SNCR的联合脱汞方法和装置
技术领域
本发明涉及烟气联合污染物脱除技术领域，具体为一种基于SNCR的联合脱汞方法和装置。
背景技术
汞由于其剧毒、高挥发性以及在生物链中具有积累性等特性，已经成为全球性循环污染元素，近年来受到国内外学者的极大关注。燃煤电厂排放Hg可占到人为排放的70％，因此燃煤电厂汞污染排放控制成为当今环境保护的又一焦点。我国煤中汞的平均含量大约为0.22mg/kg，远高于世界平均水平0.13mg/kg，所以我国燃煤电厂汞污染控制面临更严峻的考验。燃煤电厂排放Hg中零价汞(Hg0)为主要的排放形式，因其性质稳定去除比较困难。因此，对零价汞的有效控制、去除是燃煤烟气脱汞技术中的关键环节。
现有的SNCR系统不仅简单且初投资低，在欧美等国已经较为广泛的应用，是工业炉降低NOx排放的可选工艺，在工程上得到越来越多的应用。随着环保指标要求的不断提高和节能降耗节约型经济的发展，对基于SNCR工艺的燃煤电厂污染物联合脱除技术提出了更高的要求。
目前存在的问题是：虽然SNCR工艺脱硝效率难以再进一步提升，但其具有很高的灵活性和简便性，可以和其他技术联合使用。另外，现有的脱汞技术成本较高，如活性炭脱汞的运行成本就相当高，若要达到90％的脱汞效率，每处理一磅汞需要25000-70000美元。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于SNCR的联合脱汞方法和装置，能够将两种烟气处理技术有效结合，在降低成本的同时，达到脱硝脱汞的目的。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明一种基于SNCR的联合脱汞方法，将固体氯化铵同尿素一起作为原料加入到SNCR系统中，形成尿素和氯化铵的混合溶液，然后一同经SNCR系统喷射到对应的烟道内，通过尿素和氯化铵受热分解得到的NH3对烟气中NOx进行还原脱除，通过氯化铵受热分解得到的HCl对烟气中零价汞进行氧化脱除。
优选的，将固体氯化铵同尿素一起作为原料加入到SNCR系统中时，固体氯化铵和尿素按所需比例混合后加入或按所需比例依次加入。
本发明一种基于SNCR的联合脱汞装置，包括两套分别独立的计量系统，连接在两套计量系统输出端的一套溶液配制系统，以及依次连接在溶液配制系统输出端的溶液输送系统和溶液喷射系统；溶液喷射系统包括喷射进口和喷枪；喷射进口设置在SNCR系统中的炉膛上，喷枪连接在喷射进口上并伸入炉膛设置；所述的两套计量系统分别用于按脱除NOx和零价汞的需求量对尿素和氯化铵固体进行计量。
优选的，溶液配制系统包括溶液配制罐；溶液配制罐包括设置有蒸汽夹层的壳体，设置在顶部的原料进料口，从顶部沿轴线伸入溶液配制罐内的搅拌轴，以及连通溶液配制罐上部和下部的外循环系统；搅拌轴同轴设置的主轴和辅轴，主轴和辅轴上交错设置有搅拌臂和/或搅拌叶片；主轴的上端设置除盐水进口，主轴伸入溶液配制罐的部分沿周向设置有出水孔；原料进料口用于加入按脱除NOx和零价汞的需求量计量的尿素和氯化铵固体；壳体的底部设置有混合溶液的出料口，一侧设置有与蒸汽夹层连通的蒸汽进口。
进一步，溶液配制罐采用圆筒式搅拌釜。
进一步，溶液配制罐上设置有用于控制蒸汽进口中输入蒸汽量的温度传感器。
进一步，溶液配制罐的顶部内侧设置有喷雾系统；喷雾系统的输入端与除盐水进口连通设置，喷雾系统的喷枪均匀设置在溶液配制罐的顶部内侧。
优选的，溶液配制系统上分别连接加热蒸汽输送管，除盐水输送管，共用输出端的尿素计量输出管和氯化铵计量输出管；溶液配制系统的输出端经溶液泵连接溶液输送系统中的溶液储罐，溶液储罐的输出端经循环泵连接喷射进口。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过引入的氯化铵固体，在保证脱硝效率不受影响的前提下，将脱汞技术与SNCR联合起来，获得技术二合一的优越性，发展先进的SNCR工艺，在原有设施的基础上，除计量系统外，不增加额外的工艺设备，使工艺更加简便经济，至少节约初投资成本10％。添加的氯化铵溶液利用炉膛的高温发生化学反应生成HCl，将零价汞氧化成二价汞再进行吸附脱除，获得较高的脱汞率，不仅满足了火电厂大气污染物排放标准的要求，也可应用于现有的SNCR工艺技术改造，将原来的两个分开的脱硝和脱汞的步骤合二为一，同时还提高了脱硝的效率，节省了脱汞的设施设置，具有非常广阔的应用和推广前景；灵活简便，效果明显，初投资成本低、改造方便，不增加额外的设备管道，通过氯化铵分解得到的氨气与尿素分解后的氨气一起能够发生协同作用，能够对尿素分解后的氨气实现补充和增益，同时仅通过原料的一起加入就能够省去了添加其他设备的费用和空间；方便新老工程的改造。
进一步的，通过共用溶液配制罐的设置，利用蒸汽对混合溶液进行持续加热，促进原料溶解的同时预防冷却结晶，配合双搅拌外循环的方式，伴有一定的搅拌速度，促进原料氯化铵颗粒和尿素颗粒的溶解。两根搅拌轴上的多组搅拌臂和叶片组成搅拌装置，保证筒体内混合物料在最短的时间内达到纵向和轴向的充分混合目的。外循环的方式可以使溶解罐内的液体混合更加充分，持续循环方式也可以避免罐内局部发生结晶或堵塞问题。
进一步的，利用溶液配制罐顶部设置的喷雾系统，有效压制投料时扬起的粉尘，降低物料损耗，确保环保要求。
附图说明
图1为本发明实例中一种基于SNCR的联合脱汞方法的工艺流程图。
图2为本发明实例中所述的溶液配制罐的结构示意图。
图中：1为加热蒸汽输送管；2为除盐水输送管；3为尿素计量输送管；4为氯化铵计量输送管；5为溶液配制罐；6为溶液储罐；7为溶液泵；8为循环泵；9为喷射进口；10为SNCR系统；11为喷枪；51为除盐水进口；52为原料进料口；53为温度传感器；54为喷雾系统；55为壳体；56为主轴；57为辅轴；58为外循环系统；59为蒸汽进口。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种基于SNCR的联合脱汞方法，将固体氯化铵同尿素一起作为原料加入到SNCR系统中，形成尿素和氯化铵的混合溶液，然后一同经SNCR系统喷射到对应的烟道内，通过尿素和氯化铵受热分解得到的NH3对烟气中NOx进行还原脱除，通过氯化铵受热分解得到的HCl对烟气中零价汞进行氧化脱除。在将固体氯化铵同尿素一起作为原料加入到SNCR系统中时，固体氯化铵和尿素按所需比例混合后加入或按所需比例依次加入；所需的比例为按脱除NOx和零价汞的需求量对尿素和氯化铵固体分别进行计量，从而实现按比例加入。
本发明一种基于SNCR的联合脱汞装置，如图1所示，其包括两套分别独立的计量系统，连接在两套计量系统输出端的一套溶液配制系统，以及依次连接在溶液配制系统输出端的溶液输送系统和溶液喷射系统；溶液喷射系统包括喷射进口9和喷枪11；喷射进口9设置在SNCR系统10中的炉膛上，喷枪11连接在喷射进口9上并伸入炉膛设置；两套计量系统分别用于按脱除NOx和零价汞的需求量对尿素和氯化铵固体进行计量。本优选实例中，溶液配制系统上分别连接加热蒸汽输送管1，除盐水输送管2，共用输出端的尿素计量输出管3和氯化铵计量输出管4；溶液配制系统的输出端经溶液泵7连接溶液输送系统中的溶液储罐6，溶液储罐6的输出端经循环泵8连接喷射进口9。
如图1和图2所示，溶液配制系统包括溶液配制罐5；溶液配制罐5包括设置有蒸汽夹层的壳体55，设置在顶部的原料进料口52，从顶部沿轴线伸入溶液配制罐5内的搅拌轴，以及连通溶液配制罐5上部和下部的外循环系统58；搅拌轴同轴设置的主轴56和辅轴57，主轴56和辅轴57上交错设置有搅拌臂和/或搅拌叶片；主轴56的上端设置除盐水进口51，主轴56伸入溶液配制罐5的部分沿周向设置有出水孔；原料进料口52用于加入按脱除NOx和零价汞的需求量计量的尿素和氯化铵固体；壳体55的底部设置有混合溶液的出料口，一侧设置有与蒸汽夹层连通的蒸汽进口59。本优选实例中，溶液配制罐5采用圆筒式搅拌釜。溶液配制罐5上设置有用于控制蒸汽进口59中输入蒸汽量的温度传感器53。溶液配制罐5的顶部内侧设置有喷雾系统54；喷雾系统54的输入端与除盐水进口51连通设置，喷雾系统54的喷枪均匀设置在溶液配制罐5的顶部内侧。
具体的，本发明一种基于SNCR的联合脱汞方法，通过引入的NH4Cl溶液，当其与尿素混合喷入炉腔中时，加热至100℃时开始分解，337.8℃时完全分解为氨气和氯化氢气体，满足氯化铵分解反应的温度段就可以获得零价汞的氧化剂HCl，进行脱汞处理；同时，尿素CO(NH2)2当温度高于60℃时开始水解反应生成NH3和CO2。其中NH4Cl溶液与SNCR的尿素溶液，共用一套溶液配置系统、一套溶解输送系统、一套溶液喷射系统，利用现有的尿素溶液配制系统、输送系统和喷射系统，不增加额外的设备和管道；最后一并喷入炉膛的同一个位置，在炉膛高温下，分别获得汞的氧化剂HCl和脱硝还原剂NH3，涉及的反应过程如下：
CO(NH2)2+H2O→CO2+NH3
NH4Cl→NH3+HCl
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NH3+2NO+2O2→3N2+6H2O
8NH3+6NO→7N2+12H2O
该方案的氯化铵进料与尿素进料，进行溶液配制时，优选的共用一个溶液配制罐为圆筒式搅拌釜，罐的壳层通入热源，可利用现场低品质的蒸汽对混合溶液进行持续加热，促进原料溶解的同时预防冷却结晶。溶液配制罐罐顶设置一个原料进料口，作为氯化铵颗粒和尿素颗粒的公共进料口，一个除盐水的进料口，一个液位计，一个温度显示器，罐底部侧面有一个溶液输出口，连接输送管道；罐顶的除盐水进料口设置在搅拌器主机轴上，通过计量后，从搅拌器主机轴的内筒中进入罐内，伸入罐内部的主机轴上360°方向均匀分布进水孔，使搅拌器工作的时候，进水各方向各层面立体均匀，保证不会有进料干粉团聚的问题出现。
溶液配制罐的搅拌器采用双搅拌外循环的方式，伴有一定的搅拌速度，促进原料氯化铵颗粒和尿素颗粒的溶解。两根搅拌轴上的多组搅拌臂和叶片组成搅拌装置，保证筒体内混合物料在最短的时间内达到纵向和轴向的充分混合目的。外循环的方式可以使溶解罐内的液体混合更加充分，持续循环方式也可以避免罐内局部发生结晶或堵塞问题。
初次开机时，要保证在有一定液位的水量时进料，根据计算量匀速进料，同时匀速进水，利用搅拌器恒定转速时的阻力矩信息来调节进水量，粗调混合溶液浓度，直至原料氯化铵、原料尿素、除盐水都达到计算量，搅拌一定时间后，就地取样测量混合溶液的密度，微调混合溶液密度直到负荷要求。
溶解罐顶盖设置喷雾系统，有效压制投料时扬起的粉尘，降低物料损耗，确保环保要求。溶解罐的加热源是通过罐附带的自动感温器来控制加热蒸汽的进料量，可在罐内混合溶液温度达到设定温度时自动停止，或者未达到设定温度时自动开启，使溶解罐的温度始终恒定在初设温度。
在同一个溶液配制罐，先后加入经过计量的尿素原料和氯化铵原料，其中，尿素原料为袋装固体颗粒，氯化铵原料为袋装固体颗粒，均满足出厂合格品参数要求；共用一套溶解输送系统，即经过溶解罐溶解后的混合原料溶液，通过计量泵计量后，泵送到喷射系统；共用一套喷射系统，即混合溶液经过泵送到喷射系统，直接将混合溶液输送到炉膛喷射口，喷射口共用；
原料氯化铵和尿素经过各自计量后，按照设计的要求，针对处理烟气中NOx浓度和汞浓度的减排要求，调整不同的进料配比，以此获得不同的混合溶液配比浓度，从而获得不同浓度的NH3和HCl进行脱硝脱汞反应。
在溶解罐的顶部进料口先后依次加入，或者室温下混合加入，进料速度均匀慢速，尽可能的降低干粉抱团溶解不充分的问题出现。
在炉膛温度900为1150℃下，喷入的尿素溶液受热分解为NH3和CO2，喷入的氯化铵溶液受热分解为NH3和HCl，其中，NH3是烟气中NOx的还原剂，HCl是烟气中零价汞的氧化剂；基于SNCR的脱汞技术，将氯化铵溶液与尿素溶液一并喷入炉膛，高温分解后的产物NH3和HCl可同时进行脱硝脱汞处理；获得的NH3和HCl可分别发生氧化还原反应，反应后的烟可以满足环保要求的脱硝脱汞排放指标；初投资成本低、改造方便，不增加额外的设备管道，适宜联合应用其他烟气处理技术，在燃煤电厂尤其是老厂的脱硝改造上有较为广泛的应用前景。
本发明一套公用的原料溶解系统、一套公用的溶液输送系统、一套公用的溶液喷射系统构成；尿素原料和氯化铵原料分别经过计量后，在自带加热和搅拌功能的圆筒式溶解罐内溶解，形成尿素和氯化铵的混合溶液；混合溶液由泵送到喷射系统，经过流量计量后由喷射系统同时喷入炉膛的某个位置；喷入炉膛后的混合溶液受热发生反应，分解后获得NH3和HCl气体；在合适的温度窗口内NH3作为脱硝还原剂，与烟气的NOx反应转化，达到NOx的燃煤烟气污染物排放要求；在合适的温度范围内，HCl与烟气中的汞发生氧化反应，零价汞转化为二价汞后进行处理，达到环保要求中汞的排放标准；其中，脱硝还原剂的量由尿素溶液进料量的多少进行调控，汞氧化剂的量由氯化铵溶液进料量的多少进行调控；
如图2所示，溶液配制罐5的罐体外部壳体55经蒸汽进口59通入蒸汽对罐内的混合溶液进行保温加热，同时促进混合溶液的溶解。溶液配制罐5采用双搅拌方式，由主、辅两根搅拌轴组成，两个轴上布置多组搅拌臂和叶片，可以保证筒体内混合物料在最短的时间内达到纵向和轴向的充分混合目的。溶解罐采用外循环系统58进行外循环，使溶液配制罐5内的液体混合更加充分，持续循环方式避免罐内局部发生结晶或堵塞问题。溶液配制罐5顶盖设置喷雾系统54，有效压制投料时扬起的粉尘，降低物料损耗，确保环保要求。溶解罐的温度传感器53根据罐内温度来控制加热蒸汽的进料量，可在罐内混合溶液温度达到设定温度时自动停止，或者未达到设定温度时自动开启，使溶解罐的温度始终恒定在初设温度。

Claims (4)

1.一种基于SNCR的联合脱汞装置，其特征在于，包括两套分别独立的计量系统，连接在两套计量系统输出端的一套溶液配制系统，以及依次连接在溶液配制系统输出端的溶液输送系统和溶液喷射系统；溶液喷射系统包括喷射进口(9)和喷枪(11)；喷射进口(9)设置在SNCR系统(10)中的炉膛上，喷枪(11)连接在喷射进口(9)上并伸入炉膛设置；
所述的两套计量系统分别用于按脱除NOx和零价汞的需求量对尿素和氯化铵固体进行计量；
所述的溶液配制系统包括溶液配制罐(5)；
溶液配制罐(5)包括设置有蒸汽夹层的壳体(55)，设置在顶部的原料进料口(52)，从顶部沿轴线伸入溶液配制罐(5)内的搅拌轴，以及连通溶液配制罐(5)上部和下部的外循环系统(58)；
搅拌轴包括同轴设置的主轴(56)和辅轴(57)，主轴(56)和辅轴(57)上交错设置有搅拌臂和/或搅拌叶片；主轴(56)的上端设置除盐水进口(51)，主轴(56)伸入溶液配制罐(5)的部分沿周向设置有出水孔；
原料进料口(52)用于加入按脱除NOx和零价汞的需求量计量的尿素和氯化铵固体；
壳体(55)的底部设置有混合溶液的出料口，一侧设置有与蒸汽夹层连通的蒸汽进口(59)；
溶液配制系统上分别连接加热蒸汽输送管(1)，除盐水输送管(2)，共用输出端的尿素计量输出管(3)和氯化铵计量输出管(4)；溶液配制系统的输出端经溶液泵(7)连接溶液输送系统中的溶液储罐(6)，溶液储罐(6)的输出端经循环泵(8)连接喷射进口(9)。
2.根据权利要求1所述的一种基于SNCR的联合脱汞装置，其特征在于，溶液配制罐(5)采用圆筒式搅拌釜。
3.根据权利要求1所述的一种基于SNCR的联合脱汞装置，其特征在于，溶液配制罐(5)上设置有用于控制蒸汽进口(59)中输入蒸汽量的温度传感器(3)。
4.根据权利要求1所述的一种基于SNCR的联合脱汞装置，其特征在于，溶液配制罐(5)的顶部内侧设置有喷雾系统(54)；喷雾系统(54)的输入端与除盐水进口(51)连通设置，喷雾系统(54)的喷枪均匀设置在溶液配制罐(5)的顶部内侧。
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