CN105289233B - 一种燃煤锅炉sncr和scr联合脱硝系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝系统，包括锅炉SNCR反应系统和SCR反应器；锅炉SNCR反应系统包括锅炉，尿素溶液分配模块和计量模块，以及由尿素溶液分配模块和计量模块连接的尿素喷射系统和尿素供应系统；尿素喷射系统包括在锅炉炉膛燃烧区上部标高为25m至40m范围内呈多层布设的短喷枪，和锅炉折焰角位置呈多层布设的多孔长喷枪，每层至少一支的多孔长喷枪竖直伸入锅炉内部布设，并延伸贯穿其所在横断面；SCR反应器通过烟气混合器连接于锅炉尾部；SCR反应器内，位于省煤器和空气预热器之间的空间设置多层蜂窝式催化剂。所述方法使进入SCR催化剂入口截面的氨氮摩尔比分布均匀，提高SCR反应器的脱硝效率。

Description

一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝系统及方法

技术领域

本发明涉及电厂脱硝系统，具体为一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝系统及方法。

背景技术

在我国能源结构中，煤炭占有主要地位。煤炭消费的很大一部分用于电力生产。燃煤发电所产生的氮氧化物(NOx)是造成大气污染的主要污染物之一。

降低燃煤电站NOx排放可通过低NOx燃烧、选择性非催化还原脱硝(SNCR)和选择性催化还原脱硝(SCR)等技术来实现。低NOx燃烧是根据NOx在锅炉内的生成机理，使用低NOx燃烧方法，低NOx燃烧器和低NOx炉膛等技术以减少氮氧化物的产生量。选择性非催化还原脱硝技术是将含有氨基的还原剂，喷入炉膛温度为800-1100℃的区域，还原剂迅速分解释放出NH₃并与烟气中的NOx发生反应生成无害的氮气和水。SNCR技术脱硝效率一般为30％-50％，以氨水做还原剂为例，主要反应为：

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O

4NH₃+2NO+2O₂→4N₂+6H₂O

8NH₃+6NO₂→7N₂+12H₂O

选择性催化还原脱硝技术是以液氨或氨水作为还原剂，将其与空气混合后喷入SCR脱硝反应器上游的烟道中，在催化剂的作用下与烟气中的氮氧化物反应生成氮气和水排出体系。SCR脱硝效率可达80％以上。

2011年7月，国家环境保护部发布了新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)，对火电厂氮氧化物排放限值做了进一步严格限制，规定所有新建火电机组自2012年1月1日起、所有现役机组自2014年7月1日起都将执行新版氮氧化物排放标准。根据新标准，大部分燃煤电厂需要进行脱硝技术改造。对于燃煤锅炉，单独使用SNCR技术难以达到较高的脱硝效率；单独使用SCR技术能够达到较高的脱硝效率，但同时所耗费的成本较高，且工程难度较大。SNCR+SCR联合脱硝技术脱硝效率高，改造成本相对较低，且工程难度小，是一种有前景的烟气脱硝技术。

现有的SNCR+SCR联合脱硝技术中，如发明专利201010130558.3燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝的实现方法，使用单喷嘴喷枪(即墙式短喷枪)将尿素溶液喷入炉膛，由于单喷嘴喷枪喷入炉膛的距离有限，不能很好的使热解生成的NH₃和HNCO与烟气中的NOx混合均匀，尽管在烟道转向室处设置了蒸汽扰流装置，但此蒸汽扰流装置也只能在一定程度上改善NH₃和HNCO与烟气中NOx的混合均匀性。由于现有技术不能使尿素热解产生的NH₃和HNCO与烟气中NOx混合均匀，所以在一定程度上限制了SCR的脱硝效率。若进入SCR反应器的氨氮摩尔比在截面上分布不均匀，很容易造成大量的氨逃逸离开SCR反应器进入空气预热器。在空气预热器中，烟气中的氨遇到SO₃会生成NH₄HSO₄，NH₄HSO₄附着在空气预热器的冷端受热面上，粘附烟气中的灰尘，易造成空气预热器堵塞，并对其造成腐蚀。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种结构合理，成本低，效率高，方便现有系统进行改造的燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝系统及方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝系统，包括锅炉SNCR反应系统和SCR反应器；

所述的锅炉SNCR反应系统包括锅炉，尿素溶液分配模块和计量模块，以及由尿素溶液分配模块和计量模块连接的尿素喷射系统和尿素供应系统；尿素喷射系统包括在锅炉炉膛燃烧区上部标高为25m至40m范围内呈多层布设的短喷枪，和锅炉折焰角位置呈多层布设的多孔长喷枪，每层至少一支的多孔长喷枪竖直伸入锅炉内部布设，并延伸贯穿其所在横断面；

所述的SCR反应器通过烟气混合器连接于锅炉尾部；在SCR反应器内，位于省煤器和空气预热器之间的空间设置多层蜂窝式催化剂。

优选的，短喷枪设置空气冷却系统，多孔长喷枪内设置水冷却系统，短喷枪和多孔长喷枪与锅炉的连接位置上设置用于控制对应喷枪推进和缩回的往复传动机构。

优选的，每层蜂窝式催化剂内分别设置吹灰器。

优选的，尿素喷射系统还包括冷却水源和压缩空气源，以及分别连接在压缩空气源输出端的冷却空气管路和雾化空气管路，连接在冷却水源1输出端的冷却水管路；所述的尿素溶液分配模块包括并行的两路分配管路；所述的计量模块包括两路计量管路，以及共同连接在两路计量管路输出端的混合器；冷却空气管路连接短喷枪输入端；冷却水管路连接多孔长喷枪的输入端；雾化空气管路经一路分配管路后分别连接短喷枪和多孔长喷枪的输入端；混合器的输出端经另一路分配管路后分别连接短喷枪和多孔长喷枪的输入端。

进一步，尿素供应系统包括依次连接的尿素溶液制备系统和尿素溶液稀释系统；尿素溶液制备系统包括依次连接的尿素颗粒仓，尿素溶解罐和尿素溶液转存泵；尿素溶液稀释系统包括除盐水储罐，稀释水泵，50％质量浓度尿素溶液储罐和尿素溶液循环泵；

除盐水储罐的输出端分别连接稀释水泵和尿素溶解罐的输入端，稀释水泵的输出端连接一路计量管路；尿素溶液转存泵的输出端连接50％质量浓度尿素溶液储罐的输入端，50％质量浓度尿素溶液储罐的输出端连接尿素溶液循环泵的输入端，尿素溶液循环泵的输出端分别连接另一路计量管路和50％质量浓度尿素溶液储罐的输入端。

本发明一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝方法，在如本发明所述的燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝系统依次进行SNCR和SCR反应；具体的，在进行SNCR反应时，向锅炉炉膛内温度窗口为800-1100℃的位置加入质量浓度为5-20％的尿素溶液，该溶液以液体雾滴喷射的方式，通过短喷枪和多孔长喷枪喷入炉膛，在炉膛中尿素溶液热分解为还原剂NH₃和HNCO，部分NH₃在炉膛内即与烟气中的NOx进行SNCR反应，生成无害的N₂和H₂O；

未反应的NH₃、HNCO和NOx随烟气至锅炉出口烟道并进行换热降温，烟气于300-420℃下进入烟气混合器，在烟气混合器的作用下，NH₃、HNCO和NOx混合均匀后进入烟道式SCR反应器中，在催化剂表面进行SCR反应时，将烟气中的NOx转换为N₂，完成对烟气的脱硝。

优选的，NOx多孔长喷枪喷出的雾化尿素颗粒能够覆盖锅炉出口烟道的横断面。

优选的，在SCR反应时，催化剂的活性物种为V₂O₅和WO₃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明所述的脱硝系统，通过锅炉炉腔内设置的两类喷枪，在满足SNCR反应要求的同时，增加喷入炉膛中尿素溶液的覆盖率，使还原剂与NOx在SNCR反应和SCR反应中混合均匀，同时在尾部烟道上还设置了烟气混合器，更好的改善了还原剂与NOx的混合均匀性，极大的提高了进入SCR反应器入口截面上的氨氮摩尔比分布均匀性，避免了现有工艺中还原剂与NOx混合不均匀导致的整体脱硝效率低，氨逃逸过大而造成的设备堵塞和腐蚀问题，实现了NOx的高效低成本脱除，在提高脱硝效率的同时降低了还原剂用量，从而降低脱硝系统的运行成本。

进一步的，多孔长喷枪的枪管上设置的多个可拆卸喷嘴，方便对其喷射范围进行调整，以及使喷枪便于维护；利用多孔长喷枪中设有水冷却系统，避免了其在锅炉炉膛中高温烧蚀；通过配置的往复传动机构实现推进和缩回操作，方便不投运时喷枪及时退出炉膛避免高温受热，同时简化尿素喷射系统的清理，检修和更换过程。

本发明所述的方法，通过在脱硝系统的基础上，利用尿素供应系统和计量模块保证尿素溶液浓度的配比，通过分配模块对进入锅炉的尿素溶液进行合理的分配，保证还原剂均匀分布的同时，能够精确的控制还原剂的加入量，保证反应的充分进行，同时降低氨逃逸的量避免了对空预器的腐蚀；使进入SCR催化剂入口截面的氨氮摩尔比分布均匀，提高SCR反应器的脱硝效率，从而达到SNCR和SCR系统整体较高的脱硝效率和较少的氨逃逸。

附图说明

图1为本发明实例中所述的联合脱硝系统的结构示意图。

图中：1为冷却水源；2为冷却水管路；3压缩空气源；4为冷却空气管路；5为雾化空气管路；6为尿素溶液分配模块；71为短喷枪；72为多孔长喷枪；8为锅炉；9为烟气混合器；10为SCR反应器；11为催化剂；12为混合器；13为计量模块；14为除盐水储罐；15为稀释水泵；16为50％质量浓度尿素溶液储罐；17为尿素溶液循环泵；18为尿素颗粒仓；19为尿素溶解罐；20为尿素溶液转存泵。

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。

本发明一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝方法，通过锅炉SNCR反应时在炉腔内设置的短喷枪71和多孔长喷枪72，同时利用锅炉尾部烟道设置的烟气混合器9和SCR烟道式反应器，无需增设SCR还原剂喷射装置，克服现有工艺中还原剂与NOx混合不均匀导致的脱硝效率低，氨逃逸较大造成的设备堵塞和腐蚀问题，实现SNCR和SCR系统整体较高的脱硝效率。同时SCR反应器能够利用锅炉尾部烟道进行改造，节省了SCR工程所需的占地面积，降低了工程投资。

SNCR和SCR反应依次在系统中进行，向锅炉炉膛内温度窗口为800-1100℃的位置加入质量浓度为5-20％的尿素溶液，该溶液以液体雾滴喷射的方式，通过短喷枪71和多孔长喷枪72喷入炉膛，在炉膛中尿素溶液热分解为还原剂NH₃和HNCO，部分NH₃在炉膛内即与烟气中的NOx进行SNCR反应，生成无害的N₂和H₂O，未反应的NH₃、HNCO和NOx随烟气至锅炉出口烟道，进行换热降温，在此过程中，烟气随流动过程进一步混合。烟气于300-420℃下进入烟气混合器9和烟道式反应器，上述经烟气混合器9进一步扰动混合均匀的烟气在流经烟道式反应器时，于催化剂表面进行SCR反应，将烟气中的NOx转换为N₂。在SCR反应中所用催化剂活性物种为V₂O₅及WO₃。所述还原剂尿素溶液与烟气中NOx的摩尔比为1：1至2：1之间。

系统中尿素溶液由尿素喷射系统和尿素供应系统配置。尿素喷射系统包括冷却水源1和压缩空气源3，以及分别连接在压缩空气源3输出端的冷却空气管路4和雾化空气管路5；连接在冷却水源1输出端的冷却水管路2。尿素溶液分配模块6包括并行的两路分配管路；计量模块13包括两路计量管路，以及共同连接在两路计量管路输出端的混合器12；冷却空气管路4连接短喷枪71的输入端；雾化空气管路5经一路分配管路后分别连接短喷枪71和多孔长喷枪72的输入端；混合器12的输出端经另一路分配管路后分别连接短喷枪71和多孔长喷枪72的输入端。

尿素供应系统包括依次连接的尿素溶液制备系统和尿素溶液稀释系统；尿素溶液制备系统包括依次连接的尿素颗粒仓18，尿素溶解罐19和尿素溶液转存泵20；尿素溶液稀释系统包括除盐水储罐14，稀释水泵15，50％质量浓度尿素溶液储罐16和尿素溶液循环泵17；除盐水储罐14的输出端分别连接稀释水泵15和尿素溶解罐19的输入端，稀释水泵15的输出端连接一路计量管路；尿素溶液转存泵20的输出端连接50％质量浓度尿素溶液储罐16的输入端，50％质量浓度尿素溶液储罐16的输出端连接尿素溶液循环泵17的输入端，尿素溶液循环泵17的输出端分别连接另一路计量管路和50％质量浓度尿素溶液储罐16的输入端。

喷射尿素溶液的喷枪分为短喷枪71和多孔长喷枪72。短喷枪71为固定或是带有伸缩机构的墙式短喷枪，伸入炉膛内壁面10～50mm左右。短喷枪71为单喷嘴结构，喷嘴位于喷枪最前端。该喷枪采用耐高温冲击、抗热变形、耐磨、耐腐蚀的结构。利用压缩空气作为冷却系统。多孔长喷枪72，能够完全伸入炉膛，覆盖炉膛横断面，该喷枪采用耐高温冲击、抗热变形、耐磨、耐腐蚀的结构。喷枪管上设置多个喷嘴，喷嘴为可拆卸结构。为防止多孔喷枪在锅炉炉膛中高温烧蚀，在多孔喷枪上设有水冷却系统。多孔喷枪配置推进和缩回机构，方便不投运的喷枪及时退出炉膛避免高温受热，同时简化尿素喷射系统的清理，检修和更换过程。

在SCR反应时，所需要的还原剂由布置在800℃～1100℃的温度区间内的短喷枪71和多孔长喷枪72提供。在锅炉炉膛燃烧区上部标高为25m至40m范围，于锅炉前墙和侧墙交替布设2层到3层短喷枪71，每层布设6-30支；同时在锅炉折焰角处竖直布设2-4层多孔长喷枪72，每层布设至少1支，延伸贯穿整个炉膛。多孔长喷枪72和烟气混合器9的设置，使进入SCR催化剂入口截面的还原剂和NOx浓度均匀分布，提高了SCR反应器的脱硝效率，达到SNCR+SCR整体较高的脱硝效率。

为实现上述改造后脱硝系统最佳效果，需要按照锅炉不同负荷工况，在各种组合运行状态下，分别对SNCR脱硝装置的喷氨层数、各层喷氨量和总喷氨量进行调整，并进行优化组合实验，最终找出锅炉在不同负荷工况下脱硝系统的最佳投用方式，达到系统经济运行，NOx达标排放的目的。

本发明利用整体的结构设置和工艺方法的改进，增加SNCR和SCR系统中还原剂与烟气中NOx摩尔浓度比值的分布均匀性，使进入SCR催化剂入口截面的还原剂和NOx浓度比值均匀分布，提高SCR催化剂的使用功效和SNCR脱硝系统中还原剂的利用率，使两者的协同作用增强，减轻了脱硝系统中“氨逃逸”的问题，达到SNCR+SCR整体较高的脱硝效率。

本发明所述的方法，通过在脱硝系统的基础上，利用尿素供应系统和计量模块保证尿素溶液浓度的配比，通过分配模块对进入锅炉的尿素溶液进行合理的分配，保证还原剂均匀分布的同时，能够精确的控制还原剂的加入量，保证反应的充分进行，同时降低氨逃逸的量避免了对空预器的腐蚀；使进入SCR催化剂入口截面的氨氮摩尔比分布均匀，提高SCR反应器的脱硝效率，从而达到SNCR和SCR系统整体较高的脱硝效率和较少的氨逃逸。

Claims (8)

1.一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝系统，其特征在于，包括锅炉SNCR反应系统和SCR反应器；

所述的锅炉SNCR反应系统包括锅炉(8)，尿素溶液分配模块(6)和计量模块(13)，以及由尿素溶液分配模块(6)和计量模块(13)连接的尿素喷射系统和尿素供应系统；尿素喷射系统包括在锅炉(8)炉膛燃烧区上部标高为25m至40m范围内呈多层布设的短喷枪(71)，和锅炉折焰角位置呈多层布设的多孔长喷枪(72)，每层至少一支的多孔长喷枪(72)竖直伸入锅炉(8)内部布设，并延伸贯穿其所在横断面；多孔长喷枪(72)内设置水冷却系统，多孔长喷枪(72)喷出的雾化尿素颗粒能够覆盖锅炉出口烟道的横断面；

所述的SCR反应器(10)通过烟气混合器(9)连接于锅炉(8)尾部；在SCR反应器(10)内，位于省煤器和空气预热器之间的空间设置多层蜂窝式催化剂(11)。

2.根据权利要求1所述的一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝系统，其特征在于，所述的短喷枪(71)设置空气冷却系统，短喷枪(71)和多孔长喷枪(72)与锅炉(8)的连接位置上设置用于控制对应喷枪推进和缩回的往复传动机构。

3.根据权利要求1所述的一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝系统，其特征在于，每层蜂窝式催化剂内分别设置吹灰器。

4.根据权利要求1所述的一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝系统，其特征在于，所述的尿素喷射系统还包括冷却水源(1)和压缩空气源(3)，以及分别连接在压缩空气源(3)输出端的冷却空气管路(4)和雾化空气管路(5)，连接在冷却水源1输出端的冷却水管路(2)；

所述的尿素溶液分配模块(6)包括并行的两路分配管路；

所述的计量模块(13)包括两路计量管路，以及共同连接在两路计量管路输出端的混合器(12)；

冷却空气管路(4)连接短喷枪(71)输入端；

冷却水管路(2)连接多孔长喷枪(72)的输入端；

雾化空气管路(5)经一路分配管路后分别连接短喷枪(71)和多孔长喷枪(72)的输入端；

混合器(12)的输出端经另一路分配管路后分别连接短喷枪(71)和多孔长喷枪(72)的输入端。

5.根据权利要求4所述的一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝系统，其特征在于，所述的尿素供应系统包括依次连接的尿素溶液制备系统和尿素溶液稀释系统；尿素溶液制备系统包括依次连接的尿素颗粒仓(18)，尿素溶解罐(19)和尿素溶液转存泵(20)；尿素溶液稀释系统包括除盐水储罐(14)，稀释水泵(15)，50％质量浓度尿素溶液储罐(16)和尿素溶液循环泵(17)；

除盐水储罐(14)的输出端分别连接稀释水泵(15)和尿素溶解罐(19)的输入端，稀释水泵(15)的输出端连接一路计量管路；尿素溶液转存泵(20)的输出端连接50％质量浓度尿素溶液储罐(16)的输入端，50％质量浓度尿素溶液储罐(16)的输出端连接尿素溶液循环泵(17)的输入端，尿素溶液循环泵(17)的输出端分别连接另一路计量管路和50％质量浓度尿素溶液储罐(16)的输入端。

6.一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝方法，其特征在于，在如权利要求1所述的燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝系统依次进行SNCR和SCR反应；具体的，在进行SNCR反应时，向锅炉炉膛内温度窗口为800-1100℃的位置加入质量浓度为5-20％的尿素溶液，该溶液以液体雾滴喷射的方式，通过短喷枪(71)和多孔长喷枪(72)喷入炉膛，在炉膛中尿素溶液热分解为还原剂NH₃和HNCO，部分NH₃在炉膛内即与烟气中的NOx进行SNCR反应，生成无害的N₂和H₂O；

未反应的NH₃、HNCO和NOx随烟气至锅炉出口烟道并进行换热降温，烟气于300-420℃下进入烟气混合器(9)，在烟气混合器(9)的作用下，NH₃、HNCO和NOx混合均匀后进入烟道式SCR反应器(10)中，在催化剂表面进行SCR反应时，将烟气中的NOx转换为N₂，完成对烟气的脱硝。

7.根据权利要求6所述的一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝方法，其特征在于，NOx多孔长喷枪(72)喷出的雾化尿素颗粒能够覆盖锅炉出口烟道的横断面。

8.根据权利要求6所述的一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝方法，其特征在于，在SCR反应时，催化剂的活性物种为V₂O₅和WO₃。