CN105642101A - 一种烟气再循环与sncr联合脱硝工艺系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烟气再循环与SNCR联合脱硝工艺系统，该系统主要由烟气再循环系统和SNCR非催化还原脱硝系统组成，对于CFB锅炉，一次风为炉底进风，用来输送、干燥煤粉，同时为燃料在燃烧初期提供足够的氧气，为密相区域的流态化风，二次风从锅炉的上部某位置切向进入，增强气流扰动，使上部稀相段达到一定的风速以及助燃等作用，通过在锅炉排烟前抽取一部分低温烟气直接送入炉内，改造后的烟气进入SNCR脱硝系统，系统的计量分配模块可精确计量和独立控制锅炉每个喷射区的反应剂浓度，进而使循环流化床锅炉的NOx排放值控制在较低水平，在较小的运行成本下，降低烟气出口氮氧化物的含量，使之达标排放。

Description

一种烟气再循环与SNCR联合脱硝工艺系统

技术领域

本发明涉及工艺装置，具体涉及一种烟气再循环与SNCR联合脱硝工艺系统，其用于提高脱硝效率。

背景技术

自20世纪80年代以来，针对CFB锅炉内NOx的生成机理，许多学者进行了大量的研究并取得了不少有益的结论。在燃煤锅炉产生的NOx中，NO具有更高的热力学稳定性，占整个NOx生成量的比例超过90％。宏观而言，燃煤过程中NOx的生成途径主要有热力型、燃料型和快速型3种。由于CFB锅炉燃烧温度较低(通常小于1000℃)，不具备热力型NOx生成的高温条件(约1300℃)，因此几乎没有热力型NOx生成，这也是CFB锅炉原始NOx排放水平偏低的主要原因。而快速型NOx一般只在CHi基团浓度较高且较为贫氧的环境中生成。因此，CFB锅炉中生成的NOx主要为煤中所含的氮元素经过复杂的化学过程转化而来的燃料型NOx。

NOx生成过程主要集中在CFB锅炉密相区，尤其是在给煤口附近。NOx随烟气沿CFB锅炉炉膛高度方向向上流动，直至炉膛出口，质量浓度沿高度呈下降趋势。一方面，二次风的加入稀释了NOx质量浓度；同时，炉内高体积分数的CO和未燃尽焦炭都对NOx起到显著的还原作用。国内CFB锅炉多燃用无烟煤、石油焦、贫煤等低反应活性燃料，单位时间燃烧速率低，因此需要更多的反应表面，造成物料中碳存量较高，所以炉膛内还原性较强，炉膛出口CO体积分数可达10000ppm。已有研究表明，CO和NOx在焦炭表面发生的气固异相反应是NOx还原的最重要反应，该结论已在小型热态CFB试验台上得以验证。

烟气再循环是从尾部烟气出口抽出烟气，加入二次风或一次风中。加入二次风时，火焰中心不受影响.唯一作用是降低火焰温度和助燃空气的氧浓度。此方法对热力型NOx所占份额较大的液态排渣炉、燃油和燃气锅炉有效.对于热力型NOx所占份额不大的干态排渣炉作用有限。利用烟气再循环，燃气、燃油锅炉NOx减少量可达50％，燃煤锅炉NOx减少量可达20％。烟气再循环法的脱NOx效果不仅与燃料种类有关，而且与再循环烟气量有关，当烟气再循环倍率增加时，NOx减少，但进一步增大循环倍率。NOx的排放将趋于一个定值，该值随燃料含氮量增加而增大，但若循环倍率过大，炉温降低太多，会导致燃烧损失增加。因此，烟气再循环率一般不超过30％。大型锅炉控制在10％,--20％。当燃用难着火煤种时。由于受炉温和燃烧稳定性降低的限制，烟气再循环法不适用。

SNCR脱硝技术又被称为选择性非催化还原法，是一种不用催化剂，在高温烟气中喷射还原剂，将NOx还原为N2的工艺方法，该工艺方法的脱硝效率一般位于30～70％之间，适合于对NOx排放要求限值不高或烟气NOx排放较低的行业，该工艺方法具有投资及运行成本低，维护及操作简单，占地面积小等优点，在石油化工、电力、水泥、钢铁、冶金等行业获得了广泛应用。

发明内容

本发明解决的技术问题是一种烟气再循环与SNCR联合脱硝工艺系统，将烟气再循环系统与SNCR脱硝工艺结合在一起，使循环流化床锅炉的NOx排放值控制在较低水平，在较小的运行成本下，降低烟气出口氮氧化物的含量，使之达标排放。

本发明的技术解决方案为：

一种烟气再循环与SNCR联合脱硝工艺系统，包括烟气再循环系统和SNCR脱硝系统，其特征在于，

所述烟气再循环系统包括一与锅炉烟气出口连接的静电除尘器，所述静电除尘器通过输出管道连接锅炉引风机排出；一与所述静电除尘器输出管道连接的二次风烟气循环管路，所述二次风烟气循环管路上设置有引风机将尾部烟气重新送至锅炉内形成二次进风；

所述SNCR脱硝系统包括一伸入锅炉内的喷射模块，所述喷射模块连接有氨水储罐，所述氨水储罐内的氨水通过氨水供应泵加压送至喷射模块；还包括一通过管道连接喷射模块的空气储罐，所述空气储罐释放的雾化空气与所述氨水在所述喷射模块内混合后喷出。

在本发明的一个优选实施例中，所述尾部烟气与所述氨水的质量比为1.5-2。

在本发明的一个优选实施例中，所述氨水储罐内的氨水质量浓度为10％～15％。

在本发明的一个优选实施例中，所述雾化空气0.4～0.6MPa，且所述氨水与雾化空气的流量比为2.5％～3.5％。

在本发明的一个优选实施例中，所述喷射模块还设置有接收冷却空气的输入端，所述喷射模块工作之前或者工作过程中不断对喷射模块通入冷却空气用于对喷射模块的喷枪冷却降温。

在本发明的一个优选实施例中，所述二次风烟气循环管路设置有二次风流量测量装置，并与同样设置于所述二次风烟气循环管路上的电动调节风门配合使用以控制二次进风为锅炉烟气量的15～20％。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1、采用烟气再循环，不影响锅炉效率，且可降低出口氮氧化物的含量25％左右。

2、SNCR系统能够自动调节和控制氨水喷射量，在保证脱硝效率前提下减少系统运行成本。

3、SNCR计量分配模块能够根据锅炉内烟气负荷及排放烟气中NOx、氨气的在线监测情况，控制氨水、压缩空气的流量及其控制参数，使系统能够根据负荷变化自动调节工艺参数。

4、喷枪能适应不同的稀氨水的流量，在流量变化幅度较大时也能保持优良的雾化效果。

5、脱硝各模块集成，方便现场的安装调试及维修。

附图说明

图1是本发明的系统工艺流程图

具体实施方式

下面结合工艺系统图对本发明作进一步详细描述：

参照图1，一种烟气再循环与SNCR联合脱硝工艺系统，包括烟气再循环系统和SNCR脱硝系统，所述烟气再循环系统包括一与锅炉烟气出口连接的静电除尘器1，所述静电除尘器1通过输出管道连接锅炉引风机2排出；一与所述静电除尘器输出管道连接的二次风烟气循环管路，所述二次风烟气循环管路上设置有引风机3将尾部烟气重新送至锅炉内形成二次进风；

所述SNCR脱硝系统包括一伸入锅炉内的喷射模块9，所述喷射模块9连接有氨水储罐7，所述氨水储罐7内的氨水通过氨水供应泵加压送至喷射模块9；还包括一通过管道连接喷射模块的空气储罐10，所述空气储罐释放的雾化空气与所述氨水在所述喷射模块内混合后喷出。

本发明的工艺过程是：烟气再循环部分，烟气引自静电除尘器1与锅炉引风机2之间管道，通过新增引风机3在锅炉上部二次风喷口喷入。

二次风烟气循环管路上安装的二次风流量测量装置5，通过电动调节风门4实现供风量的控制调整量为锅炉烟气量的15～20％。

烟气再循环率由燃料品质及燃烧温度确定，烟气再循环量控制为烟气量的15％-25％，烟气再循环量提高时，NOx排放值降低，同时避免烟气再循环率过高，烟气再循环量超过25％后导致燃烧不稳定及未完全燃烧热损失增加，从而影响锅炉的安全稳定运行。通过调整一、二次风比例，在保证燃烧完全的情况下，降低氮氧化物的含量。由于CFB锅炉的设计工况不同，会导致一二次风的配比不同，一次风的风率过高，会使得密相区的过量空气系数过高，床温偏高，造成氮氧化物含量增加。

以氨水为还原剂SNCR脱硝系统：外购氨水运输至厂区后，通过离心泵将槽罐车内的氨水输送至氨水储罐7。氨水储罐包含入口为罐车卸载管线，出口为氨水泵的吸入管线。氨水储罐7内的氨蒸汽通过管道连接至清水储罐，氨蒸汽可被稀释水吸收，可防止氨气泄露的隐患。

储罐内的氨水的质量浓度10％～15％用经氨水供应泵6加压、并经计量分配模块8和喷射模块9后喷入锅炉。喷氨量根据出口NOx的值进行调节，调整氨氮的质量比为1.5～2之间。氨水喷枪炉外设置两路接口，一路为雾化空气，一路接冷却空气。

计量分配模块8用于精确计量和控制到循环流化床锅炉每个喷射区的反应剂浓度。该模块采用独立的还原剂流量控制，通过设置自力式压力调节阀、自动调节阀与就地控制器的结合，为复杂的应用情况提供所需的高水平控制。

雾化空气的作用是使空气射流和氨水射流在喷嘴内完成碰撞混合，经涡流器旋转后以较高的速度通过喷口，形成一定角度的空心锥喷雾场，可使烟气和氨水雾化更加均匀，反应更充分，提高脱硝效率。冷却空气的作用是防止喷枪长期裸露在高温环境下变形磨损，降低其寿命。

雾化空气在喷枪前的压力通过空气总管的调压阀实现，将压力调整至0.4～0.6MPa，保证氨水与雾化空气的流量比在2.5％～3.5％之间，以满足最佳的雾化效果。雾化空气由空气压缩机提供，压缩空气经储气罐10缓冲，并经过计量和分配模块后进入喷射系统。

冷却空气由冷风机11提供，用来对喷枪进行冷却降温，提高其使用寿命。

喷射系统的设计能适应锅炉的安全运行，并能适应系统的负荷变化和启停的要求。氨水溶液在通过喷嘴喷出时被充分雾化后以一定的角度喷入炉膛内。该系统用于氨水流动时的流量和压力控制，通过氨水喷射系统把氨水喷前压力调节到一定值并向每个喷枪分配，同时把压缩空气流量和压力调节到与其匹配的程度。

在使用过程中，首先启动冷却空气，待枪前压力稳定3秒后启动氨水供应，启动氨水3s后推进器将喷枪推进炉内，调整氨水供应的流量直至满足脱硝工艺技术要求。喷枪伸入炉膛前必须先供应氨水，保证喷枪伸入炉膛后有足够的冷却。

喷枪其喷射角度和伸缩距离可进行调节，从而调节喷枪雾滴的穿透深度及氨水与氮氧化物的混合均匀性，进而影响脱硝效率；喷枪头部采用耐高温、耐磨损的Cr25Ni20材质，喷枪枪体采用316L不锈钢材质，喷枪深入炉膛的枪体外壁面采用超音速电弧喷涂0.5mm涂层，根据工作环境的需要，喷枪采用SiC套管提高其使用寿命。

通过将烟气再循环和SNCR脱硝相结合的方法，其中，烟气再循环系统含引风机和调节风门，烟气引自静电除尘器与引风机之间管道，新增烟气再循环管路，烟气经现有上部二次风喷口喷入。二次风烟气循环管路上安装有二次风流量测量装置，通过电动调节风门实现供风量的控制。

整个烟气再循环系统的技术特点为：1通过改造原有锅炉燃烧系统，可降低燃烧温度，而且也降低了氧气浓度，进而降低了NOx的排放浓度；2烟气再循环率为15-20％时，煤粉炉的NOx排放浓度可降低25％左右。3降低一次风率至50-60％之间，一次风经空预器预热后进入风室，经布风板、风帽进入锅炉密相区，保证燃烧需要。为减少NOx生成，密相区的实际过量空气系数为1％左右，在运行中，使密相区主要处于还原性气氛。调节二次风保证床压和燃烧完全所需的氧气。4由于高密度物料颗粒群对二次风射流的阻挡作用，以及贴壁流垂直下泻覆盖水冷壁、每个层面颗粒水平移动不够均匀、各转弯变化区域涡流干扰和垂直上移速度的不均匀影响，造成锅炉炉膛中心区缺氧，这种中心区缺氧会降低燃料燃尽效果和脱硫剂化学反应的效率。5降低总的一次风率，进而降低总风量，使进入分离器的床料粒子动能降低，能将更多的床料经分离器分离下来，增大循环物料量，改善炉内床料平衡。

SNCR烟气脱硝系统进行模块化设计，含储存、供应、计量分配、喷射、控制等模块。其特点为：1整个脱硝系统在控制室内对所有脱硝系统设备进行控制和监测，通过系统配置的各项分析和测量仪表，自动按程序控制各设备的运行。系统可实现远程自动、手动控制，以及就地手动控制，泵可实现就地启动、停止、紧急停止操作。2喷射区计量模块用于精确计量和独立控制到分解炉每个喷射区的反应剂浓度。该模块采用独立的化学剂流量控制，通过区域压力控制阀与就地PLC控制器的结合，为复杂的应用情况提供所需的高水平控制。每一个区子模块可相互独立地运行和控制，该特性允许隔离每个子模块进行维修且不会严重影响工艺性能或总体的NOx还原效果。3氨水喷射系统的设计能适应系统的安全运行，并能适应系统的负荷变化启停的要求。氨水溶液在通过喷嘴喷出时被充分雾化后以一定的角度喷入炉膛内。

Claims (6)

1.一种烟气再循环与SNCR联合脱硝工艺系统，包括烟气再循环系统和SNCR脱硝系统，其特征在于，

所述烟气再循环系统包括一与锅炉烟气出口连接的静电除尘器，所述静电除尘器通过输出管道连接锅炉引风机排出；一与所述静电除尘器输出管道连接的二次风烟气循环管路，所述二次风烟气循环管路上设置有引风机将尾部烟气重新送至锅炉内形成二次进风；

所述SNCR脱硝系统包括一伸入锅炉内的喷射模块，所述喷射模块连接有氨水储罐，所述氨水储罐内的氨水通过氨水供应泵加压送至喷射模块；还包括一通过管道连接喷射模块的空气储罐，所述空气储罐释放的雾化空气与所述氨水在所述喷射模块内混合后喷出。

2.根据权利要求1所述的一种烟气再循环与SNCR联合脱硝工艺系统，其特征在于，所述尾部烟气与所述氨水的质量比为1.5-2。

3.根据权利要求1所述的一种烟气再循环与SNCR联合脱硝工艺系统，其特征在于，所述氨水储罐内的氨水质量浓度为10％～15％。

4.根据权利要求1所述的一种烟气再循环与SNCR联合脱硝工艺系统，其特征在于，所述雾化空气0.4～0.6MPa，且所述氨水与雾化空气的流量比为2.5％～3.5％。

5.根据权利要求1所述的一种烟气再循环与SNCR联合脱硝工艺系统，其特征在于，所述喷射模块还设置有接收冷却空气的输入端，所述喷射模块工作之前或者工作过程中不断对喷射模块通入冷却空气用于对喷射模块的喷枪冷却降温。

6.根据权利要求1所述的一种烟气再循环与SNCR联合脱硝工艺系统，其特征在于，所述二次风烟气循环管路设置有二次风流量测量装置，并与同样设置于所述二次风烟气循环管路上的电动调节风门配合使用以控制二次进风为锅炉烟气量的15～20％。