CN106178870B - 一种sncr-scr联合烟气脱硝系统 - Google Patents

Abstract

一种SNCR‑SCR联合烟气脱硝系统，包括水平烟道、水平烟道相连的主烟道、与主烟道的出口相连接的烟囱，其中，所述水平烟道中设置有喷氨格栅，所述主烟道中设置有SCR反应装置，其特征在于，所述系统还包括烟气返回装置，设置在所述主烟道和所述烟囱之间，用于选择性地把流出主烟道的烟气返回至所述水平烟道。该烟气脱硝系统能够调节烟气流向，提高脱硝效率，降低氮氧化物的排放。

Description

一种SNCR-SCR联合烟气脱硝系统

技术领域

本发明涉及一种烟气脱硝系统，尤其是涉及一种选择性非催化还原（SNCR）和选择性催化还原（SCR）联合烟气脱硝系统。

背景技术

目前，火电厂燃煤锅炉的尾气脱硝技术包括SNCR技术和SCR技术。

SNCR脱硝技术是将氨气、氨水或尿素等还原剂喷入锅炉或管道内，与氮氧化物（NO_x）进行选择性反应，不用催化剂，因此必须在高温区加入还原剂。一般其工作在温度为850～1100℃的区域，在此温度下还原剂迅速热分解成氨气，与烟气中的NO_x反应生成氮气和水蒸气。当温度低于800℃时，氨气的反应速率下降，NO_x还原率较低，同时氨的逃逸量增加；但当温度高于1200℃时，大部分氨气不是用来还原NO_x而是被氧化成NO，氨气的氧化反应开始起主导作用，可能造成NO浓度升高。SNCR烟气脱硝技术的脱硝效率一般为30%～80%，受锅炉结构尺寸影响很大。

SCR脱硝技术的原理是将氨气作为脱硝剂喷入高温烟气脱硝装置中，在催化剂的作用下将烟气中NO_x分解成为氮气和水蒸气。一般通过使用适当的催化剂，反应可以在200℃～450℃的温度范围内有效进行，在NH₃/NO = 1的情况下,可以达到80～90%的脱硝效率。但是，当反应温度不在这个温度范围内时，催化剂的性能将降低，尤其是在高温区域使用时，由于过热促使催化剂的表面被烧结,使催化剂寿命降低。

随着我国工业生产的发展和生活水平的提高，人们对大气污染的问题日益关注。环保部最新发布的《火电厂大气污染物排放标准》中规定氮氧化物的排放限值定为100mg/立方米。因此，单独采用一种脱硝技术已经很难满足日趋严格的环保要求，运用SNCR/SCR联合烟气脱硝系统将势在必行。

中国专利201310188611.9公开了一种SNCR与SCR联合法烟气脱硝系统，其包括炉膛、旋风分离器和尾部烟道。SNCR还原剂喷射装置设置在炉膛出口和/或旋风分离器入口，SCR脱硝装置设置在尾部烟道中。炉膛出口的烟气经SNCR和SCR的两级脱硝装置能有效地降低氮氧化物的排放浓度和NH₃的逃逸浓度。

然而，在以供热为主供电为辅的小型循环流化床上，因锅炉负荷受到供热用户用热量的限制，白天和晚上的负荷量差异较大，同时锅炉负荷也受制于季节的变化。在供热量需求较多的白天以及冬季，供热锅炉为了满足供热量，常常处于高负荷甚至超负荷工作状态；在供热量需求较少的晚上以及夏季，供热锅炉负荷将处于60-70%甚至低于50%的状态。供热锅炉的这种特性，导致了锅炉烟温波动较大，而锅炉烟温的大小直接影响了SNCR与SCR脱硝效率的高低。当炉膛高负荷运作时，炉膛出口的烟气将高于SNCR有效脱硝的反应温度区间（850℃~1100℃），此时大部分的还原剂被氧化成NO，脱硝效率降低，且造成NO浓度的提高。同时，当高温烟气经过SCR反应装置时，其温度仍可能高于SCR装置的最佳反应温度，从而促使催化剂的表面被烧结，使催化剂寿命降低。

发明内容

本发明的目的旨在克服上述技术中的缺陷，提供了一种能够调节烟气流向的SNCR-SCR联合烟气脱硝系统，当炉膛高负荷运行时，能够降低SNCR以及SCR区域的烟气温度，从而提高脱硝效率，降低氮氧化物的排放。

本发明的目的通过以下的技术方案得以实现：

一种SNCR-SCR联合烟气脱硝系统，包括水平烟道、水平烟道相连的主烟道、与主烟道的出口相连接的烟囱，其中，所述水平烟道中设置有喷氨格栅，所述主烟道中设置有SCR反应装置，其特征在于，所述系统还包括烟气返回装置，设置在所述主烟道和所述烟囱之间，用于选择性地把流出主烟道的烟气返回至所述水平烟道。

进一步地，烟气返回装置包括返回管道和返回挡板，所述返回管道的一端连接在主烟道和烟囱之间，另一端和喷氨格栅之前的水平烟道相连，所述返回挡板设置在返回管道的入口, 当进入水平烟道的烟气温度高于1100℃时，打开所述返回挡板，以便于主烟道排出的烟气返回到水平烟道。

进一步地，返回管道与水平烟道的连接处设有喷烟格栅，返回的烟气通过喷烟格栅进入水平烟道。

进一步地，返回管道中设置有增压风机。

进一步地，在主烟道中设有省煤器和空预器，其中，所述省煤器位于SCR反应装置之前，所述空预器位于SCR反应装置之后。

进一步地，在省煤器（12）之前的主烟道（6）中，设置有高温换热器（9）和低温换热器（11）。

进一步地，在主烟道的出口和返回管道入口之间设有除尘器。

进一步地，系统还包括烟气分流装置，用于分流水平烟道中的部分烟气。

进一步地，烟气分流装置包括至少一个辅助烟道、至少一个烟气挡板和至少一个盾体，在主烟道内设置隔板以构成辅助烟道，所述隔板从主烟道入口处延伸至省煤器后端，烟气挡板设置在辅助烟道的入口处，所述辅助烟道的入口和水平烟道的辅助出口相连，主烟道的入口和水平烟道的主出口相连，所述盾体设置在主烟道的内壁上且位于所述辅助烟道的末端。

进一步地，烟气分流装置包括至少一个辅助烟道和至少一个烟气挡板，所述烟气挡板设置在辅助烟道的入口处，辅助烟道的入口和水平烟道的辅助出口相连，辅助烟道的出口和主烟道相连且位于省煤器和SCR反应装置之间，主烟道的入口和水平烟道的主出口相连。

本发明在对现有的SNCR-SCR联合脱硝系统的基础上增加了烟气返回装置，当炉膛正常运行时，关闭该返回装置，主烟道的烟气经烟囱排除。而当炉膛高负荷工作时，进入水平烟道的烟气温度超过SNCR的最佳反应温度区域，此时打开烟气返回装置，将主烟道出口的低温烟气返回水平烟道，以降低SNCR反应区域的温度，从而提高脱硝效率。同时，下游的SCR脱硝装置的温度也随着烟温的降低而降低，确保SCR反应处于最佳温度窗口内，避免催化剂出现结焦、烧损等现象，以及降低氮氧化物的排放量和氨气的逃逸量。

此外，当炉膛低负荷运行时，炉膛出口的烟气温度过低，经过省煤器后，烟气温度进一步降低，在SCR区域的反应效率将很不理想。而辅助烟道的设置使烟气避开省煤器或其他换热器的热交换，将部分高温烟气直接传送到SCR反应装置区域，以提高SCR反应区域的温度。

本发明通过改变烟道内部通道，便可实现SNCR和SCR区域烟气温度的升降，无需利用其它设备对烟气进行再加热，节约能源，降低能耗，也便于改造。同时，在烟道内部的烟气调节，具有及时性，操纵性强等特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1-炉膛、2-喷烟格栅、3-喷氨格栅、4-水平烟道、5-一号烟气挡板、6-主烟道、7-二号烟气挡板、8-一号辅助烟道、9-高温换热器、10-二号辅助烟道、11-低温换热器、12-省煤器、13-盾体、14-SCR反应装置、15-空预器、16-除尘器、17-增压风机、18-烟囱、19-返回管道、20-返回挡板、21-氨水管道。

具体实施方式

应理解的是，上述附图并非真实比例，而仅仅是用于说明本发明基本原理的多种优选特征的简图。本发明所公开的设计特征，例如尺寸、方向、定位和形状根据具体应用和使用环境确定。此外，在下面的描述中，术语如“前”、“后”、“之前”、“之后”、“前端”、“后端”等描述都被限定为相对于烟气流向而言。

下面结合图1对本发明的具体实施例进行详细说明。

火电厂的锅炉用于燃烧煤料，该锅炉例如可以是流化床锅炉。燃煤中的烟气从炉膛1的出口进入水平烟道4。在水平烟道4中垂直设置喷氨格栅3，其与氨水管道21连通。喷氨格栅3由网状结构的管道组成，每个网状节点处具有一个喷嘴，用来向水平烟道中喷射氨水，喷射的氨水迅速热分解成氨气，与烟气中的氮氧化物反应生成氮气和水蒸气。喷氨格栅3能保证氨和烟气的均匀混合，以及氨水和氮氧化物之比沿烟道截面均匀分布。因此，SNCR的反应区域是在喷氨格栅3之后的水平烟道4区域。此外，喷氨格栅3也可以布置在炉膛1上部侧墙上。随后，烟气经水平烟道4进入主烟道6。在主烟道6中，依次设置有省煤器12、SCR反应装置14和空预器15。SCR反应装置14中具有脱销催化剂层，其形式可为本领域中常见的蜂窝式、板式或波纹板式等。省煤器12是利用高温烟气和管道内的水进行换热，降低烟气温度，温降约为220℃左右，同时提高锅炉进水温度。空预器15是利用烟气与空气进行换热，加热后的空气经过送粉系统进入炉膛。这两个装置的作用都是利用尾部烟气的余热，提高进入锅炉的水和空气的温度，从而提高锅炉效率，达到节能减排的效果。主烟道6的出口和烟囱18相连，已脱硝的烟气通过烟囱18排入大气中。

根据本发明的烟气脱硝系统还包括烟气返回装置，其包括返回管道19，用于将进入烟囱之前的烟气返回至水平烟道4中，优选地，将烟气返回至喷氨格栅3之前的水平烟道4中。烟气返回装置还包括设置在返回管道19的入口的返回挡板20。

在另一个实施例中，返回管道19与水平烟道4的连接处设有喷烟格栅2，喷烟格栅2垂直设置在水平烟道4中，返回的烟气通过喷烟格栅2进入水平烟道4。喷烟格栅2的结构与喷氨格栅3相似，以保证返回烟气在水平烟道4中的均匀分布。

在另一个实施例中，烟气返回管道19中设置有增压风机17以加速烟气的流速，同时加快热交换以降低返回烟气的温度。

在另一个实施例中，主烟道6的入口和省煤器12之间设置有高温换热器9和低温换热器11，高温换热器9可在低温换热器11之前或之后。烟气经过高温换热器9和低温换热器11的温降分别约为70℃和230℃。

当炉膛正常运行时，烟气在炉膛1出口处的温度大约为980℃，处于SNCR的理想反应温度区间900℃-1100℃内，因此，SNCR区域的反应效率较高。烟气经过省煤器12后，温度进一步下降至SCR反应装置14的理想温度区域300℃-400℃。经过两级有效脱硝，可使烟气中的氮氧化物浓度符合国家排放标准。此时，无需使用本烟气脱硝系统中的烟气返回装置。

然而，当炉膛1高负荷运行时，烟气在炉膛出口处的温度可达1150℃-1200℃，该温度已经超过SNCR的理想反应温度区间，SNCR的脱硝效率将大幅降低，此时，可打开返回挡板20，将空预器15之后的温度较低的烟气返回至水平烟道4，并与该烟道中的高温烟气混合，以降低SNCR反应区域的烟气温度，从而有效提高SNCR的脱硝效率。

在另一个实施例中，本发明的烟气脱硝系统还包括除尘器16，设置于主烟道6的出口和返回管道19入口之间。除尘器16能降低已脱硝烟气的微粒或粉尘，还具有保温措施，温降约在10℃以内，进一步利于低温烟气的返回。

在另一个实施例中，本发明的烟气脱硝系统还包括用于分流水平烟道4中的部分烟气的烟气分流装置。所述烟气分流装置包括至少一个辅助烟道（图1中示出的是一号辅助烟道8和二号辅助烟道10）、至少一个烟气挡板（图1中示出的是一号烟气挡板5和二号烟气挡板7）和至少一个盾体13，在主烟道6内设置隔板以构成辅助烟道，隔板从主烟道6入口处延伸至省煤器12后端，烟气挡板设置在辅助烟道的入口处，所述辅助烟道的入口和水平烟道4的辅助出口相连，主烟道6的入口和水平烟道4的主出口相连，所述盾体13设置在主烟道6的内壁上且位于所述辅助烟道的末端，用来将辅助烟道中的高温烟气引导入主烟道6中，并和主烟道6中的低温烟气混合，以提高SCR反应区域的温度。

在另一个实施例中，所述烟气分流装置包括至少一个辅助烟道（图1中示出的是一号辅助烟道8和二号辅助烟道10）和至少一个烟气挡板（图1中示出的是一号烟气挡板5和二号烟气挡板7），烟气挡板设置在辅助烟道的入口处，辅助烟道的入口和水平烟道4的辅助出口相连，辅助烟道的出口和主烟道相连且位于省煤器12和SCR反应装置14之间，主烟道6的入口和水平烟道4的主出口相连。

当炉膛1低负荷运行时，烟气在炉膛1出口处的温度仅为780℃-810℃，低于SNCR的理想反应温度区间。因此，烟气脱硝主要依靠SCR反应装置14。然而，当这些低温烟气经过省煤器12后，温度会进一步降低，甚至低于SCR的理想反应温度区间（300℃～400℃）。因此，辅助烟道的作用是为了避开省煤器的烟气换热，将部分高温烟气直接传递到SCR反应装置14前，与经过换热后的烟气混合，升高SCR反应区域的温度，从而提高其脱硝效率。现有技术的辅助烟道在主烟道的外部，用以隔离SCR段烟气，而本发明的辅助烟道在主烟道内部，可有效防止未脱硝烟气的偷排。

以上实施例仅作为实例，不对本发明的范围起到限定作用。本领域技术人员在此基础上，可以在本发明的权利要求的保护范围内，预想到能实现相同功能的其它实施方式。

本领域技术人员掌握多种实施例及多种变形及改进。尤其是，需明确的是，除明显矛盾或不兼容的情况外，本发明的上述特征、变形方式和/或具体实施例可以相互结合。所有这些实施例及变形及改进都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种 SNCR-SCR 联合烟气脱硝系统，包括水平烟道（4）、水平烟道（4）相连的主烟道（6）、与主烟道（6）的出口相连接的烟囱（18），其中，所述水平烟道（4）中设置有喷氨格栅（3），所述主烟道（6）中设置有SCR 反应装置（14），其特征在于，所述系统还包括烟气返回装置，设置在所述主烟道（6）和所述烟囱（18）之间，用于选择性地把流出主烟道（6）的烟气返回至所述水平烟道（4）；所述烟气返回装置包括返回管道（19）和返回挡板（20），所述返回管道（19）的一端连接在主烟道（6）和烟囱（18）之间，另一端和喷氨格栅（3）之前的水平烟道（4）相连，所述返回挡板（20）设置在返回管道（19）的入口 , 当进入水平烟道（4）的烟气温度高于 1100℃时，打开所述返回挡板（20），以便于主烟道（6）排出的烟气返回到水平烟道（4）；所述返回管道（19）与水平烟道 （4）的连接处设有喷烟格栅（2），返回的烟气通过喷烟格栅（2）进入水平烟道（4）；在所述主烟道（6）中设有省煤器（12）和空预器（15），其中，所述省煤器（12）位于SCR 反应装置（14）之前，所述空预器（15）位于SCR反应装置（14）之后；所述系统还包括烟气分流装置，用于分流水平烟道（4）中的部分烟气，所述烟气分流装置包括至少一个辅助烟道、至少一个烟气挡板和至少一个盾体（13），在主烟道（6）内设置隔板以构成辅助烟道，所述隔板从主烟道（6）入口处延伸至省煤器（12）后端，烟气挡板设置在辅助烟道的入口处，所述辅助烟道的入口和水平烟道（4）的辅助出口相连，主烟道（6）的入口和水平烟道（4）的主出口相连，所述盾体（13）设置在主烟道（6）的内壁上且位于所述辅助烟道的末端。

2.根据权利要求 1所述的烟气脱硝系统，其特征在于，所述返回管道（19）中设置有增压风机（17）。

3.根据权利要求 1所述的烟气脱硝系统，其特征在于，在省煤器（12）之前的主烟道（6）中，设置有高温换热器（9）和低温换热器（11）。

4.根据权利要求 3 所述的烟气脱硝系统，其特征在于，在所述主烟道（6）的出口和返回管道（19）入口之间设有除尘器（16）。