CN106582234A - 一种锅炉宽负荷尿素直喷热解烟气脱硝系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到了一种锅炉宽负荷条件下具有烟温调节功能的尿素直喷热解脱硝系统。所述系统包括设置于锅炉后竖井烟道适当位置的高温烟气引出烟道及低温烟气引出烟道、低温烟气主支路烟道、低温烟气次支路烟道、锅炉侧的飞灰分离器、尿素热解室/烟道、混合烟道、调节挡板、关闭挡板、膨胀节、静态混合器、脱硝烟道、脱硝反应器和相应测量仪表等。该系统从锅炉尾部烟道分别引出高温烟气和低温烟气，在锅炉宽负荷条件下通过调节挡板调节高低温烟气流量为尿素热解反应提供最佳的烟气温度和优化的烟气流量，以及在低负荷时满足SCR入口烟气温度的要求，实现宽负荷脱硝。该系统完全能够满足SCR在95%以上的脱硝效率下，对流场和浓度场的要求。

Description

一种锅炉宽负荷尿素直喷热解烟气脱硝系统
技术领域
本发明涉及多种型式锅炉烟气脱硝技术领域，具体涉及到一种锅炉宽负荷条件下具有烟温调节功能的尿素直喷热解脱硝系统。
背景技术
目前，锅炉烟气脱硝技术主要采用选择性催化还原法（SCR），其还原剂氨主要以氨水、液氨或尿素等为原料制成。氨水安全等级较低，但储运设备体积较大，制成气氨需要大量的热能，初投资和运行成本较高，极少采用；液氨工艺简单，投资和运行成本较低，但液氨属于危化品，安全等级要求较高，地方审批限制较多；尿素本身无安全等级要求，储运方便，但尿素分解需要较高的热能。
尿素制氨法可分为尿素热解法和尿素水解法。尿素水解制氨工艺的负荷跟随性相对较差，在负荷波动较大时，不易实现自动控制；其水解器属于压力容器，且管道容易腐蚀结晶，维护量多。尿素热解制氨工艺的负荷跟随性较好，系统相对简单、运行稳定，在锅炉烟气脱硝领域较多采用该法，但多个项目也出现了结晶现象。尿素热解制氨工艺可分为传统热解炉制氨工艺和尿素直喷热解制氨工艺。传统尿素热解制氨常采用热一次风加电加热器或者气气换热器，运行成本高，系统设计复杂。例如，根据煤质的不同，600MW等级锅炉烟气脱硝装置尿素热解制氨系统采用热一次风加电加热的电耗为500～2000kWh/h，能耗高且运行成本大；中国专利文献CN103191640B公开了一种SCR 脱硝还原剂尿素热解热源供给方法和装置，将气气换热器布置在锅炉内部，利用锅炉热烟气将换热器内的热一次风加热到尿素热解温度，但由于热一次风的压力通常不能满足尿素热解系统和氨气喷射所需要的压力，需要加装增压风机及相关旁路和冷却水系统，同时锅炉受热面的利用率下降；由于热一次风含尘量较大，易造成增压风机磨损和换热器堵塞；虽然该技术降低了尿素热解热源成本，但系统设计仍较复杂，占用空间大，投资和运行成本相对较高；传统热解炉由于喷入尿素溶液后温度下降过快，受热不均，容易造成结晶现象。锅炉内部尿素直喷热解系统直接将尿素溶液喷入锅炉内部进行制氨，如中国专利文献CN104891529A公开了一种尿素直喷热解制氨系统及方法，虽然系统简单，但由于锅炉结构和烟温分布差异较大，在尾部双烟道锅炉、塔式炉等炉型中找不到合适的温度区间和结构空间，易造成受热面腐蚀；由于锅炉负荷变化，很难满足锅炉不同负荷的运行要求，适用性较差。锅炉外部利用旁路尿素热解制氨系统，如中国专利文献CN205133164U提出了利用旁路的尿素直喷技术，由于旁路设置是为提高脱硝入口烟温服务，烟气量较大，烟速较高，尿素热解反应的时间极短，无法控制入口烟温，适用性非常差。
发明内容
为克服现有技术存在的问题，本发明结合锅炉宽负荷烟气脱硝背景，提出一种锅炉宽负荷条件下具有烟温调节功能的尿素直喷热解脱硝超低排放系统。该系统对锅炉受热面利用率和电厂热效率影响较小，可以解决常规尿素热解的结晶问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种可调节尿素热解反应室入口烟气温度和流量并可提高锅炉低负荷条件下脱硝入口烟气温度的尿素直喷热解烟气脱硝系统，包括高温烟气引出烟道（小截面）、低温烟气引出烟道（大截面）、低温烟气次支路烟道（小截面）、低温烟气主支路烟道（大截面）和混合烟道（大截面）、锅炉侧的飞灰分离器、尿素热解室/烟道、混合烟道、调节挡板、关闭挡板、膨胀节、静态混合器、脱硝烟道、脱硝反应器和相应测量仪表等。该系统通过控制高温烟气引出烟道和低温烟气次支路烟道引出的烟气量，为尿素热解反应提供最佳的烟气温度和优化的烟气流量，利用尿素喷枪将尿素溶液喷射到尿素热解室/烟道（小截面）内进行尿素热解；在脱硝入口烟气温度高于脱硝最低喷氨温度时，关闭低温烟气主支路烟道关闭挡板，以保持锅炉的换热效率；在脱硝入口烟气温度低于脱硝最低喷氨温度时，开启低温烟气主支路烟道关闭挡板，将脱硝入口烟温提高到脱硝最低喷氨温度以上，实现锅炉烟气宽负荷脱硝；最后，通过一级或多级静态混合技术保证氨和氮氧化物混合的均匀性以实现锅炉烟气中氮氧化物的超低排放。
优选地，为降低系统成本，可将高温引出烟道设置在烟气温度480~660℃的锅炉后竖井烟道处，低温引出烟道设置在烟气温度400~500℃的锅炉后竖井烟道处。
优选地，可根据锅炉炉型和烟温分布情况，将高温烟气引出烟道设置在一级低温过热器或二级低温过热器入口，将低温烟气引出烟道设置在三级低温过热器或一级省煤器或二级省煤器入口。
优选地，在锅炉最低脱硝运行负荷的烟气温度满足脱硝最低喷氨温度的情况下，可不设置低温主支路烟道和混合烟道。
优选地，可将高温烟气引出烟道和低温烟气引出烟道设置在锅炉后部或侧部。
优选地，上述方案中，在高温烟气引出烟道（小截面）和低温烟气次支路烟道（小截面）设置调节挡板（或调节阀），在低温烟气主支路烟道（大截面）设置关闭挡板，可在不同锅炉负荷下通过调节挡板（或调节阀）将烟气温度和烟气流量调节到尿素热解所需要的优化指标，同时在烟道相应位置设置膨胀节吸收热膨胀。
优选地，高温烟气引出烟道（小截面）和低温烟气次支路烟道（小截面）可为矩形或圆形，低温烟气引出烟道（大截面）、低温烟气主支路烟道（大截面）和混合烟道（大截面）为矩形。
优选地，可在高温烟气引出烟道（小截面）和低温烟气引出烟道（大截面）前方的锅炉侧设置飞灰分离器，以减少进入高低温引出烟道的灰尘；飞灰分离器设置在引出烟道前的锅炉侧，烟气中的大部分飞灰在离心力的作用下被阻挡在引入烟道外，飞灰分离器型式为折流板式。
优选地，在锅炉尾部双烟道条件下，利用锅炉双烟道的温度调节挡板，以调整高低温烟气引出烟道与脱硝入口烟道的烟气压差，调整高低温引出烟道的烟气流量。
优选地，在锅炉尾部单烟道时，在脱硝入口烟道设置调节挡板，以调整高低温烟气引出烟道与脱硝入口烟道的烟气压差，调整高低温引出烟道的烟气流量。
优选地，根据需要，烟气/氨气静态混合器采用一级或多级混合设计，以增强烟气与氨气混合的均匀性。
优选地，可以将喷入的尿素溶液替换为氨水。
本发明的工艺过程可分为两种情况：在脱硝入口烟气温度高于脱硝最低喷氨温度时，关闭低温烟气主支路烟道（大截面），调节高温烟气引出烟道（小截面）和低温烟气次支路烟道（小截面）的调节挡板调整烟气流量，使高温烟气和低温烟气进行混合，然后将尿素溶液喷入尿素热解室/烟道内进行尿素热解反应，反应生成的氨气经混合烟道进入脱硝烟道并在静态混合器等混合装置的作用下与烟气中的氮氧化物混合，最后发生氧化还原反应。在脱硝入口烟气温度低于脱硝最低喷氨温度时，调节高温烟气引出烟道（小截面）和低温烟气次支路烟道（小截面）的调节挡板调整烟气流量，使高温烟气和低温烟气两路烟气进行混合，将尿素溶液喷入尿素热解室/烟道内，然后进行尿素热解反应，反应后生成的氨气与低温烟气主支路烟道（开启关闭挡板）引入的大量烟气进行混合，然后经混合烟道进入脱硝烟道以提高脱硝入口烟气温度，随后氨气在静态混合器等混合装置的作用下与烟气中的氮氧化物混合，最后发生氧化还原反应。
本发明对照现有技术的有益效果如下：
1、在锅炉宽负荷条件下，通过调节挡板调节高低温烟气流量为尿素热解反应提供最佳的烟气温度和优化的烟气流量，使尿素热解反应达到最佳。
2、在脱硝入口烟气温度低于脱硝最低喷氨温度时，打开低温烟气主支路关闭挡板，引入较高温度烟气以提高脱硝入口烟温至脱硝最低喷氨温度以上，实现锅炉烟气宽负荷脱硝。
3、与低温烟气主支路烟道相比，高温烟气引出烟道和低温烟气次支路烟道采用小截面设计（一般不高于低温烟气主支路烟道的10%），降低了投资成本。
4、在高温烟气引出烟道和低温烟气引出烟道入口的锅炉侧设置飞灰分离器，以减少进入旁路烟道的灰尘。
5、根据需要，脱硝系统采用一级或多级混合设计，提高了氨气与烟气中氮氧化物混合的均匀性，可使脱硝效率达到95%以上的水平，实现锅炉烟气氮氧化物的超低排放，同时可减少催化剂使用量。
6、取消了常规尿素热解系统中的氨喷射系统、旋风除尘器、增压风机及相关管路阀门等，降低了投资和运行成本。
7、避免了炉内尿素直喷技术易造成的受热面腐蚀现象。
8、利用低品质热源对尿素溶液进行热解，节约了运行成本。
9、与尿素水解制氨相比，解决了水解制氨的负荷跟随性差的问题；与传统尿素热解相比，解决了尿素热解系统能耗高、锅炉受热面利用率下降和易结晶的问题。
10、适用于各种锅炉炉型烟气脱硝。
附图说明
图1为一种锅炉宽负荷尿素直喷热解烟气脱硝系统的示意图。
图中：1-高温烟气引出烟道，2-膨胀节，3-高温烟气调节挡板，4-低温烟气引出烟道，5-膨胀节，6-低温烟气主支路关闭挡板，7-低温烟气主支路烟道，8-膨胀节，9-低温烟气次支路烟道，10-膨胀节，11-低温烟气次支路调节挡板，12-尿素溶液计量系统，13-尿素喷枪，14-尿素热解室/烟道，15-飞灰分离器，16-混合烟道，17-脱硝入口烟气调节挡板，18-脱硝入口烟道，19-一级静态混合器，20-二级静态混合器，21-低温过热器，22-省煤器，23-省煤器温度调节挡板。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述。下面所描述的案例只是本发明的一部分实施案例，而不是全部。基于本发明的其它实施案例，均属于本发明保护的范围。
如图1所示的一种锅炉宽负荷尿素直喷热解烟气脱硝系统，按照脱硝入口烟气温度是否高于脱硝最低喷氨温度，可分为两种运行模式。运行模式一，当脱硝入口烟气温度高于脱硝最低喷氨温度时，热解烟气从高温烟气引出烟道1和低温烟气引出烟道4分别引出（烟气中的大部分飞灰在飞灰分离器15的作用下被阻挡在引入烟道外），并利用高温烟气调节挡板3和低温烟气次支路调节挡板11调节进入尿素热解室/烟道14的烟气温度和烟气流量，为尿素热解反应提供最佳的烟气温度和优化的烟气流量，尿素溶液经尿素溶液计量系统12和尿素喷枪13喷射到尿素热解室/烟道14内进行尿素热解反应，生成的稀释氨气经混合烟道16进入脱硝入口烟道18，并在静态混合器19和20的作用下实现氨气和氮氧化物的均匀混合，最后进入反应器发生氧化还原反应；在此模式下，关闭低温烟气主支路关闭挡板6。运行模式二，当脱硝入口烟气温度低于脱硝最低喷氨温度时，热解烟气从高温烟气引出烟道1和低温烟气引出烟道4分别引出，并利用高温烟气调节挡板3和低温烟气次支路调节挡板11调节进入尿素热解室/烟道14的烟气温度和烟气流量，为尿素热解反应提供最佳的烟气温度和优化的烟气流量，尿素溶液经尿素溶液计量系统12和尿素喷枪13喷射到尿素热解室/烟道14内进行尿素热解反应，生成的稀释氨气经混合烟道16进入脱硝入口烟道18，并在静态混合器19和20的作用下实现氨气和氮氧化物的均匀混合，最后进入反应器发生氧化还原反应；在此模式下，开启低温烟气主支路关闭挡板6，将脱硝入口烟气温度提升至脱硝最低喷氨温度以上。同时，根据计算在烟道适当位置设置膨胀节。
当高温烟气引出烟道1和低温烟气引出烟道4与脱硝入口烟道18之间的烟气压差不能满足烟气流量调节时，对于锅炉尾部双烟道的条件，利用锅炉双烟道的省煤器温度调节挡板23（锅炉设备自带），以调整高低温引出段（1、4）与脱硝入口烟道18之间的烟气压差，实现高低温引出段烟气流量的调节，为尿素热解反应提供最佳的烟气温度和优化的烟气流量；对于锅炉尾部单烟道或塔式炉的条件，设置脱硝入口烟气调节挡板17（根据锅炉情况设置），以调整高温低引出段与脱硝入口烟道之间的压差，实现高低温引出段烟气流量的调节，为尿素热解反应提供最佳的烟气温度和优化的烟气流量。
当脱硝装置需要较高脱硝效率，实现锅炉烟气氮氧化物超低排放时，可在竖直上升烟道设置一级或多级静态混合器（如一级静态混合器19和二级静态混合器20）。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不局限于本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锅炉宽负荷尿素直喷热解烟气脱硝系统，其特征在于，包括沿锅炉烟气流动方向设置于锅炉尾部竖井烟道各受热面间适当位置引出的高温烟气烟道和低温烟气烟道、锅炉侧的飞灰分离器、低温烟气次支路烟道、尿素热解室/烟道、尿素溶液计量系统、尿素喷枪、低温烟气主支路烟道、混合烟道、烟气调节挡板、烟气关闭挡板、一级静态混合器或多级静态混合器等，热解后的混合气体通过混合烟道与脱硝入口烟道相连，经静态混合器混合后进入反应器参与脱硝反应。
2.根据权利要求1所述的锅炉宽负荷尿素直喷热解烟气脱硝系统，其特征在于，在锅炉尾部后竖井烟道各受热面间适当位置设置了高温引出烟道和低温引出烟道，以满足不同工况下尿素系统的热解需要和SCR系统对反应温度的要求。
3.根据权利要求1和2所述的锅炉宽负荷尿素直喷热解烟气脱硝系统，其特征在于，低温烟气引出烟道分成低温烟气主支路烟道和低温烟气次支路烟道。
4.根据权利要求2和3所述的烟道，其特征在于，高温引出烟道和低温烟气次支路烟道为小截面，形状可为圆形或矩形；低温烟气引出烟道、低温烟气主支路烟道和混合烟道为大截面，形状为矩形。
5.根据权利要求1和3所述的锅炉宽负荷尿素直喷热解烟气脱硝系统，其特征在于，在锅炉不同工况下，通过高温引出烟道和低温烟气次支路烟道的调节挡板调整烟气流量，得到尿素热解所需要的最佳烟气温度和优化的烟气量。
6.根据权利要求1和3所述的锅炉宽负荷尿素直喷热解烟气脱硝系统，其特征在于，当脱硝入口烟温低于脱硝最低喷氨温度时，同时开启低温烟气主支路烟道关闭挡板，以提高脱硝入口烟气温度，满足脱硝反应的要求；当脱硝入口烟温高于脱硝最低喷氨温度时，关闭低温烟气主支路烟道关闭挡板。
7.根据权利要求2所述的烟道接口，其特征在于，在高温引出烟道和低温引出烟道前的锅炉内侧设置飞灰分离器，将大部分飞灰阻挡引出烟道外。
8.根据权利要求7所述的飞灰分离器，其特征在于，飞灰分离器在引入烟道上方，底部向锅炉内侧倾斜，利用离心力原理分离飞灰，并将飞灰阻挡在引入烟道外（详见附图）。
9.一种锅炉宽负荷尿素直喷热解烟气脱硝系统，其特征在于，当所要求的最低锅炉脱硝负荷的烟气温度高于脱硝最低喷氨温度时，可将低温烟气引出烟道由大截面改为小截面，不设置低温烟气主支路烟道和混合烟道。
10.一种锅炉宽负荷尿素直喷热解/氨水直喷烟气脱硝系统，其特征在于，该系统也适用于氨水直喷烟气脱硝系统，尿素直喷热解与氨水直喷烟气脱硝系统的主要区别在于尿素直喷热解和氨水直喷所需的烟气温度和烟气量不同，在本发明中的系统描述均以尿素直喷热解为主，氨水直喷烟气脱硝系统不再单独赘述。
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