CN106621804A - 一种烟气喷氨混合装置及scr烟气脱硝系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烟气喷氨混合装置及SCR烟气脱硝系统，烟气喷氨混合装置包括烟道分隔调节单元和喷氨单元，烟道分隔调节单元包括多块烟气隔板和多个挡板调节门，多块烟气隔板沿纵向布置在氨‑烟气混合烟道内将氨‑烟气混合烟道分隔为多个烟气通道，每一个烟气通道入口处设有一个挡板调节门，每一个烟气通道中设有烟气流量测量装置、NOx浓度测量装置以及至少一个喷嘴，喷嘴和喷氨单元相连；SCR烟气脱硝系统包括前述烟气喷氨混合装置。本发明能够实现各区域按需喷氨，保证低负荷时NH3与NOx的充分混合，提高氨‑烟气混合均匀性，实现全负荷下SCR脱硝系统稳定运行与各区域按需喷氨，从而有效降低NH3逃逸，解决目前因局部过度喷氨或氨‑烟气混合不均造成的空预器积灰堵塞问题。

Description

一种烟气喷氨混合装置及SCR烟气脱硝系统
技术领域
本发明涉及火电机组脱硝设备，具体涉及一种烟气喷氨混合装置及SCR烟气脱硝系统。
背景技术
氮氧化物(NOx) 是造成大气污染的主要污染源之一。对于燃煤电厂而言，国家出台了新的《火电厂大气污染物排放标准》，严格控制氮氧化物排放浓度。与此同时国家能源局印发了《煤电节能减排升级与改造行动计划》（发改能源【2014】2093号），行动目标要求东部地区（同时鼓励西部地区）大气污染物排放限值氮氧化物排放浓度分别不高于50mg/Nm3。对燃煤电厂进一步降低NOx排放提出了更高的要求。
选择性催化还原（SCR）烟气脱硝技术作为技术成熟、脱硝效率高、可靠性好以及二次污染小等优点，已经成为国内外燃煤锅炉主流应用的烟气脱硝技术。长期实践表明，氮氧化物排放量可较稳定控制在新的环保标准以内，但随着运行时间的延长，SCR烟气脱硝系统在运行中的氨逃逸，造成空预器本体普遍发生沾污积灰，甚至严重堵塞事故，不仅显著降低了空预器换热效率，更为严重的是，部分机组在堵塞严重时被迫降负荷，甚至停机，给锅炉安全、经济运行带来了不可忽视的风险。
而对于SCR烟气脱硝系统而言，NH3与NOx的混合均匀度与当量比是影响其脱硝效率与氨逃逸大小的关键因素。当前脱硝系统喷氨量控制方式主要有固定摩尔比和系统出口NOx定值控制两种，两者均将系统所需喷氨量均匀分配喷氨格栅（AIG）中各喷氨支管。众所周知，炉膛出口无论是烟气流速、烟气温度或氮氧化物浓度都并非均匀分布，且随着负荷变化其流场分布明显变化，而目前电厂所采用的喷氨量均匀分配的方式，显然不能满足实际需求，导致某些区域还原剂（氨或尿素）富裕，而另外一些区域还原剂（氨或尿素）不足，最终不仅影响了整体脱硝效率，同时还会使得还原剂富裕区域的氨随烟气进入尾部烟道，逃逸氨与烟气中硫酸反应，生成硫酸氢氨（NH4HSO4），附着在空预器表面，造成堵塞。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种烟气喷氨混合装置及SCR烟气脱硝系统，能够实现分区域按需喷氨，同时为保证低负荷时NH3与NOx的充分混合，关闭部分SCR喷氨烟气通道以提高氨-空气混合均匀性，从而实现全负荷下SCR脱硝系统稳定运行与各区域按需喷氨，进而有效降低NH3逃逸，解决目前因局部过度喷氨或氨-烟气混合不均造成的空预器积灰堵塞问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种烟气喷氨混合装置，包括烟道分隔调节单元和喷氨单元，所述烟道分隔调节单元包括多块烟气隔板和多个挡板调节门，所述多块烟气隔板沿纵向布置在氨-烟气混合烟道内并将氨-烟气混合烟道分隔为多个烟气通道，每一个烟气通道入口处设有一个挡板调节门，每一个烟气通道中设有烟气流量测量装置、NOx浓度测量装置以及至少一个喷嘴，所述喷嘴和喷氨单元相连。
优选地，所述挡板调节门为电动调节门，所述挡板调节门的控制端和相同烟气通道中烟气流量测量装置的输出端相连，所述烟气流量测量装置向相同烟气通道中的挡板调节门给出开度控制指令。
优选地，所述喷氨单元包括流量计、液氨流量气动关断阀、一级氨流量调门、稀释风机、稀释风流量计、氨-空气混合器、二级氨流量调门、支管与三级氨流量调门，外部供氨系统的输出端依次通过流量计、液氨流量气动关断阀、一级氨流量调门和氨-空气混合器的一路输入端相连，所述稀释风机的输出端通过稀释风流量计和氨-空气混合器的另一路输入端相连，所述氨-空气混合器的输出端设有至少两条二级输出支路，每一条二级输出支路上依次设有一个二级氨流量调门和一个支管，且每一条二级输出支路的支管上连有至少两条三级输出支路，所述三级氨流量调门布置于三级输出支路上，且每一条三级输出支路的末端设有至少一个喷嘴，每一个支管的所有三级输出支路的喷嘴布置于同一个烟气通道中。
优选地，所述一级氨流量调门、二级氨流量调门为气动调节阀；所述三级氨流量调门为手动蝶阀。
进一步地，本发明还提供一种SCR烟气脱硝系统，包括烟气喷氨混合装置、氨-烟气混合烟道和至少一个SCR脱硝反应器，所述氨-烟气混合烟道和SCR脱硝反应器相连通，所述烟气喷氨混合装置为本发明前述的烟气喷氨混合装置，所述烟气喷氨混合装置的烟道分隔调节单元布置于氨-烟气混合烟道中。
本发明烟气喷氨混合装置具有下述优点：
1、炉膛出口无论是烟气流速、烟气温度以及氮氧化物浓度都为不均匀分布（沿烟道宽度方向上存在明显差异），而目前电厂所采用的喷氨方式为沿炉宽度方向上均匀分配的模式，在运行过程中势必会导致SCR系统内局部区域还原剂（氨或尿素）富裕，而另外一些区域还原剂（氨或尿素）不足，最终不仅影响了整体脱硝效率，同时还会导致还原剂富裕区域的氨大量逃逸。利用本发明烟气喷氨混合装置，通过多块烟气隔板沿纵向布置在烟道内将氨-烟气混合烟道分隔为多个烟气通道，每一个烟气通道入口处设有一个挡板调节门，每一个烟气通道中设有烟气流量测量装置、NOx浓度测量装置以及至少一个喷嘴，通过烟气通道内的烟气流量测量装置、NOx浓度测量装置能够实时获得沿炉宽度方向上流量分布情况，通过调节各烟气通道的挡板调节门开度，调平各烟气通道烟气流量，为后续按需喷氨提供有利条件。
2、本发明烟气喷氨混合装置的每一个烟气通道中设有至少一个喷嘴，所述喷嘴和喷氨单元相连，结合NOx浓度测量装置获得各烟气通道NOx测量数据，通过调整喷氨单元对各个喷嘴的喷氨量，从而能够实现各烟气通道按需喷氨。
3、考虑到低负荷时烟道流速低，不利于NH3与NOx的混合均匀度，容易造成脱硝效率下降以及氨逃逸问题。利用本发明烟气喷氨混合装置，通过关闭烟道两侧的若干烟气通道的挡板调节门，即通过减小SCR入口通流面积、提高烟气流速，保证NH3与NOx的充分混合，从而有效提高脱硝效率以及降低氨逃逸量。
4、由于SCR烟气脱硝系统的氨喷管及喷嘴大部分布置在烟道内，酸腐蚀以及烟尘磨损，容易造成损坏，以往损坏后，由于无法隔离该区域烟道，使得检修时，该通道无法获得足够的NH3，造成SCR出口相应区域的NOx排放浓度高，为了满足环保要求，需提高喷氨量，极易造成局部区域的NOx排放浓度过低而造成大量的氨逃逸。利用本发明烟气喷氨混合装置，通过关闭相应损坏烟气通道的挡板调节门，可有效避免上述问题的发生，并使得脱硝系统可检修性增强。
附图说明
图1为应用本发明实施例烟气喷氨混合装置的SCR烟气脱硝系统结构示意图。
图2为本发明实施例烟气喷氨混合装置结构示意图。
图3为本发明实施例中挡板调节门的俯视安装结构示意图。
图4为本发明实施例中喷氨单元的原理结构示意图。
图例说明：1、烟道分隔调节单元；11、烟气隔板；12、挡板调节门；13、喷嘴；2、喷氨单元；21、流量计；22、液氨流量气动关断阀；23、一级氨流量调门；24、稀释风机；25、稀释风流量计；26、氨-空气混合器；27、二级氨流量调门；28、支管；29、三级氨流量调门；3、氨-烟气混合烟道；4、SCR脱硝反应器。
具体实施方式
以某燃煤电厂锅炉为例，锅炉负荷从40%～100% BMCR负荷范围内运行，SCR烟气脱硝系统采用选择性催化还原法全烟气脱硝，下面以该燃煤电厂锅炉为例，对本发明的烟气喷氨混合装置及SCR烟气脱硝系统进行进一步的详细说明。
如图1所示，该SCR烟气脱硝系统包括烟气喷氨混合装置、氨-烟气混合烟道3和两个SCR脱硝反应器4，氨-烟气混合烟道3和SCR脱硝反应器4相连通，氨-烟气混合烟道3位于SCR脱硝反应器4的SCR入口烟道侧，本实施例重点对烟气喷氨混合装置的结构进行改进，且本实施例的烟气喷氨混合装置的烟道分隔调节单元1（参见下文）布置于氨-烟气混合烟道3中。参见图1，SCR脱硝反应器4布置在锅炉省煤器和空预器之间，每一个SCR脱硝反应器4中均设有间隙布置的三层催化剂，例如左侧的SCR脱硝反应器4包括间隙布置的左一层催化剂、左二层催化剂、左三层催化剂，右侧的SCR脱硝反应器4包括间隙布置的右一层催化剂、右二层催化剂、右三层催化剂。需要说明的是，SCR脱硝反应器4为SCR烟气脱硝系统中的现有设备，本实施例烟气喷氨混合装置并不涉及对SCR脱硝反应器4的改进。
如图2和图3所示，本实施例的烟气喷氨混合装置包括烟道分隔调节单元1和喷氨单元2，烟道分隔调节单元1包括四块烟气隔板11和五个挡板调节门12，四块烟气隔板11沿纵向布置在氨-空气混合烟道3内将氨-空气混合烟道3分隔为五个烟气通道，每一个烟气通道入口处设有一个挡板调节门12，每一个烟气通道中设有烟气流量测量装置、NOx浓度测量装置以及至少一个喷嘴13，喷嘴13和喷氨单元2相连。本实施例中，首先在SCR脱硝反应器4的入口烟道沿烟气流动方向纵向分区域设置烟气隔板11，烟气隔板11将烟道隔成若干烟气通道。在烟气通道中的烟气来流方向对应设置挡板调节门12，挡板调节门12可调整进入相应区域的烟气量，并可完全隔绝该通道，通过烟气流量测量装置、NOx浓度测量装置可以实时监测沿炉宽度方向上烟气流速与NOx排放浓度分布。毫无疑问，还可以进一步根据需要少于或等于四块烟气隔板11，N块烟气隔板11沿纵向布置在烟道内将氨-空气混合烟道分隔为N+1个烟气通道，N+1个烟气通道对应布置有N+1个挡板调节门12，其原理与本实施例相同。
参见图2和图3，本实施例中挡板调节门12为电动调节门，挡板调节门12的控制端和相同烟气通道中烟气流量测量装置的输出端相连，所述烟气流量测量装置向相同烟气通道中的挡板调节门（12）给出开度控制指令。
如图4所示，喷氨单元2包括流量计21、液氨流量气动关断阀22、一级氨流量调门23、稀释风机24、稀释风流量计25、氨-空气混合器26、二级氨流量调门27、支管28与三级氨流量调门29，外部供氨系统的输出端依次通过流量计21、液氨流量气动关断阀22、一级氨流量调门23和氨-空气混合器26的一路输入端相连，稀释风机24的输出端通过稀释风流量计25和氨-空气混合器26的另一路输入端相连，氨-空气混合器26的输出端设有三条二级输出支路，每一条二级输出支路上依次设有一个二级氨流量调门27和一个支管28，且每一条二级输出支路的支管28上连有三条三级输出支路，三级氨流量调门29布置于三级输出支路上，且每一条三级输出支路的末端设有至少一个喷嘴13，每一个支管28的所有三级输出支路的喷嘴13布置于同一个烟气通道中。本实施例中，三级氨流量调门29的末端与若干个氨喷管相连，氨喷管均匀分布在SCR脱硝反应器4入口侧的烟道中，且插入烟道部分设置若干氨喷嘴。本实施例中，一级氨流量调门23为粗调整，用于控制总喷氨量；二级氨流量调门27为细调，用于控制各烟气通道的喷氨量；三级氨流量调门29作为微调，实现喷氨系统的精度化控制，从而通过一级氨流量调门23、二级氨流量调门27、三级氨流量调门29共三级调节，能够对喷氨单元2实现喷氨系统的精度化控制，实现脱硝系统分区、按需喷氨，实现喷氨系统的精度化控制的同时，有效降低投资。需要说明的是，图4所示实质上包含了两组喷氨单元2，且两组喷氨单元2共用了同一个稀释风机24，以应用于分别布置于两个SCR脱硝反应器4入口的烟道中的两个烟气喷氨混合装置。
本实施例中，一级氨流量调门23、二级氨流量调门27为气动调节阀；三级氨流量调门29为手动蝶阀。此外，一级氨流量调门23、二级氨流量调门27、三级氨流量调门29也可以根据需要采用其他类型的气动、液动、电动或手动阀门。
本实施例的烟气喷氨混合装置的工作过程如下：
1）锅炉运行过程中，随着负荷变化，SCR脱硝反应器4入口烟道沿炉宽度方向上烟气流速随之变化，通过调整安装在SCR脱硝反应器4入口的烟道上的挡板调节门12，调平每个烟气通道上的流量，并利用装设在烟气通道中的烟气流量测量装置判断调平效果，并作为调节开度大小的依据。
2）锅炉运行过程中，根据各个NOx浓度测量装置检测得到的各个烟气通道的测量数据，通过调整喷氨单元2的一级氨流量调门23、二级氨流量调门27、三级氨流量调门29三者的开度，其中一级氨流量调门23为粗调整，用于控制总喷氨量；二级氨流量调门27为细调，用于控制各烟气通道的喷氨量；三级氨流量调门29作为微调，实现喷氨系统的精度化控制。
3、当锅炉低负荷运行时，SCR脱硝反应器4入口的烟道上烟气流速低，通过挡板调节门12关闭烟道外侧若干烟气通道，减小SCR脱硝反应器4入口的烟道面积，提高烟气流速，从而有效保证NH3与NOx的混合均匀性。
4、在氨喷管及喷嘴13检修时，关闭相应损坏烟气通道区域的挡板调节门12，以及三级氨流量调门29，即可降低检修对系统运行的影响，提高可检修性。
综上所述，通过集成本实施例的烟气喷氨混合装置，SCR烟气脱硝系统能够实现通过控制SCR入口流场分布并结合多级喷氨控制，能够实现沿炉宽度方向上的差异化喷氨目标，达到各区域按需喷氨，同时为保证低负荷时NH3与NOx的充分混合，关闭部分SCR喷氨烟气通道以提高氨-空气混合均匀性，从而实现全负荷下SCR脱硝系统稳定运行与各区域按需喷氨，进而有效降低NH3逃逸，解决目前因局部过度喷氨或氨-烟气混合不均造成的空预器积灰堵塞问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种烟气喷氨混合装置，其特征在于：包括烟道分隔调节单元（1）和喷氨单元（2），所述烟道分隔调节单元（1）包括多块烟气隔板（11）和多个挡板调节门（12），所述多块烟气隔板（11）沿纵向布置在氨-烟气混合烟道（3）内并将氨-烟气混合烟道（3）分隔为多个烟气通道，每一个烟气通道入口处设有一个挡板调节门（12），每一个烟气通道中设有烟气流量测量装置、NOx浓度测量装置以及至少一个喷嘴（13），所述喷嘴（13）和喷氨单元（2）相连。
2.根据权利要求1所述的烟气喷氨混合装置，其特征在于：所述挡板调节门（12）为电动调节门，所述挡板调节门（12）的控制端和相同烟气通道中烟气流量测量装置的输出端相连，所述烟气流量测量装置向相同烟气通道中的挡板调节门（12）给出开度控制指令。
3.根据权利要求1所述的烟气喷氨混合装置，其特征在于：所述喷氨单元（2）包括流量计（21）、液氨流量气动关断阀（22）、一级氨流量调门（23）、稀释风机（24）、稀释风流量计（25）、氨-空气混合器（26）、二级氨流量调门（27）、支管（28）与三级氨流量调门（29），外部供氨系统的输出端依次通过流量计（21）、液氨流量气动关断阀（22）、一级氨流量调门（23）和氨-空气混合器（26）的一路输入端相连，所述稀释风机（24）的输出端通过稀释风流量计（25）和氨-空气混合器（26）的另一路输入端相连，所述氨-空气混合器（26）的输出端设有至少两条二级输出支路，每一条二级输出支路上依次设有一个二级氨流量调门（27）和一个支管（28），且每一条二级输出支路的支管（28）上连有至少两条三级输出支路，所述三级氨流量调门（29）布置于三级输出支路上，且每一条三级输出支路的末端设有至少一个喷嘴（13），每一个支管（28）的所有三级输出支路的喷嘴（13）布置于同一个烟气通道中。
4.根据权利要求3所述的烟气喷氨混合装置，其特征在于：所述一级氨流量调门（23）、二级氨流量调门（27）为气动调节阀；所述三级氨流量调门（29）为手动蝶阀。
5.一种SCR烟气脱硝系统，包括烟气喷氨混合装置、氨-烟气混合烟道（3）和至少一个SCR脱硝反应器（4），所述氨-烟气混合烟道（3）和SCR脱硝反应器（4）相连通，其特征在于：所述烟气喷氨混合装置为权利要求1～4中任意一项所述的烟气喷氨混合装置，所述烟气喷氨混合装置的烟道分隔调节单元（1）布置于氨-空气混合烟道（3）中。
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