CN106731574A - 蓄热式天然气锅炉sncr与scr联合烟气脱硝系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种蓄热式天然气锅炉SNCR与SCR联合烟气脱硝系统，包括锅炉本体、I型燃烧室、两组蓄热式天然气燃烧器，其中在I型燃烧室内发生SNCR反应，在脱硝催化蓄热体内发生SCR反应。本发明联合使用SNCR与SCR，使脱硝系统结构紧凑，既降低安装成本又降低了运行过程中的脱硝催化剂成本，烟气氮氧化物排放量降低80％以上。

Description

蓄热式天然气锅炉SNCR与SCR联合烟气脱硝系统
技术领域
本发明涉及燃气工业锅炉烟气处理技术领域，尤其涉及一种蓄热式天然气工业锅炉选择性非催化还原SNCR和选择性催化还原SCR联合烟气脱硝系统。
背景技术
目前，各类燃天然气民用、工业锅炉排放的烟气中含有大量的氮氧化物(NOx)，其中氮氧化物一般由一氧化氮和二氧化氮组成，为防止产生的氮氧化物污染环境，需要对燃烧烟气进行脱硝处理以去除氮氧化物。目前世界上比较主流的去除氮氧化物的工艺有选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)，其原理在于运用还原剂来“有选择性”地与烟气中的NOx发生反应将NOx还原为无毒无污染的氮气和水。选择性催化还原法(SCR)是指上述还原过程在催化剂的作用下发生，选择性非催化还原(SNCR)是指上述还原过程中不采用催化剂，在适合脱硝反应的“温度窗口”内喷入还原剂将烟气中的氮氧化物还原为氮气和水，由于SNCR工艺不用催化剂，因此必须在高温区加入还原剂。
采用单一的SNCR工艺，其安装成本较低，其特点是氨逃逸随着氮氧化物排放量的降低而增加，当排放量减少30％以上时，很难将氨逃逸控制在10ppm以下，所以脱硝效率只能达到20～40％；而SCR可以将氨逃逸控制在3ppm以下，脱硝效率可以达到90％，但其安装、运行成本较高，设计也较为复杂。
在现有的联合脱硝系统中，需要在SNCR和SCR阶段中分别喷入还原剂，其中，在SNCR阶段喷入大部分还原剂，在SCR阶段喷入剩下的还原剂，同时在SCR阶段使用较多的催化剂来脱除烟气中的氮氧化物，但这样在SNCR阶段的脱硝效率肯定不会太高，同时加大催化剂的用量增加投资成本；进一步，由于相应的催化剂使用量加大，其安装空间也会随之增大，这样就必须将SCR催化剂层从锅炉中引出烟道进行安装，但就会引发因烟气经过的通道加长而造成的压降增加、引风机功率增大、电耗增大、引风机需要更换等问题，从而进一步增加投资成本。
申请号为200810227754.5的中国专利公开了一种可有效降低天然气锅炉金属消耗且实现烟气脱除氮氧化物的蓄热式燃烧选择性催化还原烟气脱硝的天然气锅炉系统，包括锅炉本体、内置在锅炉本体内的U型管燃烧室、分别对称地与U型管燃烧室两端连接的两个交替工作的二级蓄热式天然气燃烧器，二级蓄热式天然气燃烧器分别通过换向阀与天然气燃烧用空气和燃烧后烟气连通；在二级蓄热式天然气燃烧器内设置有第一级蓄热体、蓄热催化体和第二级蓄热体，在第一级蓄热体和蓄热催化体之间设置有还原剂喷头，还原剂喷头与还原剂控制阀相连，还原剂控制阀与四通阀进行联锁控制，当二级蓄热式天然气燃烧器内流过烟气时，还原剂喷头喷射，当流过空气时其关闭。该天然气锅炉系统采用选择性催化还原，其脱硝流程短，还原剂与烟气混合不够充分，脱硝效率较低且氨逃逸高；蓄热方式采用四通换向阀换向，易造成炉膛内部压力波动大。
申请号为201410328539.X的中国专利申请提供了一种选择性非催化还原法SNCR和选择性催化还原法SCR混合烟气脱硝方法，包括依次进行的SNCR反应步骤和SCR反应步骤，仅在SNCR反应步骤中喷入含氨溶液，所述含氨溶液的加入量为原烟气中氮氧化物摩尔量的1～3倍；在SCR反应步骤中，未参与SNCR反应的氨与烟气中剩余的氮氧化物继续反应。在烟气脱硝过程中，既延长了烟道流程，又未能在SCR反应步骤前后将烟气余热有效利用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种蓄热式天然气锅炉SNCR与SCR联合烟气脱硝系统，解决目前蓄热式天然气锅炉氮氧化物排放高，脱硝设备结构复杂，脱硝措施单一，脱硝成本高，脱硝效率低等问题。
为解决上述技术问题，本发明的蓄热式天然气锅炉SNCR与SCR联合烟气脱硝系统包括锅炉本体、I型燃烧室、两组蓄热式天然气燃烧器，其中：I型燃烧室位于锅炉本体内部，在I型燃烧室内发生SNCR反应；锅炉本体的两端分别设置有伸入I型燃烧室的长明火烧嘴，将I型燃烧室内的天然气引燃；锅炉本体上还设有伸入I型燃烧室的还原剂喷枪，其包括还原剂接口和还原剂喷射辅助介质接口，从还原剂接口输入的还原剂在还原剂喷射辅助介质接口输入的还原剂喷射辅助介质的辅助下向I型燃烧室内喷射；两组蓄热式天然气燃烧器分别与锅炉本体的两端连接，并分别通过换向阀与空气管、烟气管连接，各蓄热式天然气燃烧器分别包括从锅炉本体逐渐远离的高温蓄热体、脱硝催化蓄热体、低温蓄热体，I型燃烧室中产生的烟气经高温蓄热体后进入所述脱硝催化蓄热体时其温度为300～420℃，在脱硝催化蓄热体内发生SCR反应。
优选地所述还原剂为尿素溶液，其质量分数为10％～60％。
优选地所述还原剂喷入量为烟气初始氮氧化物摩尔量的2～5倍。
优选地所述还原剂喷射辅助介质为压缩空气或蒸汽。
优选地所述设置在锅炉本体两端的长明火烧嘴分别为一个或多个。
优选地所述设置在锅炉本体上的还原剂喷枪有一个或多个。
本发明在燃烧室内喷入还原剂发生选择性非催化还原(SNCR)，并与选择性催化还原(SCR)相结合实现烟气中氮氧化物脱除，无需另外设置SNCR反应室，使脱硝系统结构紧凑，既降低安装成本又降低了运行过程中的脱硝催化剂成本，烟气氮氧化物排放量降低80％以上；燃烧室内喷射的还原剂优选尿素溶液，环境友好，还原剂与烟气中氮氧化物在燃烧室内充分混合，脱硝效率高，氨逃逸度低；还原剂采用压缩空气或蒸汽辅助喷射，延长还原剂喷枪使用寿命。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的蓄热式天然气锅炉SNCR与SCR联合烟气脱硝系统的示意图。
其中，1为锅炉本体，2为I型燃烧室，3为长明火烧嘴，4为蓄热式天然气燃烧器，4-1为高温蓄热体，4-2为脱硝催化蓄热体，4-3为低温蓄热体，5为换向阀，6为空气管，7为烟气管，8为还原剂喷枪，8-1为还原剂接口，8-2为还原剂喷射辅助介质接口。
具体实施方式
参照图1，本发明的蓄热式天然气锅炉SNCR与SCR联合烟气脱硝系统包括：
锅炉本体1、I型燃烧室2、两组蓄热式天然气燃烧器4，
I型燃烧室2位于锅炉本体1内部，在I型燃烧室2内发生SNCR反应；
锅炉本体1的两端分别设置有多个伸入I型燃烧室2的长明火烧嘴3，将I型燃烧室2内的天然气引燃；
锅炉本体1上还设有多个伸入到I型燃烧室2的还原剂喷枪8，其包括还原剂接口8-1和还原剂喷射辅助介质接口8-2，从还原剂接口8-1输入的还原剂在还原剂喷射辅助介质接口8-2输入的还原剂喷射辅助介质的辅助下向I型燃烧室2内喷射，还原剂喷入量为烟气初始氮氧化物摩尔量的2～5倍；
两组蓄热式天然气燃烧器4分别与锅炉本体1的两端连接，并分别通过换向阀5与空气管6、烟气管7连接，即当左端蓄热式天然气燃烧器4与空气管6连接时，右端蓄热式天然气燃烧器4与烟气管7连接，当左端蓄热式天然气燃烧器4与烟气管7连接时，右端蓄热式天然气燃烧器4与空气管6连接，各蓄热式天然气燃烧器4分别包括从锅炉本体1逐渐远离的高温蓄热体4-1、脱硝催化蓄热体4-2、低温蓄热体4-3，I型燃烧室2中产生的烟气经高温蓄热体4-1后进入所述脱硝催化蓄热体4-2内时其温度为300～420℃，在脱硝催化蓄热体4-2内发生SCR反应；
所述还原剂优选尿素溶液，质量分数为10％～60％
所述还原剂喷射辅助介质为压缩空气或蒸汽。
下文以蓄热式燃天然气10吨蒸汽锅炉为例对本发明的蓄热式天然气锅炉SNCR与SCR联合烟气脱硝系统的工作原理进行说明，在本实施例中左端的蓄热式天然气燃烧器4与空气管6连接，右端的蓄热式天然气燃烧器4与烟气管7连接，即天然气、空气从左端进入，燃烧后的烟气从右端排出。
天然气和空气分别以300～800m3/h和2000～9000m3/h的速率经左端的蓄热式天然气燃烧器4进入I型燃烧室2内混合并由所述长明火烧嘴3引燃，质量分数为10％～60％的还原剂通过所述还原剂接口8-1接入，并在通过所述还原剂喷射辅助介质接口8-2接入的压缩空气或蒸汽的辅助下以氨氮摩尔比2～5的流量喷射入I型燃烧室2内，还原剂在I型燃烧室2内与天然气燃烧产生的烟气混合，实现I型燃烧室2内烟气中的氮氧化物在还原剂的作用下发生选择性非催化还原脱硝SNCR；经选择性非催化还原(SNCR)脱硝的烟气进一步流经右端的高温蓄热体4-1、脱硝催化蓄热体4-2和低温蓄热体4-3，烟气在脱硝催化蓄热体4-2内在还原剂作用下实现选择性催化还原(SCR)，然后通过烟气管7排出。
在上述过程中，在I型燃烧室内发生SNCR反应，在右端的脱硝催化蓄热体4-2内发生SCR反应，其中仅在SNCR反应步骤中喷入还原剂，所述还原剂喷入量为烟气初始氮氧化物摩尔量的2～5倍；未参与SNCR反应的氨在后续的SCR反应步骤中与烟气中剩余的氮氧化物在脱硝催化蓄热体4-2中继续发生反应。
经实验验证，在锅炉满负荷运行的条件下，当未进行脱硝处理的情况下，烟气中氮氧化物浓度为500ppm左右；当以氨氮摩尔比2～5的流量喷入还原剂时，经选择性非催化还原SNCR脱硝和选择性催化还原SCR脱硝后，烟气中氮氧化物浓度为100ppm左右，且氨逃逸度3ppm以下。实践证明经本发明蓄热式天然气锅炉SNCR与SCR联合烟气脱硝系统处理，氮氧化物脱除率达80％以上，取得了良好的烟气处理效果。
上面结合附图对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化，例如通过改变脱硝催化蓄热体安装位置、还原剂喷枪的安装位置达到本发明的技术效果均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种蓄热式天然气锅炉SNCR与SCR联合烟气脱硝系统，包括锅炉本体、I型燃烧室、两组蓄热式天然气燃烧器，其中：
I型燃烧室位于锅炉本体内部，在I型燃烧室内发生SNCR反应；
锅炉本体的两端分别设置有伸入I型燃烧室的长明火烧嘴，将I型燃烧室内的天然气引燃；
锅炉本体上还设有伸入I型燃烧室的还原剂喷枪，其包括还原剂接口和还原剂喷射辅助介质接口，从还原剂接口输入的还原剂在还原剂喷射辅助介质接口输入的还原剂喷射辅助介质的辅助下向I型燃烧室内喷射；
两组蓄热式天然气燃烧器分别与锅炉本体的两端连接，并分别通过换向阀与空气管、烟气管连接，各蓄热式天然气燃烧器分别包括从锅炉本体逐渐远离的高温蓄热体、脱硝催化蓄热体、低温蓄热体，I型燃烧室中产生的烟气经高温蓄热体后进入所述脱硝催化蓄热体时其温度为300～420℃，在脱硝催化蓄热体内发生SCR反应。
2.根据权利要求1所述的蓄热式天然气锅炉SNCR与SCR联合烟气脱硝系统，其特征在于所述还原剂为尿素溶液，其质量分数为10％～60％。
3.根据权利要求1所述的蓄热式天然气锅炉SNCR与SCR联合烟气脱硝系统，其特征在于所述还原剂喷入量为烟气初始氮氧化物摩尔量的2～5倍。
4.根据权利要求1所述的蓄热式天然气锅炉SNCR与SCR联合烟气脱硝系统，其特征在于所述还原剂喷射辅助介质为压缩空气或蒸汽。
5.根据权利要求1所述的蓄热式天然气锅炉SNCR与SCR联合烟气脱硝系统，其特征在于所述设置在锅炉本体的两端的长明火烧嘴分别为一个或多个。
6.根据权利要求1所述的蓄热式天然气锅炉SNCR与SCR联合烟气脱硝系统，其特征在于所述设置在锅炉本体上的还原剂喷枪有一个或多个。
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CN115253634A (zh) * 2022-08-12 2022-11-01 山东建筑大学 一种耦合sncr和scr的烟气还原脱硝装置及方法

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