CN106807206A - 一种用于生活垃圾焚烧炉的sncr烟气脱硝系统 - Google Patents

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王超
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Abstract

本发明公开一种用于生活垃圾焚烧炉的SNCR烟气脱硝系统，包括尿素溶液制备单元、尿素溶液储存单元、尿素溶液稀释单元、静态混合单元、混合分配单元、气体分配单元、尿素溶液喷射单元；所述尿素溶液制备单元包括将固体尿素颗粒输送至尿素溶液制备罐内的斗提机；所述尿素溶液储存单元包括尿素溶液储备罐；所述尿素溶液制备罐下部通过转运泵连通至尿素溶液储备罐上部；所述尿素溶液稀释单元包括稀释水罐；所述静态混合单元通过溶液混合管线依次连接混合分配单元与尿素溶液喷射单元；外部压缩空气通过压缩空气管线依次连接气体分配单元与尿素溶液喷射单元；本发明避免了还原剂浪费以及污染物处理不达标的状况，保证垃圾焚烧炉稳定的运行。

Description

一种用于生活垃圾焚烧炉的SNCR烟气脱硝系统
技术领域
本发明涉及一种生活垃圾焚烧炉，具体涉及一种用于生活垃圾焚烧炉的SNCR烟气脱硝系统，用于脱除生活垃圾焚烧烟气中的NOX，使其反应生成N2和H2O。
背景技术
随着全球经济快速发展和城市化进程的加快，城市土地越发趋于紧张，垃圾焚烧厂的建设和投运，有效缓解城市生活垃圾堆放所需场所问题。焚烧后垃圾重量减轻80％-85％、体积减小90％-95％，垃圾中的细菌等有害物质经焚烧后也被消除，有效控制了生活垃圾所带来的二次污染；垃圾焚烧所产生的热量还可以给城市供热或发电，变废为宝。其环境价值、经济价值较高。但生活垃圾在焚烧过程中会产生大量颗粒物、HCL、SO2、NOX、二噁英等有毒有害的烟气，对此，垃圾焚烧电厂在锅炉尾部设置脱酸反应塔、布袋反应器等烟气净化设施，成功控制了烟尘、颗粒物和易溶性酸性气体。但烟气中的NOX，不易溶于水，通过现有的脱酸反应塔不能有效去除，致使高浓度排放；必须实施可行的NOX控制措施。
氮氧化物是主要的大气污染物之一，包括一氧化氮、二氧化氮等多种氮的氧化物。生活垃圾焚烧炉排放的氮氧化物中绝大部分是一氧化氮，在大气中氧化生成二氧化氮。大气中的氮氧化物除了形成酸雨，导致土壤酸化、气候变化外，还会产生多种不利的环境影响。氮氧化物会通过氧化等形成地面臭氧、细小颗粒物、光化学烟雾和区域性灰霾污染，影响呼吸系统、心血管等器官，损害人体健康；氮氧化物通过雨水落在水体中，造成富营养化等问题。
SNCR脱硝技术用NH3、尿素等还原剂喷入炉内与NOX进行选择性反应，不用催化剂，但必须在高温区加入还原剂。还原剂喷入炉膛温度为850～1150℃的区域，该还原剂(如尿素、氨水)迅速热分解或气化出NH3并与烟气中的NOX进行反应生成N2和H2O，从而降低烟气中NOX含量，该方法是以炉膛或尾部烟道为反应器。
现有的SNCR脱硝技术存在以下不足：对温度要求严格，温度过低，NOX转化率低；温度过高，NH3则容易被氧化为NOX，抵消了NOx的脱除效率；气相反应难以保证充分的混合，氨液消耗量大，NH3/NOx摩尔比高；脱硝剂混合程度还较难控制；由于垃圾成分不确定，焚烧时产生的NOx浓度上下起伏较大，目前的脱硝系统难以及时对波动的NOx变化做出妥善的应对，造成还原剂不足或过量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对生活垃圾焚烧锅炉正常运行影响较小、系统运行阻力小、系统运行过程没有任何固体或液体的污染物、无二次污染生成的用于生活垃圾焚烧炉的SNCR烟气脱硝系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于生活垃圾焚烧炉的SNCR烟气脱硝系统，包括尿素溶液制备单元、尿素溶液储存单元、尿素溶液稀释单元、静态混合单元、混合分配单元、气体分配单元、尿素溶液喷射单元；
所述尿素溶液制备单元包括将固体尿素颗粒输送至尿素溶液制备罐内的斗提机，尿素溶液制备罐内设有搅拌器；尿素溶液制备罐上设有温度变送器一与制备罐液位计；尿素溶液制备罐内通过蒸汽管线连通有蒸汽，该路蒸汽管线上设有开关阀一；尿素溶液制备罐内通过除盐水管线连通有除盐水，该除盐水管线上设有开关阀三；
所述尿素溶液储存单元包括尿素溶液储备罐，尿素溶液储备罐上设有储备罐液位计与温度变送器二，尿素溶液储备罐内通过蒸汽管线连通有蒸汽，该路蒸汽管线上设有开关阀二；尿素溶液储备罐下部连接有计量输送泵，计量输送泵通过两路尿素溶液管线分别连接至尿素溶液储备罐与静态混合单元，其中连接至尿素溶液储备罐的尿素溶液管线上设有安全阀；
所述尿素溶液制备罐下部通过转运泵连通至尿素溶液储备罐上部；
所述尿素溶液稀释单元包括稀释水罐；稀释水罐通过除盐水管线连通有除盐水，该除盐水管线上设有开关阀四；稀释水罐上设有稀释水罐液位计；稀释水罐下部连接有稀释水泵，稀释水泵通过两路除盐水管线分别连接至稀释水罐与静态混合单元，其中连接至稀释水罐的除盐水管线上设有背压阀；
所述静态混合单元通过溶液混合管线依次连接混合分配单元与尿素溶液喷射单元；外部压缩空气通过压缩空气管线依次连接气体分配单元与尿素溶液喷射单元；
其中，尿素溶液喷射单元包括喷枪，喷枪伸入至余热锅炉内。
本发明的有益效果：本发明实现了应对不同垃圾焚烧炉的不同运行工况，做出及时妥善处理，大大降低运行成本，避免还原剂浪费以及污染物处理不达标的状况，保证垃圾焚烧炉稳定的运行；减小了人力资源的浪费，降低了运行维护成本。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明一种用于生活垃圾焚烧炉的SNCR烟气脱硝系统示意图；
图2为本发明静态混合单元示意图；
图3为本发明混合分配单元示意图；
图4为本发明气体分配单元示意图；
图中：1.斗提机，2.尿素溶液制备罐，2-1.搅拌器，2-2.制备罐液位计，2-3.温度变送器一，3.尿素溶液管线，3-1.安全阀，4.转运泵，5.蒸汽管线，5-1.开关阀一，5-2.开关阀二，6.尿素溶液储备罐，6-1.储备罐液位计，6-2.温度变送器二，7.计量输送泵，8.稀释水罐，8-1.稀释水罐液位计，9.除盐水管线，9-1.开关阀三,9-2.开关阀四，9-3.背压阀，10.稀释水泵，11.静态混合单元，12.溶液混合管线，13.混合分配单元，14.气体分配单元，15.压缩空气管线，16.喷枪，17.余热锅炉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施案例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，为本发明一种用于生活垃圾焚烧炉的SNCR烟气脱硝系统的连接示意图及工作流程图；该烟气脱硝系统包括：尿素溶液制备单元、尿素溶液储存单元、尿素溶液稀释单元、静态混合单元、混合分配单元、气体分配单元、尿素溶液喷射单元以及自动控制单元。
尿素溶液制备单元包括位于尿素溶液制备罐2一侧的斗提机1，斗提机1将固体尿素颗粒输送至尿素溶液制备罐2内，尿素溶液制备罐2内设有搅拌器2-1；尿素溶液制备罐2上设有温度变送器一2-3与制备罐液位计2-2；尿素溶液制备罐2内通过蒸汽管线5连通有蒸汽，该路蒸汽管线上设有开关阀一5-1；尿素溶液制备罐2内通过除盐水管线9连通有除盐水，该除盐水管线上设有开关阀三9-1；
尿素溶液储存单元包括尿素溶液储备罐6，尿素溶液储备罐6上设有储备罐液位计6-1与温度变送器二6-2，尿素溶液储备罐6内通过蒸汽管线5连通有蒸汽，该路蒸汽管线上设有开关阀二5-2；尿素溶液储备罐6下部连接有计量输送泵7，计量输送泵7通过两路尿素溶液管线分别连接至尿素溶液储备罐6与静态混合单元11，其中连接至尿素溶液储备罐的尿素溶液管线上设有安全阀3-1；
尿素溶液制备罐2下部通过转运泵4连通至尿素溶液储备罐6上部；
尿素溶液稀释单元包括稀释水罐8；稀释水罐8通过除盐水管线9连通有除盐水，该除盐水管线上设有开关阀四9-2；稀释水罐8上设有稀释水罐液位计8-1；稀释水罐8下部连接有稀释水泵10，稀释水泵10通过两路除盐水管线分别连接至稀释水罐8与静态混合单元11，其中连接至稀释水罐的除盐水管线上设有背压阀9-3；
静态混合单元11通过溶液混合管线12依次连接混合分配单元13与尿素溶液喷射单元；外部压缩空气通过压缩空气管线15依次连接气体分配单元14与尿素溶液喷射单元；
其中，尿素溶液喷射单元包括喷枪16，喷枪16伸入至余热锅炉17内；
如图2所示，静态混合单元11包括第一控制柜体111、尿素溶液管线112、稀释水管线113与混合管线119；其中，尿素溶液管线112与稀释水管线113一端分别设有尿素管线法兰112-1、稀释水管线法兰113-1，另一端均伸入控制柜体111内；混合管线119一端设有混合管线法兰119-1，另一端伸入控制柜体111内，并与控制柜体内的尿素溶液管线、稀释水管线连接；
其中，位于控制柜体111内的尿素溶液管线上沿液流方向依次设有球阀一114、过滤器115；位于控制柜体111内的稀释水管线上沿液流方向依次设有球阀一114、过滤器115、气动开关阀116、电磁流量计117、调节阀118；位于控制柜体111内的混合管线上沿液流方向依次设有静态混合器1110、止回阀1111、球阀二1112；
如图3所示，混合分配单元13包括第二控制柜体31、尿素溶液管线32、混合管线39；尿素溶液管线32一端安装在柜体内，另一端位于柜体外并安装有尿素管线法兰32-1；多个(四个)混合管线39一端安装在柜体内、且均与尿素溶液管线32连通，多个混合管线39的另一端安装有混合管线法兰39-1；
其中，位于柜体内的尿素溶液管线32上沿液流方向依次设有第一球阀33、过滤器34、气动开关阀35、调节阀36、电磁流量计37、止回阀38；位于柜体内的多个混合管线39上沿液流方向依次设有第二球阀310、浮子流量计311；
如图4所示，气体分配单元14包括第三控制柜体41、压缩空气管线42、混合管线46；压缩空气管线42一端安装在柜体内，另一端位于柜体外并安装有空气管线法兰42-1；多个(两个)混合管线46一端安装在柜体内、且均与压缩空气管线42连通，多个混合管线46的另一端安装有混合管线法兰46-1；
其中，位于柜体内的压缩空气管线42上沿气流方向依次设有第一球阀43、过滤器44、气动开关阀45；位于柜体内的多个混合管线46上沿气流方向依次设有第二球阀47、调压阀48、止回阀49；
PLC控制单元为智能PLC Siemens S7-300，PROFIBUS分布式I/O，总线通信；全自动控制、管理、协调和监控所有工艺功能；与总厂DCS通信，接受来自总厂的信号，精确计算注入量，定点给出还原剂量，与操作界面通信。正常运行模式是全自动的，这意味着SNCR系统不需要人工控制，也可以在手动模式下运行控制，这意味着操作人员从操作终端人工控制所有的系统；
尿素溶液制备单元与PLC控制单元连接，实现远程自动控制，远程开启添加除盐水、搅拌、加热、转运等功能；混合分配单元与PLC控制单元连接，可实现自动控制，改变尿素溶液使用量；、尿素溶液稀释单元与PLC控制单元连接，自动保存除盐水罐的水量；尿素溶液和除盐水配比、溶液流量、气水比等均可在控制界面中改变，简洁方便，快捷明了，易于操作；与DCS进行联锁，在线配比调节喷入到炉膛内尿素溶液的浓度；
尿素溶液喷射单元采用脱硝专用二流体式雾化喷枪；材质为SS310，枪头部分为特殊材质合金，具有极强的耐高温抗腐蚀能力；通过高压柔性软管分别与混合分配单元和压缩空气分配单元的管线相连，整个喷枪套管固定在锅炉水冷壁鳍板上，喷枪与套管通过快速插拔接头连接，便于快速巡查喷头的使用情况。尿素溶液喷射单元的喷枪布置在炉膛的前墙和/或左右墙，向炉膛内喷射尿素溶液，使烟气与还原剂在合适温度范围950-1050℃发生还原反应。向炉膛内喷射的尿素溶液可根据尾部烟气中氮氧化物浓度、烟气量、炉膛烟气温度以及焚烧炉蒸发量实时调节其浓度和流量，由自动控制单元自动控制。
本发明工作方式：先开除盐水管线9的开关阀三9-1至尿素溶液制备罐2中，到达设定液位后制备罐液位计2-2反馈信号，关闭开关阀三9-1，开蒸汽管线5的开关阀一5-1，对尿素溶液制备罐2内的除盐水进行加热待至设定温度，温度变送器一2-3反馈信号关闭开关阀一5-1，开启搅拌器2-1；
配比所需的固体尿素颗粒通过斗提机1输送到尿素溶液制备罐2中，充分搅拌后关闭搅拌器2-1；开启转运泵4，尿素溶液通过尿素溶液管线3输送至尿素溶液储备罐6内，若尿素溶液温度低，开启蒸汽管线5的开关阀二5-2进行加热待至设定温度，温度变送器二6-2反馈信号关闭开关阀二5-2；开启稀释水罐8上除盐水管线9的开关阀四9-2，到达设定液位后稀释水罐液位计8-1反馈信号，关闭开关阀四9-2；
计量输送泵7将定量的尿素溶液输送至静态混合单元11，多余的尿素溶液通过安全阀3-1返回尿素溶液储备罐6内；稀释水泵10将除盐水输送至静态混合单元11，多余的除盐水通过背压阀9-3返回稀释水罐8内；经静态混合单元11配比稀释后的尿素溶液通过溶液混合管线12输送至混合分配单元13，而后在混合分配单元13内进行计量分配，保证给每只喷枪16提供等量的尿素溶液；
压缩空气在气体分配单元14内进行计量分配，通过压缩空气管线15保证给每只喷枪16提供充足的压空动力，保证喷入到余热锅炉17内的尿素溶液必须为雾化状；
实施例：先根据制备罐的大小，计算出配制40％尿素溶液所需要的除盐水水量及尿素总量；根据计算量首先向制备罐中加入适量高度的除盐水，然后对罐体内部溶液进行加热至40℃以上，通过人工将固体尿素颗粒投入斗提机内，开启搅拌电机，待满足条件后停止加尿素；配制成浓度为40％的尿素溶液；待尿素溶液配置完成后，由尿素溶液转运泵将制备罐中的尿素输送到尿素储存罐中储存，为稀释系统提供稳定的尿素溶液供应；
由于尿素溶液储存罐的容积一般较大而制备罐的容积较小，一般进行多次充装，在充装过程中系统同时检测制备罐和储存罐的液位，当储存罐液位高于上限值时，自动关闭尿素溶液储存罐转运泵；
将储备罐内的尿素溶液通过计量泵定量加压输送至尿素溶液静态混合单元，并与通过尿素溶液稀释单元输送泵加压输送至静态混合单元中的除盐水进行配比稀释，根据系统在线监测反馈烟气中的NOX含量，来实时调节喷入到炉膛内尿素溶液的浓度；经静态混合单元配比好的尿素溶液，先被输送至锅炉平台的混合分配单元中，而后在本混合单元内通过调节阀、流量计、压力表及阀门控制，进行计量分配，保证给每只喷射单元提供等量的尿素溶液；压缩空气分配单元就近布置与锅炉平台，以保证脱硝系统控制最小延时。保证每只喷枪雾化所需的压缩空气量；其与混合分配单元出口的浆液管线是相互匹配，为便于烟气中的NOX与尿素溶液能够充分的还原反应，喷入到炉膛内的尿素溶液必须为雾化状。
本发明原理：该烟气脱硝系统在不使用催化剂的条件下，以炉膛为反应器，将尿素溶液喷入锅炉炉膛温度为850-1150℃的区域，还原剂迅速热分解成NH3，与烟气中的NOX反应生成N2和H2O。
根据现场工况运行条件可随时制备所需浓度的尿素溶液，并通过转运泵迅速输送至储备罐单元，便于脱硝系统使用；尿素溶液储存单元中的尿素溶液通过计量泵进行定量加压输送至静态混合单元；尿素溶液稀释单元中的除盐水通过输送泵加压输送至静态混合单元中，为在线稀释提供载体，根据系统在线监测反馈烟气中的NOX含量，来实时调节喷入到炉膛内尿素溶液的浓度；经静态混合单元配比好的尿素溶液，先被输送至锅炉平台的混合分配单元中，而后在本混合单元内进行计量分配，保证给每只喷射单元提供等量的尿素溶液；压缩空气分配单元就近布置与锅炉平台，与混合单元出口的浆液管线是等比例配置，为喷射单元尿素溶液的雾化提供动力；
本发明主要特点如下：
1)经济性好、不用催化剂；
2)投资成本和运行成本低；
3)占地面积小(不需要额外反应器，反应在炉内进行)；
4)系统简单、不需要改变现有锅炉的设备设置、只需要增加还原剂的制备模块(尿素工艺)，存储模块，稀释计量模块、分配喷射模块；
5)系统运行阻力小，对锅炉的正常运行影响较小；
6)脱硝效果较为明显，应用在大型余热锅炉上能达到30％-50％的NOX脱除率；在中小型余热锅炉上能达到50％-70％的NOX脱除率；
7)还原剂多样易得，脱除NOx的还原剂一般都是含氮的物质，包括氨、尿素和各种铵盐，应用最广泛的是氨水和尿素；
8)施工时间短、易于实施；
9)是一种经济实用的脱硝技术,适合我国的国情。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种用于生活垃圾焚烧炉的SNCR烟气脱硝系统，包括尿素溶液制备单元、尿素溶液储存单元、尿素溶液稀释单元、静态混合单元、混合分配单元、气体分配单元、尿素溶液喷射单元，其特征在于：
所述尿素溶液制备单元包括将固体尿素颗粒输送至尿素溶液制备罐(2)内的斗提机(1)，尿素溶液制备罐(2)内设有搅拌器(2-1)；尿素溶液制备罐(2)上设有温度变送器一(2-3)与制备罐液位计(2-2)；尿素溶液制备罐(2)内通过蒸汽管线(5)连通有蒸汽，该路蒸汽管线上设有开关阀一(5-1)；尿素溶液制备罐(2)内通过除盐水管线(9)连通有除盐水，该除盐水管线上设有开关阀三(9-1)；
所述尿素溶液储存单元包括尿素溶液储备罐(6)，尿素溶液储备罐(6)上设有储备罐液位计(6-1)与温度变送器二(6-2)，尿素溶液储备罐(6)内通过蒸汽管线(5)连通有蒸汽，该路蒸汽管线上设有开关阀二(5-2)；尿素溶液储备罐(6)下部连接有计量输送泵(7)，计量输送泵(7)通过两路尿素溶液管线分别连接至尿素溶液储备罐(6)与静态混合单元(11)，其中连接至尿素溶液储备罐的尿素溶液管线上设有安全阀(3-1)；
所述尿素溶液制备罐(2)下部通过转运泵(4)连通至尿素溶液储备罐(6)上部；
所述尿素溶液稀释单元包括稀释水罐(8)；稀释水罐(8)通过除盐水管线(9)连通有除盐水，该除盐水管线上设有开关阀四(9-2)；稀释水罐(8)上设有稀释水罐液位计(8-1)；稀释水罐(8)下部连接有稀释水泵(10)，稀释水泵(10)通过两路除盐水管线分别连接至稀释水罐(8)与静态混合单元(11)，其中连接至稀释水罐的除盐水管线上设有背压阀(9-3)；
所述静态混合单元(11)通过溶液混合管线(12)依次连接混合分配单元13与尿素溶液喷射单元；外部压缩空气通过压缩空气管线(15)依次连接气体分配单元14与尿素溶液喷射单元；
其中，尿素溶液喷射单元包括喷枪(16)，喷枪(16)伸入至余热锅炉(17)内。
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