CN107126834B - 一种烟气脱硝系统及脱硝方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及烟气脱硝技术领域，提供一种烟气脱硝系统，包括脱硝反应器、除尘器和调节装置，通过调节装置提高脱硝反应器入口烟气温度，使之高于最低喷氨温度，保证脱硝反应正常进行；调节装置包括配风室以及热风供给装置和冷风供给装置，高温烟气和低温气体先混合再进入脱硝反应器，烟气温度不至于过高，脱硝反应催化剂不会因高温而失活，保证脱硝效率，有效控制氨逃逸。本发明还提供调节脱硝反应器入口烟温的方法，通过改变高温烟气温度和/或改变不同温度气体供气量的比例，得到预设温度混合烟气，且保持配风室内压力稳定，实现烟气产生装置点火至100％BMCR负荷任一工况下的全负荷脱硝。

Description

一种烟气脱硝系统及脱硝方法

技术领域

本发明涉及烟气脱硝技术领域，具体涉及烟气脱硝系统及脱硝方法。

背景技术

随着国家经济的快速发展以及人民生活水平的日益提高，全国电网装机容量也随之增大，全国的用电结构也发生了变化，大型、高参数火电机组(燃煤、燃气)长期低负荷运行，参与深度调峰，已成为我国电力发展新形势下出现的新常态。随着调峰机组台数不断增多，调峰的深度、连续低负荷运行时间增加，以及超低排放等新排放标准的颁布实施，火电机组正常运行面临着严峻挑战。

现有的SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原)脱硝技术的工作温度在310℃-420℃，当火电机组低负荷运行时，SCR催化剂入口烟温降低，易造成SCR催化剂活性下降。较低的催化剂活性会增加氨逃逸量，生成大量硫酸氢铵凝结在催化剂表面，从而堵塞SCR催化剂表面的微孔。此时，为保护SCR催化剂，需要停止喷氨，将SCR系统退出运行。

针对低负荷下SCR脱硝退出运行的问题，目前全负荷脱硝改造技术主要从烟气侧调温旁路、省煤器水侧旁路、省煤器分级布置及提高烟气产生装置给水温度等几个方面入手。各种提高SCR系统入口烟温的技术均具有不同的优缺点。综合比较，目前的各种改造技术及工程应用实例，拓宽了SCR脱硝系统运行负荷范围，但是并不能实现真正意义上的全负荷脱硝装置投运，不能满足任何运行负荷下都必须达标排放的要求。

针对上述不足，中国专利CN 204962817U公开了一种全负荷工况投运的SCR烟气脱硝系统，其补燃装置为直接设置于脱硝烟道上的补燃燃烧器。该方法可实现烟气产生装置点火至100％BMCR负荷任一工况下的全负荷脱硝，但是脱硝烟道与补燃装置直接相连，即补燃装置的燃烧的高温气体直接与脱硝管道中的烟气混合，容易导致局部超温或者烟气混合不均，从而引起氨逃逸、脱硝效率下降等问题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中在烟道中直接设置燃烧器不利于脱硝系统的烟气混合，容易导致局部超温或者烟气混合不均而引起氨逃逸、脱硝效率下降的缺陷。

为此，本申请采取的技术方案为：

本发明提供一种烟气脱硝系统，包括：

脱硝反应器，具有第二进气口和第二出气口，所述第二进气口与第一管路连接；

除尘器，具有第三进气口和第三出气口，所述除尘器与所述脱硝反应器通过设置在所述第三进气口与所述第二出气口之间的第二管路连接；

还包括，

调节装置，用于调节所述脱硝反应器内烟气的温度。

可选的，所述调节装置通过第三管路设置在所述第一管路上，通过向所述脱硝反应器内输入所需温度的烟气以调节温度；所述调节装置包括配风室，以及向所述配风室内分别提供高温烟气和低温气体的热风供给装置和冷风供给装置。

可选的，所述调节装置包括温度传感器、压力传感器、控制器、高温烟气调节阀、低温气体调节阀；所述温度传感器设置于所述第二进气口处，并与所述控制器连接；所述压力传感器设置于所述配风室出口处，并与所述控制器连接；所述高温烟气调节阀设置于所述热风供给装置出口；所述低温气体调节阀设置于所述冷风供给装置出口；所述控制器同时连接所述高温烟气调节阀和所述低温气体调节阀。

可选的，所述调节装置还包括设置在所述配风室内用于混合所述高温烟气和所述低温气体的混合机构。

可选的，所述混合机构为设置在所述配风室内的至少一层水平设置的导流板；或者，

为包括伸入所述配风室内的转轴，以及固定在所述转轴外壁面上的至少一个桨叶。

可选的，所述第一管路包括倾斜部，以及成型在倾斜部一端上的水平部，所述倾斜部的另一端连接所述第一出气口，所述水平部的另一端连接所述第二进气口；所述第三管路连接所述水平部；

所述热风供给装置为一组或多组并列设置的热风炉和/或电高温烟气沸腾炉；所述冷风供给装置通过第四管路与所述第三出气口连接形成循环回路，或者所述冷风供给装置通过第五管路直接与空气相连。

可选的，所述调节装置为设置在所述脱硝反应器内的换热管道或换热翅片。

本发明还提供的采用上述脱硝系统的脱硝方法，其特征在于，包括：

当所述脱硝反应器入口烟温超出脱硝反应温度范围时，通过改变所述高温烟气温度和/或改变所述高温烟气供气量与所述低温气体供气量的比例，得到预设温度的混合烟气；

将所述混合烟气进入脱硝反应器入口，使入口烟温保持在脱硝反应温度范围内。

可选的，所述混合烟气的预设温度为580～620℃。

可选的，所述混合烟气含尘量低于10mg/Nm³。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的一种烟气脱硝系统，包括脱硝反应器和除尘器，还包括调节装置，用于给脱硝反应器内输入所需温度的烟气，以调节脱硝反应器内烟气的温度，使之在预设温度范围内，保证脱硝反应正常进行，实现大型、高参数火电机组从并网开始实现脱硝投运。

由于燃烧后的气体高于1000℃，如果直接进入脱硝反应器，会导致局部超温或者烟气混合不均而引起氨逃逸、脱硝效率下降。通过调节装置得到温度均匀的混合烟气，然后再进入脱硝反应器，使其烟气温度与催化剂活性温度适配，保证催化剂活性，从而提高脱硝效率，有效控制氨逃逸，实现烟气产生装置点火至100％BMCR负荷任一工况下的全负荷脱硝。

2.本发明提供的采用上述烟气脱硝系统调节脱硝反应器入口烟温的方法，当所述脱硝反应器入口烟温超出脱硝反应温度范围时，通过将预设温度的混合烟气补入脱硝反应器入口，使入口烟温保持在脱硝反应温度范围内。获得预设温度的混合烟气有以下三种途径：(1)高温烟气温度不变，改变高温烟气和低温气体的供气量比例；(2)高温烟气和低温烟气的供气量比例不变，改变高温烟气温度；(3)改变高温烟气温度，同时改变所述高温烟气与所述低温气体的供气量比例。可根据实际需要选择合适的途径进行烟气脱硝系统调节脱硝反应器入口烟温的调节，得到预设温度的混合烟气，然后进入脱硝反应器入口，将入口烟温控制在能够脱硝反应温度范围内，而且操作简单，效果明显，实现SCR脱硝系统的全工况投运。

3.本发明提供的烟气脱硝系统的调节装置包括配风室、热风供给装置、冷风供给装置，以及温度传感器、压力传感器、控制器、高温烟气调节阀、低温气体调节阀。配风室内设有用于混合高温烟气和低温气体的混合机构，如导流板、桨叶等。温度传感器用于监测第二进气口处烟气温度，压力传感器用于监测配风室内压力，高温烟气调节阀用于调节高温烟气的供气量，低温气体调节阀用于调节低温气体的供气量。

通过温度传感器监测第二进口处烟气温度，并与脱硝反应温度范围进行比较，如果第二进气口处烟气温度超过脱硝反应温度范围，则控制器调节高温烟气调节阀和低温气体调节阀，改变高温烟气和低温气体的供气量比例，使得第二进口处的烟气温度处于脱硝反应温度范围内，确保脱硝反应正常进行。

压力传感器监测配风室内压力，并通过控制器控制高温烟气调节阀和低温气体调节阀开度大小，即保持配风室向脱硝反应器进入总的供气量不变，脱硝反应器气压稳定，反应正常进行。

4.本发明提供的采用上述烟气脱硝系统调节脱硝反应器入口烟温的方法中，可充分利用脱硝反应器之后的烟气，一方面可实现将脱硝反应不彻底的烟气重新进行脱硝反应，另一方面可避免该烟气污染环境。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1是实现本发明实施例1所述的烟气脱硝系统工艺流程图；

图中附图标记表示为：

1-烟气产生装置；11-第一进气口；12-第一出气口；

2-脱硝反应器；21-第二进气口；22-第二出气口；

3-除尘器；31-第三进气口；32-第三出气口；

4-调节装置；41-配风室；42-热风供给装置；43-冷风供给装置；44-导流板；45-温度传感器；46-压力传感器；47-控制器；48-高温烟气调节阀；49-低温气体调节阀；

5-第一管路；51-倾斜部、52-水平部；

6-第二管路；7-第三管路；8-第四管路；9-第五管路；10-省煤器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种烟气脱硝系统，如图1所示，包括烟气产生装置1、脱硝反应器2、除尘器3、调节装置4。

如图1所示，烟气产生装置1具有第一进气口11和第一出气口12；脱硝反应器2具有第二进气口21和第二出气口22，脱硝反应器2与烟气产生装置1通过设置在第二进气口21与第一出气口12之间的第一管路5连接；除尘器3具有第三进气口31和第三出气口32，除尘器3与脱硝反应器2通过设置在第三进气口31与第二出气口22之间的第二管路6连接；调节装置4通过第三管路7设置在所述第一管路5上，用于调节所述脱硝反应器2内烟气的温度。

上述烟气脱硝系统，烟气产生装置产生的烟气由第一管路进入脱硝反应器入口，为脱硝反应器提供高温烟气。如果该系统受工况影响，脱硝反应器入口烟温超出脱硝反应温度范围时，则通过调节装置由外界向脱硝反应器入口引入烟气，此烟气温度不同于烟气产生装置提供烟气的温度，二者脱硝反应器入口处混合，使得脱硝反应器烟气在脱硝反应温度范围内，保证脱硝反应正常进行。脱硝反应后的含尘烟气经除尘器处理可得到含尘量较低的烟气，作为它用。

如图1所示，调节装置4包括配风室41，热风供给装置42和冷风供给装置43。热风供给装置42向配风室提供高温烟气，冷风供给装置43向配风室提供低温气体，二者形成混合烟气。

如图1所示，热风供给装置42选用热风炉一组或多组并列设置。根据脱硝反应器所需温度采用常规的热风炉一组或多组并列设置，可高效地为脱硝反应器提供所需温度的高温烟气。作为本发明的一个实施例，本实施例中，热风供给装置42选用一组热风炉。

如图1所示，冷风供给装置43通过第四管路8与第三出气口32连接形成循环回路。由于脱硝反应后的烟气中含有未与NH₃反应的NO和NO₂，经除尘器除尘后，确保含尘量低于10mg/Nm³，经第四管路进入配风室41，该烟气温度较高，含有大量余热。因此，可相应减少热风供给装置42向配风室41输送高温烟气的供应量，也能保证配风室41中的混合烟气温度达到要求，这在一定程度节约了资源，同时也避免了烟气污染空气。作为本发明的一个实施例，本实施例中，含尘量为5mg/Nm³。

如图1所示，配风室41内设置混合机构，由于高温烟气温度极高(＞1000℃)，在配风室中，高温烟气和低温气体先混合得到温度均匀的混合烟气，然后再进入脱硝反应器，使得其中的烟气温度不至于过高，脱硝反应催化剂不会因高温而失活，保证脱硝效率，有效控制氨逃逸。

如图1所示，混合机构为设置在配风室41内的至少一层水平设置的导流板44。作为本发明的一个实施例，本实施例中，混合机构为三层的导流板44。导流板44交错设置，增加高温烟气和低温气体混合程度，达到混合均一的效果。

如图1所示，调节装置4包括温度传感器45、压力传感器46、控制器47、高温烟气调节阀48、低温气体调节阀49。温度传感器45设置于第二进气口22处，监测第二进气口22处烟气温度，并与控制器47连接；压力传感器46设置于配风室41出口处，并与控制器47连接；高温烟气调节阀48设置于热风供给装置42出口，用于调节高温烟气的供气量；低温气体调节阀49设置于冷风供给装置43出口，用于调节低温气体的供气量；控制器47同时连接高温烟气调节阀48和低温气体调节阀49，控制两阀门开关。

通过温度传感器监测第二进口处烟气温度，并与脱硝反应温度值进行比较，如果第二进气口处烟气温度超过脱硝反应温度值范围，则控制器调节高温烟气调节阀和低温气体调节阀，改变高温烟气和低温气体的供气量比例，使得第二进口处的烟气温度处于合理范围内，确保脱硝反应正产进行；通过压力传感器监测配风室内压力，并通过控制器控制高温烟气调节阀和低温气体调节阀开度大小，即保持配风室向脱硝反应器进入总的供气量不变，脱硝反应器气压稳定，反应正常进行。

如图1所示，第一管路5还包括倾斜部51，以及成型在倾斜部一端上的水平部52，倾斜部的另一端连接于第一出气口12，水平部的另一端连接于第二进气口21；第三管路7连接于水平部52。

如图1所示，烟气脱硝系统还包括设置在第一管路中的省煤器10，省煤器10位于第一出气口12和所述倾斜部之间。

作为本发明的一个实施例，本实施例中，烟气产生装置为锅炉；作为可替换的实施方式，为脱硝反应器提供高温烟气的装置还可以为其它装置。作为进一步的变形，还可以不设置烟气产生装置，将脱硝反应器、除尘器和调节装置组成的循环系统与其它装置配合使用。

作为可替换的实施方式，调节装置还可以为设置在脱硝反应器内入口处的换热管道或换热翅片，甚至其他形式的调节装置，只需采用外界供热为脱硝反应器提供热量确保反应器内温度适于脱硝反应即可。

作为可替换的实施方式，调节装置为温度传感器、高温烟气调节阀、低温烟气调节阀组合使用，不包括控制器。作为进一步的变形，调节装置还可以为压力传感器、高温烟气调节阀、低温烟气调节阀组合使用，不包括温度传感器。

作为可替换的实施方式，混合机构还可以为伸入配风室内的转轴，以及固定在所述转轴外壁面上的至少一个桨叶。作为进一步的变形，配风室还可以不设置混合机构，为一腔体，只需高温烟气和低温气体混合即可。

作为可替换的实施方式，热风供给装置还可以为电高温烟气沸腾炉一组或多组并列设置，或者与热风炉一组或多组配合使用，只需能够提供高温烟气即可。

作为可替换的实施方式，冷风供给装置也可以通过第五管路直接与空气相连，采用空气作为低温气体，简便易行。作为进一步的变形，冷风供给装置还可以同时采用脱硝反应后烟气和空气，只需能够为调节装置提供低温气体即可。

作为可替换的实施方式，用于输送混合烟气的第三管路设置在第一管路的倾斜部，只需将混合烟气通入脱硝反应器即可。作为进一步的变形，第一管路还可以设置成其它结构形式与脱硝反应器的第二进气口相连。

作为可替换的实施方式，烟气脱硝系统还可以不设置省煤器。

实施例2

本实施例提供一种利用实施例1的烟气脱硝系统调节脱硝反应器入口烟温的方法，包括：

当所述脱硝反应器入口烟温超出脱硝反应温度范围时，通过改变高温烟气温度和/或改变所述高温烟气与所述低温气体的供气量比例，得到预设温度的混合烟气，该混合烟气进入脱硝反应器入口，使入口烟温处于脱硝反应温度范围内，脱硝反应正常进行。

具体地，脱硝系统点火时，温度传感器45监测脱硝反应器2入口烟温，此时，脱硝反应器2入口烟温远低于最低喷氨温度，脱硝反应无法进行。开启热风炉，增加单位时间内的燃料供应量，热风炉产生的高温烟气温度不断上升。根据温度传感器45的温度信号，控制器47开启高温烟气调节阀48和低温烟气调节阀49，热风炉产生的高温烟气进入配风室41，空气由第五管路8进入配风室41。此时，控制器控制高温烟气调节阀48开度大于低温烟气调节阀49开度，则高温烟气的供气量大于低温气体的供气量，配风室内的混合烟气温度持续上升，混合烟气经配风室内导流板折回流动得到温度均匀的混合烟气。混合烟气经第三管路7进入第一管路5中，脱硝反应器2入口烟气温度持续升高。当高于最低喷氨温度时，开始向脱硝系统内通入NH₃、NO、NO₂，脱硝反应正常启动。本实施例中，配风室内混合烟气温度为600℃，含尘量为5mg/Nm³。

配风室41内温度T不断上升过程中，压力传感器46监测配风室41中的压力，根据配风室内混合气体压强P、体积V和绝对温度T之间的函数关系PV＝nRT(n为混合气体的物质的量，R是气体常量(比例常数))，控制器47根据压力传感器46的压力信号，减小高温烟气调节阀48和低温烟气调节阀49开度，即向配风室内气体供应量减少，体积V减小，则配风室41内保持压强P恒定不变，脱硝反应稳定进行。

作为可替换的实施方式，配风室内混合烟气的预设温度还可以控制为580～620℃范围内的其它温度，均可实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。

作为可替换的实施方式，配风室内混合烟气的含尘量还可以为低于10mg/Nm³的其它数值，如1mg/Nm³，3mg/Nm³，7mg/Nm³，10mg/Nm³等等，均可实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。

作为可替换的实施方式，也可采用手动方式，即根据入口烟温变化，控制高温烟气阀门和低温气体阀门开启或关闭以及开度大小来控制高温烟气与低温气体进入配风室的供气量比例，只需将入口烟温调节至脱硝反应温度范围即可。作为进一步的变形，也可以对配风室不进行压强检测。

作为可替换的实施方式，当脱硝反应器入口烟温超出脱硝反应温度范围时，也可以保持高温烟气和低温气体的供气量比例不变，即高温烟气调节阀和低温气体调节阀开度不变，通过改变高温烟气温度来改变配风室内混合烟气温度。改变高温烟气温度的方式可采用增加或减少热风供给装置单位时间内的燃料供应量来实现。

作为可替换的实施方式，也可以保持高温烟气温度不变，通过改变高温烟气和低温气体的供气量比例来改变配风室内混合烟气温度。改变高温烟气和低温气体的供气量比例可采用控制高温烟气调节阀和低温气体调节阀开度来实现。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种烟气脱硝系统，其特征在于，包括：

脱硝反应器（2），具有第二进气口（21）和第二出气口（22），所述第二进气口（21）与第一管路（5）连接；

除尘器（3），具有第三进气口（31）和第三出气口（32），所述除尘器（3）与所述脱硝反应器（2）通过设置在所述第三进气口（31）与所述第二出气口（22）之间的第二管路（6）连接；

还包括，

调节装置（4），用于调节所述脱硝反应器（2）内烟气的温度，所述调节装置（4）通过第三管路（7）设置在所述第一管路（5）上，通过向所述脱硝反应器（2）内输入所需温度的烟气以调节温度；

所述调节装置（4）包括配风室（41），以及向所述配风室（41）内分别提供高温烟气和低温气体的热风供给装置（42）和冷风供给装置（43）；

所述调节装置（4）包括温度传感器（45）、压力传感器（46）、控制器（47）、高温烟气调节阀（48）、低温气体调节阀（49）；所述温度传感器（45）设置于所述第二进气口（21）处，并与所述控制器（47）连接；所述压力传感器（46）设置于所述配风室（41）出口处，并与所述控制器（47）连接；所述高温烟气调节阀（48）设置于所述热风供给装置（42）出口；所述低温气体调节阀（49）设置于所述冷风供给装置（43）出口；所述控制器（47）同时连接所述高温烟气调节阀（48）和所述低温气体调节阀（49）。

2.根据权利要求1所述的烟气脱硝系统，其特征在于，所述调节装置（4）还包括设置在所述配风室（41）内用于混合所述高温烟气和所述低温气体的混合机构。

3.根据权利要求2所述的烟气脱硝系统，其特征在于，所述混合机构为设置在所述配风室（41）内的至少一层水平设置的导流板（44）；或者，

为包括伸入所述配风室内的转轴，以及固定在所述转轴外壁面上的至少一个桨叶。

4.根据权利要求1-3任一项所述的烟气脱硝系统，其特征在于，所述第一管路（5）包括倾斜部（51），以及成型在倾斜部一端的水平部（52），所述倾斜部（51）的另一端连接第一出气口（12），所述水平部（52）的另一端连接所述第二进气口（21）；所述第三管路（7）连接所述水平部（52）；

所述热风供给装置（42）为一组或多组并列设置的热风炉和/或电高温烟气沸腾炉；所述冷风供给装置（43）通过第四管路（8）与所述第三出气口（32）连接形成循环回路，或者所述冷风供给装置（43）通过第五管路（9）直接与空气相连。

5.一种利用权利要求1-4任一所述的烟气脱硝系统调节脱硝反应器入口烟温的方法，其特征在于，包括：

当所述脱硝反应器（2）入口烟温超出脱硝反应温度范围时，通过改变所述高温烟气温度和/或改变所述高温烟气与所述低温气体的供气量比例，得到预设温度的混合烟气；

将所述混合烟气通入所述脱硝反应器（2）入口，使所述入口烟温保持在脱硝反应温度范围内。

6.根据权利要求5所述的调节脱硝反应器入口烟温的方法，其特征在于，所述混合烟气的预设温度为580~620℃。

7.根据权利要求5或6所述的调节脱硝反应器入口烟温的方法，其特征在于，所述混合烟气含尘量低于10mg/Nm³。

Images