CN107166376A - 基于旋风分离器的流化床锅炉脱硝装置和脱硝方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于旋风分离器的流化床锅炉脱硝装置，所述流化床锅炉的炉膛出口烟道连接有旋风分离器，所述旋风分离器的出口烟道上设置有氨枪，出口烟道的氨枪喷射口向下。本发明还提供一种流化床锅炉脱硝方法。本发明提出的脱硝装置，旋风分离器出口烟道烟温位于脱硝剂与NOx反应的最佳温度之间，能够更好的进行脱硝反应，提高脱硝剂利用率。每路新增管道均安装关断阀，与原管道配合，在锅炉不同工况下，可随时切换不同部位氨枪的投运，寻求最佳反应组合。
Description
技术领域
本发明属于废气净化领域，具体涉及一种锅炉烟气的脱硝装置和脱硝方法。
背景技术
选择性非催化还原(简写为SNCR)脱除NOx技术是把含有NHx基的还原剂(如氨气、氨水或者尿素等)喷入炉膛温度为800℃～1100℃的区域，该还原剂迅速热分解成NH3和其它副产物，随后NH3与烟气中的NOx进行SNCR反应而生成N2。
SNCR脱硝的优点包括系统简单，不需要改变现有锅炉的设备设置，而只需在现有的燃煤锅炉的基础上增加氨或尿素储槽，氨或尿素喷射装置及其喷射口即可，系统投资小，对锅炉的正常运行影响较小；系统占地面积小等优点。
SNCR采用尿素作为还原剂还原NOx的主要化学反应为：
(NH2)2CO→2NH2+CO (1)
NH2+NO→N2+H2O (2)
CO+NO→N2+CO2 (3)
反应过程中可能产生副反应，副反应主要的产物为N2O，N2O是一种温室气体，同时它对臭氧层也能起到破坏的作用。而NH3—SNCR体系中，还原NOx的反应对于温度条件和停留时间非常敏感，往往使化学反应进行的程度较低反应不够彻底，从而造成NOx的还原率较低，未参与反应的NH3增加，过量的氨气会溢出而形成硫酸铵，易造成空气预热器堵塞，并有腐蚀危险。当反应温度高于温度窗口时，NH3的氧化反应开始起主导作用：
4NH3+5O2→4NO+6H2O (4)
SNCR还原NOx的过程是上述的还原NOx反应和生成NO反应相互竞争的过程，因此，脱硝系统的设置方式也成为了影响脱硝效率的关键技术。
发明内容
针对本领域存在的不足，本发明要解决的问题是提供一种基于旋风分离器的流化床锅炉脱硝装置。
本发明的第二个目的是提供一种流化床锅炉的脱硝方法。
实现本发明上述目的的技术方案为：
一种基于旋风分离器的流化床锅炉脱硝装置，所述流化床锅炉的炉膛出口烟道连接有旋风分离器，所述旋风分离器的出口烟道上设置有氨枪，出口烟道的氨枪喷射口向下。
进一步地，所述流化床锅炉为立式锅炉，炉膛出口烟道连接并联的2～4台旋风分离器，旋风分离器的出口烟道均通入锅炉尾部烟道中，旋风分离器的底部设置有返料器，所述返料器与锅炉炉膛后墙底部连接。
其中，每台旋风分离器的出口烟道水平段的顶部均设置有一个氨枪。
本发明的优选技术方案之一为，所述各旋风分离器的入口烟道均上设置有氨枪，旋风分离器的入口烟道为矩形截面，两个相对的侧面上安装1或2个氨枪，顶面上安装1个氨枪(一个旋风分离器的入口烟道壁上有3～5支氨枪)，所述氨枪均连接有脱硝剂管路，脱硝剂管路上设置有流量计，在流量计与氨枪之间的管路上设置有三通，所述三通通过管路连接于旋风分离器出口烟道上的氨枪，管路上设置有关断阀。
更优选地，对于月给煤量10～40万吨的锅炉，在烟道侧壁上安装并联的3台旋风分离器。
其中，所述旋风分离器的出口烟道的人孔门处设置所述氨枪，氨枪的喷射口距离出口烟道底部8m。
本发明还提出一种流化床锅炉脱硝方法，以尿素溶液和/或氨水为脱硝剂，向旋风分离器内喷射，相对于月给煤量10～40万吨的锅炉，脱硝剂月用量为50～140吨。其中尿素配成10～30wt％的溶液，氨水配成10～30wt％的溶液即可。
本发明用尿素或氨水进行脱硝均可，但申请人单位所在地乌海当地不生产氨水，运输氨水又受到公路运输安全方面的限制，因此优选用尿素脱硝。
其中，对于12000～23760万KWh月发电量的锅炉，从旋风分离器的入口烟道顶面喷入脱硝剂；和/或从旋风分离器的出口烟道顶部向下喷入脱硝剂。
根据锅炉不同工况，投入脱硝剂的用量可调整，本发明一种优选的参数为：对于12000～23760万KWh月发电量的锅炉，旋风分离器的入口烟道壁上的3～15个氨枪喷入脱硝剂、并从3个位于旋风分离器的出口烟道顶部的氨枪向下喷入脱硝剂。
本发明的有益效果在于：
①本发明提出的脱硝装置，旋风分离器出口烟道烟温位于脱硝剂与NOx反应的最佳温度之间，能够更好的进行脱硝反应，提高脱硝剂利用率。
②每路新增管道均安装关断阀，与原管道配合，在锅炉不同工况下，可随时切换不同部位氨枪的投运，寻求最佳反应组合。
③管道分别接至3台旋风分离器出口水平烟道顶部人孔门处，氨枪自上向下布置，脱硝剂喷雾由顶部喷出，在重力和烟气共同作用下喷散效果会更好；另外喷射点距离烟道底部高度达8米，落差大，脱硝剂有足够反应时间，因此脱硝反应进行彻底。
④与锅炉其它位置受热面相比，此技术只需通过水钻打穿烟道人孔门壁板和浇注料，套管焊接于人孔门插入氨枪即可，避免割除受热面管子并安装让管、重新焊接销钉敷设浇注料的巨大工作量。
⑤氨枪数量增加3支，在出现氨枪故障时，可随时增投其余氨枪代替检修氨枪，避免因脱硝剂瞬时短缺而造成NOx环保数据超标。
附图说明
图1为锅炉和旋风分离器的设置示意图。
图2为旋风分离器上氨枪设置位置的示意图。
图中，1为流化床锅炉，101为再热蒸汽出口，102为再热器入口，103为一次风通道，104为二次风通道，105为锅炉尾部烟道，2为旋风分离器，201为出口烟道，202为入口烟道，203为旋风分离器的底部返料器，301为出口烟道的顶部氨枪，302为入口烟道顶部氨枪，303为侧面氨枪。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例中，如无特殊说明，所使用的方法均为本领域常规的方法。
实施例1：
如图1，一种基于旋风分离器的流化床锅炉脱硝装置，流化床锅炉1的炉膛出口烟道连接有旋风分离器2，所述旋风分离器的出口烟道201上设置有氨枪，出口烟道的氨枪喷射口向下。
本流化床锅炉1为立式锅炉，锅炉炉膛上部设置有再热器，连接再热器入口102和再热蒸汽出口101；锅炉侧壁设置有一次风通道103和为二次风通道104。炉膛出口烟道连接并联的3台旋风分离器2，3台旋风分离器的出口烟道均通入锅炉尾部烟道105中，旋风分离器2的底部返料器203与锅炉炉膛后墙底部连接。每台旋风分离器的出口烟道水平段的顶部均设置有一个出口烟道的顶部氨枪301，共设置并排的三支氨枪(第一组氨枪)。
参见图2，在旋风分离器的入口烟道上设置有第二组5支/台氨枪，三台旋风分离器的入口烟道的横截面均为矩形截面，入口烟道两个相对的侧面上安装上下2个侧面氨枪303，顶面上安装1个入口烟道顶部氨枪302，所述氨枪均连接有脱硝剂管路，脱硝剂管路上设置有流量计，在流量计与氨枪之间的管路上设置有三通，所述三通通过管路连接于旋风分离器出口烟道上的氨枪，管路上设置有关断阀。
本发明是在旋风分离器的出口烟道的人孔门处设置所述氨枪，安装时通过水钻打穿烟道人孔门壁板和浇注料，套管焊接于人孔门、插入氨枪即可，避免割除受热面管子并安装让管、重新焊接销钉敷设浇注料的巨大工作量。氨枪的喷射口距离出口烟道底部8m。顶部布置1个。通过测量温度可知，旋风分离器的入口烟道处平均温度约为837℃，而出口烟道平均温度约为865.3℃，在未达到最佳温度的情况下，越是接近950℃反应越彻底。出口烟道增加3支氨枪，在投运过程中相应减少入口烟道氨枪的投用量，逐步形成反应最佳。
本脱硝装置在去年七月完成，以尿素溶液(浓度20％)进行脱硝，旋风分离器的入口烟道顶面的1个氨枪喷入脱硝剂、并从3个位于旋风分离器的出口烟道顶部的氨枪向下喷入脱硝剂。
当月给煤量303755.59吨，脱硝剂用量为138吨。
对比例：
在没有安装旋风分离器出口烟道上的氨枪时，本流化床锅炉在烟道后壁上安装并联的3台旋风分离器，旋风分离器的出口烟道均通入锅炉排烟烟道中，旋风分离器的底部排灰口与锅炉燃料进口连接。三台旋风分离器的入口烟道上共设置有15支氨枪，旋风分离器的入口烟道为矩形截面，两个相对的侧面上安装2个氨枪，顶面上安装1个氨枪。
以去年六月运行数据为例，以尿素(质量浓度20％)进行脱硝，旋风分离器的入口烟道5个氨枪喷入脱硝剂，当月给煤量263055.72吨，脱硝剂用量为147吨。
六月和七月的数据比较见表1。
表1：脱硝剂用量和费用对比
通过测算每月可节约脱硝剂费用约为：
0.5×40000kwh×1.2＝2.4万元/月
尿素价格平均为1.2元/kg。以月发电量平均40000kwh计算，改造后发电每万kwh节约脱硝剂用量约0.5kg。
实施例2：
一种基于旋风分离器的流化床锅炉脱硝装置，在流化床锅炉1的炉膛烟道上连接三台旋风分离器2。本流化床锅炉1为立式锅炉，锅炉炉膛上部设置有再热器，连接再热器入口102和再热蒸汽出口101；锅炉侧壁设置有一次风通道103和为二次风通道104。在烟道后壁上安装并联的3台旋风分离器2，3台旋风分离器的出口烟道均通入锅炉尾部烟道105中。
在改造之前，在旋风分离器的入口烟道上设置有第二组5支/台氨枪，三个旋风分离器的入口烟道的横截面均为矩形截面，入口烟道两个相对的侧面上安装上下2个侧面氨枪303，顶面上安装1个入口烟道顶部氨枪302，技改时，将入口烟道两个相对的侧面上的2个侧面氨枪各拔下一支，而在旋风分离器出口烟道上安装3支氨枪(每个旋风分离器出口烟道一支)，氨枪的喷射口距离出口烟道底部8m。
所述氨枪均连接有脱硝剂管路，脱硝剂管路上设置有流量计，在流量计与氨枪之间的管路上设置有三通，所述三通通过管路连接于旋风分离器出口烟道上的氨枪，管路上设置有关断阀。旋风分离器2的底部返料器203与锅炉燃料进口连接。每台旋风分离器的出口烟道水平段的顶部均设置有一个出口烟道的顶部氨枪301，共设置并排的三支氨枪(第一组氨枪)。
本技术改造在旋风分离器的出口烟道的人孔门处设置所述氨枪，减少旋风分离器入口烟道侧壁的氨枪，对于12000～23760万KWh月发电量的锅炉，旋风分离器的入口烟道的3～9个氨枪喷入脱硝剂、并从3个位于旋风分离器的出口烟道顶部的氨枪向下喷入脱硝剂，也可满足脱硫需要。
以上的实施例仅仅是对发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于旋风分离器的流化床锅炉脱硝装置，其特征在于，所述流化床锅炉的炉膛出口烟道连接有旋风分离器，所述旋风分离器的出口烟道上设置有氨枪，所述出口烟道的氨枪喷射口向下。
2.根据权利要求1所述的流化床锅炉脱硝装置，其特征在于，所述流化床锅炉为立式锅炉，在炉膛出口烟道连接并联的2～4台旋风分离器，旋风分离器的出口烟道均通入锅炉尾部烟道中，旋风分离器的底部设置有返料器，所述返料器与锅炉炉膛后墙底部连接。
3.根据权利要求2所述的流化床锅炉脱硝装置，其特征在于，每台旋风分离器的出口烟道水平段的顶部均设置有一个氨枪。
4.根据权利要求1所述的流化床锅炉脱硝装置，其特征在于，所述各旋风分离器的入口烟道上均设置有氨枪，所述旋风分离器的入口烟道为矩形截面，两个相对的侧面上各安装1或2个氨枪，顶面上安装1个氨枪，所述氨枪均连接有脱硝剂管路，脱硝剂管路上设置有流量计，在流量计与氨枪之间的管路上设置有三通，所述三通通过管路连接于旋风分离器出口烟道上的氨枪，管路上设置有关断阀。
5.根据权利要求1所述的流化床锅炉脱硝装置，其特征在于，对于月给煤量10～40万吨的锅炉，炉膛出口烟道连接并联的3台旋风分离器。
6.根据权利要求1所述的流化床锅炉脱硝装置，其特征在于，所述旋风分离器的出口烟道的人孔门处设置所述氨枪，氨枪的喷射口距离出口烟道底部8m。
7.一种流化床锅炉脱硝方法，其特征在于，以尿素溶液和/或氨水为脱硝剂，向旋风分离器内喷射，相对于月给煤量10～40万吨的锅炉，脱硝剂月用量为50～140吨。
8.根据权利要求7所述的流化床锅炉脱硝方法，其特征在于，对于12000～23760万KWh月发电量的锅炉，从旋风分离器的入口烟道顶面喷入脱硝剂；和/或从旋风分离器的出口烟道喷入脱硝剂。
9.根据权利要求8所述的流化床锅炉脱硝方法，其特征在于，对于12000～23760万KWh月发电量的锅炉，旋风分离器入口烟道上的3-15个氨枪喷入脱硝剂、并从3个位于旋风分离器的出口烟道顶部的氨枪向下喷入脱硝剂。
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