CN107551783A - 一种两级sncr脱硝系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种两级SNCR的脱硝系统及方法，可有效增加还原剂的炉内停留时间，提高还原剂与烟气的混合效果，并促进低温区段还原反应的快速进行，进而大大提高SNCR脱硝效率，具有可观的经济及环保效益。所述系统包括锅炉，锅炉折焰角后水平烟道处串联布置的两级旋风分离器，两个旋风分离器前分别布置的第一级SNCR脱硝反应器和第二级SNCR脱硝反应器，后一级旋风分离器的出口端连接排烟烟道；第一级脱硝反应器内设置多支主喷枪，在水平烟道的横截面上均匀的呈多层布置；第二级脱硝反应器内设置有补氨喷枪，沿在水平烟道的横截面布置。

Description

一种两级SNCR脱硝系统及方法

技术领域

本发明涉及锅炉和SNCR脱硝装置布设，具体为一种两级SNCR脱硝系统及方法。

背景技术

氮氧化物是燃煤锅炉排放的主要污染物之一，近年来国家环保部对氮氧化物的排放标准要求越发严格，单纯依靠低氮燃烧技术，并不能满足环保要求，亟需寻求一种高效且经济的烟气脱硝方案。

目前常用的烟气脱硝技术主要有SCR烟气脱硝法以及SNCR烟气脱硝法。SCR烟气脱硝法是在300～400℃温度区间内，以氨作为还原剂在催化剂的作用下，与氮氧化物发生还原反应，进而脱除烟气中的氮氧化物。尽管SCR技术脱硝效率较高，但由于反应过程中需要催化剂的参与，运行费用较高，经济性较差。而SNCR脱硝反应过程中无需催化剂的作用，将尿素等氨基还原剂喷入炉内温度为850℃～1100℃的区域内，即可将烟气中的氮氧化物还原成氮气和水，其初投资及运行成本均较低。出于经济性的考虑，在满足环保标准的前提下，更适宜选用SNCR烟气脱硝技术。

研究者针对如何延长SNCR脱硝还原剂炉内停留时间、提高还原剂与烟气的混合效果给出不同解决方案，如中国专利CN201510494130.X公开的一种SNCR脱硝系统及垃圾焚烧锅炉，在SNCR喷枪下游加装扰流器，扰流器喷射形成与烟气流动方向相反的扰动气流，通过扰动气流增加还原剂的停留时间，并加强了还原剂与烟气的混合效果，从而提高了脱硝效率。又如中国专利CN201510329157.3公开的一种层燃炉SNCR脱硝装置，外接SNCR脱硝反应烟道，将炉膛出口处烟气引至锅炉外面，完成脱硝反应后再引回炉膛，从而给SNCR脱硝工艺提供足够的反应空间，同时增加了还原剂与烟气的混合时间，进而提高了SNCR脱硝效率。然而以上方法受炉内空间限制，增加停留时间效果不明显。目前SNCR技术的脱硝效率只能达到40％～60％左右，有待进一步提高。

发明内容

针对现有SNCR脱硝技术中存在脱硝效率低的问题，本发明提供一种两级SNCR的脱硝系统及方法，可有效增加还原剂的炉内停留时间，提高还原剂与烟气的混合效果，并促进低温区段还原反应的快速进行，进而大大提高SNCR脱硝效率，具有可观的经济及环保效益。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种两级SNCR脱硝系统，包括锅炉，锅炉折焰角后水平烟道处串联布置的两级旋风分离器，两个旋风分离器前分别布置的第一级SNCR脱硝反应器和第二级SNCR脱硝反应器，后一级旋风分离器的出口端连接排烟烟道；第一级脱硝反应器内设置多支主喷枪，在水平烟道的横截面上均匀的呈多层布置；第二级脱硝反应器内设置有补氨喷枪，沿在水平烟道的横截面布置。

优选的，所述的锅炉侧壁上设置有低氮燃烧器；所述的锅炉顶部设置有屏式过热器。

优选的，所述的排烟烟道内依次设置有对流式过热器、再热器、省煤器和空气预热器。

优选的，还包括：冷渣器；冷渣器的输入端分别连接旋风分离器出口以及炉膛底部排渣口，冷渣器的出口连接灰渣输送履带。

优选的，还包括甲烷喷口，甲烷喷口的输入端与甲烷储罐相连，甲烷喷口的出口连接在第二级SNCR脱硝反应器入口烟道内。

优选的，主喷枪的输入端依次连接第一计量模块、第一流量计和第一控制阀；第一控制阀的输入端连接氨基溶液；

优选的，补氨喷枪的输入端依次连接第二计量模块、第二流量计和第二控制阀；第二控制阀的输入端连接氨基溶液，控制端连接激光探测器的输出端；所述的激光探测器设置在前一级旋风分离器的出口上，用于测量NOx的浓度。

优选的，每支主喷枪和补氨喷枪前均设置一个手动阀门，所有手动阀门开度相同。

一种两级SNCR脱硝方法，基于本发明所述的脱硝系统，包括如下步骤，

步骤1，锅炉炉膛内的烟气，经在炉膛折焰角后方水平烟道处连接的第一级SNCR脱硝反应器进行一次脱硝处理；第一级SNCR脱硝反应器内的多支主喷枪的喷氨量由锅炉负荷进行控制；一次脱硝处理时由前一级旋风分离器对还原剂和烟气实现扰动；

步骤2，一次脱硝后的烟气进入第二级SNCR脱硝反应器进行二次脱硝处理；第二级SNCR脱硝反应器内的补氨喷枪的喷氨量由第一级SNCR脱硝反应器出口NOx浓度确定；二次脱硝处理时由后一级旋风分离器对还原气体和烟气实现扰动；

步骤3，二次脱硝处理后的烟气依次经对流式过热器，再热器，省煤器和空气预热器降温后排出。

优选的，一次脱硝处理后的烟气经喷射混合甲烷后，进入第二级SNCR脱硝反应器进行二次脱硝处理。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明在折焰角后水平烟道上依次布置两级SNCR脱硝反应器，第一级SNCR脱硝反应器设置多支主喷枪，其喷氨量由机组负荷控制，在第一级SNCR脱硝反应器出口设置一组激光探测器，对第一级SNCR脱硝反应器出口处NOx浓度进行测量，根据NOx浓度信号实时调整第二级SNCR脱硝反应器中补氨喷枪的喷氨量。设置两级SNCR脱硝反应器，能够对烟气进行两次脱硝，从而大大降低氮氧化物排放量；此外，在第一级SNCR脱硝反应器中未反应的氨气能够在第二级SNCR脱硝反应器中完全反应，从而有效降低氨逃逸。

同时在两级SNCR脱硝反应器后分别布置一个旋风分离器，喷入脱硝还原剂的烟气进入旋风分离器入口时，由于筒壁的约束作用，气流将由直线运动转变成圆周运动，旋转气流严器壁成螺旋形向下。当旋转向下的气流达到锥体下端某一位置时，由于锥筒内外气流压差作用，使气流向分离器中心靠拢，最终气流由下反转向上，由旋风分离器上部出口排出。这一过程大大延长了SNCR脱硝还原剂与烟气的接触时间，并提高了还原剂与烟气的混合效果，进而大大提高了SNCR脱硝反应的脱硝效率，具有良好的经济效益及环境效益。

进一步的，在第一级脱硝反应器后、第二级脱硝反应器前设置甲烷喷口，甲烷喷口的输入端与CH₄储罐连接。由于烟气在第一级SNCR脱硝反应器及其后连接的旋风分离器内流动过程中会造成烟温损失，使旋风分离器出口温度可能会低于SNCR脱硝反应的最佳温度区间，最终造成第二级SNCR脱硝反应效率下降。甲烷添加剂的加入，能够降低SNCR脱硝反应的温度区间，提高还原反应速率，使SNCR脱硝反应在相对较低的温度下也能够快速反应，从而脱硝效率达到85％以上，并有效降低氨逃逸。

附图说明

图1为本发明所述两级SNCR脱硝系统的结构示意图。

图2为本发明所述两级SNCR脱硝系统喷氨量控制回路。

图中：1-甲烷储罐；2-低氮燃烧器；3-第一级SNCR脱硝反应器；4-旋风分离器；5-第二级SNCR脱硝反应器；6-激光探测器；7-甲烷喷口；8-屏式过热器；9-对流式过热器；10-再热器；11-省煤器；12-空气预热器；13-冷渣器；31-第一计量模块；32-第一流量计；33-第一控制阀；34-主喷枪；51-第二计量模块，52-第二流量计，53-第二控制阀，54-补氨喷枪。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1所示，本发明一种SNCR脱硝系统，包括低氮燃烧器2、屏式过热器8、第一级SNCR脱硝反应器3、第二级SNCR脱硝反应器5、旋风分离器4、对流式过热器9、再热器10、省煤器11、空气预热器12以及冷渣器13。

锅炉的炉膛内燃料燃烧通过低氮燃烧器2采用低氮燃烧技术，炉膛上部顶棚布置屏式过热器8。在炉膛折焰角后方水平烟道处，串联布置第一级SNCR脱硝反应器3、第二级SNCR脱硝反应器5。在第一级SNCR脱硝反应器3、第二级SNCR脱硝反应器5后分别布置一个旋风分离器4。对流式过热器9及再热器10布置于尾部竖井上部。布置冷渣器13对旋风分离器4分离后的灰渣以及炉内排出的灰渣进行冷却，冷却后通过灰渣输送履带排至捞渣机。

其中，第一级SNCR脱硝反应器3的进烟口和锅炉的出烟口连通，第一级SNCR脱硝反应器3和第二级SNCR脱硝反应器5的出烟口和对应的旋风分离器4的进烟口连通。如图2所示，第一级脱硝反应器3中布置多支主喷枪34，主喷枪34的输入端依次连接第一计量模块31、第一流量计32和第一控制阀33；第一控制阀33的输入端连接氨基溶液，主喷枪34喷氨量由锅炉负荷控制；第二级脱硝反应器5中布置数量少于主喷枪34的补氨喷枪54，补氨喷枪54的输入端依次连接第二计量模块51、第二流量计52和第二控制阀53；第二控制阀53的输入端连接氨基溶液，控制端连接激光探测器6的输出端，补氨喷枪54的喷氨量由激光探测器6检测到的NOx浓度控制；所述的激光探测器6设置在第一级脱硝反应器3的出口上。每支主喷枪34和补氨喷枪54前均设置一个手动阀门，所有手动阀门开度相同。当机组负荷升高时，增加第一级SNCR内各主喷枪34的喷氨量，反之则减少喷氨。当激光探测器6检测到NOx浓度升高时，适当增加第二级SNCR内各补氨喷枪54的喷氨量，反之则适当较少喷氨。锅炉燃烧产生的烟气通过两级串联的SNCR脱硝反应器和旋风分离器4完成脱硝。

通过在炉膛出口水平烟道处设置两级SNCR脱硝反应器，能够对烟气进行两次脱硝，并在每级SNCR脱硝反应器后分别布置一个旋风分离器4，喷入还原剂的烟气在旋风分离器4内扰动增强，提高了还原剂与烟气的混合效果，可使脱硝效率达到85％以上。此外，在第一级SNCR脱硝反应器3中未反应的氨气能够在第二级SNCR脱硝反应器5中完全反应，从而有效降低氨逃逸。

在第一级脱硝反应器3后、第二级脱硝反应器5前设置甲烷喷口7，甲烷喷口7的输入端与甲烷储罐1连接,甲烷喷口7的出口连接在第二级SNCR脱硝反应器5入口烟道内。由于烟气在第一级SNCR脱硝反应器3及其后连接的旋风分离器4内流动过程中会造成烟温损失，使旋风分离器4出口温度可能会低于SNCR脱硝反应的最佳温度区间，最终造成第二级SNCR脱硝反应效率下降。甲烷添加剂的加入，能够降低SNCR脱硝反应的温度区间，提高还原反应速率，使SNCR脱硝反应在相对较低的温度下也能够快速反应，从而脱硝效率达到85％以上，并有效降低氨逃逸。

一种基于上述脱硝系统的两级SNCR脱硝方法，包括如下步骤，

步骤1，锅炉炉膛内的烟气，经在炉膛折焰角后方水平烟道处连接的第一级SNCR脱硝反应器3进行一次脱硝处理；第一级SNCR脱硝反应器3内的多支主喷枪34的喷氨量由锅炉负荷进行控制；一次脱硝处理时由前一级旋风分离器4对还原剂和烟气实现扰动；

步骤2，一次脱硝处理后的烟气经喷射混合甲烷后，进入第二级SNCR脱硝反应器5进行二次脱硝处理；第二级SNCR脱硝反应器5内的补氨喷枪54的喷氨量由第一级SNCR脱硝反应器3出口NOx浓度确定；二次脱硝处理时由后一级旋风分离器4对还原气体和烟气实现扰动；

步骤3，二次脱硝处理后的烟气依次经对流式过热器9，再热器10，省煤器11和空气预热器12降温后排出。

由于SNCR的脱硝效率受温度、CO浓度、NOx初值、氨氮比、停留时间、混合效果、添加剂等因素的影响。通过串联的两级旋风分离器4提高还原剂在适宜的温度区间内的停留时间、加强还原剂与烟气的混合效果，能够使还原剂与氮氧化物反应更加充分，从而大大提高SNCR脱硝效率。再通过在第二次脱硝前加入甲烷等添加剂，能够降低SNCR脱硝反应的适宜温度，使其在相对较低的温度区间内仍能达到较高的脱硝效率，从而对SNCR脱硝系统和脱硝方法进行优化，使SNCR脱硝效率达到85％以上。

Claims (10)

1.一种两级SNCR脱硝系统，其特征在于，包括锅炉，锅炉折焰角后水平烟道处串联布置的两级旋风分离器(4)，两个旋风分离器(4)前分别布置的第一级SNCR脱硝反应器(3)和第二级SNCR脱硝反应器(5)，后一级旋风分离器(4)的出口端连接排烟烟道；

第一级脱硝反应器(3)内设置多支主喷枪(34)，在水平烟道的横截面上均匀的呈多层布置；第二级脱硝反应器(5)内设置有补氨喷枪(54)，沿在水平烟道的横截面布置。

2.如权利要求1所述的一种两级SNCR脱硝系统，其特征在于，所述的锅炉侧壁上设置有低氮燃烧器(2)；所述的锅炉顶部设置有屏式过热器(8)。

3.如权利要求1所述的一种两级SNCR脱硝系统，其特征在于，所述的排烟烟道内依次设置有对流式过热器(9)、再热器(10)、省煤器(11)和空气预热器(12)。

4.如权利要求1所述的一种两级SNCR脱硝系统，其特征在于，还包括：冷渣器(13)；冷渣器(13)的输入端分别连接旋风分离器(4)出口以及炉膛底部排渣口，冷渣器(13)的出口连接灰渣输送履带。

5.如权利要求1所述的一种两级SNCR脱硝系统，其特征在于，还包括甲烷喷口(7)，甲烷喷口(7)的输入端与甲烷储罐(1)相连，甲烷喷口(7)的出口连接在第二级SNCR脱硝反应器(5)入口烟道内。

6.如权利要求1所述的一种两级SNCR脱硝系统，其特征在于，主喷枪(34)的输入端依次连接第一计量模块(31)、第一流量计(32)和第一控制阀(33)；第一控制阀(33)的输入端连接氨基溶液。

7.如权利要求1所述的一种两级SNCR脱硝系统，其特征在于，补氨喷枪(54)的输入端依次连接第二计量模块(51)、第二流量计(52)和第二控制阀(53)；第二控制阀(53)的输入端连接氨基溶液，控制端连接激光探测器(6)的输出端；所述的激光探测器(6)设置在前一级旋风分离器的出口上，用于测量NOx的浓度。

8.如权利要求1所述的一种两级SNCR脱硝系统，其特征在于，每支主喷枪(34)和补氨喷枪(54)前均设置一个手动阀门，所有手动阀门开度相同。

9.一种两级SNCR脱硝方法，基于权利要求1-8任意一项所述的脱硝系统，其特征在于，包括如下步骤，

步骤1，锅炉炉膛内的烟气，经在炉膛折焰角后方水平烟道处连接的第一级SNCR脱硝反应器(3)进行一次脱硝处理；第一级SNCR脱硝反应器(3)内的多支主喷枪(34)的喷氨量由锅炉负荷进行控制；一次脱硝处理时由前一级旋风分离器(4)对还原剂和烟气实现扰动；

步骤2，一次脱硝后的烟气进入第二级SNCR脱硝反应器(5)进行二次脱硝处理；第二级SNCR脱硝反应器(5)内的补氨喷枪(54)的喷氨量由第一级SNCR脱硝反应器(3)出口NOx浓度确定；二次脱硝处理时由后一级旋风分离器(4)对还原气体和烟气实现扰动；

步骤3，二次脱硝处理后的烟气依次经对流式过热器(9)，再热器(10)，省煤器(11)和空气预热器(12)降温后排出。

10.根据权利要求9所述的一种两级SNCR脱硝方法，其特征在于，一次脱硝处理后的烟气经喷射混合甲烷后，进入第二级SNCR脱硝反应器(5)进行二次脱硝处理。