CN107715668A - 一种烟气高浓度NOx实现超低排放的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烟气高浓度NOx实现超低排放的装置，属于烟气脱硝领域，包括SNCR液态脱硝还原剂喷射装置和SNCR气态脱硝还原剂喷射装置，SNCR液态脱硝还原剂喷射装置设于包括距离锅炉燃尽风2m‑4m的燃烧器与燃尽风之间的火焰还原性气氛区域，以及锅炉炉膛折焰角下部区域或炉膛出口水平烟道前墙，SNCR气态脱硝还原剂喷射装置为设于水平烟道区域内的烟道竖直断面上的多孔管网或多孔管道。本发明可以使烟气高浓度NOx(500mg/Nm3以上，特别是1000mg/Nm3以上)实现超低排放，NOx浓度低于50mg/Nm3，脱硝效率达到95％以上。
Description
技术领域
本发明属于烟气脱硝领域。
背景技术
部分燃烧无烟煤、贫煤等燃料的锅炉，锅炉原始排放的NOx浓度较高，一般高达500mg/Nm3以上，有的甚至高达1000mg/Nm3以上，采用单一的选择性催化还原剂(SCR)烟气脱硝技术或采用单一的选择性非催化还原剂(SNCR)烟气脱硝技术，将不能满足目前火电厂烟气污染物实施的NOx超低排放50mg/Nm3的限值要求。
为了满足火电厂烟气污染物实施的NOx超低排放50mg/Nm3的限值，一些SNCR-SCR联合脱硝技术被应用于循环流化床(CFB)锅炉，但主要是解决CFB锅炉全负荷脱硝问题，而且脱硝还原剂是采用单一的还原剂。中国专利文献ZL201210228616.5提出了一种CFB锅炉SNCR+SCR混合脱硝系统，在CFB锅炉旋风分离器处喷入SNCR脱硝还原剂，SNCR脱硝未反应完的剩余还原剂作为下游布置于省煤器之间的SCR脱硝的还原剂，该专利充分利用了CFB锅炉旋风分离器的分离、混合特性，能使喷入的SNCR脱硝还原剂与烟气混合均匀，具有较高的SNCR脱硝效率，但是却不能解决无分离器装置的煤粉炉具有较高SNCR脱硝效率问题。
现有的公知的煤粉炉SNCR+SCR联合脱硝技术，通常是在锅炉炉膛折焰角下部、炉膛出口水平烟道喷入SNCR脱硝还原剂，SNCR未反应完的剩余反应剂作为下游SCR的脱硝还原剂，由于SNCR还原剂是通过喷枪将液态还原剂雾化后送入锅炉炉膛折焰角下部和炉膛出口水平烟道，受雾化粒径动能的限制，喷入的SNCR还原剂只能到达锅炉炉膛折焰角下部周边区域和炉膛出口水平烟道内壁周边区域，不能深入到中心区域，SNCR脱硝还原剂不能完全覆盖烟道断面，与烟气的混合均匀性差，更不能与烟气完全混合，另外作为液体还原剂直接喷入锅炉合适温度区域，对周围密集的受热面而言,存在着受热面腐蚀及爆管的风险，严重制约了喷枪的使用，同时大量的液体喷入，还将影响锅炉效率。综合下来,使得煤粉炉SNCR脱硝效率较低，一般仅30-40％的脱硝效率，SNCR+SCR的综合脱硝效率低于85％，不能解决高浓度NOx实现50mg/Nm3的超低排放限值问题。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种双介质还原剂的SNCR+SCR协同脱硝方法和装置，使烟气高浓度NOx(500mg/Nm3以上，特别是1000mg/Nm3以上)实现超低排放，NOx浓度低于50mg/Nm3，脱硝效率达到95％以上。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种烟气高浓度NOx实现超低排放的装置，包括锅炉炉膛，设有SCR脱硝催化剂的尾部烟道，以及直接连接锅炉炉膛出口和尾部烟道的水平烟道，SCR脱硝催化剂之前还设有SCR气态脱硝还原剂喷射装置，还包括SNCR液态脱硝还原剂喷射装置和SNCR气态脱硝还原剂喷射装置，SNCR液态脱硝还原剂喷射装置设于包括距离锅炉燃尽风2m-4m的燃烧器与燃尽风之间的火焰还原性气氛区域，以及锅炉炉膛折焰角下部区域和/或炉膛出口水平烟道前墙，SNCR气态脱硝还原剂喷射装置为设于水平烟道区域内的烟道竖直断面上的多孔管网或多孔管道。
作为选择，设于火焰还原性气氛区域的SNCR液态脱硝还原剂喷射装置不采用压缩空气雾化。
作为选择，SNCR气态脱硝还原剂喷射装置的管网或管道开孔方向与烟气流向一致，开孔孔径3-10mm。
作为选择，在锅炉省煤器与空预器之间的烟道内布置SCR气态脱硝还原剂喷射装置和SCR脱硝催化剂。
作为选择，设于锅炉炉膛折焰角下部区域或炉膛出口水平烟道前墙的SNCR液态脱硝还原剂喷射装置的喷射平均粒径为100-150微米，粒径分布在0-400微米。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；并且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
本发明的工作流程：
现有的脱硝技术主要为SNCR和SCR脱硝技术。其中SNCR脱硝技术：还原剂氨与烟气中的NOx在850-1100℃的高温下发生选择性非催化还原(SNCR)反应，将NOx还原为氮气，对应的锅炉温度区域为煤粉炉炉膛的折焰角下部区域和水平烟道区域。SCR脱硝技术：还原剂氨与烟气中的NOx在260-450℃的低温、催化剂作用下发生选择性催化还原(SCR)反应，将NOx还原为氮气，对应的锅炉温度区域为锅炉尾部的省煤器出口。
本申请人试验研究发现，在1300-1600℃的高温、还原性气氛下，还原剂氨与烟气中的NOx也能发生选择性非催化还原(SNCR)反应，将NOx还原为氮气。对应的锅炉区域仅仅为锅炉燃烧器与燃尽风之间的区域，此区域火焰温度1300-1600℃，煤燃烧产生的CO气体使得这一区域呈还原性气氛。
特别是针对高浓度NOx实现50mg/Nm3的超低排放，仅常规SNCR+SCR脱硝技术无法实现超低排放，根据本申请人的研究，还需要采用燃烧器与燃尽风之间的高温、还原性气氛区域实施SNCR脱硝。
本发明中，SNCR脱硝未反应完的剩余反应剂作为布置在锅炉尾部烟道SCR脱硝的还原剂，通过优化SNCR脱硝还原剂注入技术、采取双介质还原剂，提高SNCR脱硝还原剂与烟气的混合均匀性，在提高SNCR脱硝效率的同时，使常规煤粉炉的SNCR脱硝效率达到60％以上，同时为下游SCR脱硝还原剂与烟气的均匀混合创造条件，达到协同脱除烟气NOx目的，最终使SNCR+SCR协同脱除的脱硝效率达到95％以上。
(1)在锅炉燃烧火焰的还原性气氛区域通过喷枪喷入液态脱硝还原剂，较适宜的是在距离锅炉燃尽风2m-4m的燃烧器与燃尽风之间的火焰还原性气氛区域布置SNCR液态脱硝还原剂喷射装置，SNCR液态脱硝还原剂喷射装置不采用压缩空气雾化，SNCR脱硝效率达到30％以上。
(2)在锅炉炉膛折焰角下部区域或炉膛出口水平烟道前墙通过SNCR液态脱硝还原剂喷射装置喷入液态脱硝还原剂，优选，炉膛出口水平烟道前墙设置SNCR液态脱硝还原剂喷射装置喷射的平均粒径控制在100-150微米，粒径分布在0-400微米，SNCR脱硝效率达到20％以上。
(3)在炉膛出口水平烟道区域内通过烟道竖直断面上均匀布满多孔管网或多孔管道的SNCR气态脱硝还原剂喷射装置注入气态脱硝还原剂，注入的气态脱硝还原剂完全分散和覆盖烟道断面，气态脱硝还原剂能够与烟气完全混合均匀，SNCR脱硝效率达到40％以上。
通过上述(1)、(2)、(3)，SNCR脱硝效率达到60％以上。
(1)、(2)、(3)SNCR脱硝未反应完的反应剂随同烟气进入下游，再继续作为SNCR/SCR脱硝的还原剂。
由于在炉膛出口水平烟道区域内SNCR脱硝还原剂是通过烟道竖直断面上均匀布满的多孔管网或多孔管道注入气态脱硝还原剂，气态脱硝还原剂完全分散和覆盖烟道断面，同时也提前实现了SNCR脱硝未反应完的反应剂作为下游SCR脱硝还原剂与烟气混合的均匀性，为下游SCR脱硝还原剂与烟气混合均匀创造了条件，达到协同脱除NOx的目的。
(4)在锅炉尾部SCR脱硝催化剂的入口烟道通过SCR气态脱硝还原剂喷射装置。例如氨注射栅格(AIG)注入气态还原剂，以及利用上游SNCR脱硝未反应完的反应剂，SCR脱硝达到脱硝效率90％以上。
最终SNCR+SCR协同脱硝效率达到95％以上。
(5)液态脱硝还原剂为尿素溶液或氨水溶液或高温受热分解能产生气态氨的溶液。气态脱硝还原剂为气氨或气氨混合气体。
本发明的有益效果：使烟气高浓度NOx(500mg/Nm3以上，特别是1000mg/Nm3以上)实现超低排放，NOx浓度低于50mg/Nm3，脱硝效率达到95％以上。
附图说明
图1是本发明实施例的装置流程示意图；
图中，10为炉膛，11为锅炉燃烧器，12为燃尽风喷口，13为锅炉炉膛折焰角，14为炉膛出口水平烟道前墙，15为炉膛出口水平烟道区域，16为锅炉省煤器，17为SCR脱硝催化剂，18为空预器，19为尾部烟道，31为第一喷枪，32为第二喷枪，33为第三喷枪，41为开孔管网或管道，42为喷氨格栅，30为液态脱硝还原剂，40为气态脱硝还原剂。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。
参考图1所示，锅炉炉膛10和设有SCR脱硝催化剂17的尾部烟道19由水平烟道15直接连接，不设置旋风分离器。作为优选，SCR气态脱硝还原剂喷射装置为喷氨格栅(AIG)，SNCR液态脱硝还原剂喷射装置为喷枪，SNCR气态脱硝还原剂喷射装置为开若干小孔的管网或管道。具体布置如下：
在锅炉燃烧器11与燃尽风喷口12之间的火焰还原性气氛区域的炉膛壁上设置第一喷枪31，较适宜的是在距离锅炉燃尽风2m-4m的燃烧器与燃尽风之间的火焰还原性气氛区域布置喷枪，喷枪不采用压缩空气雾化。
在锅炉炉膛折焰角13下部设置第二喷枪32。
在炉膛出口水平烟道前墙14上设置第三喷枪33。
在炉膛出口水平烟道15的烟道竖直断面上均匀布满开若干小孔的开孔管网或管道41，管网或管道开孔方向与烟气流向一致，开孔孔径3-10mm。
在锅炉省煤器16与空预器18之间的烟道内布置SCR脱硝催化剂17。也可将省煤器16出口烟道拉出布置SCR脱硝催化剂。SCR脱硝催化剂17层数为1-3层(示例图中为2层)，在SCR脱硝催化剂17入口烟道内设置喷氨格栅(AIG)42。
尿素溶液或氨水溶液或能受热分解成气氨的其他溶液的液态脱硝还原剂30，通过管道分别到达第一、二、三喷枪31、32、33，喷枪喷入的液态脱硝还原剂与烟气中的NOx发生SNCR脱硝反应。未反应完的脱硝反应剂随烟气进入下游，继续作为SNCR/SCR脱硝还原剂。
气氨或气氨混合气体的气态脱硝还原剂40通过管道送入到管网或管道41，通过管网或管道41上的小孔注入到炉膛出口水平烟道内部，与烟气中的NOx发生SNCR脱硝反应。未反应完的脱硝反应剂随烟气进入下游，继续作为SCR脱硝还原剂。
气氨或气氨混合气体的气态脱硝还原剂40通过管道送入喷氨格栅(AIG)42，通过喷氨格栅(AIG)42注入到烟气中，与上游SNCR脱硝反应未反应完的反应剂一起随烟气流入SCR脱硝催化剂17，在SCR脱硝催化剂17的作用下，与烟气中的NOx发生SCR脱硝反应。
作为前述发明方案的示例：
燃烧无烟煤的125MW煤粉锅炉，锅炉燃烧产生的高浓度的NOx本底值为1000mg/Nm3。
锅炉燃烧产生的烟气与燃烧器火焰还原性气氛区域的第一喷枪31喷入20-50％的尿素溶液发生SNCR脱硝反应，烟气中的NOx浓度减少为700mg/Nm3，SNCR脱硝效率30％。
烟气继续流向折焰角下方并流出炉膛，与第二喷枪32或第三喷枪33喷入的20-50％的尿素溶液发生SNCR脱硝反应，烟气中的NOx浓度减少为560mg/Nm3，SNCR脱硝效率20％。锅炉负荷低于50％时，第二喷枪32投运，负荷高于50％时投运第三喷枪33。
烟气流经锅炉出口水平烟道15，与从管网或管道41注入的5％的气态氨发生SNCR脱硝反应，烟气中的NOx浓度减少为336mg/Nm3，SNCR脱硝效率40％，综合SNCR脱硝效率66.4％。
SNCR脱硝未反应完的反应剂随烟气一起流入下游，与喷氨格栅(AIG)42注入的5％的气态氨混合后流入SCR脱硝催化剂17，发生SCR脱硝反应，流出SCR脱硝催化剂17后的烟气中的NOx浓度减少为33.6mg/Nm3，低于50mg/Nm3的超低排放水平，SCR脱硝效率90％。SNCR+SCR协同脱除的脱硝效率为96.64％。
对比例1：
本对比例与前述实施例的示例一致，其区别在于：不设置第一喷枪31，其综合SNCR脱硝效率44％，SCR脱硝效率90％，SNCR+SCR协同脱除的脱硝效率为94.4％，NOx排放浓度56mg/Nm3，不能满足低于50mg/Nm3的超低排放水平。
对比例2：
本对比例与前述实施例的示例一致，其区别在于：在炉膛出口水平烟道15的烟道竖直断面上布置的还原剂喷射装置，不喷射气态脱硝还原剂，而是喷射液态脱硝还原剂。其综合SNCR脱硝效率49.6％，SCR脱硝效率90％，SNCR+SCR协同脱除的脱硝效率为94.96％，NOx排放浓度50.4mg/Nm3，不能满足低于50mg/Nm3的超低排放水平。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种烟气高浓度NOx实现超低排放的装置，包括锅炉炉膛，设有SCR脱硝催化剂的尾部烟道，以及直接连接锅炉炉膛出口和尾部烟道的水平烟道，SCR脱硝催化剂之前还设有SCR气态脱硝还原剂喷射装置，其特征在于：还包括SNCR液态脱硝还原剂喷射装置和SNCR气态脱硝还原剂喷射装置，SNCR液态脱硝还原剂喷射装置设于包括距离锅炉燃尽风2m-4m的燃烧器与燃尽风之间的火焰还原性气氛区域，以及锅炉炉膛折焰角下部区域和/或炉膛出口水平烟道前墙，SNCR气态脱硝还原剂喷射装置为设于水平烟道区域内的烟道竖直断面上的多孔管网或多孔管道。
2.如权利要求1所述的烟气高浓度NOx实现超低排放的装置，其特征在于：设于火焰还原性气氛区域的SNCR液态脱硝还原剂喷射装置不采用压缩空气雾化。
3.如权利要求1所述的烟气高浓度NOx实现超低排放的装置，其特征在于：SNCR气态脱硝还原剂喷射装置的管网或管道开孔方向与烟气流向一致，开孔孔径3-10mm。
4.如权利要求1所述的烟气高浓度NOx实现超低排放的装置，其特征在于：在锅炉省煤器与空预器之间的烟道内布置SCR气态脱硝还原剂喷射装置和SCR脱硝催化剂。
5.如权利要求1所述的烟气高浓度NOx实现超低排放的装置，其特征在于：设于锅炉炉膛折焰角下部区域或炉膛出口水平烟道前墙的SNCR液态脱硝还原剂喷射装置的喷射平均粒径为100-150微米，粒径分布在0-400微米。
6.如权利要求1所述的烟气高浓度NOx实现超低排放的装置，其特征在于：液态脱硝还原剂为尿素溶液或氨水溶液或高温受热分解能产生气态氨的溶液。
7.如权利要求1所述的烟气高浓度NOx实现超低排放的装置，其特征在于：气态脱硝还原剂为气氨或气氨混合气体。
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