CN108404653A - 一种烟气scr脱硝提效系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种烟气SCR脱硝提效系统和方法，方法为在锅炉炉膛出口和SCR脱硝催化剂之间的烟道内喷入氧化剂，将烟气中的NO部分氧化为NO₂，进入SCR脱硝系统与脱硝催化剂接触，在NH₃存在的情况下发生快速SCR脱硝反应，加快SCR脱硝反应速率，提高原SCR脱硝系统脱硝效率。系统包括氧化剂注入系统和SCR催化还原脱硝系统；氧化剂注入系统包括氧化剂罐、氧化剂泵、计量模块、稀释系统、分配模块和喷嘴系统；SCR催化还原脱硝系统包括连接在锅炉出烟口上的SCR脱硝反应塔和设置在SCR脱硝反应塔内的催化剂。该方法和系统可提高现有烟气SCR脱硝系统的脱硝效率，适用于许多行业烟气SCR脱硝系统。

Description

一种烟气SCR脱硝提效系统和方法

技术领域

本发明涉及化石燃料燃烧烟气选择性催化还原SCR脱硝系统和方法， 具体为一种烟气SCR脱硝提效系统和方法。

背景技术

随着国民经济发展，能源消耗逐年递增，伴随而来的大气污染问题渐渐 凸显并成为人们关注的焦点。其中氮氧化物(NO_x)作为三大主要大气污染 物之一，危害巨大。因此国家出台了相关的政策法规来限值火电厂锅炉的 NOx排放。如火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011)，要求现役火力 发电锅炉在2014年7月1日之前满足NOx排放100mg/m³的排放限值要求。

随着燃煤电厂灵活性改造的实施和推广，单台燃煤发电机组的运行负荷 会在更大范围内进行调节；同时随着新能源的发展，燃煤电厂运行小时数和 负荷率逐年下降，满负荷或者高负荷运行时间大大减少，60～80％为燃煤机 组较为常见的负荷率。而目前的SCR脱硝系统普遍按照BMCR工况进行设 计，从而使得脱硝催化剂装填量在大多数时间内是过量的，导致投资成本偏 高；同时装填量偏大会使得催化剂更换成本和催化剂导致的烟气阻力升高， 导致SCR脱硝系统的运行成本偏高。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种烟气SCR脱硝提效系统 和方法，SCR脱硝系统脱硝效率高，催化剂装填量少，能够降低SCR脱硝 系统投资成本和运行成本。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种烟气SCR脱硝提效方法，在锅炉炉膛出口和SCR脱硝催化剂之间 的烟道内喷入氧化剂，将烟气中的NO部分氧化为NO₂，而后烟气进入 SCR脱硝系统与脱硝催化剂接触，在NH₃存在的情况下发生快速SCR脱硝 反应，加快脱硝反应速率，提高SCR脱硝系统脱硝效率。

优选的，氧化剂喷入点温度范围：150℃～800℃。

优选的，喷入氧化剂为臭氧、二氧化氯、双氧水、次氯酸钠、次氯酸钙 和亚氯酸钠中的一种或几种的混合物。

进一步，气相的臭氧和/或二氧化氯喷入烟道内与NOx反应，双氧水、 次氯酸钠、次氯酸钙和/或亚氯酸钠配置成溶液经由喷嘴喷入烟道内与NOx 反应。

快速SCR脱硝反应时，催化剂提供大量的活性点位，吸附的NH₃将 NO选择性氧化为N₂，同时V⁵⁺＝O被还原为V⁴⁺-OH；具体发生反应如下：

NH₃+NO+V⁵⁺＝O→N₂+H₂O+V⁴⁺-OH

利用催化剂吸附的O₂和氧化生成的NO₂进行V⁴⁺-OH的再氧化；具体发生 反应如下：

V⁴⁺-OH+(1/4)O₂→V⁵⁺＝O+H₂O

V⁴⁺-OH+NO₂→V⁵⁺＝O+H₂O+NO

最终通过将烟气中被氧化剂氧化得到的NO₂，加快V⁴⁺-OH→V⁵⁺＝O的 进行，提高SCR脱硝反应的整体速率，实现快速SCR脱硝反应，提高了 SCR脱硝系统脱硝效率。

一种烟气SCR脱硝提效系统，包括氧化剂注入系统和SCR催化还原系 统；

所述的氧化剂注入系统包括氧化剂罐、氧化剂泵、计量和稀释模块、分 配模块、喷嘴系统和高压空气；稀释系统包括稀释除盐水罐和稀释除盐水泵； 氧化剂罐输出端经氧化剂泵连接计量模块的一个输入端，稀释除盐水罐输出 端经稀释水泵连接计量模块的另一个输入端，计量和稀释模块的输出端经分 配模块连接喷嘴系统的若干氧化剂管路；喷嘴系统的若干氧化剂管路分别与 高压空气连接；喷嘴系统的若干喷嘴设置在锅炉炉膛出口和SCR脱硝催化 剂之间的烟道内；

所述的SCR催化还原脱硝系统包括连接在锅炉出烟口上的SCR脱硝反 应塔和设置在SCR脱硝塔内的催化剂。

优选的，催化剂的装填量为原催化剂装填量的1/C，C为催化剂的活性 与原催化剂活性的比值，1＜C＜2；该装填量能够处理烟气量对应的锅炉负 荷率为η_临界负荷，η_临界负荷＜1；

锅炉负荷率大于η_临界负荷时，投运氧化剂注入系统，提高脱硝效率，使烟 气中NOx达标排放；

锅炉负荷率不大于η_临界负荷时，氧化剂注入系统不投运，利用SCR催化 还原系统脱硝实现烟气中NOx达标排放。

优选的，喷嘴系统的若干喷嘴分别设置在锅炉炉膛出口和SCR催化还 原系统之间的烟道内。

优选的，根据待脱硝的烟气流量、烟气中NO浓度调节氧化剂注入系统 的氧化剂注入量，使得脱硝催化剂前NO₂与NOx体积浓度比为0.1～0.8，获 得所需的脱硝效率。

优选的，SCR脱硝塔内设置有置于催化剂前的烟气取样检测系统 CEMS，用于检测烟气中NOx与氧化剂反应后NO₂/NOx体积浓度之比。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明所述方法，通过在锅炉炉膛出口和SCR脱硝催化剂之间合适温 度区间内，喷入氧化剂，对烟气中的NO进行氧化，改变NO_x中NO₂比例， 使其可在SCR催化剂表面发生快速SCR反应，加快脱硝反应速率，从而提 高SCR脱硝系统脱硝效率。不受煤质、灰分、烟气组份和锅炉负荷的影响， 可提高现有烟气SCR脱硝系统的脱硝效率，其对现有锅炉运行影响较小， 可适用于燃煤锅炉、垃圾焚烧锅炉、水煤浆锅炉、玻璃、水泥和钢铁冶金炼 焦行业高炉等行业烟气SCR脱硝系统。

进一步的，通过催化剂用量的设置，能够在燃煤锅炉各负荷下投运，均 可取得高于原脱硝系统的脱硝效率；并能大幅减少燃煤锅炉SCR脱硝系统 催化剂装填量，降低SCR脱硝系统的投资和运行成本，提高其经济性。

本发明所述系统通过SCR脱硝催化剂之前喷入氧化剂，氧化剂经高压 空气稀释后进入烟道内，在烟道内将烟气中NO部分氧化为NO₂，而后在 SCR脱硝催化剂表面与脱硝还原剂发生快速SCR脱硝反应，由于快速SCR 脱硝反应的反应速率要远高于标准SCR脱硝反应，使得快速SCR脱硝反应 在同样的催化剂装填量、活性等条件下取得更高的脱硝效率，提高了原有 SCR脱硝系统的脱硝效率。运行维护简单、启停方便、运行调节灵活、结 构简单、安装灵活、负荷适应性广、阻力低。

附图说明

图1为本发明实例中所述脱硝提效系统的结构示意图。

图中：高压空气1、分配模块2、计量和稀释模块3、稀释除盐水罐4、 稀释水泵5、氧化剂罐6、氧化剂泵7、喷嘴系统8、SCR脱硝塔9、催化剂 10、锅炉11。

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。

本发明一种烟气SCR脱硝提效系统，包括高压空气1、分配模块2、计 量和稀释模块3、稀释除盐水罐4、稀释水泵5、氧化剂罐6、氧化剂泵7、 喷嘴系统8；

氧化剂罐6储存的氧化剂经由氧化剂泵7增压后送入计量和稀释模块3， 根据工艺系统计算得出的氧化剂注入量调节氧化剂输出流量，而后与稀释除 盐水罐4和稀释水泵5送来的稀释除盐水混合，经由分配模块2送至SCR 脱硝前选定的位置，并经由喷嘴系统8喷入烟道内，与烟气中NO发生反应， 而后流经SCR脱硝塔9，在催化剂10表面与脱硝还原剂发生快速SCR脱硝 反应，脱除烟气中的NOx；

本发明所述方法中的烟气脱硝分为两个环节：烟气中NO的氧化和 SCR催化剂表面催化还原脱硝，烟气中NO的氧化是SCR脱硝提效的前提 和关键；

烟气中NO的氧化采用的方法：将氧化剂经由喷嘴系统8喷入SCR脱 硝系统之前的烟道中，将烟气中的NO部分氧化为NO₂；

根据待脱硝的烟气流量、烟气中NO和NO₂浓度调节氧化剂的注入量， 使得脱硝催化剂前NO₂与NOx体积浓度比为0.1～0.8，以获得所需的脱硝效 率，达到理想的脱硝效率。。

投运该系统后，SCR脱硝效率提高，由此可减少原SCR催化剂的使用 量，根据SCR脱硝催化剂活性K计算公式：

其中，K为脱硝催化剂活性，Q为流经催化剂的烟气量，S为催化剂反 应面积，n为脱硝效率，MR为氨氮摩尔比。

可见，随着脱硝效率n的提高，SCR催化剂活性可提高至原活性的C 倍(1＜C＜2)，即脱硝效率催化剂活性提高至C·K，处理同样的烟气量， 催化剂用量会减少至原催化剂装填量的1/C；原催化剂装填量由SCR催化 还原系统按照BMCR工况烟气量和原催化剂活性K得到。在不投运氧化剂 注入系统时，原催化剂装填量1/C的催化剂12装填量可处理烟气量对应的 锅炉负荷率为η_临界负荷(η_临界负荷＜1)，当锅炉负荷率高于η_临界负荷时，投运氧化 剂注入系统时，实现烟气中NOx达标排放，由于此时催化剂装填量比原 SCR脱硝系统减少，催化剂层阻力降低，可降低引风机出力；当锅炉负荷 率低于η_临界负荷时，停运脱硝提效系统即可实现烟气中NOx达标排放，同时 节约运行成本。

本发明所述系统，在烟气侧仅需在烟气SCR脱硝系统上游烟道中选择 合适的安装位置加装氧化剂喷嘴系统，所需的安装空间较小，对烟气侧其他 系统基本没有改造，不需额外加装SCR脱硝催化剂；计量和稀释模块3与 分配模块2采用单元制配置，安装位置位于SCR脱硝系统附近；氧化剂罐 6和氧化剂泵7可采用多台机组公用制配置，安装位置灵活，与其他系统采 用管道连接；既可采用DCS也可使用PLC模块实现系统控制。

其中，氧化剂的喷入量由来流烟气流量、烟气NOx浓度、温度等参数 计算得到，该部分功能由计量模块实现；喷嘴系统负责将待喷入的氧化剂与 烟道内的烟气快速充分混合均匀，以使其与烟气中的NOx快速高效发生反 应。

具体的，如图1所示，一种烟气SCR脱硝提效系统，包括氧化剂注入 系统和SCR催化还原脱硝系统，SCR催化还原系统按照常规布置，一般利 旧；氧化剂注入系统包括氧化剂罐6、氧化剂泵7、计量和稀释模块3、高 压空气和分配模块2和喷嘴系统8等。

氧化剂罐6储存的氧化剂经由氧化剂泵7增压后送入计量和稀释模块3， 根据烟气体积流量和烟气中NO_x浓度通过计量和稀释模块计算得出氧化剂 注入量调节氧化剂输出流量，而后与稀释除盐水罐4和稀释水泵5送来的稀 释除盐水混合，由喷入点烟气温度计算得到氧化剂喷入浓度，而后经由分配 模块2均匀分配至多个管道送至SCR脱硝前选定的位置，并经由喷嘴系统 8喷入烟道内，喷嘴系统将氧化剂快速与烟气混合，而后与烟气中NO发生 反应，将烟气中NO部分氧化为NO₂，而后流经SCR脱硝塔9，在催化剂 10表面与脱硝还原剂发生快速SCR脱硝反应，脱除烟气中的NOx。SCR脱 硝催化剂前加装烟气取样检测系统CEMS，检测烟气中NOx与氧化剂反应 后NO₂/NOx体积浓度之比，并根据SCR脱硝系统的脱硝效率控制氧化剂的 喷入量，保证脱硝系统高效脱硝的同时提高该系统运行的经济性。从而能够 提高现有SCR烟气脱硝系统的脱硝效率，或者同样脱硝效率的前提下减少 脱硝催化剂的装填量，或者同样的脱硝催化剂装填量的前提下延长催化剂的 使用时间。

本发明所述的脱硝提效方法中，烟气中NO的氧化时；氧化剂烟道内与 烟气中NO、SO₂和Hg的反应速率不同，使其可选择性将烟气中NO氧化为 NO₂，而对烟气中的其他组分，如SO₂、Hg的氧化效率几乎为零，避免了 SO₂→SO₃的转化，同时保证了氧化剂的利用效率，投资和运行成本均较低。

快速SCR脱硝反应时；在SCR脱硝过程中，催化剂提供大量的活性点 位，吸附的NH₃将NO选择性氧化为N₂，伴随这一过程，V⁵⁺＝O被还原为 V⁴⁺-OH；而在快速SCR过程中，V⁴⁺-OH的再氧化不仅可以利用催化剂吸附 的O₂，还能借助氧化生成的NO₂。涉及的具体反应方程为：

NH₃+NO+V⁵⁺＝O→N₂+H₂O+V⁴⁺-OH (1)

V⁴⁺-OH+(1/4)O₂→V⁵⁺＝O+H₂O (2)

V⁴⁺-OH+NO₂→V⁵⁺＝O+H₂O+NO (3)

SCR脱硝反应的控制步骤也就是反应速率最慢的环节如下：

V⁴⁺-OH→V⁵⁺＝O，

但是本发明中的反应(3)加速了这一过程，从而提高了SCR脱硝反应 的整体速率，最终提高了脱硝效率。

总之，本发明利用氧化剂，在SCR脱硝系统之前，将烟气中的NO部 分氧化为NO₂，加快了V⁴⁺-OH→V⁵⁺＝O的进行，提高了SCR脱硝反应的 整体速率，从而提高了原有SCR脱硝系统的脱硝效率，实现了SCR脱硝提 效的目的。

Claims (9)

1.一种烟气SCR脱硝提效方法，其特征在于，在锅炉炉膛出口和SCR脱硝催化剂之间的烟道内喷入氧化剂，将烟气中的NO部分氧化为NO₂，而后烟气进入SCR脱硝系统与脱硝催化剂接触，在NH₃存在的情况下发生快速SCR脱硝反应，加快脱硝反应速率，提高SCR脱硝系统脱硝效率。

2.根据权利要求1所述的一种烟气SCR脱硝提效方法，其特征在于，氧化剂喷入点温度范围：150℃～800℃。

3.根据权利要求1所述的一种烟气SCR脱硝提效方法，其特征在于，喷入氧化剂为臭氧、二氧化氯、双氧水、次氯酸钠、次氯酸钙和亚氯酸钠中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求3所述的一种烟气SCR脱硝提效方法，其特征在于，气相的臭氧和/或二氧化氯喷入烟道内与NOx反应，双氧水、次氯酸钠、次氯酸钙和/或亚氯酸钠配置成溶液经由喷嘴喷入烟道内与NOx反应。

5.一种烟气SCR脱硝提效系统，其特征在于，包括氧化剂注入系统和SCR催化还原脱硝系统；

所述的氧化剂注入系统包括氧化剂罐(6)、氧化剂泵(7)、计量和稀释模块(3)、分配模块(2)、喷嘴系统(8)和高压空气(1)；稀释系统包括稀释除盐水罐(4)和稀释除盐水泵(5)；氧化剂罐(6)输出端经氧化剂泵(7)连接计量模块(3)的一个输入端，稀释除盐水罐(4)输出端经稀释水泵(5)连接计量模块(3)的另一个输入端，计量和稀释模块(3)的输出端经分配模块(2)连接喷嘴系统(8)的若干氧化剂管路；喷嘴系统(8)的若干氧化剂管路分别与高压空气(1)连接；喷嘴系统(8)的若干喷嘴设置在锅炉炉膛出口和SCR脱硝催化剂之间的烟道内；

所述的SCR催化还原脱硝系统包括连接在锅炉(11)出烟口上的SCR脱硝反应塔(9)和设置在SCR脱硝塔(9)内的催化剂(10)。

6.根据权利要求5所述的一种烟气SCR脱硝提效系统，其特征在于，催化剂(12)的装填量为原催化剂装填量的1/C，C为催化剂(12)的活性与原催化剂活性的比值，1＜C＜2；该装填量能够处理烟气量对应的锅炉负荷率为η_临界负荷，η_临界负荷＜1；

锅炉负荷率大于η_临界负荷时，投运氧化剂注入系统，提高脱硝效率，使烟气中NOx达标排放；

锅炉负荷率不大于η_临界负荷时，氧化剂注入系统不投运，利用SCR催化还原系统脱硝实现烟气中NOx达标排放。

7.根据权利要求5所述的一种烟气SCR脱硝提效系统，其特征在于，喷嘴系统(8)的若干喷嘴设置在锅炉炉膛出口和SCR脱硝催化剂之间的烟道内。

8.根据权利要求5所述的一种烟气SCR脱硝提效系统，其特征在于，根据待脱硝的烟气流量、烟气中NO和NO₂浓度调节氧化剂注入系统的氧化剂注入量，使得脱硝催化剂前NO₂与NOx体积浓度比为0.1～0.8，从而获得所需的脱硝效率。

9.根据权利要求5或8所述的一种烟气SCR脱硝提效系统，其特征在于，SCR脱硝塔(9)内设置有置于催化剂(10)前的烟气取样检测系统CEMS，用于检测烟气中NOx与氧化剂反应后NO₂/NOx体积浓度之比。