CN108607362A - 一种具有一体化喷射系统的脱除烟气中三氧化硫与NOx的装置 - Google Patents

一种具有一体化喷射系统的脱除烟气中三氧化硫与NOx的装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有一体化喷射系统的脱除烟气中三氧化硫与NOx的装置，包括锅炉、锅炉省煤器、烟道、SCR反应器、一体化喷射系统，一体化喷射系统包括用于提供气体介质的进气组件、用于添加气体还原剂的第一进料组件、用于添加碱性粉体吸收剂的第二进料组件、用于将碱性粉体吸收剂流态化的流化床式分配组件、用于将混合后的流态化的碱性粉体吸收剂和气体还原剂喷入烟道的一体化喷射组件。本发明通过将碱性粉体吸收剂流态化并且与气体还原剂混合在一起形成两相混合态，再通过一体化喷射组件均匀喷入烟道，使得碱性粉体吸收剂和气体还原剂能够与烟气充分反应，从而能够深度脱除烟气中的三氧化硫与NOx，对于锅炉具有适用性，有良好的环保、经济效益与广泛的应用前景。

Description

一种具有一体化喷射系统的脱除烟气中三氧化硫与NOx的 装置
技术领域
本发明涉及一种具有一体化喷射系统的脱除烟气中三氧化硫与NOx的装置。
背景技术
SCR：Selective Catalytic Reduction，简称SCR。SCR脱硝技术是指在280～420℃范围内，还原剂(如NH3、尿素和氨水等)在催化剂作用下，“有选择性”地与烟气中的NOx反应，生成无污染的N2和H2O的NOx减排技术。
为了控制燃煤锅炉烟气排放的NOx和SO3污染物，目前主要采取氨法还原SCR脱硝和碱基吸收脱SO3技术。这些装置在应用过程中，主要遇到了如下问题：
氨法还原SCR脱硝：SCR脱硝通过喷氨格栅AIG将氨气喷射到烟气中，在催化剂作用下，将NO还原为氮气和水。在控制NOx小于50mg/m3的运行过程中，受机组运行负荷的影响，喷氨格栅AIG上游烟气中的NOx浓度分布不均匀且其分布规律随机组负荷变化，这对于各支管流量阀门开度固定的喷氨格栅AIG，易造成烟气中的NOx分布和NH3分布不匹配，催化剂入口的NH3/NO摩尔比分布不均匀，在局部区域产生氨逃逸浓度峰值，加剧脱硝下游的空预器等设备的硫酸氢铵堵塞影响。
碱基吸收脱SO3技术：烟气中SO3采用碱基吸收剂脱除，碱基吸收剂以溶液或者粉末方式通过喷枪喷入烟道内，与烟气中的SO3反应。现有技术“一种碱液喷射雾化脱除烟气中三氧化硫的装置”(申请号：201610384872.1)将双流体雾化喷枪与扰流板结合，在烟道截面布置多支喷枪，把碱液雾化喷射到烟气内，对于烟气流场分布及规律随负荷变化大的机组，该喷射装置的适应性较低；现有技术“一种锅炉烟气三氧化硫脱除装置”(申请号：201710099614.3)通过喷射母管与多个支管相连，每根支管设多个均流喷嘴，将碱粉以气力输送方式喷入烟气中，但无法实现支管之间、支管上喷嘴之间的碱基吸收剂喷射量的均匀性。
燃煤锅炉烟气排放装置中，若SCR脱硝与SO3脱除装置各设一套吸收剂喷射系统，增加了机组设备系统的复杂性，且两套喷射装置存在吸收剂与烟气的混合均匀性问题。针对上述工艺气体携带固体颗粒及NH3与烟气混合不均匀分配的问题，借鉴流态化气固多相流呈现的液体特性(图1)，本发明提出一种带有能够实现气固多相流的均匀分配的系统装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种将气体还原剂脱NOx的喷射系统与碱性粉体吸收剂脱三氧化硫的喷射系统两者合并的脱除烟气中三氧化硫与NOx的装置。
为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
本发明的一个目的在于提供一种具有一体化喷射系统的脱除烟气中三氧化硫与NOx的装置，包括锅炉、一端部与所述的锅炉相连通的锅炉省煤器、与所述的锅炉省煤器的另一端部相连通的烟道、通过所述的烟道与所述的锅炉省煤器相连通的SCR反应器，所述的装置还包括用于将碱性粉体吸收剂流态化且将所述的流态化的碱性粉体吸收剂和气体还原剂混合后喷入所述的烟道的一体化喷射系统，所述一体化喷射系统包括用于提供气体介质的进气组件、与所述的进气组件相连通用于向所述的进气组件中添加所述的气体还原剂的第一进料组件、与所述的进气组件相连通用于向所述的进气组件中添加所述的碱性粉体吸收剂的第二进料组件、与所述的进气组件相连通用于将所述的碱性粉体吸收剂流态化的流化床式分配组件、分别与所述的流化床式分配组件和所述的烟道相连通用于将混合后的所述的流态化的碱性粉体吸收剂和所述的气体还原剂喷入所述的烟道的一体化喷射组件。
具体地，所述的流化床式分配组件包括与所述的进气组件相连通的具有第一通孔的布风板、设置在所述的布风板上的金属球层、设置在所述的金属球层上方的第一整流格栅、设置在所述的第一整流格栅上方的流化床本体，所述的一体化喷射组件与所述的流化床本体相连通。
更具体地，所述的流化床式分配组件还包括壳体、设置在所述的壳体顶部且具有第二通孔的顶盖，所述的布风板、所述的金属球层、所述的第一整流格栅、所述的流化床本体设置在所述的壳体内。
优选地，所述的金属球层的金属球的直径大于所述的第一通孔的直径。
进一步优选地，所述的金属球的直径为9-11mm，所述的第一通孔的直径为4-6mm。
优选地，所述的第一通孔有多个。
优选地，所述的第二通孔的直径为28-32mm。
优选地，所述的第二通孔有20-50个。
优选地，所述的金属球层有多层；进一步优选地，所述的金属球层有两层。
优选地，所述的流化床式分配组件的内径为800-1500mm、高为200-500mm。
优选地，所述的第一整流格栅为细小格状整流格栅。
进一步优选地，所述的第一整流格栅的高度为13-17mm、孔径为8-12mm。
具体地，所述的进气组件包括上端部与所述的流化床式分配组件相连通且上宽下窄的渐扩段、与所述的渐扩段的下端部相连通的输送管道，所述的第一进料组件和所述的第二进料组件分别与所述的输送管道相连通。
优选地，所述的输送管道包括一端部与所述的渐扩段的下端部相连通的第一管道、一端部与所述的第一管道的另一端部相连通且与所述的第二进料组件相连通的文丘里管、一端部与所述的文丘里管相连通且与所述的第一进料组件相连通的第二管道、设置在所述的第一管道内的混合器。
进一步优选地，所述的输送管道的材质为不锈钢。
进一步优选地，所述的第一管道的直径为0.15-0.25m。
进一步优选地，所述的第二管道的直径为0.15-0.25m。
进一步优选的，所述的混合器为涡流混合器，所述的涡流混合器能够让碱性粉体吸收剂、气体还原剂和冷风能够混合均匀。
进一步优选地，所述的装置还包括与所述的SCR反应器的出口相连通的空气预热器，所述的第二管道的另一端部与所述的空气预热器的一次冷风道或稀释风机出口相连通。
本发明中，与所述的第二管道相连通用于提供气体介质的还可以是与第二管道相连通的气泵，本发明采用的第二管道与所述的空气预热器的一次冷风道或稀释风机出口相连通，这种方式更加节能减排，是优选方案。
优选地，所述的进气组件还包括设置在所述的渐扩段内的均流格栅和第二整流格栅。
本发明中，均流格栅以及第二整流格栅的设置，使得从渐扩段出口的气体介质、气体还原剂和碱性粉体吸收剂的混合物均匀分布，且气流垂直向上流动。
具体地，所述的一体化喷射组件包括一端与所述的流化床式分配组件相连通且另一端插设在所述的烟道里的喷射管、设置在所述的喷射管一端部的喷嘴，所述的喷嘴位于所述的烟道内。
优选地，所述的喷射管有多根，每根所述的喷射管的一端部设置有一个所述的喷嘴，多个所述的喷嘴在所述的烟道截面上呈网格式均匀布置。
进一步优选地，多个所述的喷嘴在所述的烟道内的深度不同。
优选地，所述的流态化的碱性吸收剂和所述的气体还原剂的混合气流从所述的喷嘴喷出的气流方向与所述的烟道内的烟气的气流方向相同。
优选地，所述的喷射管上还设置有第三阀门。
进一步优选地，所述的第三阀门为蝶阀。
具体地，所述的一体化喷射组件还包括设置在所述的喷嘴上的旋流器。
优选地，所述的喷嘴为螺旋喷嘴。
具体地，所述的装置还包括设置在所述的烟道内且位于所述的一体化喷射组件与所述的SCR反应器之间的宽烟道型烟气混合器(CN 206587601U)。
具体地，所述的一体化喷射系统还包括设置在所述的第一进料组件上的用于控制所述的气体还原剂流速的第一阀门、设置在所述的第二进料组件上用于控制所述的碱性粉体吸收剂的添加含量的第二阀门。
优选地，所述的第一进料组件为气体注射器。
优选地，所述的第二进料组件为螺旋给料机。
具体地，所述的锅炉省煤器与所述的SCR反应器之间的水平段所述的烟道的截面为3m╳8m。
具体地，所述的一体化喷射系统还包括设置在所述的第二进料组件上方的粉体储存仓。
优选地，所述的气体还原剂为氨气。
优选地，所述的碱性粉体吸收剂为Ca(OH)2粉体。
进一步优选地，所述的碱性粉体吸收剂的粒度为80-100目。
进一步优选地，所述的碱性粉体吸收剂的粒径为15-178μm。
优选地，所述的碱性粉体吸收剂与SO3的摩尔比为1.4-1.6:1；进一步优选地，所述的碱性粉体吸收剂与SO3的摩尔比为1.5:1。
由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明通过将碱性粉体吸收剂流态化并且与气体还原剂混合在一起形成流态化的两相混合态，并且通过一体化喷射组件，均匀喷入烟道，使得碱性粉体吸收剂和气体还原剂能够与烟气充分反应，从而能够深度脱除烟气中的SO3与NOx，对于锅炉具有适用性，有良好的环保、经济效益与广泛的应用前景。
附图说明
图1为流态化气固多相流呈现的液体特性示意图；
图2为本发明的装置的示意图；
图3为图2的局部放大图；
其中：11、锅炉；12、锅炉省煤器；13、烟道；14、第二进料组件；15、粉体储存仓；16、第一进料组件；2、宽烟道型烟气混合器；3、空气预热器；4、SCR反应器；51、一次冷风道；61、第二管道；611、渐扩段；612、第一管道；62、文丘里管；63、混合器；64、均流格栅；65、第二整流格栅；71、布风板；72、金属球层；73、第一整流格栅；74、流化床本体；75、顶盖；76、壳体；81、喷射管；82、喷嘴。
具体实施方式
以下将通过具体实施例进一步阐述本发明，但并不用于限制本发明的保护范围。本领域技术人员可在权利要求范围内对制备方法和使用仪器作出改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
装置
如附图2所示，一种具有一体化喷射系统的脱除烟气中三氧化硫与NOx的装置，包括锅炉11、一端部与锅炉11相连通的锅炉省煤器12、与锅炉省煤器12的另一端部相连通的烟道13、通过烟道13与锅炉省煤器12相连通的SCR反应器4、与SCR反应器4的出口相连通的空气预热器3、用于将碱性粉体吸收剂流态化且将流态化的碱性粉体吸收剂和气体还原剂混合后喷入烟道13的一体化喷射系统、宽烟道型烟气混合器2。
一体化喷射系统包括用于提供气体介质的进气组件、与进气组件相连通用于向进气组件中添加气体还原剂的第一进料组件16、与进气组件相连通用于向进气组件中添加碱性粉体吸收剂的第二进料组件14、与进气组件相连通用于将碱性粉体吸收剂流态化的流化床式分配组件、分别与流化床式分配组件和烟道13相连通用于将混合后的流态化的碱性粉体吸收剂和气体还原剂喷入烟道13的一体化喷射组件、设置在第二进料组件14的上方的粉体储存仓15。
如附图3所示，进气组件包括上端部与流化床式分配组件相连通且上宽下窄的渐扩段611、与渐扩段611的下端部相连通的输送管道，第一进料组件16和第二进料组件14分别与输送管道相连通。本发明中，输送管道的材质为不锈钢。
输送管道包括一端部与渐扩段611的下端部相连通的第一管道612、一端部与第一管道612的另一端部相连通且与第二进料组件14相连通的文丘里管62、一端部与文丘里管62相连通且与第一进料组件16相连通的第二管道61、设置在第一管道612内的混合器63。优选地，第一管道612的直径为0.15-0.25m，第二管道61的直径为0.15-0.25m。
混合器63设置文丘里管62的下游，从而能够对碱性粉体吸收剂、气体还原剂和气体介质进行混合，使得更加均匀。本发明中，混合器63为涡流混合器。
与进气组件相连通用于提供气体介质的可以是气泵、空气预热器3的一次冷风道51或者是空气预热器3的稀释风机出口。本发明中，采用的是第二管道61的一端部与空气预热器3的一次冷风道51相连通用于提供气体介质，从而更加节能减排。
为了能够让渐扩段611出口截面的冷风、气体还原剂与碱性粉体吸收剂的混合物能够均匀分布且让气流能够垂直上升，进气组件还包括设置在渐扩段611内的均流格栅64和第二整流格栅65。
为了能够更好地控制气体还原剂的流速，一体化喷射系统还包括设置在第一进料组件16上的第一阀门，为了能够控制碱性粉体吸收剂的添加含量及速度，一体化喷射系统还包括设置在第二进料组件14上的第二阀门。
本发明中，第一进料组件16为气体注射器，第二进料组件14为螺旋给料机。
如附图3所示，流化床式分配组件包括与渐扩段611的上端部相连通的具有第一通孔的布风板71、设置在布风板71上的金属球层72、设置在金属球层72上方的第一整流格栅73、设置在第一整流格栅73上方的流化床本体74，一体化喷射组件与流化床本体74相连通。
流化床式分配组件还包括壳体76、设置在壳体76的顶部且具有第二通孔的顶盖75。布风板71、金属球层72、第一整流格栅73、流化床本体74均设置在壳体76内。
金属球层72的金属球的直径大于第一通孔的直径。金属球层72有多层，第一整流格栅73为细小格状整流格栅，第一通孔有多个，第二通孔有多个。金属球的直径为9-11mm，第一整流格栅73的高度为13-17mm、孔径为8-12mm，第一通孔的直径为4-6mm，第二通孔的直径为28-32mm，第二通孔有20-50个，流化床式分配组件的内径为800-1500mm、高为200-500mm。
本实施例中，流化床式分配组件的内径为900mm、高为500mm。金属球层72有两层，金属球的直径为10mm，第一整流格栅73的高度为15mm、孔径为10mm，第一通孔的直径为5mm，第二通孔的直径为30mm且顶盖75上具有24个第二通孔。
如附图2、3所示，一体化喷射组件包括一端与流化床本体74相连通且另一端插设在烟道13里的喷射管81、设置在喷射管81一端部的喷嘴82，喷嘴82位于烟道13内。
为了能够让流态化的碱性吸收剂和气体还原剂与烟气充分反应，喷嘴82出口的流态化的碱性吸收剂和气体还原剂的混合气流的运动方向与烟气的运动方向相同，喷射管81有多根，每根喷射管81的一端部设置有一个喷嘴82，多个喷嘴82在烟道13截面上呈网格式均匀布置。优选地，一体化喷射组件还包括设置在喷嘴82上的旋流器。本实施例中，喷嘴为螺旋喷嘴，喷射管81有24根，24根喷射管81上的喷嘴82在烟道13内的深度不同。为了能够更好地控制流量，喷射管81上还设置有第三阀门。本实施例中，第三阀门为蝶阀。
本实施例中，锅炉省煤器12与SCR反应器4之间的水平段烟道13的截面为3m╳8m。为了能够加强宽烟道13范围内的烟气、NOx、SO3、流态化的碱性粉体吸收剂、气体还原剂的混合，装置还包括设置在水平段烟道13内的宽烟道型烟气混合器2(CN 206587601U)，宽烟道型烟气混合器2位于喷嘴82与SCR反应器4之间且位于喷射管81的一端的下游，从而能够在烟道13的截面上实现化学当量比分布均匀的多相化学反应。
采用如上装置处理烟气中三氧化硫与NOx的方法如下：
本实施例中，气体还原剂为氨气。碱性粉体吸收剂为Ca(OH)2粉体，粒度为80-100目，粒径为15-178μm。Ca(OH)2粉体与SO3的摩尔比为1.4-1.6:1，优选地，Ca(OH)2粉体与SO3的摩尔比为1.5:1。
Ca(OH)2粉体与氨气经过进气组件运送到流化床式分配组件，变成流态化的Ca(OH)2粉体和氨气的混合物，再由一体化喷射组件喷入烟道13与烟道13里的烟气结合，再经过宽烟道型烟气混合器2将烟气、NOx、SO3、流态化的Ca(OH)2粉体、氨气进一步混合，进一步促进反应，再经过SCR反应器4，最终深度脱除了SO3与NOx。
实施例
某300MW燃煤机组设2台SCR反应器4，额定负荷、6％氧下，锅炉11出口烟气量为1000000m3/h，温度为350℃，NOx浓度为400mg/m3，SO2浓度为3000mg/m3，锅炉11内部和SCR反应器4内的烟气中SO2/SO3转化率分别为0.8％和1.0％。为控制NOx排放浓度小于40mg/m3和空气预热器3出口SO3浓度小于10mg/m3，设计一体化喷射系统的脱除烟气中三氧化硫与NOx的装置。
1、物料衡算
根据设计边界条件和性能指标要求，计算氨耗量为133kg/h，5％体积浓度的稀释风量为3506m3/h，每台SCR反应器4入口的喷氨稀释风量为1753m3/h。
考虑锅炉11内部和SCR反应器4内的SO2/SO3转化，计算得到空气预热器3入口的SO3浓度为67.5mg/m3。Ca(OH)2粉体喷射量为101.8kg/h，每侧SCR反应器4入口的喷射量为50.9kg/h。
2、进气组件
从空气预热器3入口的一次冷风道51抽取压力10kPa的冷风为例，考虑30℃温度基准，输送管道内的气流速度为15.7m/s。
3、第一进料组件16、第二进料组件14
压力约0.2MPa的氨气注入第二管道61，粉体储存仓15内的Ca(OH)2粉体经螺旋给料机注入输送管道的文丘里管62，在文丘里管62下游管内设涡流混合器，使Ca(OH)2粉体、氨气和冷风均匀混合。氨气通过第一阀门控制流量，Ca(OH)2粉体通过螺旋给料机的第二阀门控制转速和流量。
4、流化床式分配组件
Ca(OH)2粉体的临界流化速度为0.016-0.022m/s，沉降速度为0.844-1.026m/s。流化床式分配组件的气流速度为0.78m/s。
5、一体化喷射组件
锅炉省煤器12的出口与SCR反应器4之间的水平段烟道13的截面为3m×8m，在垂直截面上均匀布置24根喷射管81，喷嘴82出口的混合气流速度约31m/s。
7、宽烟道型烟气混合器2
在烟道13内的喷嘴82下游，设置宽烟道型烟气混合器2，强化SCR反应器4入口宽度约15-20m烟道13内大范围的烟气混合，提高烟气、NOx、NH3、SO3、Ca(OH)2粉的分布均匀性。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有一体化喷射系统的脱除烟气中三氧化硫与NOx的装置，包括锅炉(11)、一端部与所述的锅炉(11)相连通的锅炉省煤器(12)、与所述的锅炉省煤器(12)的另一端部相连通的烟道(13)、通过所述的烟道(13)与所述的锅炉省煤器(12)相连通的SCR反应器(4)，其特征在于：所述的装置还包括用于将碱性粉体吸收剂流态化且将所述的流态化的碱性粉体吸收剂和气体还原剂混合后喷入所述的烟道(13)的一体化喷射系统，所述一体化喷射系统包括用于提供气体介质的进气组件、与所述的进气组件相连通用于向所述的进气组件中添加所述的气体还原剂的第一进料组件(16)、与所述的进气组件相连通用于向所述的进气组件中添加所述的碱性粉体吸收剂的第二进料组件(14)、与所述的进气组件相连通用于将所述的碱性粉体吸收剂流态化的流化床式分配组件、分别与所述的流化床式分配组件和所述的烟道(13)相连通用于将混合后的所述的流态化的碱性粉体吸收剂和所述的气体还原剂喷入所述的烟道(13)的一体化喷射组件。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的流化床式分配组件包括与所述的进气组件相连通的具有第一通孔的布风板(71)、设置在所述的布风板(71)上的金属球层(72)、设置在所述的金属球层(72)上方的第一整流格栅(73)、设置在所述的第一整流格栅(73)上方的流化床本体(74)，所述的一体化喷射组件与所述的流化床本体(74)相连通。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的金属球层(72)的金属球的直径大于所述的第一通孔的直径。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的进气组件包括上端部与所述的流化床式分配组件相连通且上宽下窄的渐扩段(611)、与所述的渐扩段(611)的下端部相连通的输送管道，所述的第一进料组件(16)和所述的第二进料组件(14)分别与所述的输送管道相连通。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述的输送管道包括一端部与所述的渐扩段(611)的下端部相连通的第一管道(612)、一端部与所述的第一管道(612)的另一端部相连通且与所述的第二进料组件(14)相连通的文丘里管(62)、一端部与所述的文丘里管(62)相连通且与所述的第一进料组件(16)相连通的第二管道(61)、设置在所述的第一管道(612)内的混合器(63)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述的装置还包括与所述的SCR反应器(4)的出口相连通的空气预热器(3)，所述的第二管道(61)的另一端部与所述的空气预热器(3)的一次冷风道(51)或稀释风机出口相连通。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述的进气组件还包括设置在所述的渐扩段(611)内的均流格栅(64)和第二整流格栅(65)。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的一体化喷射组件包括一端与所述的流化床式分配组件相连通且另一端插设在所述的烟道(13)里的喷射管(81)、设置在所述的喷射管(81)一端部的喷嘴(82)，所述的喷嘴(82)位于所述的烟道(13)内。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述的喷射管(81)有多根，每根所述的喷射管(81)的一端部设置有一个所述的喷嘴(82)，多个所述的喷嘴(82)在所述的烟道(13)截面上呈网格式均匀布置。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的装置还包括设置在所述的烟道(13)内且位于所述的一体化喷射组件与所述的SCR反应器(4)之间的宽烟道型烟气混合器(2)。
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