CN108905590B - 一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝系统及方法 - Google Patents

一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝系统及方法，包括尿素溶液供给系统、电站锅炉上设置的燃烧器组、连接通入SOFA风的OFA喷口、墙式喷枪和长喷枪；燃烧器组的最上层燃烧器的二次风管连接再循环烟气管路，一次风管路内设置有氨喷枪；其它燃烧器二次风管路连接通入空气；氨喷枪、墙式喷枪和长喷枪分别由连接的尿素溶液供给系统提供尿素溶液。提高了还原剂覆盖范围。显著增加了氨气在还原性气氛中的停留时间，能够提高脱硝效率。逃逸的氨在SOFA风区域被氧化，能够降低氨逃逸水平。尿素溶液中的水与焦炭反应生成OH活性根，能够提高燃烧器区域烟气的还原性，促进氨气与氮氧化物的反应，提高脱硝效率。

Description

一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝系统及方法
技术领域
本发明涉及火电厂烟气脱硝技术，具体为一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝系统及方法。
背景技术
煤粉燃烧是我国电力生产的主要燃烧方式，目前电站锅炉煤粉(中高挥发分)燃烧的NOx排放水平大约在150mg/m3到300mg/m3之间。为实现燃煤机组NOx排放量小于50mg/m3，研发联合脱硝、多级或多段复合脱硝工艺将是脱硝技术的重要发展方向。
选择性非催化还原法(SNCR)是电站锅炉、流化床锅炉、水泥窑炉和垃圾焚烧烟气脱硝的主流技术。SNCR工艺以炉膛为反应器，在880℃-1050℃温度范围内、无催化剂条件下，喷入氨水或尿素等氨基还原剂，将烟气中的NOx选择性地还原成无害的氮气和水。现代SNCR技术可控制NOx排放降低20～50％，随着机组容量增加，炉膛尺寸和机组负荷变化范围扩大，增加了反应温度窗口与还原剂均匀混合的控制难度，致使脱硝效率降低。为提高SNCR工艺脱硝效率，发明专利《大型锅炉高温烟气区域喷氨气脱硝系统及脱硝工艺》(专利号ZL201610056650.7)提出在水平烟道入口横截面布置氨基还原剂喷管，喷管对冲烟气方向上开设喷孔向烟气喷氨。发明专利《一种两级SNCR脱硝系统及方法》(专利号CN201710971521.5)提出在水平烟道处串联布置两级旋风分离器，每个旋风分离器前分别布置一级SNCR脱硝反应器，从而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。
SNCR技术一般仅在880℃-1050℃的温度区间内有效，但当喷氨区域处于低氧强还原性气氛时，能够将脱硝反应发生的温度区间提高到900～1300℃。发明专利《用于W火焰锅炉高温还原区的多孔喷氨装置》(专利号CN201710818917.6)和《带有内直外旋喷氨装置的旋流燃烧器W火焰锅炉》(专利号CN201710818425.7)提出在W火焰锅炉高温还原区布置喷氨装置，来解决W火焰锅炉NOx排放量高、脱硝效率低的问题。美国Reaction EngineeringInternational公司提出了一种“富还原剂喷射技术”，可在1500-1700℃的高温气氛下实现喷氨脱硝。将喷氨位置提前到高温主燃区，能够提高还原剂停留时间，促进脱硝反应进行，减小氨逃逸，其技术关键是在主燃区创造还原性的燃烧环境。
结合低氮燃烧器和空气分级是目前控制煤粉燃烧NOx排放的主要方法。在深度空气分级技术中，OFA在二次风中所占比例从最初设计的15～20％提高到25～30％，甚至更高，从而将主燃区的火焰拉长，在火焰区创造了富燃料的还原性气氛。还原区中未燃尽的焦炭与CO量很大，而氧浓度处于痕迹氧或者近零氧状态，为燃烧器区域高温喷氨脱硝提供了可能。电站锅炉燃烧器区域温度超过1600℃，并且烟气成分复杂，选择合适的喷氨位置和烟气调质方法一直是该项技术的难点。传统的高温喷氨技术选择在燃烧器和SOFA风喷口之间喷入还原剂，能够实现15-30％的脱硝效率，但该方法系统复杂，对煤种依赖程度高，难以在电站锅炉上推广应用。
烟气再循环技术通过改变氧化剂的成分，调控煤粉燃烧主燃区温度和燃烧环境，在烟气再循环率为15～20％时，NOx可以降低25％左右。发明专利《一种层燃锅炉中的烟气循环脱硝装置》(专利号CN201711053175.9)提出了一种组合再循环烟气和SNCR的层燃锅炉脱硝技术，具体包括3个烟气再循环回路和2层SNCR喷口。烟气再循环技术能够在主燃区创造还原性气氛，同时提高飞灰燃尽效率，但是当再循环烟气量较大时，运行成本提高，机组经济性下降。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝系统及方法，设计合理，简单高效，稳定可行。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝系统，包括尿素溶液供给系统、电站锅炉上设置的燃烧器组、连接通入SOFA风的OFA喷口、墙式喷枪和长喷枪；
所述燃烧器组的最上层燃烧器的二次风管连接再循环烟气管路，一次风管路内设置有氨喷枪；其它燃烧器二次风管路连接通入空气；
所述的氨喷枪、墙式喷枪和长喷枪分别由连接的尿素溶液供给系统提供尿素溶液。
优选的，氨喷枪的输入端设置有用于加压的溶液泵；氨喷枪内设置有用于雾化尿素溶液的机械雾化装置。
优选的，墙式喷枪设置于电站锅炉的折焰角，长喷枪设置于电站锅炉的水平烟道中。
优选的，墙式喷枪和长喷枪分别经过管路连接压缩空气气源。
优选的，尿素溶液供给系统包括混合器，以及连接在混合器输入端的除盐水储罐和尿素溶液储罐；混合器的输出端分别连接氨喷枪、墙式喷枪和长喷枪的输入端。
优选的，氨喷枪、墙式喷枪和长喷枪的尿素溶液供给管路上分别设置有液体控制阀，墙式喷枪和长喷枪的压缩空气供给管路上分别设置有气体控制阀。
一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝方法，基于上述任意一项的系统，其包括如下步骤，
步骤a，电站锅炉最上层燃烧器二次风管路通入再循环烟气，其它燃烧器二次风管路通入空气，使得主燃区过量空气系数保持在0.8-0.9，SOFA风由OFA喷口喷入，风量增大到总风量的30％-40％。
步骤b，将质量浓度为5-10％的尿素溶液分别送入墙式喷枪、长喷枪和氨喷枪中；氨喷枪位于最上层燃烧器一次风管路内；尿素溶液在氨喷枪内雾化，随一次风送入炉膛内部；尿素溶液在墙式喷枪和长喷枪中雾化后，喷入炉膛内部与烟气混合；
步骤c，根据炉内氮氧化物含量调整尿素溶液流量，控制氨氮比NSR在1-2之间；
步骤d，尿素溶液从氨喷枪送入炉膛后，尿素发生热解反应生成氨气，在高温强还原气氛下，氨气将烟气中的氮氧化物还原为氮气和水；尿素溶液中的水与焦炭反应生成OH活性根，能够促进氨气与氮氧化物的反应。
优选的，步骤b中，尿素溶液与除盐水在混合器中混合，质量浓度稀释到5-10％后进行供给。
优选的，步骤b中，尿素溶液在氨喷枪内由机械雾化；尿素溶液在墙式喷枪和长喷枪中由压缩空气雾化。
优选的，步骤c中，送往氨喷枪的尿素溶液流量占总流量的10-20％，送往墙式喷枪的尿素溶液流量占总流量的10-20％，送往长喷枪的尿素溶液流量占总流量的60-80％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明所述系统中，尿素溶液从低氮燃烧器一次风喷口喷入炉膛，随一次风射流到达炉膛中心，提高了还原剂覆盖范围。尿素热解后生成氨气，在高温强还原性气氛下与烟气中的NOx发生反应生成氮气和水。由于燃烧器离SOFA风喷口较远，显著增加了氨气在还原性气氛中的停留时间，能够提高脱硝效率。逃逸的氨在SOFA风区域被氧化，能够降低氨逃逸水平。尿素溶液中的水与焦炭反应生成OH活性根，能够提高燃烧器区域烟气的还原性，促进氨气与氮氧化物的反应，提高脱硝效率。
本发明所述方法通过减少主燃区过量空气系数，增加SOFA风量，在电站锅炉燃烧器区域创造还原性气氛，延长煤粉在还原性气氛中的停留时间，降低煤粉燃烧氮氧化物排放。在主燃区通入再循环烟气，能够促进煤粉燃尽，降低飞灰含碳量，提高锅炉热效率。从而通过调整SOFA风量和通入再循环烟气对主燃区烟气进行调质，在燃烧器区域创造高温强还原性气氛，控制氧含量接近于零。
进一步的，燃烧器一次风喷口中的尿素溶液采用机械雾化，二次风喷口中通入再循环烟气，能够减小燃烧器区域烟气中氧含量，创造高温强还原性气氛，促进还原剂的脱硝反应。
附图说明
图1为本发明所述的低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝系统示意图。
图中：1.除盐水、2.尿素溶液、3.混合器、4.压缩空气气源、5.溶液泵、6.电站锅炉、7.氨喷枪、8.一次风管、9.二次风管、10.循环烟气管路、11.OFA喷口、12.墙式喷枪、13.长喷枪。
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。
本发明一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝系统，如图1所示，其包括尿素溶液供给系统、电站锅炉6上设置的燃烧器组、连接通入SOFA风的OFA喷口11、墙式喷枪12和长喷枪13；燃烧器组的最上层燃烧器的二次风管9连接再循环烟气管路10，一次风管路8内设置有氨喷枪7；其它燃烧器二次风管路连接通入空气；氨喷枪7、墙式喷枪12和长喷枪13分别由连接的尿素溶液供给系统提供尿素溶液。
本优选实例中，氨喷枪7的输入端设置有用于加压的溶液泵5；氨喷枪7内设置有用于雾化尿素溶液的机械雾化装置。墙式喷枪12设置于电站锅炉6的折焰角，长喷枪13设置于电站锅炉6的水平烟道中。墙式喷枪12和长喷枪13分别经过管路连接压缩空气气源4，通过压缩空气进行喷雾。
其中，尿素溶液供给系统包括混合器3，以及连接在混合器3输入端的除盐水储罐1和尿素溶液储罐2；混合器3的输出端分别连接氨喷枪7、墙式喷枪12和长喷枪13的输入端。氨喷枪7、墙式喷枪12和长喷枪13的尿素溶液供给管路上分别设置有液体控制阀，墙式喷枪12和长喷枪13的压缩空气供给管路上分别设置有气体控制阀。
本发明一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝方法，包括如下步骤，
1)电站锅炉最上层燃烧器二次风管路9通入再循环烟气10，其它燃烧器二次风管路通入空气，主燃区过量空气系数保持在0.8-0.9，SOFA风由OFA喷口11喷入，风量增大到30％-40％。
2)尿素溶液2与除盐水1在混合器3中混合，浓度稀释到5-10％后，一路送入位于折焰角的墙式喷枪12中，一路送入位于水平烟道的长喷枪13中，一路由溶液泵5加压送入氨喷枪7中。氨喷枪7位于最上层燃烧器一次风管路8内。尿素溶液在氨喷枪内机械雾化后，随一次风送入炉膛6内部。尿素溶液在墙式喷枪和长喷枪中由压缩空气4雾化后，喷入炉膛内部与烟气混合。
3)根据炉内氮氧化物含量调整尿素溶液流量，控制氨氮比NSR在1-2之间。送往氨喷枪7的尿素溶液流量占总流量的10-20％，送往墙式喷枪12的尿素溶液流量占总流量的10-20％，送往长喷枪13的尿素溶液流量占总流量的60-80％。
4)通过调整SOFA风量和通入再循环烟气对主燃区烟气进行调质，在燃烧器区域创造高温强还原性气氛，控制氧含量接近于零。尿素溶液从氨喷枪7送入炉膛后，尿素发生热解反应生成氨气，在高温强还原气氛下，氨气将烟气中的氮氧化物还原为氮气和水。尿素溶液中的水与焦炭反应生成OH活性根，能够促进氨气与氮氧化物的反应。

Claims (9)

1.一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝方法，其特征在于，基于如下电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝系统，其包括尿素溶液供给系统、电站锅炉(6)上设置的燃烧器组、连接通入SOFA风的OFA喷口(11)、墙式喷枪(12)和长喷枪(13)；
所述燃烧器组的最上层燃烧器的二次风管路(9)连接再循环烟气管路(10)，一次风管路(8)内设置有氨喷枪(7)；其它燃烧器二次风管路连接通入空气；
所述的氨喷枪(7)、墙式喷枪(12)和长喷枪(13)分别由连接的尿素溶液供给系统提供尿素溶液；
所述方法包括如下步骤，
步骤a，电站锅炉最上层燃烧器二次风管路(9)通入再循环烟气，其它燃烧器二次风管路通入空气，使得主燃区过量空气系数保持在0.8-0.9，SOFA风由OFA喷口(11)喷入，风量增大到总风量的30％-40％；
步骤b，将质量浓度为5-10％的尿素溶液分别送入墙式喷枪(12)、长喷枪(13)和氨喷枪(7)中；氨喷枪(7)位于最上层燃烧器一次风管路(8)内；尿素溶液在氨喷枪(7)内雾化，随一次风送入炉膛内部；尿素溶液在墙式喷枪(12)和长喷枪(13)中雾化后，喷入炉膛内部与烟气混合；
步骤c，根据炉内氮氧化物含量调整尿素溶液流量，控制氨氮比NSR在1-2之间；
步骤d，尿素溶液从氨喷枪(7)送入炉膛后，尿素发生热解反应生成氨气，在高温强还原气氛下，氨气将烟气中的氮氧化物还原为氮气和水；尿素溶液中的水与焦炭反应生成OH活性根，能够促进氨气与氮氧化物的反应。
2.根据权利要求1所述的一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝方法，其特征在于，氨喷枪(7)的输入端设置有用于加压的溶液泵(5)；氨喷枪(7)内设置有用于雾化尿素溶液的机械雾化装置。
3.根据权利要求1所述的一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝方法，其特征在于，墙式喷枪(12)设置于电站锅炉(6)的折焰角，长喷枪(13)设置于电站锅炉(6)的水平烟道中。
4.根据权利要求1所述的一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝方法，其特征在于，墙式喷枪(12)和长喷枪(13)分别经过管路连接压缩空气气源(4)。
5.根据权利要求1所述的一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝方法，其特征在于，尿素溶液供给系统包括混合器(3)，以及连接在混合器(3)输入端的除盐水储罐(1)和尿素溶液储罐(2)；混合器(3)的输出端分别连接氨喷枪(7)、墙式喷枪(12)和长喷枪(13)的输入端。
6.根据权利要求1所述的一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝方法，其特征在于，氨喷枪(7)、墙式喷枪(12)和长喷枪(13)的尿素溶液供给管路上分别设置有液体控制阀，墙式喷枪(12)和长喷枪(13)的压缩空气供给管路上分别设置有气体控制阀。
7.根据权利要求1所述的一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝方法，其特征在于，步骤b中，尿素溶液与除盐水在混合器(3)中混合，质量浓度稀释到5-10％后进行供给。
8.根据权利要求1所述的一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝方法，其特征在于，步骤b中，尿素溶液在氨喷枪(7)内由机械雾化；尿素溶液在墙式喷枪(12)和长喷枪(13)中由压缩空气雾化。
9.根据权利要求1所述的一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝方法，其特征在于，步骤c中，送往氨喷枪(7)的尿素溶液流量占总流量的10-20％，送往墙式喷枪(12)的尿素溶液流量占总流量的10-20％，送往长喷枪(13)的尿素溶液流量占总流量的60-80％。
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