CN109045958A - 尿素和双氧水混合液联用sncr的烟气脱硝装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开尿素和双氧水混合液联用SNCR的烟气脱硝装置及方法。该方法将先利用SNCR装置进行初步脱硝，随后依次通过空气预热器、静电除尘器及湿法脱硫塔处理，再送入脱硝塔，烟气与脱硝喷淋液充分接触，NO_x先被脱硝喷淋液中物理吸附剂吸附，随后与尿素和双氧水等发生氧化还原反应，生成N₂、CO₂及H₂O，实现的深度脱硝，综合效率90％以上。本发明方法可达到90％以上的脱硝效率，且成本较为低廉，设备简单，易于操作，无需再热，无需催化剂，无二次污染。

Description

尿素和双氧水混合液联用SNCR的烟气脱硝装置及方法

技术领域

本发明涉及燃煤锅炉烟气处理技术，尤其涉及一种尿素和双氧水混合液联用SNCR的烟气脱硝装置及方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展和人民生活水平的稳步提高，我国能源及电力的消费和需求量逐年增加。由于我国富煤贫油少气的能源资源特点，我国电力的供应以燃煤火力发电为主，而在燃煤过程中，不可避免地会产生烟尘、二氧化硫(SO₂)、氮氧化物(NO_x)、碳氧化物(CO/CO₂)、汞(Hg)等有毒重金属以及挥发性有机物(VOCs)等污染物。燃煤污染物对我国的大气环境和生态环境造成了极其严重的污染和破坏，对人体健康也带来直接或间接的伤害和影响。氮氧化物是继烟尘及二氧化硫之后最主要的大气污染物，是N₂O，NO，NO₂，NO₃，N₂O₅等一系列氮氧化物的总称。NO_x对人体及动植物都有较大的危害，能够形成酸雨和酸雾，破坏生态环境，还能与挥发性有机物结合形成光化学烟雾，破坏臭氧层，并造成全球变暖。近三十年来，我国氮氧化物的排放总量随着火电机组装机容量的增长而逐年急剧地增加，已远远超出环境的承受能力。随着环境污染的日益严重和人们环保意识的日益增强，燃煤电厂的NO_x排放要求也日益严格。根据环保部火电厂大气污染物排放标准(GB 13223-2011),无论是现有燃煤锅炉还是新建锅炉，其NO_x排放限值为100mg/m³，只有少部分锅炉可实施200mg/m³的排放限值。NO_x的排放控制是我国经济社会发展中一个十分突出的问题，也是学术领域普遍关注的热点问题。

燃燃电厂NOx排放控制主要有两种途径,即燃烧过程中和烟气后处理技术。燃烧过程中处理技术是指通过改进燃烧器的设计、改变燃烧的条件来降低NO_x排放量。常见的燃烧过程中处理技术包括低空气过剩燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环、浓淡偏差燃烧等。这些燃烧过程中处理技术总体上仅能降低30-50％左右的NO_x排放,难以满足现行日益严格的排放标准。因此，在火电厂实际工程中，必须安装烟气后处理技术，以达到排放标准。烟气后处理技术主要有选择性非催化还原(SNCR)和选择性催化还原(SCR)。SNCR技术是一种不用催化剂，在850～1100℃的温度范围内，将含氨基的还原剂(如氨水，尿素溶液等)喷入炉内，将烟气中的NO_x还原脱除，生成氮气和水的脱硝技术。SNCR技术的脱硝效率仅为50-70％，往往难以满足日益严格的排放要求。选择性催化还原(SCR)是欧美日本等发达国家广泛采用的脱硝技术。SCR技术脱硝效率高，运行稳定，存在的问题是，催化剂的失活、还原性物质(如氨水等)泄露造成的二次污染，高灰布置情况下烟气中较高的粉尘颗粒容易引起催化剂的磨损、堵塞等问题、运行和投资费用非常昂贵。湿法烟气脱硫WFGD装置是目前广泛应用的成熟脱硫技术。经WFGD脱硫后，烟气温度一般为50-70℃，而选择性催化SCR的工作温度一般为250-350℃。若在WFGD装置后再布置SCR进行脱硝，则需要对烟气进行再加热，势力大幅增加运行费用。

基于此，迫切需要开发一种能充分利用燃煤电厂现有SNCR及WFGD等装置的低成本高效率的烟气脱硝技术。

发明内容

本发明的目的是针对目前各种烟气脱硝技术难以同时实现低成本和高效率的特点，提供一种基于尿素和双氧水混合液联用SNCR的烟气脱硝装置，本发明更进一步的目的是提供一种基于该装置的方法。

本发明应用实施的基于尿素和双氧水混合液联用SNCR的烟气脱硝装置主要包括锅炉、空气预热器、静电除尘器、湿法脱硫塔、尿素储存罐、SNCR喷射装置、喷淋脱硝塔、脱硝液储存罐。

锅炉的烟气出口通过管路与空气预热器的气体进口连接，空气预热器的气体出口通过管路与静电除尘器的气体进口连接，静电除尘器的气体出口通过管路与湿法脱硫塔的气体进口连接，湿法脱硫塔的气体出口通过管路与喷淋脱硝塔的气体进口连接，喷淋脱硝塔的脱硝混合液出口通过管路与脱硝液储存罐的脱硝混合液进料口连接，喷淋脱硝塔的脱硝液进口通过循环泵与脱硝液储存罐的脱硝液出口连接。

所述的锅炉燃烧产生含NO_x、SO₂、粉尘等污染物的烟气；锅炉内上端设有SNCR喷射装置，SNCR喷射装置的液体进口通过尿素水解装置与尿素储存罐的第一液体出口连接，尿素储存罐的第二液体出口通过管路与脱硝液储存罐的第一进料口；脱硝液储存罐的第二进料口，用于尿素、双氧水及物理吸附剂等物料供给。

脱硝液储存罐输出的脱硝液是尿素、双氧水、物理吸附剂的混合液，其中尿素质量浓度为1-20％，双氧水质量浓度为0.1-5％，物理吸附剂质量浓度为0.1-10％，其余为水；所述的物理吸附剂为活性炭等孔隙结构丰富、不溶于水的高比表面积固体物。

所述的喷淋脱硝塔内脱硝液进口处设有喷淋装置，且喷淋装置位于喷淋脱硝塔的气体进口上方；喷淋脱硝塔内上端设有尾部烟道，尾部烟道下方设有除雾器(位于喷淋装置上方)。与喷淋脱硝液充分接触，烟气中NOx被脱硝喷淋液吸附脱除，脱硝后烟气再经除雾器除雾，最后通过尾部烟道排放。

喷淋脱硝塔内脱硝液工作温度范围为20-80℃，以50-70℃为宜。

本发明的另一个目的是提供基于尿素和双氧水混合液联用SNCR的烟气脱硝方法。

步骤(1)、SNCR初步脱硝

含NO_x、SO₂、粉尘等污染物的烟气由锅炉燃烧产生，烟气先在锅炉顶部进行SNCR初步脱硝，SNCR还原剂为尿素；

尿素储存罐将尿素输送至尿素水解装置，水解后输送至锅炉内SNCR喷射装置；SNCR喷射装置将尿素喷射入锅炉上端，充分与烟气接触，初步脱硝效率为50-70％。

步骤(2)、SO₂、粉尘等污染物脱除处理

经SNCR初步脱硝后，烟气从锅炉的烟气出口依次通过空气预热器、静电除尘器及湿法脱硫塔处理，烟气中SO₂、粉尘等污染物已基本被脱除处理，同时烟气降温至50-70℃，随后送入喷淋脱硝塔进行深度脱硝。

步骤(3)、深度脱硝

在喷淋脱硝塔内，步骤(2)处理后的烟气与喷淋装置喷出的脱硝喷淋液充分接触，烟气中的NO_x先被脱硝喷淋液中的物理吸附剂吸附，随后与尿素和双氧水等发生氧化还原反应，生成N₂、CO₂及H₂O，实现的深度脱硝，综合效率90％以上，主要化学反应为：H₂O₂+2NO→2HNO₂；2HNO₂+NH₂CONH₂→2N₂+CO₂+3H₂O。

步骤(4)、喷淋后脱硝混合液输送至脱硝液储存罐，脱硝液储存罐罐内脱硝混合液通过第一、二进料口适当补给尿素、双氧水及物理吸附剂等物料。脱硝液充分搅拌混合后，再通过循环泵输送至喷淋脱硝塔喷淋装置进行循环喷淋脱硝。

步骤(5)、烟气经喷淋脱硝液脱除NO_x后，再经除雾器除雾后进入尾部烟道排放。

本发明的有益效果是：

(1)本发明SNCR还原剂与喷淋脱硝塔内喷淋脱硝液均为尿素，且均有尿素储存罐供应，使得装置设备减少占地面积，节约设备费用，实现一物两用。

(2)本发明采用的脱硝混合液是由尿素、双氧水及物理吸附剂按一定比例混合组成；在实施过程中，烟气中的NOx被吸附在吸附剂表面，随后与还原剂和氧化剂等发生氧化还原反应而被脱除，吸附剂在脱硝反应过程中起到中间媒介作用，无需持续添加，大幅节约运行成本。

(3)本发明首先采用SNCR初步脱硝(脱硝效率50-70％)，再进行基于尿素和双氧水混合液喷淋的深度脱硝(综合脱硝效率90％以上)，可减少60-80％的双氧水使用量，大幅节约运行成本。

本发明提供的基于尿素和双氧水混合液联用SNCR的烟气脱硝新方法，可达到90％以上的综合脱硝效率，且成本较为低廉，无需再热，无需催化剂，设备简单，易于操作，无二次污染。

附图说明

图1是基于尿素和双氧水混合液联用SNCR的烟气脱硝装置结构示意图；

图中：锅炉1，空气预热器2，静电除尘器3，湿法脱硫塔4，尿素储存罐5，尿素水解装置6，SNCR喷射装置7，喷淋脱硝塔8，脱硝液储存罐9，进料口10，循环泵11，喷淋装置12，除雾器13，尾部烟道14。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步详细描述本发明。

如图1示，一种基于尿素和双氧水混合液联用SNCR的烟气脱硝装置具有依次相连接的锅炉1、空气预热器2、静电除尘器3、湿法脱硫塔4和喷淋脱硝塔8。在锅炉1上端布置SNCR装置，SNCR还原剂为尿素，由尿素储存罐5提供，经尿素水解装置6喷射入锅炉上端进行脱硝。经SNCR脱硝后，烟气依次通过空气预热器2、静电除尘器3及湿法脱硫塔4处理，随后送入喷淋脱硝塔。喷淋脱硝塔内布置有喷淋装置12。与喷淋脱硝液充分接触，烟气中NOx被脱硝喷淋液吸附脱除，脱硝后烟气再经除雾器13除雾，最后通过尾部烟道14排放。喷淋后脱硝混合液输送至脱硝液储存罐9，储存罐顶部布置给料口，用于尿素、双氧水及吸附剂等物料供给。储存罐9内脱硝混合液通过循环泵11输送到喷淋装置12，从而实现循环喷淋脱硝。

本发明应用实施基于尿素和双氧水混合液联用SNCR装置(图1)进行脱硝主要包括以下步骤：

1)含NO_x、SO₂、粉尘等污染物的烟气由锅炉1燃烧产生，先在锅炉顶部进行SNCR初步脱硝，SNCR还原剂为尿素，由尿素储存罐5提供，经尿素水解装置6喷射入锅炉上端，脱硝效率为50-70％。

2)经SNCR脱硝后，烟气依次通过空气预热器2、静电除尘器3及湿法脱硫塔4处理，SO₂、粉尘等污染物已基本被脱除处理，烟气也降温至50-70℃，随后送入喷淋脱硝塔8进行深度脱硝。

3)烟气与喷淋装置12喷出的脱硝喷淋液充分接触，烟气中的NO_x先被脱硝喷淋液中的吸附剂吸附，随后与尿素和双氧水等发生氧化还原反应，生成N₂、CO₂及H₂O，实现深度脱硝，综合效率90％以上，主要化学反应为：H₂O₂+2NO→2HNO₂；2HNO₂+NH₂CONH₂→2N₂+CO₂+3H₂O。

4)喷淋后脱硝混合液输送至脱硝液储存罐9，罐内脱硝混合液通过给料口10适当补给尿素、双氧水及物理吸附剂等物料，其中尿素由尿素储存罐5供给。脱硝液充分搅拌混合后，再通过循环泵11输送至喷淋装置12进行循环喷淋脱硝。

5)经喷淋脱硝液脱除NO_x后，烟气再经除雾器13除雾后进入尾部烟道14排放。

作为一种创新改进，SNCR和喷淋脱硝选用同一种还原剂，即尿素，由尿素储存罐同时供应，既减少占地面积，又节约设备费用，实现一物两用。

上述脱硝混合液是由尿素、双氧水及物理吸附剂的按比例混合组成，其中尿素质量浓度为1-20％，双氧水质量浓度为0.1-5％，吸附剂质量浓度为0.1-10％，脱硝混合液工作温度范围为20-80℃，以50-70℃为宜。

本发明用SNCR进行初步脱硝(脱硝效率50-70％)，再进行基于尿素和双氧水混合液喷淋的深度脱硝(综合脱硝效率95％以上)，可减少60-80％的双氧水使用量，大幅节约脱硝成本。

根据实验结果，以10％尿素为还原剂，以0.5-1％活性炭为吸附剂，以0.3-0.5％双氧水为氧化剂，喷淋法及鼓泡法脱硝效率90％以上。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，诸如采用鼓泡法实现基于尿素和双氧水联用SNCR的烟气脱硝。

本发明可用其他的不违背本发明的精神和主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (4)

1.尿素和双氧水混合液联用SNCR的烟气脱硝装置,其特征在于主要包括锅炉、空气预热器、静电除尘器、湿法脱硫塔、尿素储存罐、SNCR喷射装置、喷淋脱硝塔、脱硝液储存罐；

锅炉的烟气出口通过管路与空气预热器的气体进口连接，空气预热器的气体出口通过管路与静电除尘器的气体进口连接，静电除尘器的气体出口通过管路与湿法脱硫塔的气体进口连接，湿法脱硫塔的气体出口通过管路与喷淋脱硝塔的气体进口连接，喷淋脱硝塔的脱硝混合液出口通过管路与脱硝液储存罐的脱硝混合液进料口连接，喷淋脱硝塔的脱硝液进口通过循环泵与脱硝液储存罐的脱硝液出口连接；

所述的锅炉燃烧产生含NO_x、SO₂、粉尘等污染物的烟气；锅炉内上端设有SNCR喷射装置，SNCR喷射装置的液体进口通过尿素水解装置与尿素储存罐的第一液体出口连接，尿素储存罐的第二液体出口通过管路与脱硝液储存罐的第一进料口；脱硝液储存罐的第二进料口，用于尿素、双氧水及物理吸附剂等物料供给；

脱硝液储存罐输出的脱硝液是尿素、双氧水、物理吸附剂的混合液，其中尿素质量浓度为1-20％，双氧水质量浓度为0.1-5％，物理吸附剂质量浓度为0.1-10％，其余为水；

所述的喷淋脱硝塔内脱硝液进口处设有喷淋装置，且喷淋装置位于喷淋脱硝塔的气体进口上方；喷淋装置的上方设有除雾器；喷淋脱硝塔内上端且位于除雾器的上方设有尾部烟道；

喷淋脱硝塔内脱硝液工作温度范围为20-80℃。

2.如权利要求1所述的尿素和双氧水混合液联用SNCR的烟气脱硝装置,其特征在于所述的物理吸附剂为活性炭等孔隙结构丰富、不溶于水的高比表面积固体物。

3.如权利要求1所述的尿素和双氧水混合液联用SNCR的烟气脱硝装置,其特征在于喷淋脱硝塔内脱硝液工作温度范围为50-70℃。

4.基于尿素和双氧水混合液联用SNCR的烟气脱硝方法，其特征在于该方法具体如下：

步骤(1)、SNCR初步脱硝

含NO_x、SO₂、粉尘等污染物的烟气由锅炉燃烧产生，烟气先在锅炉顶部进行SNCR初步脱硝，SNCR还原剂为尿素；

尿素储存罐将尿素输送至尿素水解装置，水解后输送至锅炉内SNCR喷射装置；SNCR喷射装置将尿素喷射入锅炉上端，充分与烟气接触，初步脱硝效率为50-70％；

步骤(2)、SO₂、粉尘等污染物脱除处理

经SNCR初步脱硝后，烟气从锅炉的烟气出口依次通过空气预热器、静电除尘器及湿法脱硫塔处理，烟气中SO₂、粉尘等污染物已基本被脱除处理，同时烟气降温至50-70℃，随后送入喷淋脱硝塔进行深度脱硝；

步骤(3)、深度脱硝

在喷淋脱硝塔内，步骤(2)处理后的烟气与喷淋装置喷出的脱硝喷淋液充分接触，烟气中的NO_x先被脱硝喷淋液中的物理吸附剂吸附，随后与尿素和双氧水等发生氧化还原反应，生成N₂、CO₂及H₂O，实现的深度脱硝，综合效率90％以上，主要化学反应为：H₂O₂+2NO→2HNO₂；2HNO₂+NH₂CONH₂→2N₂+CO₂+3H₂O；

步骤(4)、喷淋后脱硝混合液输送至脱硝液储存罐，脱硝液储存罐罐内脱硝混合液通过第一、二进料口添加尿素、双氧水及物理吸附剂等物料；脱硝液充分搅拌混合后，再通过循环泵输送至喷淋脱硝塔喷淋装置进行循环喷淋脱硝；

步骤(5)、烟气经喷淋脱硝液脱除NO_x后，再经除雾器除雾后进入尾部烟道排放。