CN109821409A - 协同脱除scr后烟气中三氧化硫氨气和飞灰的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种协同脱除SCR后烟气中三氧化硫氨气和飞灰的系统及方法。该系统以回转式空气预热器和辅助烟气调质系统为基础，主要包括回转式空气预热器、烟气在线监测系统、辅助烟气调质系统、静电除尘器、烟气深度冷却器、前置空气加热器。本发明通过减少回转式空气预热器的换热面积，将回转式空气预热器烟气出口温度提高至硫酸氢铵露点温度左右，利用烟气中的氨气和三氧化硫对烟气调质，同时辅助烟气调质系统根据烟气在线监测系统的烟气信息实时调节优化烟气调质过程。该协同脱除方案不仅能提升电除尘器的除尘效率，还能脱除烟气中的三氧化硫和SCR逃逸氨气，减轻下游受热面的积灰堵塞腐蚀问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃煤电厂尾部烟气余热利用和烟气处理系统，特别是一种协同脱除SCR后烟气中三氧化硫氨气和飞灰的系统及方法。
背景技术
众所周知，选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术已被大量的燃煤电厂采用以实现NOx的低排放。SCR催化剂在促进NOx还原反应的同时，不可避免地将烟气中的部分SO2转化为SO3。从SCR脱硝系统逃逸的NH3能与生成的SO3反应生成(NH4)2SO4和NH4HSO4。NH4HSO4在低于其露点温度时具有很强的吸湿性、粘性和腐蚀性，极易诱发受热面积灰；并且NH4HSO4的冷凝温度恰好处于SCR后的回转式空气预热器运行温度区间中。所以，在安装SCR脱硝系统后，燃煤锅炉尾部的回转式空气预热器极易出现严重的积灰堵塞问题。这不仅降低了受热面传热能力，使排烟温度提高，降低了锅炉效率；而且增加了烟气流动阻力，增加风机电耗和吹灰运行成本，甚至导致锅炉非正常停机，严重影响电厂的经济效益。
目前，国内已有通过优化SCR反应器结构降低氨逃逸和优化回转式空气预热器结构，以减轻和缓解回转式空气预热器积灰堵塞腐蚀的相关技术措施。例如，优化上游SCR流场以降低氨逃逸率；选用耐腐蚀材料作为空气预热器的冷端传热元件；取消空气预热器的中温段以及采用吹灰器和高压水冲洗等方法。但是，仍然不能较好地解决回转式空气预热器积灰堵塞腐蚀的问题。
同时国内电站锅炉为了提高电除尘器的颗粒物脱除效率，普遍采用烟气调质技术，额外向电除尘器入口烟气中喷射一定量的调质剂(NH3、SO3、NH4HSO4等)。SO3能与烟气中的水蒸汽快速反应生成H2SO4并附着在粉尘颗粒的表面，NH3在烟气中可与SO3反应生成NH4HSO4和(NH4)2SO4。附着在粉尘颗粒表面上具有电解质性能的H2SO4和NH4HSO4可降低粉尘颗粒比电阻；同时附着在粉尘颗粒表面上的NH4HSO4具有很强的粘结性，可促进微细粉尘颗粒在烟气流动过程中碰撞粘附聚集成大颗粒，进而提高除尘效率，减少PM2.5的排放。
发明内容
针对目前SCR后NH3和SO3引起回转式空气预热器以及下游换热器严重积灰堵塞腐蚀的问题，基于对烟气调质技术的认识，本发明提出一种协同脱除SCR后烟气中三氧化硫氨气和飞灰的系统及方法。本发明通过减少回转式空气预热器的换热面积，将回转式空气预热器烟气出口温度提高至NH4HSO4露点温度左右，利用烟气中的NH3和SO3对燃煤灰颗粒进行调质，同时利用烟气在线监测和辅助调质系统优化该调质过程。该协同脱除方案不仅可以提升电除尘器的除尘效率，还可以脱除烟气中的SO3和SCR的逃逸NH3，减轻低温受热面的积灰堵塞腐蚀问题。
本发明采用如下技术方案来实现的：
协同脱除SCR后烟气中三氧化硫氨气和飞灰的系统，包括SCR脱硝系统、回转式空气预热器、静电除尘器、烟气深度冷却器和前置空气加热器；其中，
锅炉烟气出口经SCR脱硝系统连接至回转式空气预热器烟气入口，回转式空气预热器烟气出口连接至静电除尘器烟气入口，静电除尘器烟气出口连接烟气深度冷却器烟气入口，前置空气加热器空气出口连接回转式空气预热器的空气入口，回转式空气预热器的空气出口连接锅炉的空气入口。
本发明进一步的改进在于，还包括烟气在线监测系统和辅助烟气调质系统，其设置在第回转式空气预热器的烟气出口连接静电除尘器的烟气入口的管道上。
本发明进一步的改进在于，烟气在线监测系统包括温度传感器、烟气成分分析仪和流量计。
本发明进一步的改进在于，烟气在线监测系统监测烟气温度、流量和其中NH3与SO3浓度，然后辅助烟气调质系统根据烟气在线监测系统监测得到的实时烟气信息，调节喷入烟道的NH3或SO3等调质剂的浓度，对烟气进行辅助调质，优化烟气调质过程，使烟气中NH3与SO3最大程度反映生成NH4HSO4并最大程度地凝结吸附于飞灰颗粒表面，确保NH3与SO3以及飞灰颗粒被最大程度脱除。
协同脱除SCR后烟气中三氧化硫氨气和飞灰的方法，该方法基于上述协同脱除SCR后烟气中三氧化硫氨气和飞灰的系统，包括以下步骤：
从锅炉的炉膛尾部排出的烟气在经过SCR脱硝系统后，首先进入回转式空气预热器进行换热，回转式空气预热器烟气出口处的烟气温度为NH4HSO4露点温度，即处于NH3/SO3烟气调质的温度范围中，回转式空气预热器烟气出口烟气中的NH3和SO3为烟气调质；
辅助烟气调质系统根据烟气在线监测系统实时监测得到回转式空气预热器烟气出口烟气的温度、成分和流量调节注入烟气中调质剂的比例和量，实现烟气中NH3和SO3最大程度发生化学反应同时对除尘器进口的烟气调质，从而使烟气中的NH3、SO3和灰颗粒在静电除尘器中被协同脱除；
烟气经过静电除尘器到达烟气深度冷却器时，烟气中NH3、SO3和灰颗粒已显著减少，烟气深度冷却器不会出现由H2SO4、NH4HSO4导致的积灰和腐蚀的问题，所以烟气深度冷却器采用相对更紧凑的换热面积，且烟气温度被进一步降低，实现烟气余热深度回收；
当锅炉和SCR脱硝系统负荷发生变化而导致回转式预热器的烟气出口温度、成分和流量波动时，辅助烟气调质系统根据烟气在线监测系统实时监测得到烟气的温度、成分和流量调节注入烟气中调质剂的比例和量，使除尘器入口烟气调质剂的比例与烟气温度范围匹配，保证整个系统安全、高效的运行；
环境温度的空气经过前置式空气加热器被加热至150℃然后通入回转式空气预热器被加热至锅炉所需的空气温度，然后被送往锅炉。
本发明进一步的改进在于，烟气深度冷却器还用于加热回热系统给水，或者与前置空气加热器结合加热空气，且前置式空气加热器采用回热抽气加热空气。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明提供的协同脱除SCR后烟气中三氧化硫氨气和飞灰的系统，通过合理布置回转式空气预热器和除尘器，使回转式空气预热器烟气出口温度处于NH4HSO4露点温度，即NH3/SO3调质温度范围，直接利用烟气中的NH3和SO3为烟气调质，同时辅助烟气调质系统根据烟气在线监测系统得到的烟气参数实时调节注入烟气的调质剂比例和量，优化烟气的调质过程，保证除尘器入口烟气调质剂比例与烟气温度范围匹配，可以使除尘器增加微细颗粒脱除效率并且协同脱除烟气中的NH3和SO3，从而减轻下游烟气余热利用系统和烟气处理系统的积灰堵塞腐蚀问题，进而实现烟气热量的深度回收，不仅延长了换热设备的使用寿命，降低了频繁吹灰冲洗等带来的运行成本，而且提升了系统效率。
进一步，通过烟气在线监测系统可以实时监测回转式空气预热器烟气出口的温度、成分和流量，当锅炉负荷发生变化、SCR脱硝系统负荷变化导致烟气温度、成分和流量波动时，可以通过辅助烟气调质系统实时调节注入烟气的调质剂比例和量，优化烟气的调质过程，保证除尘器入口烟气调质剂比例与烟气温度范围匹配，维持系统的安全、高效运行。
本发明提供的协同脱除SCR后烟气中三氧化硫氨气和飞灰的方法，该方法通过合理布置回转式空气预热器和除尘器，使回转式空气预热器烟气出口温度处于NH4HSO4露点温度，即处于NH3/SO3调质温度范围，一方面有效避免了常规回转式空气预热器因NH4HSO4沉积导致的积灰堵塞腐蚀，另一方面使回转式空气预热器出口烟气中的NH3和SO3为烟气调质，有助于提升静电除尘器的微细颗粒脱除效率。
进一步，通过准确调节注入烟气中调质剂的比例和量，实现烟气中NH3和SO3最大程度化学反应同时对除尘器进口的烟气调质，使烟气中的NH3、SO3和灰颗粒在除尘器中被协同脱除，从而降低了下游烟气换热设备发生堵塞腐蚀的风险，进而可实现烟气余热的深度利用。
综上所述，本发明通过合理布置回转式空气预热器和除尘器，使回转式空气预热器烟气出口温度处于NH4HSO4露点温度，即NH3/SO3调质温度范围，直接利用烟气中的NH3和SO3为烟气调质，同时辅助烟气调质系统根据烟气在线监测系统得到的烟气参数实时调节注入烟气的调质剂比例和量，优化烟气的调质过程，保证除尘器入口烟气调质剂比例与烟气温度范围匹配，可以使除尘器增加微细颗粒脱除效率并且协同脱除烟气中的NH3和SO3。一方面有效避免了常规回转式空气预热器因NH4HSO4沉积导致的积灰堵塞腐蚀问题，另一方面有助于提升静电除尘器的微细颗粒脱除效率，而且减轻下游烟气余热利用系统和烟气处理系统的积灰腐蚀问题，进而实现烟气热量的深度回收。不仅延长了换热设备的使用寿命，降低了频繁吹灰冲洗等带来的运行成本，而且提升了系统效率。
附图说明
图1为本发明协同脱除SCR后烟气中三氧化硫氨气和飞灰的系统结构示意图。
附图标记说明：
1、锅炉；2、SCR脱硝系统；3、回转式空气预热器；4、烟气在线监测系统；5、辅助烟气调质系统；6、静电除尘器；7、烟气深度冷却器；8、前置空气加热器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明：
如图1所示，本发明提供的协同脱除SCR后烟气中三氧化硫氨气和飞灰的系统，包括有锅炉1、SCR脱硝系统2、回转式空气预热器3、烟气在线监测系统4、辅助烟气调质系统5、静电除尘器6、烟气深度冷却器7和前置空气加热器8。
其中，锅炉1出口烟气经过SCR脱硝系统2进入回转式空气预热器3烟气入口，烟气在线监测系统4和辅助烟气调质系统5依次连接回转式空气预热器3的烟气出口，烟气在经过线监测系统4和辅助烟气调质系统5后依次流过静电除尘器6和烟气深度冷却器7，前置空气加热器8连接回转式空气预热器3的空气入口，空气先后在前置空气加热器8和回转式空气预热器3中被加热，最终被送往锅炉1。
其中，烟气在线监测系统4根据监测到的烟气温度、成分和流量，辅助烟气调质系统5根据在线监测系统4监测得到的实时烟气信息实时调节喷入烟气中的调质剂比例和量，优化烟气调质过程，保证除尘器入口烟气调质剂比例与烟气温度范围匹配，可以使静电除尘器6增加微细颗粒脱除效率并且协同脱除烟气中的NH3和SO3。
其中，烟气深度冷却器7入口的烟气中NH3、SO3和灰颗粒已显著减少，烟气深度冷却器7不会出现由H2SO4、NH4HSO4导致的积灰和腐蚀的问题，所以烟气深度冷却器7可以采用相对更紧凑的换热面积，且烟气温度可被进一步降低，实现烟气余热深度回收。
本发明提供的协同脱除SCR后烟气中三氧化硫氨气和飞灰的方法，包括如下步骤：
锅炉1中的烟气从炉膛尾部排出，经过SCR脱硝系统2后进入回转式空气预热器3进行换热，烟气温度由约380℃降低为NH4HSO4露点温度左右(约200℃)，一方面保证回转式空气预热器3冷端不产生NH4HSO4沉积导致的积灰堵塞，另一方面使回转式空气预热器3出口烟气中的NH3和SO3为烟气调质，既增加了除尘器的除尘效率，又协同脱除了烟气中的NH3和SO3。在回转式空气预热器3后依次安装有烟气在线监测系统4和辅助烟气调质系统5，辅助烟气调质系统5根据烟气在线监测系统实时监测得到烟气的温度、成分和流量调节注入烟气中调质剂的比例和量，实现烟气中NH3和SO3最大程度化学反应同时对除尘器进口的烟气调质，从而使烟气中的NH3、SO3和灰颗粒在除尘器中被协同脱除。当烟气到达烟气深度冷却器7时，烟气中NH3、SO3和灰颗粒已显著减少，下游烟气深度冷却器7不会出现由H2SO4、NH4HSO4导致的积灰和腐蚀的问题，所以烟气深度冷却器7可以采用相对更紧凑的换热面积，且烟气温度可被进一步降低，实现烟气余热深度回收。烟气深度冷却器7可用于加热回热系统给水，或者与前置空气加热器8结合加热空气。当锅炉1负荷发生变化而导致回转式预热器2的烟气出口温度和流量波动时，辅助烟气调质系统5根据烟气在线监测系统实时监测得到烟气的温度、成分和流量调节注入烟气中调质剂的比例和量，使除尘器入口烟气调质剂比例与烟气温度范围匹配，保证整个系统安全、高效的运行。同时，前置式空气加热器8可以采用回热系统抽气加热空气，或者与烟气深度冷却器7结合加热空气。环境温度的空气经过前置式空气加热器8被加热至150℃，然后通入空气预热器3被加热至锅炉所需的空气温度，然后被送往锅炉1。该系统中的烟气换热器相比常规系统不仅不会产生严重的积灰腐蚀，可将烟气余热深度回收，还可以提升除尘器对微细颗粒的脱除率。
总的来说，本发明提出的协同脱除SCR后烟气中三氧化硫氨气和飞灰微细颗粒的系统及方法，第一克服了传统系统中回转式空气预热器始终无法解决因NH4HSO4沉积导致的积灰腐蚀问题，第二可用传统静电除尘器协同脱除烟气中的NH3和SO3并增加除尘效率，第三烟气低温段的换热器可以布置更紧凑且能实现烟气余热深度回收。得益于系统合理设置回转式空气预热器与静电除尘器的工作温度范围，以及辅助烟气调质系统5与烟气在线监测系统高效配合，本发明可以实现全年各种环境温度和锅炉负荷条件下SCR反应器后余热利用系统和烟气处理系统的安全、高效运行。通过合理布置回转式空气预热器和除尘器，使回转式空气预热器烟气出口温度处于NH4HSO4露点温度，即NH3/SO3调质温度范围，同时辅助烟气调质系统5根据烟气在线监测系统得到的烟气参数实时调节注入烟气的调质剂比例和量，优化烟气的调质过程，保证除尘器入口烟气调质剂比例与烟气温度范围匹配，可以使除尘器增加微细颗粒脱除效率并且协同脱除烟气中的NH3和SO3，从而减轻下游烟气余热利用系统和烟气处理系统的积灰腐蚀问题，进而实现烟气热量的深度回收。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属的技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (6)
1.协同脱除SCR后烟气中三氧化硫氨气和飞灰的系统，其特征在于，包括SCR脱硝系统(2)、回转式空气预热器(3)、静电除尘器(6)、烟气深度冷却器(7)和前置空气加热器(8)；其中，
锅炉(1)烟气出口经SCR脱硝系统(2)连接至回转式空气预热器(3)烟气入口，回转式空气预热器(3)烟气出口连接至静电除尘器(6)烟气入口，静电除尘器(6)烟气出口连接烟气深度冷却器(7)烟气入口，前置空气加热器(8)空气出口连接回转式空气预热器(3)的空气入口，回转式空气预热器(3)的空气出口连接锅炉(1)的空气入口。
2.根据权利要求1所述的协同脱除SCR后烟气中三氧化硫氨气和飞灰的系统，其特征在于，还包括烟气在线监测系统(4)和辅助烟气调质系统(5)，其设置在第回转式空气预热器(3)的烟气出口连接静电除尘器(6)的烟气入口的管道上。
3.根据权利要求2所述的协同脱除SCR后烟气中三氧化硫氨气和飞灰的系统，其特征在于，烟气在线监测系统(4)包括温度传感器、烟气成分分析仪和流量计。
4.根据权利要求2所述的协同脱除SCR后烟气中三氧化硫氨气和飞灰的系统，其特征在于，烟气在线监测系统(4)监测烟气温度、流量和其中NH3与SO3浓度，然后辅助烟气调质系统(5)根据烟气在线监测系统(4)监测得到的实时烟气信息，调节喷入烟道的NH3或SO3等调质剂的浓度，对烟气进行辅助调质，优化烟气调质过程，使烟气中NH3与SO3最大程度反映生成NH4HSO4并最大程度地凝结吸附于飞灰颗粒表面，确保NH3与SO3以及飞灰颗粒被最大程度脱除。
5.协同脱除SCR后烟气中三氧化硫氨气和飞灰的方法，其特征在于，该方法基于权利要求2至4中任一项所述的协同脱除SCR后烟气中三氧化硫氨气和飞灰的系统，包括以下步骤：
从锅炉(1)的炉膛尾部排出的烟气在经过SCR脱硝系统(2)后，首先进入回转式空气预热器(3)进行换热，回转式空气预热器(3)烟气出口处的烟气温度为NH4HSO4露点温度，即处于NH3/SO3烟气调质的温度范围中，回转式空气预热器(3)烟气出口烟气中的NH3和SO3为烟气调质；
辅助烟气调质系统(5)根据烟气在线监测系统(4)实时监测得到回转式空气预热器(3)烟气出口烟气的温度、成分和流量调节注入烟气中调质剂的比例和量，实现烟气中NH3和SO3最大程度发生化学反应同时对除尘器进口的烟气调质，从而使烟气中的NH3、SO3和灰颗粒在静电除尘器(6)中被协同脱除；
烟气经过静电除尘器(6)到达烟气深度冷却器(7)时，烟气中NH3、SO3和灰颗粒已显著减少，烟气深度冷却器不会出现由H2SO4、NH4HSO4导致的积灰和腐蚀的问题，所以烟气深度冷却器采用相对更紧凑的换热面积，且烟气温度被进一步降低，实现烟气余热深度回收；
当锅炉(1)和SCR脱硝系统(2)负荷发生变化而导致回转式预热器(3)的烟气出口温度、成分和流量波动时，辅助烟气调质系统(5)根据烟气在线监测系统(4)实时监测得到烟气的温度、成分和流量调节注入烟气中调质剂的比例和量，使除尘器入口烟气调质剂的比例与烟气温度范围匹配，保证整个系统安全、高效的运行；
环境温度的空气经过前置式空气加热器(8)被加热至150℃然后通入回转式空气预热器(3)被加热至锅炉(1)所需的空气温度，然后被送往锅炉(1)。
6.根据权利要求5所述的协同脱除SCR后烟气中三氧化硫氨气和飞灰的方法，其特征在于，烟气深度冷却器(7)还用于加热回热系统给水，或者与前置空气加热器(8)结合加热空气，且前置式空气加热器(8)采用回热抽气加热空气。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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