CN109966915A - 一种生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷scr脱硝系统及工艺方法 - Google Patents

一种生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷scr脱硝系统及工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝系统及工艺方法，所述系统包括生物质气化系统和燃煤锅炉SCR脱硝系统；所述生物质气化系统包括生物质气化炉和换热器，生物质气化炉和换热器连接；所述换热器与燃煤锅炉SCR脱硝系统连接；所述燃煤锅炉SCR脱硝系统包括燃煤锅炉和省煤器，所述省煤器的烟气出口依次连接有喷氨格栅、SCR脱硝反应器，空气预热器、静电除尘器、脱硫装置和烟囱。该脱销系统及工艺能够提高脱硝入口的烟气温度，满足锅炉低负荷脱硝装置的投运要求，同时消纳大量生物质资源，增加清洁能源的使用。

Description

一种生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝系统及工艺 方法
技术领域
本发明属于燃煤电厂烟气脱硝技术领域，特别涉及一种生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝系统及工艺方法。
背景技术
选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）是目前国内外应用最多、最成熟的烟气脱硝技术，它是一种炉后脱硝方法，是在催化剂作用下利用还原剂NH3，选择性地与NOx反应生成无害的N2和H2O。
近年来国家环保要求不断提高，燃煤电厂烟气污染物排放要求越来越严，电站脱硝不仅要求高效稳定，而且要求机组中、低负荷运行时脱硝投运，能够实现全负荷脱硝。目前国内的燃煤机组在中、低负荷运行时，SCR反应器的入口烟气温度不到300℃，低于SCR催化剂的最佳反应温度下限，会导致脱硝效率低下，催化剂活性变差，氨逃逸率高，甚至退出运行，难以满足全负荷下低NOx排放的要求。
同时，当SCR烟温过低时，催化剂上还会发生副反应，生成的(NH4)2SO4或NH4HSO4会粘结在脱硝催化剂和空预器上，并吸附灰尘，造成催化剂活性降低和空预器堵塞，从而严重影响锅炉的脱硝效率和NOx排放浓度，影响机组安全稳定运行。
为了保证燃煤锅炉日常运行时SCR反应器进口的烟气温度满足催化剂投运条件，通常采用的技术手段有高温烟气加热、省煤器分段布置、旁路部分省煤器给水、提高锅炉给水温度等，但这些方案都是建立在锅炉传统燃烧方式上，各有优缺点，如会不断提升锅炉的实际排烟温度，降低锅炉工作效率；提高的烟温有限，效果不够理想；投资成本比较高等。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝系统及工艺方法，能够提高脱硝入口的烟气温度，满足锅炉低负荷脱硝装置的投运要求，同时消纳大量生物质资源，增加清洁能源的使用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝系统，包括生物质气化系统和燃煤锅炉SCR脱硝系统；
所述生物质气化系统包括生物质气化炉、旋风分离器、旋风除尘器、换热器和燃烧器，所述旋风分离器侧边进气口与生物质气化炉出气口连通；所述旋风分离器底部与生物质气化炉底部连通；所述旋风分离器出气口与换热器进气口连通，所述旋风除尘器进气口与旋风分离器的出气口连通；所述旋风除尘器出气口与换热器进气口连通，所述燃烧器进气口与旋风除尘器的出气口连通；
所述换热器与燃煤锅炉SCR脱硝系统连接；
所述燃煤锅炉SCR脱硝系统包括燃煤锅炉和省煤器，所述省煤器的烟气出口依次连接有喷氨格栅、SCR脱硝反应器，空气预热器、静电除尘器、脱硫装置和烟囱；
所述燃烧器出气口与省煤器烟气出口管道汇集成一根母管，送至SCR脱硝反应器进气口管道前进行交汇；
所述燃烧器气体出口管与省煤器烟气出口管道间，安装有用于调节高温烟气进气量的电动闸阀。
进一步的，所述换热器与燃煤锅炉间通过热燃气输送管道连接。
进一步的，所述燃煤锅炉SCR脱硝系统还包括风机，所述风机通过空气预热器、热风管道与燃煤锅炉炉膛相连。
进一步的，所述静电除尘器和脱硫装置间设置有引风机。
本发明的另一目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于上述系统的生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝工艺方法，包括以下步骤：
S1：生物质气化炉将生物质气化成高温燃气，所述高温燃气的温度在750℃至800℃；
S2：将所述高温燃气传输至旋风分离器进行初步气固分离，得到初步气固分离后的高温燃气，再将所述初步气固分离后的高温燃气送入旋风除尘器进行除尘，得到除尘后的高温燃气；
S3：将所述除尘后的高温燃气送入所述换热器进行换热，将所述除尘后的高温燃气降温至200℃至300℃，并传输至燃烧器进行燃烧，，得到换热后的高温燃气；
S4：
当燃煤锅炉中、低负荷运行时，所述换热后的高温燃气输送至燃烧器进行燃烧，生成高温烟气，产生热量，电动闸阀处于开启状态，SCR脱硝反应器的烟气进口管道与上述燃烧器连接接收所述高温烟气，SCR脱硝反应器的烟气进口管同时与省煤器相连，省煤器出口管产生的烟气与燃烧器出口管产出的高温烟气交汇掺混以提高SCR脱硝反应器进气口的温度；
或
当燃煤锅炉高负荷运行时，电动闸阀关闭，直接由燃煤锅炉接收所述换热后的高温燃气，将煤与所述换热后的高温燃气掺混燃烧产生过热蒸汽，以进行耦合发电；
S5：SCR脱硝后的烟气经过空气预热器，将烟气中携带的热量与燃煤锅炉进行热交换，得到预热后的烟气；
S6：将上述预热后的烟气送入静电除尘器进行除尘，利用高压电场使烟气和粉尘发生电离；
S7：引风机将除尘后的烟气输送至脱硫装置中，脱除烟气中的SO2，由烟囱排入大气。
进一步的，所述S1步骤前还包括：
S10：将生物质粉碎及干燥，以使所述生物质的粒径小于100mm，水分含量小于20%。
进一步的，所述生物质包括秸秆、稻壳、杂草在内的木质纤维素。
进一步的，当燃煤锅炉高负荷运行时，不需额外添加热源对二次高温燃气进行加热，所述电动闸阀处于关闭状态。
本发明相比现有技术的有益效果为：
1、本发明所述的生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝系统中，通过在省煤器和SCR脱硝反应器之间加设一条生物质气化高温烟气管道，由气化后的燃气燃烧产生热量与锅炉烟气掺混，达到给锅炉出口烟气加热的作用，提高了SCR脱硝反应器进口的烟气温度，既节省了对SCR脱硝反应器进口烟气加热能量的投入，又保证了SCR脱硝反应器运行的工况，达到经济运行的目的；
2、本发明所述的生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝系统中，燃煤锅炉在高负荷运行时，采用生物质气化耦合燃煤锅炉发电，可以节约煤炭，改善我国能源结构，减少CO2、SO2和烟尘的排放量，保护环境；
3、本发明所述的生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝系统中，提高了烟气温度后，能够有效防止空预器堵塞；
4、通过本发明所述的生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝系统及工艺，消纳了大量生物质资源，增加了清洁能源的使用，提升可再生能源发电量，使生物质资源得到了合理的利用。
附图说明
图1为本发明所述生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝系统的示意图；
图中各标号为：生物质气化炉-1，旋风分离器-2，旋风除尘器-3，换热器-4，燃烧器-5，燃煤锅炉-6，省煤器-7，喷氨格栅-8，SCR脱硝反应器-9，空气预热器-10，静电除尘器-11，脱硫装置-12，烟囱-13，风机-14，热风管道-15，电动闸阀-16，引风机-17，热燃气输送管道-18。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝系统，包括生物质气化系统和燃煤锅炉SCR脱硝系统，所述生物质气化系统包括生物质气化炉1和燃煤锅炉6，所述生物质气化炉1气化气出口处依次连接有旋风分离器2、旋风除尘器3、换热器4以及燃烧器5，换热器4气体出口管后还接有与燃煤锅炉6相连的热燃气输送管道18；所述燃煤锅炉SCR脱硝系统包括燃煤锅炉6和省煤器7，所述燃煤锅炉6尾部连接省煤器7装置，省煤器7烟气出口依次连接有喷氨格栅8、SCR脱硝反应器9，空气预热器10、静电除尘器11、脱硫装置12和烟囱13；风机14通过空气预热器10与热风管道15和燃煤锅炉6炉膛相连。
进一步的，所述燃烧器5气体出口管与省煤器7烟气出口管道间，安装有用于调节高温烟气进气量的电动闸阀16。
进一步的，所述静电除尘器11和脱硫装置12间设置有引风机17。
基于上述系统而产生的一种生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝工艺方法，包括以下步骤：
S1：生物质气化炉将生物质气化成高温燃气，所述高温燃气的温度在750℃至800℃；
其中所述生物质需进行粉碎及干燥处理，以使所述生物质的粒径小于100mm，水分含量小于20%；且所述生物质包括秸秆、稻壳、杂草在内的木质纤维素；
S2：将所述高温燃气传输至旋风分离器进行初步气固分离，得到初步气固分离后的高温燃气，再将所述初步气固分离后的高温燃气送入旋风除尘器进行除尘，得到除尘后的高温燃气；
S3：将所述除尘后的高温燃气送入所述换热器进行换热，将所述除尘后的高温燃气降温至200℃至300℃，并传输至燃烧器进行燃烧，得到换热后的高温燃气；
S4：
当燃煤锅炉6中、低负荷运行时，所述换热后的高温燃气输送至燃烧器5进行燃烧，生成高温烟气，产生热量，电动闸阀16处于开启状态，SCR脱硝反应器9的烟气进口管道与上述燃烧器5连接接收所述高温烟气，SCR脱硝反应器的烟气进口管同时与省煤器7相连，省煤器出口管产生的烟气与燃烧器出口管产出的高温烟气交汇掺混以提高SCR脱硝反应器进气口的温度；
或
当燃煤锅炉6高负荷运行时，电动闸阀16关闭，直接由燃煤锅炉6接收所述换热后的高温燃气，将煤与所述换热后的高温燃气掺混燃烧产生过热蒸汽，以进行耦合发电；
S5：SCR脱硝后的烟气经过空气预热器，将烟气中携带的热量与燃煤锅炉进行热交换，得到预热后的烟气；
S6：将上述预热后的烟气送入静电除尘器进行除尘，利用高压电场使烟气和粉尘发生电离；
S7：引风机将除尘后的烟气输送至脱硫装置中，脱除烟气中的SO2，由烟囱排入大气。
实施例2
本实施例提供了一种基于实施例1所述的生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝系统进行的SCR脱硝工艺。
当燃煤锅炉6的负荷在50%以下运行时（属于中、低负荷运行），SCR脱硝反应器9入口处的烟气温度仅在250~270℃，达不到SCR脱硝的最佳反应温度，需要添加加热锅炉烟气的热源，具体的工艺方法如下：
生物质经过破碎、干燥后经送料系统送入生物质循环流化床气化炉1中进行气化。生物质经过气化后燃气中的一部分灰尘与未反应的生物质原料被旋风分离器2去除，并通过返料装置返回到生物质循环流化床气化炉1中继续进行气化，其中，所述生物质为秸秆、稻壳、杂草等不限；粒径小于100mm，水分小于20%。燃气中剩余的灰尘由旋风除尘器3去除，避免造成生物质锅炉受热面的碱金属腐蚀。经除尘后的燃气进入换热器4进行换热降温，得到换热后的高温燃气，避免燃气温度过高腐蚀管壁，并传输至燃烧器5中进行燃烧生成高温烟气，产生热量，作为加热锅炉烟气的热源；燃烧器5烟气出口管道处布置有电动闸阀16，以便随时根据需要调节热烟气进气量。
其中，所述电动闸阀16燃气出口管道与燃煤锅炉6烟气出口管道汇集成一根母管，送至SCR脱硝反应器9进气口管道前进行交汇，高温燃气与锅炉产生的烟气在上述母管进行充分混合，产生加热烟气的作用，使得烟气的温度能够达到脱硝反应器的最佳反应温度，所述最佳反应温度为300~420℃，优选温度320~400℃。
燃煤锅炉6运行后，锅炉炉膛产生的烟气通过省煤器7、喷氨格栅8，在SCR脱硝反应器9进行SCR脱硝反应，净化后的烟气依次进入空气预热器10、静电除尘器11，再由引风机17送入后续的脱硫装置12进行脱硫处理，最后通过烟囱13排放出去。
实施例3
本实施例提供了另一种基于实施例1所述的生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝系统进行的SCR脱硝工艺。
当燃煤锅炉的负荷超过50%运行时（属于高负荷运行），SCR脱硝反应器9入口处的烟气温度维持在320℃左右，能够达到SCR脱硝的最佳反应温度，这时不需额外添加热源对烟气进行加热，电动闸阀16关闭，但可以合理利用上述生物质气化装置与燃煤锅炉进行耦合发电，可以节约煤炭，消纳生物质资源，具体的工艺方法如下：
生物质经过破碎、干燥后经送料系统送入生物质循环流化床气化炉1中进行气化。生物质经过气化后燃气中的一部分灰尘与未反应的生物质原料被旋风分离器2去除，并通过返料装置返回到生物质循环流化床气化炉1中继续进行气化，其中，所述生物质为秸秆、稻壳、杂草等不限；粒径小于100mm，水分小于20%。燃气中剩余的灰尘由旋风除尘器3去除，避免造成生物质锅炉受热面的碱金属腐蚀。经除尘后的燃气进入换热器4进行换热降温，得到换热后的高温燃气，避免燃气温度过高腐蚀管壁，随后通过热燃气输送管道18送入燃煤锅炉6与煤混合燃烧；
煤与气化产生的高温燃气在燃煤锅炉6中混合燃烧产生过热蒸汽，以带动汽轮机做功产生机械能，使发电机发出电能。
燃煤锅炉6炉膛燃烧产生的烟气通过省煤器7、喷氨格栅8，在SCR脱硝反应器9进行SCR脱硝反应，净化后的烟气依次进入空气预热器10、静电除尘器11，再由引风机17送入后续的脱硫装置12进行脱硫处理，最后通过烟囱13排放出去。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝系统，其特征在于，包括生物质气化系统和燃煤锅炉SCR脱硝系统；
所述生物质气化系统包括生物质气化炉（1）、旋风分离器（2）、旋风除尘器（3）、换热器（4）和燃烧器（5），所述旋风分离器（2）侧边进气口与生物质气化炉（1）出气口连通；所述旋风分离器底部与生物质气化炉底部连通；所述旋风分离器（3）出气口与换热器（4）进气口连通，所述旋风除尘器进气口与旋风分离器（2）的出气口连通；所述旋风除尘器出气口与换热器（4）进气口连通，所述燃烧器进气口与旋风除尘器（3）的出气口连通；
所述换热器与燃煤锅炉SCR脱硝系统连接；
所述燃煤锅炉SCR脱硝系统包括燃煤锅炉（6）和省煤器（7），所述省煤器的烟气出口依次连接有喷氨格栅（8）、SCR脱硝反应器（9），空气预热器（10）、静电除尘器（11）、脱硫装置（12）和烟囱（13）；
所述燃烧器（5）出气口与省煤器（7）烟气出口管道汇集成一根母管，送至SCR脱硝反应器（9）进气口管道前进行交汇；
所述燃烧器（5）气体出口管与省煤器（7）烟气出口管道间，安装有用于调节高温烟气进气量的电动闸阀（16）。
2.根据权利要求1所述的生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝系统，其特征在于，所述换热器（4）与燃煤锅炉（6）间通过热燃气输送管道（18）连接。
3.根据权利要求1所述的生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝系统，其特征在于，所述燃煤锅炉SCR脱硝系统还包括风机（14），所述风机通过空气预热器（10）、热风管道（15）与燃煤锅炉（6）炉膛相连。
4.根据权利要求1所述的生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝系统，其特征在于，所述静电除尘器（11）和脱硫装置（12）间设置有引风机（17）。
5.一种基于如权利要求1-4所述系统的生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝工艺方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：生物质气化炉（1）将生物质气化成高温燃气，所述高温燃气的温度在750℃至800℃；
S2：将所述高温燃气传输至旋风分离器（2）进行初步气固分离，得到初步气固分离后的高温燃气，再将所述初步气固分离后的高温燃气送入旋风除尘器（3）进行除尘，得到除尘后的高温燃气；
S3：将所述除尘后的高温燃气送入所述换热器（4）进行换热，将所述除尘后的高温燃气降温至200℃至300℃，得到换热后的高温燃气；
S4：
当燃煤锅炉（6）中、低负荷运行时，所述换热后的高温燃气输送至燃烧器（5）进行燃烧，生成高温烟气，产生热量，电动闸阀（16）处于开启状态，SCR脱硝反应器（9）的烟气进口管道与上述燃烧器（5）连接接收所述高温烟气，SCR脱硝反应器的烟气进口管同时与省煤器（7）相连，省煤器出口管产生的烟气与燃烧器出口管产出的高温烟气交汇掺混以提高SCR脱硝反应器进气口的温度；
或
当燃煤锅炉（6）高负荷运行时，电动闸阀（16）关闭，直接由燃煤锅炉（6）接收所述换热后的高温燃气，将煤与所述换热后的高温燃气掺混燃烧产生过热蒸汽，以进行耦合发电；
S5：SCR脱硝后的烟气经过空气预热器（10），将烟气中携带的热量与燃煤锅炉进行热交换，得到预热后的烟气；
S6：将上述预热后的烟气送入静电除尘器（11）进行除尘，利用高压电场使烟气和粉尘发生电离；
S7：引风机（17）将除尘后的烟气输送至脱硫装置（12）中，脱除烟气中的SO2，由烟囱（13）排入大气。
6.根据权利要求5所述的生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝工艺方法，其特征在于，所述S1步骤前还包括：
S10：将生物质粉碎及干燥，以使所述生物质的粒径小于100mm，水分含量小于20%。
7.根据权利要求5所述的生物质气化耦合燃煤锅炉全负荷SCR脱硝工艺方法，其特征在于，所述生物质包括秸秆、稻壳、杂草在内的木质纤维素。
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